Способ непрерывного измерения запыленности газов в газоходах и устройство для его осуществления

 

Использование: для оперативного контроля степени очистки газов от пыли и постоянного учета пылевыноса в атмосферу. Цель: повышение точности и информативности способа за счет расширения функциональных возможностей путем дополнительного измерения одним приборов скорости потока в газоходе. Сущность Изобретение относится к измерению концентрации пыли в пылегазовом потоке, поступающем в газоход, индукционным методом , и скорости этого потока и может быть использовано для оперативного контроля степени очистки газов от пыли и для постоянного учета пылевыноса в атмосферу. Цель изобретения - повышение точности измерения и информативности за счет изобретения: в устройстве для непрерывного измерения запыленности газов на входе установлен диффузор, а на выходе, снаружи - конический стабилизатор, Соотношение площадей диффузора изменяют в зависимости от различных диапазонов скоростей потока в газоходе. Наружный диаметр стабилизатора соответствует 3-3,5 внешних диаметров корпуса измерительного устройства . Диффузор и стабилизатор поддерживают скорость на входе в устройство равной скорости набегающего потока, в зарядной камере - равной 0,5-0,75 м/с, с изменением , пропорциональным изменению скорости потока в газоходе. Частицы пыли заряжают в зарядной камере, в зоне коронного разряда, втечениеО,1-0,15с. Получают пачки заряженных частиц и в течение полупериода модуляции формируют из них пакет . Измеряют время прохождения пакетом расстояния до измерительной камеры и определяют скорость движения потока в канале и газоходе. В измерительной камере пачки заряженных частиц индуцируют ЭДС. По величине ЭДС измеряют концентрацию пыли. Пакет.частиц выходит из измерительной камеры до подхода к ней следующего пакета. 2 с. п. ф-лы, 2 ил, расширения функциональных возможностей . Цель достигается тем, что в способе непрерывного измерения запыленности газов в газоходах, включающем пропускание пылегазового потока через зону коронного разряда, формируемого импульсным модулированным электрическим полем, и получение при этом пачек заряженных частиц, СП С 00 о о о VI 6

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 G 01 N 15/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 3Swwa ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4923256/25 (22) 01.04.91 (46) 23.03.93, Бюл. ¹ 11 (71) Норильский горно-металлургический комбинат им. А,П.Завенягина (72) B.Á.Êàðnìàí(73) Норильский горно-металлургический комбинат им, А.П.Завенягина (56) Гордон Г.М., Пейсохов И.Л. Контроль пылеулавливающих установок. М.: Металлургия, 1973, с. 291.

Авторское свидетельство СССР

N 830196, кл, G 01 N 15/00, 1978.

Клименко А.П, Методы и приборы для измерения концентрации пыли. М,; Химия, 1978. с. 135-137. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ГАЗОВ B ГАЗОХОДАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕ СТВЛ ЕНИЯ (57) Использование: для оперативного контроля степени очистки газов от пыли и постоянного учета пылевыноса в атмосферу, Цель; повышение точности и информативности способа за счет расширения функциональных возможностей путем дополнительного измерения одним приборов скорости потока в газоходе. Сущность

Изобретение относится к измерению концентрации пыли в пылегазовом потоке, поступающем в газоход, индукционным методом, и скорости этого потока и может быть использовано для оперативного контроля степени очистки газов от пыли и для постоянного учета пылевыноса в атмосферу, Цель изобретения — повышение точности измерения и информативности за счет („) 5LI 1804607 АЗ изобретения: в устройстве для непрерывного измерения запыленности газов на входе установлен диффузор, а на выходе, снаружи — конический стабилизатор, Соотношение площадей диффузора изменяют в зависимости от различных диапазонов скоростей потока в газоходе. Наружный диаметр стабилизатора соответствует 3 — 3,5 внешних диаметров корпуса измерительного устройства. Диффузор и стабилизатор поддерживают скорость на входе в устройство равной скорости набегающего потока, в зарядной камере — равной 0,5 — 0,75 м/с, с изменением, пропорциональным изменению скорости потока в газоходе. Частицы пыли заряжают в зарядной камере, в зоне коронного разряда, в течение 0,1 — 0,15 с. Получают пачки заряженных частиц и в течение полупериода модуляции формируют из них пакет. Измеряют время прохождения пакетом расстояния до измерительной камеры и оп- ределяют скорость движения потока в канале и газоходе, B измерительной камере пачки заряженных частиц индуцируют ЭДС.

