底饲进料循环喷动床内压力脉动信号的SHANNON信息熵分析

　　引　言

　　为了进一步提高脱硫效率,底饲进料循环喷动床(underfeed circulating spouted bed,UCSB)采用底饲进料的方式,使新鲜脱硫剂通过底饲喷头从各方向均匀进入塔内,在反应塔底部形成高湍动度、高颗粒浓度的气固混合,克服了采用面饲进料方式时脱硫剂颗粒在截面上特别是在底部喷水区域分布不均的问题,是在常规的循环流化床烟气脱硫装置基础上开发的新型干法脱硫技术。

　　研究不同操作条件对反应塔内气固流动特性的影响对于优化设计和操作运行具有重要的意义。压力特征信号包含了气固流动特征在时间和空间上的许多动态信息,是颗粒特性、床的几何特性、气泡运动特性等多种因素的综合反映。应用压力脉动信号研究流化床和喷动床内的动力学行为已被许多研究者采用[1~6],通过有效的信息处理手段,如统计分析、频谱分析和混沌分析等[7~9],对压力信号加以分析,提取重要的特征参数,可以进一步认识气固流动更为复杂的规律,并建立这些特征参数与气固流特性之间的联系。本研究通过采集不同位置处的压力脉动信号,通过频谱变化分析了反应塔在轴向上的气固流动特性;并应用SHANNON信息熵对压力信号进行处理,进一步分析了不同操作条件(包括流化气速、喷射速度、回料量、喷头位置)对反应塔气固流动的影响,为底饲进料循环喷动床的控制运行和优化操作提供依据。

　　1　实验装置和研究方法

　　1.1　实验装置

　　应塔主体,雾化增湿系统,气固分离系统,底饲进料系统,回料系统以及测量系统组成。脱硫塔主体直径0.6 m,总高度19 m,有效高度为15 m。烟气从塔底进入经文丘里管均匀布风后进入塔内,新鲜脱硫剂通过底饲进料系统从底部喷水区域加入,在上升过程中与烟气中的二氧化硫进行反应。净化后的烟气由床顶离开,通过旋风和布袋除尘器实现气固分离后进入烟囱排放,部分收集的固体颗粒可再次循环使用。

　　底饲进料系统主要由螺旋加料器、料仓、立管、喷射器和底饲喷嘴等组成。底饲进料系统及采用的喷头结构如图2所示。喷头侧面均匀布置有一定数目的等径圆形喷口,本实验采用的喷嘴形式为四口喷嘴。喷头下端与气力输送管道之间采用焊接式直通管接头进行分段连接,可方便拆卸更换喷头和调整喷头高度。本试验中喷口中心距离文丘里扩张段底部的默认高度为0.3 m。

　　沿提升管轴向布置有9个测压孔,测压孔距离文丘里扩张段顶部的高度用Z表示,压力信号送入量程为0~10 kPa的多通道差压变送器,输出信号进行A/D转换后,由计算机采集。其采样频率为50 Hz,每个测点的采样时间为30 s。底饲进料采用平均直径为75μm的石英砂作为颗粒相,其密度为2600 kg/m3,流化介质为空气。实验均为常温条件。