CN109682648A - 一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置及方法，该装置主要包括发尘装置、高压极板与接地极板及极板上的芒刺、沉降室、高效滤纸、风速仪、真空泵以及高压交流电源，所述高压极板与高压交流电源连接，所述接地极板与地连接，所述极板上均安装有芒刺，所述沉降室底部设置有沉降板，沉降板上等间距放置若干个载玻片。本发明设计的实验装置结构简单，实验方法易于操作，通过观察微细粉尘电凝并后的显微图像及粒径分析数据，可以有效判断粉尘粒径变化，进而分析粉尘电凝并抑爆效果。
Description
技术领域
本发明属于电凝并效果测试、粉尘抑爆、含尘气体净化等技术领域，尤其涉及一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置及方法，更加直观有效地反应粉尘经过电凝并后的抑爆效果。
背景技术
涉粉行业的生产环节中会产生大量悬浮粉尘，形成含尘的工业废气，其中粉尘粒径即粉尘有效直径较小的粉尘颗粒称为微细粉尘颗粒，这部分粉尘也是造成危害最大的部分。
在发生粉尘爆炸事故时，在相同粉尘质量浓度下，爆炸时的最大爆炸压力、爆炸指数等均随着粉尘粒径的减小而增大，即粉尘粒径越小导致的爆炸威力越强。
微细粉尘在空气中不易沉降，长期悬浮在空气中，微细颗粒物易随着人的呼吸作用被吸入呼吸道深处，对人体造成严重伤害。微细粉尘颗粒物具有较高的表面活性，空气中的有害气体可以被微细颗粒物吸附在表面、同时有害液体以及细菌病毒等微生物也可以被微细颗粒物所吸附，这就使得微细颗粒物成为了污染物质的媒介物。
电凝并现象是指在外电场中，微细颗粒物内部正负电荷受电场力作用产生相对位移，同时微细颗粒物自身会失去部分电子，微细颗粒物的两侧表面分别聚集等量的正负束缚电荷，在电极两侧极板，已释放电荷的粒子由于极化作用的存在而凝并形成粒径更大的颗粒，只要有电场存在，粒子就会产生极化，电凝并现象就会发生。
现有粉尘爆炸对策如泄爆、抑爆以及隔爆措施是通过控制爆炸范围，及时清除积尘、减少产尘和扬尘点是控制粉尘浓度以减少爆炸损失，通过改变粉尘自身性质的抑爆应用较少；以往的电凝并试验研究大多是以除尘效率作为衡量标准测试粉尘的电凝并效果，而从微观角度上设计用于测试微细粉尘电凝并抑爆效果的研究装置较少。
发明内容
本发明的目的是要解决上述技术问题，为了克服现有技术中的不足，提供一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置及用于上述装置的方法，从粉尘荷电、凝并的机理出发，利用粉尘在空气中的重力沉降原理，直观、清晰地观察粉尘的重力沉降规律，通过粉尘粒径的变化进而判断粉尘电凝并抑爆效果。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：设计一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，主要包括发尘装置、高压极板与接地极板及极板上的芒刺、沉降室、高效滤纸、风速仪、真空泵以及高压交流电源，所述高压极板与高压交流电源连接，所述接地极板与地连接，所述极板上均安装有芒刺，所述沉降室底部设置有沉降板，沉降板上等间距放置若干个载玻片。
优选的，所述发尘装置由一个塑料漏斗组成，用来发出持续均匀的粉尘，由于漏斗上宽下窄的特点，漏斗嘴的横截面积较小，风速相对大，有利于粉尘被吹入系统中。
优选的，所述极板上均安装有芒刺，同极板上的芒刺之间成矩阵分布，且高压极板与接地极板上的芒刺为相对交错排列分布，每一根芒刺都指向对面极板上四根芒刺所组成矩形的中心位置，芒刺的交错布置可以防止电晕放电时产生的正负离子电量中和，还可以提高外加电压；所述芒刺为管状芒刺、双刺型芒刺、十刺型芒刺、星形线芒刺、锯齿型芒刺、角钢芒刺、鱼骨型芒刺中的一种；所述芒刺的长度为10~30mm，直径为2~5mm。
优选的，所述沉降室采用透明有机玻璃制作，易于随时观察粉尘沉降状态和电凝并效果；沉降室的上面采用可以活动的盖子，便于沉降板的放置和取出。
具体的，所述沉降板用于收集粉尘样品，并在实验后进行样品的取样分析；所述沉降板上放置若干所述载玻片，且所述载玻片在每次实验中必须确保处于相同位置。
优选的，所述高效滤纸用来捕集没有降落在沉降板上的其他微细粉尘，采用白色滤纸，便于观察着尘后颜色的变化。
优选的，所述风速仪用来测定系统风速，通过对沉降段截面的风速进行多点测试并标定后，根据风速仪测试点的风速即可得出沉降段的平均风速。