По величине ЭДС измеряют концентрацию пыли. Пакет частиц выходит из измерительной камеры до подхода к ней следующего пакета. 2 с. и. ф-лы, 2 ил, расширения функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в способе непрерывного измерения запыленности газов в газоходах, включающем пропускание пылегазового потока через зону коронного разряда, формируемого импульсным модулированным электрическим полем, и получение при этом пачек заряженных частиц, 1804607

55 образующих пакет, с периодом, равным периоду модуляции, причем время зарядки равно половине периода модуляции, и последующее измерение ЭДС, индуцированной пачками заряженных частиц в измерительной камере, скорость потока на входе в канал поддерживают равной скорости набегающего потока, а в зарядной камере — равной 0,5 — 0,75 м/с, измеряют время от начала возникновения коронного разряда до начала индуцирования ЭДС в измерительной камере, по которому определяют скорость движения потока в газоходе, при этом период модуляции выбирают большим этого времени, а время зарядки — равным

0,1 — 0,15 с.

В устройстве для непрерывного измерения запыленности газов в газоходах, содержащем входной конус, соединенный с диэлектрическим цилиндрическим корпусом, имеющим зарядную камеру, состоящую из зарядного цилиндра и размещенной в нем коронирующей иглы, соединенных с источником напряжения, и измерительную камеру, соединенную с измерительным устройством, а также экранирующий цилиндр, охватывающий корпус, при этом внутренние диаметры зарядного цилиндра, корпуса и измерительной камеры равны между собой, входной конус выполнен в виде диффузора, соотношение площадей в котором равно

S1: Яг= К где Я1 — площадь большего сечения диффузора;

Яг — площадь меньшего сечения диффузора;

К=.1,5; i=1 — 4,1=10, снаружи, на конце цилиндрического корпуса установлен конический стабилизатор, больший диаметр которого равен 3 — 3,5 внешнего диаметра цилиндрического корпуса с длиной 115+ (0,9 — 1) d, где d — внутренний диаметр корпуса, при этом внутренний диаметр зарядного цилиндра равен большему диаметру диффузора, а расстояние между зарядной и измерительной камерами составляет 0,9 — 1 внутреннего диаметра корпуса.

Изобретение позволяет одновременно измерять одним прибором концентрацию пыли в пылегазовом потоке и скорость его движения в газоходе и, таким образом, повысить информативность способа измерения запыленности.

Поддержание изокинетичности обеспечивает корректность отбора проб, т.е, определенное соответствие состояния пылегазового потока в газоходе состоянию пылегазового потока в канале измерительного устройства, чем достигается высокая точность измерений как запыленности газового потока, так и его скорости. Для этого необходимо скорость на входе и канал измерительного устройства поддерживать равной скорости набегающего потока. Это равенство не должно нарушаться при любых возможных изменениях скорости движения газового потока в газоходе. Скорость движения газового потока в газоходе может быть в пределах 5 — 25 м/с. Для обеспечения условия изокинетичности необходимо, чтобы перепад полных давлений у входа и выхода измерительного прибора был при всех скоростях газового потока в газоходе равен его внутреннему гидравлическому сопротивлению. Чтобы достичь этого, подбирают соответствующую конфигурацию внешней и внутренней формы и соотносительные их размеры. Так, входной конус предложено выполнять в виде диффузора, а снаружи, на конце цилиндрического корпуса, предложено установить конический стабилизатор.

