CN101556237A - 测量流体中小液滴大小和分布的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量流体中小液滴大小和分布的方法和装置。所述装置包括：测试盒，测试盒包括具有开口的盒体和用于封闭开口的封闭门，且在所述盒体内部设有用于可拆卸地装载检测片的检测片支架；以及气体控制部分，气体控制部分包括高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸，气缸具有一气缸轴，气缸轴与测试盒的封闭门连接，其中气体控制部分以来自高压气源的气体为动力，通过控制气缸轴的运动而控制测试盒封闭门的开启和封闭。所述方法包括将装置放入要测量的流体氛围中，使流体中的小液滴撞击到检测片上留下痕迹，并对检测片上的痕迹进行分析，而得到液滴粒径的大小和分布。本发明装置结构简单，成本低，操作方便灵活，适用于大多数环境下作业。

Description

测量流体中小液滴大小和分布的装置和方法

技术领域

本发明涉及在流体中测量液滴大小和分布的装置和方法，其主要应用于火电厂烟气脱硫系统中除雾器前后烟气中小液滴的测试。

背景技术

经过脱硫系统后的净烟气中小液滴的含量直接影响着脱硫系统甚至整个机组安全经济运行，而石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统除雾器都有一个临界直径，所以它不可能把净烟气中所有的小雾滴全部去除掉。在除雾器运行过程中，大于临界直径的除雾器可以完全被除雾器去除掉。但是，小于这个临界直径的小液滴由于惯性比较小，可以随烟气一起通过除雾器。没有被去除掉的小液滴中含有石灰石和硫酸钙等成分。当含有这些成分的净烟气经过烟-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，而石灰石和硫酸钙等成分被粘滞在叶片上。这样长期下去，垢状物质越来越多，结果造成GGH压差逐步增加，影响了整个脱硫系统甚至整个机组的安全经济运行。由于除雾器后流场的流动状态非常复杂，目前在国内外还没有针对脱硫系统除雾器后小液滴的含量的测试方法。

因而，需要一种能够方便地测定脱硫系统的烟气中小液滴大小和分布的装置及方法，以便于评估结垢的进程和控制小液滴的含量和大小。

发明内容

根据本发明的一个目的，提供了一种测量流体中小液滴大小和分布的装置，所述装置包括：

测试盒，所述测试盒包括具有开口的盒体和用于封闭所述开口的封闭门，且在所述盒体内部设有用于可拆卸地装载检测片的检测片支架；以及

气体控制部分，所述气体控制部分包括高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸，所述气缸具有一气缸轴，所述气缸轴与所述测试盒的封闭门连接，

其中所述气体控制部分以来自高压气源的气体为动力，通过控制气缸轴的运动而控制测试盒封闭门的开启和封闭。

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测试盒的封闭门，将带有检测片和检测片支架的测试盒封闭；将测试盒放入要测量的流体氛围中，利用气体控制部分控制测试盒的封闭门将测试盒开启，使得流动的流体中的小液滴直接撞击在测试盒盒体内部检测片支架上的检测片上，留下痕迹；在经过所需的测试时间后，利用气体控制部分控制测试盒的封闭门将测试盒封闭，从流体氛围中取出测试盒，并利用气体控制部分控制测试盒的封闭门将测试盒开启，取出其中的检测片；对检测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，通过分析软件对照片进行分析，得出小液滴的当量直径的大小和粒径的分布情况，或者在显微镜下直接观测所得的检测片上的小液滴痕迹来得到液滴的大小和粒径的分布情况。如果流体流速较小，在一个实施方案中，可以使用通风装置使流体强制流动，以提高流体的流动速度。

在一个实施方案中，所述流体为烟气，尤其是火电厂烟气脱硫系统中除雾器前后的烟气。

根据本发明的一个实施方案，所述输气管包括上输气管和下输气管，所述气缸具有上进气孔和下进气孔，所述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，从而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，带动封闭门上行，从而打开测试盒；高压气体进入气缸上部时推动气缸轴下行，带动封闭门下行，从而关闭测试盒。

