一种气固流态化分选密度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种气固流态化分选密度检测方法，属于流态化干法分选及电容层析成像技术领域。针对流化床中不同浓度介质的介电常数的差异，结合测得的流化床各网格电容值完成图像重建，得到床层空隙度，并最终依据空隙度计算流化床的床层密度并依据干法重介质流化床中物料的受力分析确定不同流化状态下，各粒级物料的实际分选密度。本发明专利技术采用上述一种气固流态化分选密度检测方法，利用电容层析成像装置对流化床进行密度检测，既能测得干法分选中流化床的密度，又能计算物料实际的分选密度，实现可视化实施监测，同时增加工业生产中流化床密度稳定性，降低了分选误差，大大提高干法分选精度和效率。分选精度和效率。分选精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种气固流态化分选密度检测方法


[0001]本专利技术涉及流态化干法分选及电容层成像
，尤其是涉及一种气固流态化分选密度检测方法。

技术介绍

[0002]煤炭是我国的主体能源，然而我国煤炭资源主要分布在山西，蒙西，陕北这些地区为严重缺水干旱地区，水资源短缺是选煤一个重要制约因素。因此，针对上述地区和煤炭特点，需采用干法分选。目前，空气重介质流化床成为干法分选的主要设备。这种分选方法是在上升气流中混入细粒加重质，以提高流体介质的密度从而形成一均匀稳定的流化床实现煤炭和矸石的有效分离。
[0003]电容层析成像技术是一种新型的检测装置，具有无损检测、快捷检测等特点，其原理是利用不同介质介电常数的差异完成浓度或相含量的检测，在工程实践中有着越来越多的应用。针对干式流化床的密度检测，目前没有成熟快捷的检测方法，常见方法有：密度球标定等，而这些方法缺点为检测效率低，精度差并不能实现流化床的在线密度监测。因此，现有密度检测技术很难满足实际工业生产和未来智能化干法选煤的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种气固流态化分选密度检测方法，利用电容层析成像装置对流化床进行密度检测，既能测得干法分选中流化床的密度，又能计算物料实际的分选密度，实现可视化实施监测，同时增加工业生产中流化床密度稳定性，降低了分选误差，大大提高干法分选精度和效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种气固流态化分选密度检测方法，包括以下步骤：
[0006](1)初始数据采集：收集初始电容信息，将充满空气时流化床内节点常数为气泡相电容值C
g
，将均匀分布且堆密度一定的加重质电容值设置为C
S
，通过气速计记录工作条件下流化床的操作气速U
g
，待分选入料的平均直径d
p
，和粘度值μ
g
；
[0007](2)数据采集：采用电容层析成像技术，将电容层析成像装置水平布置在分选段的床壁上，电容信息测量单元向传感器发射检测信号，并接收电极对之间的电容值，获得流化床中水平方向的电容值分布；
[0008](3)数据处理：将步骤(2)得到的电容值进行归一化处理；
[0009](4)图像重建：将步骤(3)处理过的数据采用Landweber迭代算法计算各单元的介电常数，根据各单元介电常数重建图像，并依据图像的灰度值计算对应的加重质空隙率；
[0010](5)床层密度计算：通过步骤(4)获得的床层空隙率计算流化床的表观床层密度；
[0011](6)分选密度计算：依据床层密度的结果，综合干法重介质流化床的操作气速和介质粘度以及物料粒径，计算出颗粒在流化床中的实际分选密度。
[0012]优选的，所述步骤(2)中电容层析成像装置包括传感器单元、测量数据采集单元和
图像重建单元，所述图像重建单元与所述测量数据采集单元连接，所述测量数据采集单元与所述传感器单元连接。
[0013]优选的，所述传感器单元由12个阵列式检测电极、屏蔽电极和接地屏蔽罩组成，所述接地屏蔽罩的底端连接有转子流量计。
[0014]优选的，所述步骤(3)中电容值进行归一化处理公式为：
[0015]L＝(C
m
‑
C
g
)/(C
S
‑
C
g
)
[0016]式中L为归一化电容值，C
m
为实际测得电容值，C
g
为气泡相电容值，C
S
为自然堆积状态下加重质的电容值。
[0017]优选的，所述步骤(4)中图像重建Landweber算法公式为：
[0018]L＝Sg
[0019]g
k+1
＝g
k
‑
α
k
S
T
(Sg
k
‑
L)
[0020]式中，L为归一化后的电容值数据，S为归一化后的电场灵敏度数据，g为各单元介电常数对应的灰度值，α
k
为迭代次数为k时的迭代步长。
[0021]优选的，所述步骤(4)和步骤(5)中各像素的灰度值与流化床的密度换算公式为：