Причем диффузор предлагается устанавливать с изменяющимся соотношением площадей его входа и выхода, Это дает возможность обеспечения сразу двух важных факторов. Во-первых, изменяя соотношение площадей входного и выходного сечений диффузора, изменяют его гидравлическое сопротивление, являющееся основным в предложенном измерительном устройстве, и тем самым поддерживает необходимый перепад давлений в приборе, а следовательно, обеспечивают условие изокинетичности, благодаря которому повыша-ется точность измерения, Во-вторых, изменением гидравлического сопротивления входного диффузора поддерживают определенную скорость в зарядной камере—

0,5 — 0,75 м/с, которая при различных скоростях в газоходе обеспечивает время нахождения частиц в зарядной камере в оптимальных пределах — 0,1-0,15 с. Одновременно этим поддерживают такое изменение скорости потока в зарядной камере, которое пропорционально изменению скорости потока в газоходе, а это, в свою очередь,.является необходимым условием для возможности измерения скорости движения потока в газоходе.

Чтобы выполнить все эти условия, соотношения площадей диффузора должно подбираться из следующего выражения:

S1: Яг=К где S1 — площадь большего сечения;

Яг — площадь меньшего сечения;

К=1,5; (=1 — 4, t=10.

При этом коэффициент! выбирает следующим образом:

1804607

i = 1 при скорости пылегазового потока в газоходе ч = 5 — 7,5 м/с;

1 = 2 при ч = 7,5 — 11,25 мlс;

i = 3 при ч = 11,25 — 16 875 мlс;

i = 4 при ч = 16,875 — 25,31 м! с.

Экспериментально выявлено, что если соотношение площадей диффузора в различных диапазонах скоростей выбирают по указанной формуле, то условие изокинетичности соблюдается, время зарядки поддерживается в нужных пределах, а изменение скорости — пропорциональным изменению скорости в газоходе. Кроме того, это дает возможность определения корреляционного коэффициента при измерении скорости потока.

Стабилизатор создает на выходе из прибора разрежение, которое компенсирует сопротивление внутреннего канала. Наружный наибольший диаметр конического стабилизатора должен быть равен 3 — 3,5 внешнего диаметра цилиндрического корпуса, Если выполнить наружный диаметр размером менее 3 внешних диаметров цилиндрического корпуса, то стабилизатором будет создана недостаточная зона аэродинамической тени, т.е. получаемое на выходе разрежение будет недостаточным для компенсации внутреннего сопротивления канала. Размер стабилизатора более 3,5 внешних диаметров корпуса выбирать нецелесообразно, так как получаемое большое разрежение приведет к тому, что пылегазовый поток начнет протягиваться через канал с большей, чем необходимо, скоростью.

Условием способа, повышающим точность измерения запыленности, является стабильность степени зарядки частиц пыли, причем заряженность должна быть не менее 90 — 93 $. Это необходимо для снижения погрешности измерений. Для этого частицы пыли должны находиться в зоне коронного разряда в пределах 0,1-0,15 с. Как уже отмечалось выше, достигнуть времени нахождения частиц в зарядной камере в этих оптимальных пределах, причем при различных скоростях потока в газоходе, можно лишь путем поддержания в ней скорости в оптимальных пределах 0,5-0,75 мlс, а эта скорость обеспечивается выбором соотношения площадей диффузора и соблюдением условия изокинетичности.

Выбирать время пребывания частиц в зарядной камере более 0,15 с нецелесообразно, так как в этом случае необходимо будет учитывать осаждение частиц на электродах зарядной камеры, т.е. увеличение времени сверх оптимального предела приведет к возникновению погрешностей в из5

50 мерении запыленности. Если же частицы будут находиться в зарядной камере менее

0,1 с, то это снизит стабильность зарядки, а также уменьшит точность измерения запыленности.

