CN101285844B - 同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于湿法脱硫系统中烟雾测试技术范围的一种同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置及测量方法。所述装置包括在测试筒筒体的筒底上有一个圆形孔，在筒体内部设有一根皮托管和装载测试片的测试片支架和由高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸组成的气体控制部分。在测试片支架下固定一根皮托管，皮托管下方密封垫连接在测试片支架上，用于密封测试筒。所述方法是将装置放入要测量的烟气氛围中，使烟气中的小液滴撞击到测试片上留下痕迹，同时能通过皮托管结合微压计来测量出当地流速，采用显微镜对测试片上的痕迹进行分析，而得到液滴的粒径分布及浓度。本装置结构简单，成本低，操作方便灵活，适用于大多数环境下作业。

Description

同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置及测量方法

技术领域

本发明属于湿法脱硫系统中烟雾测试技术范围，特别涉及应用于火电厂烟气脱硫系统中除雾器前后截面烟气速度分布及烟气中小液滴的粒径及浓度测试的一种同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置及测量方法。

背景技术

湿法脱硫系统中流经脱硫塔的烟气携带着小液滴进入除雾器，除雾器只能除去粒径大于临界直径的液滴，对于粒径小于30微米的小液滴基本没有脱除效果。而小液滴富含氢氧化钙和硫酸钙等成分。含有小液滴的烟气经过脱硫系统的烟-烟加热器(GGH)时，小液滴就会黏附在GGH叶片上，由于叶片的温度高，水分被蒸发掉，而氢氧化钙(石灰石)和硫酸钙等成分被粘滞在叶片上，造成GGH堵塞，使得GGH压差增大，导致脱硫系统增压风机湍振甚至失速，影响了整个脱硫系统甚至整个机组的安全、经济运行。因此，测量除雾器前后小液滴粒径分布及浓度大小，有利于判断除雾器的除雾效果，有利于预测GGH的堵塞状态，为脱硫系统的安全运行提供指导。

由于除雾器后流场的流速高，湿度大，烟气温度高，测量环境非常恶劣。目前在国内外还没有针对脱硫系统除雾器后小液滴的粒径分布的测试仪器。

因而，需要一种能够方便地测定脱硫系统的除雾器前后烟气流速分布、烟气中小液滴粒径分布及浓度的装置及方法，以便于除雾器的除雾效果，评估GGH堵塞状态，并为脱硫系统的安全运行提高参考。

发明内容

本发明的目的是提供了一种同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置及测量方法，所述装置包括：测试筒和气体控制部分，

所述测试筒，在测试筒的筒底上有一个圆形测试孔，在测试筒内部设有气缸、一根皮托管和装载测试片的测试片支架；

气体控制部分，由高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸组成，所述气缸位于测试筒内，固定在顶盖上，气缸具有上进气孔、下进气孔和气缸轴，气缸轴固定在气缸中心，气缸轴与测试片支架通过连接管相连接，在测试片支架下固定一根皮托管，皮托管通过硅胶管与微压计相通；皮托管下方有密封垫连接在测试片支架上，用于密封测试筒。

所述输气管包括上输气管和下输气管，上输气管和下输气管分别与气缸的上进气孔和下进气孔连通。

所述电磁换向阀通过输气管和气缸两端的进气孔连接，电磁换向阀在上下输气管之间切换。

所述两根输气管从测试筒顶盖上的两个圆孔中的一个引入测试筒内，与皮托管连接的两根硅胶管从两个圆孔中的另一个引入测试筒内。

所述测试片是通过气体控制部分控制气缸轴的上下运动而从测试筒内伸出或者退回筒内。

本发明装置的工作原理是：在检测之前，利用气体控制部分控制，上输气管和下输气管分别与气缸的上进气孔和下进气孔联通；电磁换向阀在上下输气管之间切换，高压气体进入气缸上部时推动气缸轴下行，带动皮托管、测试片支架和密封垫下行，从而使皮托管和测试片暴露在要测量的烟气氛围中；烟气正对着皮托管和测试片流动，皮托管通过硅胶管与微压计相通，从微压计可读出流速，烟气中的小液滴直接撞击在测试筒内部的测试片支架上的测试片上，留下痕迹；在经过所需的测试时间后，来自高压气源的高压气体进入气缸下部时推动气缸轴上行，带动测试片、皮托管和密封垫上行，使测试片支架和皮托管退回测试筒内，同时密封垫密封测试筒。从烟气氛围中取出测试筒，并利用气体控制部分控制测试片支架从筒内伸出，取出其中的测试片；对测试片上的小液滴痕迹在数码显微镜下放大一定倍数后拍摄出照片，在显微镜下直接观测所得的测试片上的小液滴痕迹来得到液滴粒径分布及浓度情况。