具体地，测试盒开启的原理为：气体控制部分利用电磁换向阀使得来自高压气源的气体通过下输气管进入气缸的下部，推动气缸内的气缸轴向上运动，由于气缸轴与所述测试盒的封闭门连接，封闭门也向上运动，从而打开了测试盒，暴露出测试盒的前后开口。测试盒封闭的原理为：气体控制部分利用电磁换向阀使得来自高压气源的气体通过上输气管进入气缸的上部，推动气缸内的气缸轴向下运动，由于气缸轴与所述测试盒的封闭门连接，封闭门也向下运动，从而封闭了测试盒。

在一个实施方案中，所述盒体为相对于流体流动方向具有前后两个开口的正六面体形，且所述封闭门包括两个侧门，以恰好封住所述盒体的前后开口。

在一个实施方案中，检测片支架是一个检测片卡，所述检测片设置在所述检测片支架上。

在一个实施方案中，所述检测片为一载玻片，相应地，所述检测片卡是一载玻片卡。

在一个实施方案中，所述检测片为涂有氧化镁的载玻片，用于记录撞击在载玻片上的小液滴的信息。

在一个实施方案中，通过电磁阀高速切换和高压气体迅速推动气缸，使测试盒的封闭门在设定的时间内及时开关。通过使封闭门及时开关，可以降低在单位时间内测量的误差。

根据本发明的另一个目的，提供了一种测量流体中小液滴大小和分布的方法，所述方法利用本发明的装置，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、推动气缸轴并带动封闭门将测试盒打开，装上检测片，通过电磁换向阀切换气体的运动方向，把测试盒密闭；

(2)将整个测试盒放到流体中待测试的位置，通过电磁换向阀把测试盒打开，使得测试流体通过测试盒，流体中的小液滴撞击到检测片上；

(3)测试一定时间后通过电磁阀切换气体的运动方向，把测试盒密封，把整个测试盒从流体中取出，打开测试盒，取出检测片；以及

(4)观察检测片，以得到小液滴大小和分布。

在一个实施方案中，测试盒的封闭门在100-400毫秒内开启或关闭，优选在100-200毫秒内开启或关闭。

在一个实施方案中，利用涂有氧化镁的载玻片记录流体携带的小液滴的信息。

在一个实施方案中，流体中的小液滴垂直撞击到检测片上。

在一个实施方案中，在显微镜下观察检测片上小液滴的大小和粒径的分布情况。

在一个实施方案中，先对检测片进行拍摄，然后在显微镜下直接观察检测片上小液滴的大小和粒径的分布情况，以迅速获得所需的结果，或利用图片分析统计软件对所拍摄的图片进行分析，从而统计出小液滴的粒径和浓度分布。

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。在阅读说明书后，本发明的其它优点和优势对于本领域技术人员而言是显而易见的。

本发明在流体中测量液滴大小和分布的装置和方法，尤其适用于火电厂烟气脱硫系统中除雾器前后烟气中小液滴的测试。

附图说明

图1为依据本发明的一个实施方案的测量流体中小液滴大小和分布的装置的结构原理图；

图2为图1所示装置的气缸的结构图；

图3为图1所示装置的封闭门的立体图；

图4为图1所示装置的测试盒的盒体的立体图；

图5为图1所示装置的载玻片及载玻片卡的立体图；以及

图6为某电厂除雾器及其在烟道中的布置的俯视图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明，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。

如图1所示，在本发明的一个实施方案中，用于测量流体中小液滴大小和分布的装置包括封闭门1，气缸2，气缸轴3，上输气管4，下输气管5，电磁换向阀6，气源7，测试盒盒体8，载玻片卡9。在图1中，载玻片卡9上装有载玻片10；且封闭门1处于开启位置，从而能通过盒体8的暴露的开口看到载玻片卡9上的载玻片10。通常，上输气管4和下输气管5为柔软材质，以便于操作；气源7为高压气源。本领域技术人员可以理解，所述高压气源可以是任何适用的高压气源，其压力没有特别限制，只要其能实现本发明所述目的即可。各个部件可以由任何能满足本发明装置工作条件的材料制成。另外，可以理解，诸如载玻片10的检测片可以与本发明装置一起提供，也可以分别提供。所述载玻片优选具有光滑的平面，且在液滴撞击后，能良好地保留液体的撞击痕迹。