Так как в способе предусмотрено измерение скорости пылегазового потока в газоходе, вводится ряд необходимых временных режимов осуществления способа. Скорость потока определяют по времени, в течение которого частицы пыли проходят путь от начала зарядной камеры до начала измерительной камеры (время от начала возникновения коронного разряда до начала индуцирования ЭДС в измерительной камере). Для обеспечения возможности такого измерения время зарядки, которое соответствует попупериоду модуляции, должно быть большим времени прохождения пакета заряженных частиц через измерительную камеру, т.е. пачки заряженных частиц из разных пакетов не должны одновременно оказаться в измерительной камере, так как иначе невозможно будет зафиксировать момент вхождения нового пакета заряженных частиц в измерительную камеру, а значит, невозможно измерить время, требуемое для определения скорости движения частиц. Учтено также, что поскольку время зарядки равно полупериоду модуляции, то сам период модуляции должен быть выбран таким, чтобы он был больше времени от начала возникновения коронного разряда до начала индуцирования ЭДС в измерительной камере. Это условие необходимо выполнять для того, чтобы исключить влияние коронного разряда на измерения в измерительной камере, т,е. не-. обходимо предотвратить утечку ионов из зарядной камеры, так как это вносит погрешности в измерение ЭДС в измерительной камере. Для этого расстояние между зарядной и измерительной камерами целесообразно выполнять не менее 0,9 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса. Расстояние более 1 диаметра цилиндрического корпуса вызывает возникновение двукратного зажигания коронного разряда перед началом первичного индуци-, рования ЭДС в измерительной камере, усложняет схему измерительного устройства и приводит к погрешностям измерений, С учетом указанных выше соотносительных временных режимов прохождения частиц через зарядную и измерительную камеры, а также между ними экспериментально выбрана длина цилиндрического корпуса, которая должна быть равна

1804607

115-+ (0,9 -1)d, где d — внутренний диаметр цилиндрического корпуса.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 — диаграмма модулированного импульсного коронирующего напряжения, совмещенная по времени с длительностью прохождения устройства пачками заряженных частиц.

Устройство для непрерывного измерения запыленности в газоходе 1 имеет входной конус 2, выполненный в виде диффузора, диэлектрический цилиндрический корпус 3, в который встроены зарядная

4 и измерительная 5 камеры. Зарядная камера 4 состоит из электродов: зарядного цилиндра 6 и установленной в нем коронирующей иглы 7, соединенных с источником напряжения 8. Измерительная камера 5 соединена с измерительным устройством 9.

Цилиндрический корпус 3 охватывает снаружи экранирующий цилиндр 10, а на конце его установлен конический стабилизатор

11, К выходу цилиндрического корпуса 3 подведена трубка 12 для подачи сжатого воздуха, предназначенного для сдува остатков пыли.

Диффузор выполнен с соотношением площадей

S> .Зг — К t, где S> — площадь большего сечения диффузора;

Sz -4 площадь меньшего сечения диффузора;

К=1,5; с=10; i=1 — 4.

Больший диаметр конического стабилизатора 11 равен 3 — 3,5 внешнего диаметра цилиндрического корпуса 3, длина которого составляет 115+ (0.9 — 1) d, где d — внутренний диаметр цилиндрического корпуса.

Больший диаметр диффузора 2 равен внутренним диаметрам зарядной 4 и измерительной 5 камер, а также внутреннему диаметру корпуса 3. Расстояние между зарядной 4 и измерительной 5 камерами равно 0,9 — 1 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса 3.

Способ непрерывного измерения запыленности в газоходах осуществляется следующим образом. Помещают устройство для измерения запыленности газов в газоход 1, по которому движется пылегазовый поток. Скорость этого потока может быть следующей: ч = 5 — 7,5 м/с; ч = 7,5 — 11,25 м/с;

v= 11,25 — 16,875 м/с; ч = 16,875 — 25,31 мlс.

Учитывая тот или иной диапазон скорости пылегазового потока, на измерительное устройство устанавливают диффузор 2 с соответствующим соотношением площадей, Пылегазовый поток, обтекая наружную поверхность и конический стабилизатор 11, 5

55 создает в районе выхода из канала зону пониженного давления, благодаря чему перепад полных давлений у входа и выхода измерительного устройства становится равным его внутреннему гидравлическом сопротивлению и тем самым скорость не входе в канал измерительного устройства поддерживают равной скорости набегающего потока, а в зарядной камере 4 обеспечивают скорость 0,5 — 0,75 м/с, которая в этих пределах изменяется пропорционально изменению скорости движения потока в газоходе, Запыленный поток, пройдя через диффузор 2, попадает в зарядную камеру 4, в которой с помощью электродов (зарядного цилиндра 6 и коронирующей иглы 7) создают зону коронного разряда, Коронный разряд формируют импульсным модул и рова н н ы им электрическим полем.

