一种流化床反应器的检测方法专利目的
《一种流化床反应器的检测方法》提供一种声波监测流化床反应器的方法，对流化床料位高度能及时准确的在线分析，对起始流化速度、起始湍动速度和颗粒流动模式能准确的测定，并通过分析结果对生产参数进行控制。
一种流化床反应器的检测方法技术方案
《一种流化床反应器的检测方法》包括以下步骤：
a、接收流化床反应器内部的声发射信号；
b、分析接收到的声发射信号，选取声波信号的频率f、振幅A、能量E、各小波尺度或/和小波包尺度内的能量分率Ei（i为尺度数）、时间t作为特征值；
c、通过沿流化床轴向检测出在特定频率f或特定频率段的特征值E或特征值振幅A的均方差极大值确定流化床内料位高度；通过特征值Ei的变化所对应的气速确定起始流化速度和起始湍动速度；通过沿流化床轴向检测出在特定频率f或特定频率段的特征值E和/或特征值振幅A的差异确定流化床内颗粒的流动模式；
d、求出声信号混沌特性参数中的关联维数CD2，a和K熵CK2，a，与正常状态下声信号的关联维数CD2，0和K熵CK2，0相比较，定义颗粒团聚的故障系数：
设定故障系数CD2，CK2的阈值，当故障系数CD2，CK2大于所设定的阈值时，可判断流化床内出现结块。
声波信号的接收频率范围为0赫兹～20兆赫兹，其最优接收频率范围为0赫兹～1兆赫兹，接收位置为流化床反应器的分布板以上的壁面处。
《一种流化床反应器的检测方法》方法可用于流化床反应器的类型包括：气固流化床反应器、液固流化床反应器和气液固三相流化床反应器。
流化床反应器内部的动态声波信号通过设置在流化床反应器分布板以上的壁面处的声波接收装置进入放大装置进行信号的放大，以保证在长距离内信号不衰减，然后进入声信号采集装置进行信号的A/D转换，最后进入声波信号处理装置（计算机）进行处理和分析。
采集得到流化床料位上方、料位附近和料位下方的声波信号随时间t变化，在料位上方，声波信号的振幅很小，且较为稀疏，这是因为在料位上方属于流化床稀相，颗粒稀少且粒径相对较小，使得颗粒碰撞壁面产生的振幅较小。而在料位附近，由于气泡逸出床面时的弹射作用和夹带作用，致使来自气泡顶部和来自气泡尾涡的颗粒因气泡破碎被抛入流化床的自由空域，此处颗粒运动最为活跃，即颗粒碰撞壁面产生的声能量和声波信号的波动也就越大，致使声信号振幅较大，且大小变化剧烈。在料位下方，声波信号的振幅总体较料位附近低，且振幅较均匀、稳定，同时由于颗粒浓度较大，因此信号十分密集，表明该区域属于颗粒活动相对不活跃的密相区。
采用平均粒径为460微米的聚乙烯粉料在直径150毫米的流化床中流化，其声能量随床高的增加（密相段内）存在着2个最小值。在近分布板处，由于存在分布板射流作用，颗粒迅速被加速向上运动，因而分布板上颗粒具有较大的能量，声波能量较高。随着床高的增加，虽然颗粒浓度基本没有变化，但气体射流的动能迅速衰减，射流蜕化为许多向上运动的小尺寸气泡，颗粒速度相应下降，声波能量随之减少。至分布板以上0.16米处，声波能量第一次达到最小值。此时，声信号的均方差也进入第一次最小值，说明在此处颗粒运动变得不活跃，存在着所谓的“滞留区”或者“死区”。由于重力的作用，被提升到滞流区的颗粒还会随机地从两个射流股之间的空间回流，在分布板形成堆积，堆积的颗粒还会继续被气体射流再次加速，由此形成床内的短程循环区。随着床高的继续增加，部分颗粒运动脱离滞留区进入主循环区。在主循环区，壁面颗粒继续恢复活跃的运动状态，声波能量沿床高增加并达到稳定值。从流体力学方面分析，气泡在上升过程中相互聚并，尺寸不断长大，并且向床中心区域运动，由于颗粒上升是依靠气泡的夹带，当气泡携带着固体颗粒在床面爆破时，上流的颗粒将沿边壁区回流，以补充向上流动的颗粒造成的空缺，再次进入滞流区，由此形成颗粒在床内的主循环区。由声波能量的测量数据可以明显地区分出大小循环的分界线，在床层界面处，虽然颗粒的速度没有很大的变化，但由于颗粒浓度迅速减少，床高附近的声波能量再次处于最小值。