[0022][0023][0024]式中，ρ
bed
为流化床平均床层密度，ρ
s
为固相加重质的堆密度，ρ
g
为气体的密度，g为各单元介电常数对应的的灰度值，V为床层平均空隙率。
[0025]优选的，所述步骤(6)中分选密度计算公式为：
[0026]ρ
sep
＝ρ
bed
+18μ
g
U
g
(1+3d
p
U
g
/16μ
g
)
0.5
/gd
p
[0027]式中，ρ
sep
为流化床分选密度，μ
g
为流化床介质粘度，Ug为流化床的操作气速，g为重力加速度，d
p
为入料颗粒的尺寸。
[0028]因此，本专利技术采用上述一种气固流态化分选密度检测方法，利用电容层析成像装置对流化床进行密度检测，可以满足密度的在线检测和智能化要求，既能测得干法分选中流化床的密度，又能计算物料实际的分选密度，实现可视化实施监测，同时增加工业生产中流化床密度稳定性，降低了分选误差，大大提高干法分选精度和效率，检测灵敏度高、拓展性腔，简单便捷，实现了良好好的经济实用效益。
[0029]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0030]图1为本专利技术一种气固流态化分选密度检测方法实施例的实验流程图；
[0031]图2为本专利技术电容层析成像装置结构示意图；
[0032]图3为Landweber算法流程图。
具体实施方式
[0033]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0034]实施例
[0035]本专利技术提供了一种气固流态化分选密度检测方法，包括以下步骤：
[0036](1)初始数据采集：收集初始电容信息，将充满空气时流化床内节点常数为气泡相电容值C
g
，将均匀分布且堆密度一定的加重质电容值设置为C
S
，通过气速计记录工作条件下流化床的操作气速U
g
，待分选入料的平均直径d
p
，和粘度值μ
g
。
[0037](2)数据采集：采用电容层析成像技术，将电容层析成像装置水平布置在分选段的床壁上，电容信息测量单元向传感器发射检测信号，并接收电极对之间的电容值，获得流化床中水平方向的电容值分布；电容层析成像装置包括传感器单元1、测量数据采集单元2和图像重建单元3，图像重建单元3与测量数据采集单元2连接，测量数据采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气固流态化分选密度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始数据采集：收集初始电容信息，将充满空气时流化床内节点常数为气泡相电容值C
g
，将均匀分布且堆密度一定的加重质电容值设置为C
S
，通过气速计记录工作条件下流化床的操作气速U
g
，待分选入料的平均直径d
p
，和粘度值μ
g
；(2)数据采集：采用电容层析成像技术，将电容层析成像装置水平布置在分选段的床壁上，电容信息测量单元向传感器发射检测信号，并接收电极对之间的电容值，获得流化床中水平方向的电容值分布；(3)数据处理：将步骤(2)得到的电容值进行归一化处理；(4)图像重建：将步骤(3)处理过的数据采用Landweber迭代算法计算各单元的介电常数，根据各单元介电常数重建图像，并依据图像的灰度值计算对应的加重质空隙率；(5)床层密度计算：通过步骤(4)获得的床层空隙率计算流化床的表观床层密度；(6)分选密度计算：依据床层密度的结果，综合干法重介质流化床的操作气速和介质粘度以及物料粒径，计算出颗粒在流化床中的实际分选密度。2.根据权利要求1所述的一种气固流态化分选密度检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中电容层析成像装置包括传感器单元、测量数据采集单元和图像重建单元，所述图像重建单元与所述测量数据采集单元连接，所述测量数据采集单元与所述传感器单元连接。3.根据权利要求2所述的一种气固流态化分选密度检测方法，其特征在于：所述传感器单元由12个阵列式检测电极、屏蔽电极和接地屏蔽罩组成，所述接地屏蔽罩的底端连接有转子流量计。4.根据权利要求1所述的一种气固流态化分选密度检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中电容值进行归一化处理公式为：L＝(C
m
‑
C
g
)/(C
S
‑
C
g
)式中L为归一化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，赵跃民，孙宗盛，段晨龙，董良，周恩会，赵鹏飞，袁华佗，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：