如图2所示，气缸2包括气缸筒20、上进气孔21和下进气孔22；气缸2中具有一气缸轴3。所述上进气孔21与上输气管4联通，所述下进气孔22与所述下输气管5联通。优选地，如图2所示，气缸轴3包括一活塞结构，以便于气缸轴3能以较小的阻力运动。

如图3所示，封闭门1包括封闭门顶盖10和两个侧门，即前封闭门11和后封闭门12，这两个侧门恰好能封住所述盒体8的前后开口。封闭门1与气缸轴3连接。这样，气缸轴3能带动封闭门1一起运动，例如，在图3中是做上下运动，从而实现测试盒的开启和闭合，即暴露和封闭盒体8的前后开口。

图4所示的测试盒盒体8为基本正六面体形，其中移除了载玻片卡9和载玻片10。然而，其可以为其它形状，只要其能实现本发明的目的即可。盒体8在相对于流体流动方向上具有前后两个开口，以形成前后两个开口。这样，盒体8可形成一个供待测试流体流过的通道，并能允许流体中的小液滴直接撞击在盒体8中的载玻片10上。此外，封闭门1的前封闭门11和后封闭门12可分别封闭盒体8的前后两个开口。测试盒盒体8内装有载玻片卡9，测试前在载玻片卡9上装上载玻片10，测试完成后，取下载玻片10进行分析。

图5为图1所示装置的载玻片及载玻片卡的立体图。载玻片10安装在载玻片卡9上。其安装方式是任意的，只要两者在操作时能保持相对固定即可，优选地，如图5所示，载玻片10卡在载玻片卡9上。这样，可方便地实现载玻片10和载玻片卡9的结合与拆卸。

在一个实施方案中，本发明测量流体中小液滴大小和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6将来自气源7的高压气体经由下输气管5通入气缸2下部，推动气缸轴3上行，汽缸轴3进一步带动封闭门1上行，从而将测试盒打开，装上载玻片10，再通过电磁换向阀6把高压气体经由上输气管4通入气缸上部，推动气缸轴3下行，从而把测试盒密闭；

(2)通过滑轮把测试盒放到所测试的位置，通过高压气体瞬间把测试盒瞬间打开使得流体中的小液滴垂直撞击到载玻片10上；

(3)测试一定时间后通过高压气体把测试盒快速密封，然后通过滑轮把测试盒取出烟道，打开测试盒取出载玻片10；

(4)放到数码显微镜下放大一定倍数后观察小液滴的大小和粒径的分布情况；

(5)在显微镜下直接观察载玻片10上小液滴的大小和粒径的分布情况，以迅速获得所需的结果。

其中对于步骤(5)，也可以把在数码显微镜下拍摄出的照片通过统计软件来统计小液滴的大小和粒径的分布情况。

在一个实施方案中，所述流体为火电厂烟气脱硫系统中除雾器前后烟气。

另外，本领域技术人员根据流体的流速、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5～30秒，停留时间太短则撞击在载波片上的小液滴太少，不具代表性；停留时间太长，则撞击在载波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。

在一个实施方案中，所述图像分析统计软件为：理中图像分析软件，版本：3.0，国家钢铁材料测试中心产品。

从检测片上的液滴痕迹得到液滴大小和分布的具体过程为：

将载玻片置于电子显微镜下，放大一定的倍数，显微镜上有一标尺，能通过标尺量出所拍各个颗粒的粒径，然后通过电子显微镜把载波片上小液滴的照片拍摄下来，通过统计点的个数和粒径，经过相应计算得出小液滴的浓度分布。设烟道流速为V，停留时间为t，载玻片面积为s，小液滴的密度为ρ，直径为R，小液滴的点数为n，则净烟气中小液滴的浓度可由公式(I)算得：

$C=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ\π}{R}_i^{3}4/3}{\mathrm{sVt}}\mathrm{mg}/m^3---\left(I\right)$