所述测量烟气速度、烟气中小液滴分布的方法，利用同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置的测量方法包括如下步骤：

(1)利用来自高压气源的气体通过电磁换向阀、推动气缸轴并带动测试片卡支架伸出测试筒，装上测试片，通过电磁换向阀切换气体的运动方向，把测试片支架退回测试筒内并密封测试筒；

(2)将整个测试筒放到烟气中待测试的位置上方一定距离，通过电磁换向阀把皮托管和测试片支架伸出测试筒，置于指定测试点，使得皮托管和测试片正对着来流方向，烟气中的小液滴撞击到测试片上；

(3)在1～90秒的测试时间后，记录下具体测试时间，及微压计的读数，通过电磁阀切换气体的运动方向，把皮托管和测试片收回测试筒内同时密封上测试筒，把整个测试筒从烟气中取出，打开测试筒，取出测试片；

(4)分析测试片信息，在显微镜下直接观察测试片上小液滴的大小，通过统计分析计算，得出小液滴的粒径分布情况以及烟气中小液滴的浓度。

所述测试筒的密封垫在100-300毫秒内开启或关闭，以得到小液滴粒径分布。

所述烟气流速利用皮托管和数字式微压计测量烟气流速。

所述测试片上涂有硅胶薄膜，利用该测试片记录烟气携带的小液滴的信息，其烟气中的小液滴垂直撞击到该测试片上。

本发明具有如下优点：装置结构简单，成本低，操作方便灵活，适用于大多数环境下作业。尤其适用于火电厂烟气脱硫系统中除雾器前后烟气流速及烟气中小液滴的测试。

附图说明

图1为依据本发明的同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置的爆炸视图。

图2为图1所示同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置结构示意图。

图3为皮托管和测试片位于测试位置时的立体图。

图4为测试片及测试片卡支架的立体图。

图5为图1所示装置的测试筒筒盖的立体图。

图6为测试孔布置图。

图7为测试点布置图。

具体实施方式

本发明提供了一种同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置及测量方法，下面将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明，

在图1、图2所示的湿法脱硫系统中烟气速度、小液滴分布、浓度的测量装置结构示意图中，所述测量仪由测试筒和气体控制部分组成，在测试筒筒体1的筒底上有一个测试孔3，筒体1顶部固定顶盖2，在筒体1内部设有根皮托管4和装载测试片5的测试片支架6；在测试片支架6上固定皮托管4，皮托管4下方的密封垫7连接在测试片支架6上；所述气体控制部分由高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸组成，气缸10位于测试筒1内，气缸10通过小螺钉孔20固定在顶盖2下方，气缸10的上下端的上进气孔连接上输气管12、下进气孔连接下输气管11，在上输气管12、下输气管11之间连接电磁换向阀13，总进气管14和电磁换向阀13的进气孔接通；气缸轴9固定在气缸10中心，气缸轴9下端与测试片支架6之间通过连接管8相连接，图2所示为同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置结构示意图，测试筒处于非测试状态，皮托管4和测试片5都位于测试筒内部同时测试孔3被密封垫7密封，在将测试筒置于烟气中测量之前和测试结束之后，测试筒处于该状态，15为皮托管总压管，16为皮托管静压管(皮托管为常用的实验测试仪器，说明书上都会有相应的说明)，都通过硅胶管和数字式微压计17连接。在测试片支架6上固定硅胶管，从测试筒1的顶盖2上的两个孔18中的一个引出连到微压计17上(如图2、5所示)。上输气管12和下输气管11从顶盖2上的另外一个孔18伸入测试筒1与气缸10的上下端的进气孔连接。