具体的，所述风速仪采用Testo 425型号热线风速仪，量程为0~20m/s，精度为0.01m/s，精确度和灵敏度较高的风速仪可以满足沉降实验对风速稳定性以及风速大小的要求。
优选的，所述真空泵用于给系统抽取式供风，参照斯托克斯原理经计算后采用XBD-750漩涡式气泵，该真空泵压力为21KPa，流量为110m3/h，在真空泵的前面安装控制阀门，以便调节风量。
优选的，为使电极在工作过程中始终处于最佳工作状态，所述高压交流电源的电压保持在起晕电压和击穿电压之间的范围。
本发明提供了采用上述装置的交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试方法，包括以下内容：
（1）微细粉尘荷电凝并：凝并区的高压极板与接地极板形成高压交变电场，高压芒刺与接地芒刺的尖端周围分别形成电晕与反电晕，且电晕放电产生交替变化的正负异极性电荷，从发尘装置送出的含尘气流经进气管道进入该交变电场后，微细粉尘在该交变电场中被荷以异极性电荷，荷电后的异极性粉尘在电场力、离子风、惯性力的作用下在高压交变电场内互相碰撞，电荷中和并逐渐凝并成粒径更大的颗粒；（2）微细粉尘重力沉降：经过凝并区电凝并后的粉尘进入沉降区，不同粒径的粉尘沿着气流方向移动时，会逐渐进行重力沉降，并依次有规律地分布在沉降板上；（3）数据分析：在取得沉降区载玻片上的样品后，观察粉尘显微图像及测试粉尘粒度分布来研究电凝并装置对粉尘粒径的改变，判断粉尘经过交变电场后的电凝并抑爆效果。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
（1）交变电场的粉尘凝并作用：微细粉尘在风力抽送的惯性作用下，进入高压交变电场，荷电后的异极性粉尘在前进过程中会受到极板上不断变化的电场力的吸引或排斥发生相对位移，以电泳的方式向着与其电性相反的金属板移动，而左右波动前进，避免了在直流电源下，极板的收尘作用导致的极板粉尘堆积。本发明考虑使电极发挥凝并微细粉尘的作用，创新之处在于将电极作为凝并器使用，只是对粉尘起到荷电及吸引作用，而打破以往只将电极作为一种收尘装置。（2）研发了可以形成稳定层流状态、满足对比实验要求的实验装置，采用重力沉降方法研究粉尘的凝并现象，在显微镜下可明显观察粉尘粒径的变化，理论上成熟，实验方法简捷、直观，是有效反映粉尘经过交变电场电凝并后粉尘抑爆效果的手段。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的装置结构示意图。
图2是沉降区前段载玻片取样点未荷电粉尘颗粒的显微镜图像（比例尺1000：5）。
图3是沉降区前段载玻片取样点18kV粉尘颗粒的显微镜图像（比例尺1000：5）。
图4是沉降区前段载玻片取样点20kV粉尘颗粒的显微镜图像（比例尺1000：5）。
图5是沉降区中段载玻片取样点未荷电粉尘颗粒的显微镜图像（比例尺1000：5）。
图6是沉降区中段载玻片取样点18kV粉尘颗粒的显微镜图像（比例尺1000：5）。
图7是沉降区中段载玻片取样点20kV粉尘颗粒的显微镜图像（比例尺1000：5）。
图8是D100粉尘颗粒的对比示意图。
图中：1、发尘装置，2、高压交流电源，3、高压极板，4、接地极板，5、芒刺，6、沉降室，7、沉降板，8、载玻片，9、高效滤纸，10、风速仪，11、真空泵。
具体实施方式
现在结合实施例及其附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，并非对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，主要包括发尘装置1、高压极板3与接地极板4及极板上的芒刺5、沉降室6、高效滤纸9、风速仪10、真空泵11以及高压交流电源2，所述高压极板3与高压交流电源2连接，所述接地极板4与地连接，所述极板上均安装有芒刺5，所述沉降室6底部设置有沉降板7，沉降板7上等间距放置若干个等尺寸载玻片8。
所述发尘装置1由一个塑料漏斗组成，用来发出持续均匀的粉尘，由于漏斗上宽下窄的特点，漏斗嘴的横截面积较小，风速相对大，有利于粉尘被吹入系统中。
所述极板上均安装有芒刺5，同极板上的芒刺5之间成矩阵分布，且高压极板3与接地极板4上的芒刺5为相对交错排列分布，每一根芒刺5都指向对面极板上四根芒刺5所组成矩形的中心位置，芒刺5的交错布置可以防止电晕放电时产生的正负离子电量中和，还可以提高外加电压；所述芒刺5为管状芒刺、双刺型芒刺、十刺型芒刺、星形线芒刺、锯齿型芒刺、角钢芒刺、鱼骨型芒刺中的一种；所述芒刺5的长度为10~30mm，直径为2~5mm。