Частицы пыли при этом заряжают в виде пачек с частотой, равной частоте импульсов, и формируют из пачек пакет(см. фиг.2). Длина зарядной камеры 4 выбрана такой, что при скорости потока в ней 0,5 — 0,75 м/с зарядка частиц идет в течение 0,1 — 0,15 с, что соответствует степени зарядки 90-93 %.

Время зарядки соответствует полупериоду модуляции. Следующий пакет из заряженных пачек начинают формировать со следующего периода модуляции. Причем начало формирования каждого нового пакета — от начала возникновения коронного разряда— фиксируют во времени. Затем поток, перемещаясь по каналу, попадает в измерительную камеру 5. Как только первый пакет из заряженных пачек достиг ее, в камере 5 начинает индуцироваться ЭДС, и этот момент также фиксируют во времени. При этом получают время, в течение которого частицы прошли известный путь; от начала зарядной камеры 4 до начала измерительной 5. По времени и пройденному пути определяют истинную скорость движения потока в канале измерительного устройства, а затем с помощью корреляционного коэффициента, учитывающего перепад скорости в диффузоре 2, рассчитывают скорость движения пылегазового потока в газоходе 1. ЭДС, индуцируемую в измерительной камере 5 пачками заряженных частиц, измеряют с помощью измерительного устройства 9. Суммарный индуцируемый заряд зависит от размеров измерительной камеры 5, а именно: заряд растет с увеличением й/R, где.п — длина измерительной камеры; R — ее радиус. При

h>4 L (L — длина пачки заряженных частиц) считается, что максимальный индуцированный заряд равен суммарному заряду всех частиц, Таким образом, измерив величину

1804607

10 заряда, определяют массовую концентрацию пыли в пылегазовом потоке.

При этом длину измерительной камеры

5 задают такой, чтобы весь пакет заряженных частиц успел выйти из нее до прихода следующего пакета. Для этого время формирования пакета (т.е. время зарядки или полупериод модуляции) задают большим, чем время прохождения его через измерительную камеру 5. Кроме того, период модуляции выбирают большим времени от начала возникновения коронного разряда до начала индуцирования ЭДС в измерительной камере 5.

Периодически по трубке 12 в торец устройства подают импульсы сжатого воздуха для сдува пыли.

Непрерывное измерение концентрации пыли в пылегазовом потоке и его скорости в газоходе позволяет постоянно контролиро, вать работу пылеочистных сооружений и вести учет пылевыноса в атмосферу.

Пример. Пылегазовый поток в газоходе движется со скоростью 5 — 7,5 м/с. На измерительное устройство устанавливают диффузор 2, при определении соотношения площадей которого коэффициент берут равным 1. Тогда S> Sz = К " ° т = 1,5" " =

=10, для чего размер S< = 176,6 мм, S 2 = г

17,66 мм . Выбрав необходимое для данного диапазона скорости в газоходе соотношение площадей, задают тем самым, в совокупности с установленным стабилизатором 11, наружный диаметр которого равен 45 мм, равенство скорости не входе в канал измерительного устройства и скорости набегающего потока, Попав внутрь измерительного устройства, поток расширяется в диффузоре 2 и входит в зарядную камеру 4 диаметром 15 мм, длиной

75 мм. На электроды зарядной камеры 4 зарядный цилиндр 6 и коронирующую иглу

7 — подают коронирующий заряд со следующими параметрами: напряжение, 4000 В; частота импульсов 40 Гц; период модуляции

0,2 с.