本测量仪的工作原理是：在检测之前，利用气体控制部分控制，高压气体从总进气管14进入电磁换向阀13，上输气管12和下输气管11分别与气缸10的上进气孔和下进气孔连通；电磁换向阀13在上输气管12和下输气管11之间切换，电磁换向阀13将高压气体切换进入气缸上部的上输气管12时，推动气缸轴9下行，带动皮托管4、测试片支架6和密封垫7下行，从而使皮托管4和测试片5暴露在要测量的烟气氛围中(如图3所示)；烟气正对着皮托管4和测试片5流动，从皮托管4进入的烟气通过与其相连接的数字式微压计17读出流速，烟气中的小液滴直接撞击在测试片支架6上的测试片5上，留下痕迹；在经过所需的测试时间后，来自高压气源的高压气体由电磁换向阀13切换进入气缸下部，推动气缸轴9上行，带动测试片支架6、皮托管4和密封垫7上行，使测试片支架6和皮托管4退回测试筒1内，同时密封垫7密封测试筒1。从烟气氛围中取出测试筒1，并利用气体控制部分控制测试片支架6从筒内伸出，取出其中的测试片5；对测试片5上的小液滴痕迹在数码显微镜下放大一定倍数后拍摄出照片，在显微镜下直接观察测试片5上小液滴的大小，通过统计分析计算，得出小液滴的粒径分布情况以及烟气中小液滴的浓度。

上述测试筒筒体1为一圆柱形筒，筒上为一顶盖2通过大螺钉孔19与筒体1连接，筒底部开有一圆形测试孔3供皮托管4和测试片支架6的伸出和退回。另外，可以理解，诸如测试片5可以与本装置一起提供，也可以分别提供。

所述测试片5优选具有光滑的平面，其上涂有硅胶薄膜，用于记录撞击在测试片上的小液滴的信息，在液滴撞击后，能良好地保留液体的撞击痕迹。

图2所示，测试筒处于非测试状态，皮托管4和测试片5都位于测试筒1内部，同时测试孔3被密封垫7密封，在将测试筒1置于烟气中测量之前和测试结束之后，测试筒处于该状态。

图4所示为图1所示装置的测试片及测试片卡支架的立体图。测试片5安装在测试片支架6上。这样，可方便地实现测试片5和测试片支架6的结合与拆卸。

通过电磁阀高速切换和高压气体迅速推动气缸，皮脱管和测试片能迅速的从测试筒内伸出或者撤回，可以降低在单位时间内测量的误差。

图3所示为皮托管和测试片都伸出测试筒外，处于测试位置。

图4所示为图1所示装置的测试片及测试片支架的立体图。测试片5安装在测试片支架6上。这样，可方便地实现测试片5和测试片支架6的结合与拆卸。

本发明测量烟气流速分布及烟气中小液滴粒径分布的方法可按照如下步骤进行：

(1)测试之前，通过电磁换向阀13将来自气源的高压气体经由总进气管14通入气缸10上部，推动气缸轴9下行，汽缸轴9进一步带动皮托管4和测试片支架6伸出测试孔3，装上测试片5，再通过电磁换向阀13把高压气体经由下高压气管通入气缸10下部，推动气缸轴9上行，带动皮托管4和测试片支架6退回测试筒1内，同时通过密封垫7把测试筒1密闭；

(2)把测试筒1放到所测试的位置上方一定距离，通过高压气体瞬间把皮托管4和测试片5置于测试位置，并且正对着来流方向，皮托管4可以测量烟气流速流速，烟气中的小液滴垂直撞击到测试片5上；

(3)在1～90秒测试时间后记录下在该点的测量时间和数字式微压计17读数，通过高压气体把皮托管4和测试片支架6收回测试筒内，同时密封测试筒1。把测试筒1取出烟道，把测试片支架6伸出测试筒1，取出测试片5；

(4)测试片5放到数码显微镜下放大一定倍数后观察小液滴的粒径的分布情况；

(5)在显微镜下直接观察测试片5上小液滴的大小，通过统计分析计算，得出小液滴的粒径分布情况以及烟气中小液滴的浓度，以迅速获得所需的结果。

另外，本领域技术人员根据烟气的流速、小液滴的估计浓度等参数可以容易地确定合理的测试时间范围。一般而言，测量时间要考虑具体现场情况，若现场液滴浓度较低则测量时间应较长，若现场液滴浓度较大，则测试时间较短。一般为1～90秒，停留时间太短则撞击在测试片上的小液滴太少，不具代表性；停留时间太长，则撞击在测试片上的小液滴数量太多，使得统计量太大，同时重叠的小液滴会大大增加，从而造成统计失去准确性。

从皮托管1和数字式微压计17测得的各点的速度可以用来绘制所测烟道截面上的速度分布。

从测试片上的液滴痕迹得到液滴粒径分布的具体过程为：

将测试片置于电子显微镜下，放大一定的倍数，显微镜通过感光度的差异自动区别出测试片中不同小液滴留下的痕迹，统计出小液滴的个数n，并通过感光原理统计分析出小液滴痕迹的面积F_i，折算出该小液滴的当量直径为d_i。