根据获得的小液滴的直径数据，可以获得小液滴的粒径分布。例如，可以以小液滴直径为横轴，小液滴数目为纵轴，作图后即可得到小液滴在各个直径下的分布曲线。

实施例1

利用本发明装置及测量方法对某电厂脱硫鼓泡塔改造前后在不同鼓泡塔液位运行情况下除雾器后烟气中小液滴浓度及粒径分布进行了测量，从而评估鼓泡塔改造效果。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，中间两条黑色竖直的粗实线代表两级除雾器，其左侧的四条粗斜线代表四块导流板。第二级除雾器出口后约1m处布置了等间距的H1～H8号八个测孔，第一级除雾器前布置了H9和H10两个测孔，测孔直径约为300mm。测试前准备足够数量的涂有氧化镁的载波片。

测量步骤：

(1)测试之前利用高压气体通过电磁换向阀将测试盒打开与关闭，常态下，电磁换向阀使得测试盒处于关闭状态；当电磁换向阀上开关按扭按下时，测试盒打开，装上载玻片，通过高压气体把测试盒密闭；

(2)在测试现场除雾器上方的烟道上通过滑轮组把密封的测试盒从测试孔放到所测试的位置，使得带有氧化镁的载玻片的一面正对着流体来流的方向；

(3)按下电磁换向阀打开测试盒，测试20秒后通过高压气体把测试盒密封后从流体中取出后打开测试盒取出载玻片。

(4)采用电子显微镜对载波片进行放大分析，数出小液滴的点数n及测出其粒径R_i。除雾器后烟气流速V在负荷一定的情况下为一个定值，可由电厂运行控制处得知，载波片面积s由所购买载波片的规格尺寸算出，ρ为鼓泡塔的石灰石浆液的浓度，可在电厂取样测得。利用以上参数由公式(I)统计出小液滴大小、浓度和粒径分布情况。

Claims (9)

1、一种测量流体中小液滴大小和分布的装置，所述装置包括：

测试盒，所述测试盒包括具有开口的盒体和用于封闭所述开口的封闭门，且在所述盒体内部设有用于可拆卸地装载检测片的检测片支架；以及

气体控制部分，所述气体控制部分包括高压气源、输气管、电磁换向阀和气缸，所述气缸具有一气缸轴，所述气缸轴与所述测试盒的封闭门连接，

其中所述气体控制部分以来自高压气源的气体为动力，通过控制气缸轴的运动而控制测试盒封闭门的开启和封闭。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输气管包括上输气管和下输气管，所述气缸具有上进气孔和下进气孔，所述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，从而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，带动封闭门上行，从而打开测试盒，高压气体进入气缸上部时推动气缸轴下行，带动封闭门下行，从而关闭测试盒。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述盒体为相对于流体流动方向具有前后两个开口的正六面体形，且所述封闭门包括两个侧门，以恰好封住盒体的前后开口。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括检测片，所述检测片为涂有氧化镁的载玻片。

5、一种测量流体中小液滴大小和分布的方法，所述方法利用根据上述任一权利要求所述的装置，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、推动气缸轴并带动封闭门将测试盒打开，装上检测片，通过电磁换向阀切换气体的运动方向，把测试盒密闭；

(2)将整个测试盒放到流体中待测试的位置，通过电磁换向阀把测试盒打开，使得测试流体通过测试盒，流体中的小液滴撞击到检测片上；

(3)测试一定时间后通过电磁阀切换气体的运动方向，把测试盒密封，把整个测试盒从流体中取出，打开测试盒，取出检测片；以及

(4)观察检测片，以得到小液滴大小和分布。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，测试盒的封闭门在100-400毫秒内开启或关闭。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，流体中的小液滴垂直撞击到检测片上。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在显微镜下观察检测片上小液滴的大小和粒径的分布情况。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，先对检测片进行拍摄，然后在显微镜下直接观察检测片上小液滴的大小和粒径的分布情况，以迅速获得所需的结果，或用图片分析统计软件对所拍摄的图片进行分析，从而统计出小液滴的粒径和分布。

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