Время начала возникновения коронного разряда фиксируют. При этом зарядку ведут в течение попупериода модуляции, т,е. в течение 0,1 с, что соответствует степени зарядки 90 . 3а это время получено 4 пачки заряженных частиц, из которых сформирован пакет, В следующий полупериод модуляции зарядки нет. Пакет из заряженных пачек частиц перемещается из зарядной камеры 4 к корпусу 3 к измерительной камере 5. Достигнув ее, пакет начинает индуцировать ЭДС. Данный момент фиксируют и определяют, что время от начала возникновения коронного разряда до индуцирования ЭДС в измерительной камере составляет 0 15 с, т.е. меньше периода модуляции (следующая зарядка еще не началась). Расстояние в корпусе 3 между

5 зарядной 4 и измерительной 5 камерами составляет 15 мм, в сумме с длиной зарядной камеры 90 мм. Следовательно, это путь, пройденный частицами пыли за 0,15 с. Определяют скорость их движения:

$ «009

vg = — = — = 0,6 м/с.

t 0,15

Зная соотношение площадей диффузо15 ра, определяют корреляционный коэффициент:

К= — = — = 10

Я1 1766

Sz 17,66

С учетом корреляционного коэффициента

20 определяют фактическую скорость движения потока в газоходе: чг = 10 0,6 = 6 (м/c).

25 Длина измерительной камеры 5 составляет 40 мм, и пачки заряженных частиц перемещаются в ней в течение 0,067 с, т.е. в течение времени, меньшего времени зарядки, т,е. меньшего полупериода модуляции, 30 Это необходимо для того, чтобы пакет успел выйти из измерительной камеры до того, как следующий пакет подойтет к ней, Пакет из заряженных пачек индуцирует в измерительной камере ЭДС, соответству35 ющую запыленности 0,05 гlм .

Для расчета пылевыноса в атмосферу необходимо объем газа, проходящий по газоходу за единицу времени (1 с), умножить на запыленность:

40 05г

G=v S Z=6 4 0,05=0,059 г/с, г где S = — — площадь сечения газохода, 4 г, 45 ч — скорость движения газов, м/с;

Z — запыленность газов, г/м; з, d — диаметр газохода, м.

Формула изобретения

1.Способ непрерывного измерения запыленности газов в газоходах, включающий пропускание пылегазового потока через зону коронного разряда, формируемого импульсным модулированным электрическим полем, и получение при этом пачек заряженных частиц, образующих пакет с периодом, равным периоду модуляции, причем время зарядки равно половине периода модуляции, и последующее измерение ЭДС, индуцированной пачками заряженных частиц в

1804607

2. Устройство для непрерывного измерения запыленности газов в газоходах, содержащее входной конус, соединенный с диэлектрическим цилиндрическим корпусом, содержащим зарядную камеру, состоящую из зарядного цилиндра и размещенной в нем коронирующей иглы, соединенных с. источником напряжения, и измерительную камеру, соединенную с измерительным устройством, а также экранирующий цилиндр, ИеР модуляции

Фиг. 2

Составитель Г.Смекалова

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

P еда кто р

Заказ 1077 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 измерительной камере, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности способа, скорость потока на входе в канал поддерживают равной скорости набегающего потока, а в зарядной камере — равной 0,5-0,75 м/с, измеряют время от начала возникновения коронного разряда до начала индуцирования ЭДС в измерительной камере, по которому определяют скорость движения потока в газоходе, при этом период модуляции выбирают большим этого времени, а время зарядки задают равным 0,1 — 0,15 с. охватывающий корпус, причем внутренние диаметры зарядного цилиндра, корпуса и измерительной камеры равны между собой, отл и ч а ю щ ее с я тем, что входной корпус

5 выполнен в виде диффузора, соотношение площадей в котором равно

S>: Зг-К t, где S < — площадь большего сечения диффузора;

10 Sz — площадь меньшего сечения диффузора;

K-=1,5, I =1 — 4, t =10, снаружи, на конце цилиндрического корпуса установлен конический стабилизатор, 15 больший диаметр которого равен 3 — 3,5 внешнего диаметра цилиндрического корпуса, длина которого равна 115 + (0,9-1) d, где d — внутренний диаметр корпуса, при этом внутренний диаметр зарядного цилин20 дра равен большему диаметру диффузора, а расстояние между зарядной и измерительной камерой составляет(0,9-1) внутреннего диаметра корпуса.