当至0.82米处，声波能量降至第二个能量最低点，而此时声信号的均方差也进入第二次相对最小值。随着床高的继续升高，声能量和声信号均方差都达到最大，说明床层已经处于料位高度，这是因为料面由于气泡逸出床面时的弹射作用和夹带作用，致使来自气泡顶部和来自气泡尾涡的颗粒因气泡破碎被抛入流化床的自由空域，因而此处的颗粒运动最为活跃，声波信号的波动很大，反映为声信号波动性的均方差最大，而此时虽然颗粒浓度较低，但颗粒的速度极大，致使声能量很高。最后，料面以上为流化床的稀相，虽有颗粒以极大的速度撞击壁面，但颗粒浓度大为降低，因而声波能量将迅速下降。可见，料位附近的声信号均方差明显大于料位下方的声信号均方差。因此，声信号的均方差比达到最大时的床高即为料位高度。当沿流化床轴向不同位置处获得的声波信号能量E出现最小值的位置，可以判定为流化床内大小循环的分界线。
测定平均粒径为0.64毫米颗粒的声信号。通过对声波信号进行小波包分析得到8个尺度的能量分率E1-E8，其中从E1到E8频率是从低到高变化，所代表的粒径是从大到小变化。在颗粒流化的过程中，随着速度的增加，能量分布从静态开始变化，E8先于E1开始变化，当气速到达起始流化速度时，能量分布暂时趋于稳定，即能量分率E1-E8趋于稳定，随着气速再增加，能量分率又开始波动变化，而当气速到达初始湍动速度时，能量分布又趋于稳定，即能量分率E1-E8再次趋于稳定。起始流化速度的判断基准为最后流化的大颗粒所对应的能量分率（E2）随气度的变化曲线的拐点即为起始流化速度。与经典的压差法测定的结果相比较，平均相对误差仅为5.18％，说明利用声波能量的多尺度解析来获取起始流化速度是可行的。初始湍动速度的判断基准为当能量分率E1-E8再次趋于稳定时的流化速度。
混沌特性参数中经典的关联维数和K熵能揭示结块对流态化作用的规律性及其本质机理，实现流化床的有效监控。一般认为，当关联维数比较小时，表示参与输出信号系统的调节因素减少，系统的复杂性降低，也表示系统中点与点之间关联程度增加，系统更加紧密。维数越大，系统运动的复杂程度越大。同时K熵在混沌的度量中是非常有用的一个量。对于规则运动，K＝0；对于随机系统，K为无穷大；若系统表现为确定性混沌，则K是大于零的常数。K越大，信息损失速度越大，系统的混沌程度越大，或者说，系统越复杂。为此，定义颗粒团聚的故障系数C如下：
式中：CD2，CK2——故障系数；CD2，a，CK2，a——声信号的关联维数和K熵；CD2，0，CK2，0——正常状态下声信号的关联维数和K熵。
容易知道，结块状况下的故障系数普遍大于正常流化状况下的故障系数，因此，可以设定一故障阈值α，当故障系数大于α时，可认为有结块产生。反之，则认为处于正常流化状况。先将正常操作时的混沌特征参数作为标准值CD2，0和CK2，0，再设定故障阀值，最后计算结块流化状态下的故障系数，以判断流化床内是否出现了结块。
一种流化床反应器的检测方法改善效果
1）对于流化系统的故障监测非常灵敏，能够随着流化系统的变化在特征物理量出现较大变化甚至突变，并且对这些变化存在空间或时间上的高敏感性。
2）声波监测装置是非插入式的，安装时候只要直接贴于流化床反应器壁面上就可以了，简易方便，因此不会影响流化床内部的流场，对系统内部的流动和反应不会造成影响。
3）对环境要求比较低，能在比较恶劣的工厂环境全天候工作，即使在高温、高压、粉尘等苛刻环境下仍能保持信号的真实程度，真实反映流化床料位高度、流化状态和流型的动态信息。
4）声波信号能直接反映流化床料位高度、流化状态和流型的动态信息，是通过流化床料位附近的物质与反应器壁之间的碰撞直接接收的。
5）是一种安全、绿色、环保的方法，对人体无害，并且采用无源或/和有源声发射原理，对于具有易燃易爆物质的流化床反应器也是安全的，不会由于静电等原因造成反应器的爆炸。
一种解决燃气热水器忽冷忽热问题的设计
一种冷凝式恒温燃气热水器附图说明