$d_i=2\sqrt{\frac{F_i}{\mathrm{\π}}}---\left(1\right)$

皮托管测量出的当地流速为v，测试片在烟气中的停留时间为t，测试片面积为s，小液滴的密度为ρ，则净烟气中小液滴浓度可由公式(2)算得：

$C=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}4\mathrm{\ρ}{F}_i^{1.5}}{{3\mathrm{svt\π}}^{0.5}}\mathrm{mg}/m^3---\left(2\right)$

通过公式(1)，计算得出所有小液滴的粒径大小，从而小液滴的粒径分布。通过公式(2)，可以计算得出烟气中小液滴的浓度。

实施例1

利用本发明装置及测量方法对某电厂脱硫除雾器前后烟气流速、小液滴粒径分布及浓度进行了测量，从而评估除雾器的现场除雾效果。某电厂除雾器及其在烟道中布置的俯视平面图如图6示，其测试图如图7所示。烟气从鼓泡塔出来后按箭头所示方向流过除雾器，中间两条竖直的粗实线代表两级除雾器。第一级除雾器前1m处布置了A1～A8八个测孔(如图6示)，每个测孔设T1～T8八个测点(如图7所示)，第二级除雾器出口后约1m处布置了等间距的B1～B8号八个测孔(如图6示)，每个测孔设P1～P8八个测点(如图7所示)。测试前准备足够数量的涂有硅胶薄膜的测试片。

应该理解，这些具体实施例和附图仅用于说明本发明的目的，并不意在限制本发明。本领域技术人员在阅读说明书之后，将能显而易见地对其进行各种修改、变型和修正，这些修改、变型和修正都落在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置，其特征在于，所述装置包括：测试筒和气体控制部分，

所述测试筒，在测试筒的筒底上有一个圆形测试孔，在测试筒内部设有气缸、一根皮托管和装载测试片的测试片支架；

气体控制部分，由高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸组成，所述输气管包括上输气管和下输气管，上输气管和下输气管分别与气缸的上进气孔和下进气孔连通，所述气缸位于测试筒内，固定在顶盖上，气缸具有上进气孔、下进气孔和气缸轴，气缸轴固定在气缸中心，气缸轴与测试片支架通过连接管相连接，电磁换向阀通过上输气管和下输气管和气缸两端的上进气孔和下进气孔连接，电磁换向阀在上下输气管之间切换；在测试片支架上固定皮托管，皮托管通过硅胶管与微压计相通；皮托管下方有密封垫连接在测试片支架上，用于密封测试筒。

2.根据权利要求1所述同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置，其特征在于，所述上输气管和下输气管从测试筒顶盖上的两个圆孔中的一个引入测试筒内，与皮托管连接的硅胶管从两个圆孔中的另一个引入测试筒内。

3.根据权利要求1所述同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置，其特征在于，所述测试片是通过气体控制部分控制气缸轴的上下运动而从测试筒内伸出或者退回筒内。

4.一种测量烟气速度、烟气中小液滴分布的方法，其特征在于，利用同时测量烟气速度、烟气中小液滴分布的装置的测量方法包括如下步骤：

(1)利用来自高压气源的气体通过电磁换向阀、推动气缸轴并带动测试片卡支架伸出测试筒，装上测试片，通过电磁换向阀切换气体的运动方向，把测试片卡支架退回测试筒内并密封测试筒；

(2)将整个测试筒放到烟气中待测试的位置上方一定距离，通过电磁换向阀把皮托管和测试片卡支架伸出测试筒，置于指定测试点，使得皮托管和测试片正对着来流方向，烟气中的小液滴撞击到测试片上；

(3)在1～90秒的测试时间后，记录下具体测试时间，及微压计的读数，通过电磁阀切换气体的运动方向，把皮托管和测试片收回测试筒内同时密封上测试筒，把整个测试筒从烟气中取出，打开测试筒，取出测试片；

(4)分析测试片信息，在显微镜下直接观察测试片上小液滴的大小，通过统计分析计算，得出小液滴的粒径分布情况以及烟气中小液滴的浓度。

5.根据权利要求4所述测量烟气速度、烟气中小液滴分布的方法，其特征在于，所述烟气流速利用皮托管和微压计测量烟气流速。

6.根据权利要求4所述测量烟气速度、烟气中小液滴分布的方法，其特征在于，所述测试片上涂有硅胶薄膜，利用该测试片记录烟气携带的小液滴的信息，其烟气中的小液滴垂直撞击到该测试片上。

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