所述沉降室6采用透明有机玻璃制作，易于随时观察粉尘沉降状态和电凝并效果；沉降室6的上面采用可以活动的盖子，便于沉降板7的放置和取出。
所述沉降板7用于收集粉尘样品，并在实验后进行样品的取样分析；所述沉降板7上放置若干所述等尺寸载玻片8，且所述载玻片8在每次实验中必须确保处于相同位置。
所述高效滤纸9用来捕集没有降落在沉降板7上的其他微细粉尘，采用白色滤纸，便于观察着尘后颜色的变化。
所述风速仪10用来测定系统风速，通过对沉降段截面的风速进行多点测试并标定后，根据测试点的风速即可得出沉降段的平均风速。
所述风速仪10采用Testo 425型号热线风速仪，量程为0~20m/s，精度为0.01m/s，精确度和灵敏度较高的风速仪10可以满足沉降实验对风速稳定性以及风速大小的要求。
所述真空泵11用于给系统抽取式供风，参照斯托克斯原理经计算后采用XBD-750漩涡式气泵，该真空泵压力为21KPa，流量为110m3/h，在真空泵11的前面安装控制阀门，以便调节风量。
为使电极在工作过程中始终处于最佳工作状态，所述高压交流电源2的电压保持在起晕电压和击穿电压之间的范围。
本发明提供了采用上述装置的交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试方法，包括以下内容：
（1）微细粉尘荷电凝并：凝并区的高压极板3与接地极板4形成高压交变电场，高压芒刺与接地芒刺的尖端周围分别形成电晕与反电晕，且电晕放电产生交替变化的正负异极性电荷，从发尘装置1送出的含尘气流经进气管道进入该交变电场后，微细粉尘在该交变电场中被荷以异极性电荷，荷电后的异极性粉尘在电场力、离子风、惯性力的作用下在高压交变电场内互相碰撞，电荷中和并逐渐凝并成粒径更大的颗粒；（2）微细粉尘重力沉降：经过凝并区电凝并后的粉尘进入沉降区，不同粒径的粉尘沿着气流方向移动时，会逐渐进行重力沉降，并依次有规律地分布在沉降板7上；（3）数据分析：在取得沉降区载玻片8上的样品后，观察粉尘显微图像及测试粉尘粒度分布来研究电凝并装置对粉尘粒径的改变，判断粉尘经过交变电场后的电凝并抑爆效果。
以下是本发明的具体实施例。所述实施例仅用于具体描述本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1。
分别对微细粉尘在未荷电、荷电电压18kV和20kV三种状态下进行对比实验，得到了各取样点的显微镜图像，其中图2~图4是沉降区前段载玻片8取样点的显微图像，图5~图7是沉降区中段载玻片8取样点的显微图像。
从图2~图4可以看出荷电后的微细颗粒物多以较大颗粒作为凝聚核心，与未荷电的粉尘颗粒相比，粒径有了明显增大，说明凝并效应显著，且荷电电压越高，粉尘凝并效果越明显，粉尘颗粒粒径的增大可以有效降低粉尘爆炸事故危害强度。
从图5~图7可以看出，在沉降区中段载玻片8取样点上，粉尘荷电前最大粒径约为10μm，荷电后最大粒径约为20μm，粉尘荷电后的粒径明显大于荷电前，但与沉降区前段相比，粒径差异已经减少。
实施例2。
算术平均径D为粉尘直径的总和除以粉尘的颗粒数，是反应粉尘整体平均粒径大小的重要参数，数值直观反映粉尘的大小，本发明采用算术平均径作为直观衡量粉尘电凝并抑爆效果的测试数据。
图8是在未荷电、荷电电压18kV和20kV三种状态下D100粉尘颗粒的对比示意图，D100：一个样品的累计粒度分布数达到100%时所对应的粒径，它的物理意义是粒径小于它的颗粒占100%。
可以看出，未荷电时的曲线基本无明显变化。荷电后，曲线前端出现较为明显倾斜，且荷电电压越高斜率越大，说明粉尘经过荷电后，前几个取样点的大粒径粉尘比例明显增加。而沉降区后段的几个取样点，荷电后的沉降粉尘粒径反而减小，甚至低于荷电前，说明由于电场作用，大部分粉尘颗粒经过电凝并沉降在了沉降区前段，导致后段荷电后的粉尘粒径反而小于荷电前。通过对比看出，粉尘粒径增大的效果随电压的升高而愈加明显，大粒径粉尘的增多直接反映出电凝并抑爆效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：该装置主要包括发尘装置、高压极板与接地极板及极板上的芒刺、沉降室、高效滤纸、风速仪、真空泵以及高压交流电源，所述高压极板与高压交流电源连接，所述接地极板与地连接，所述沉降室底部设置有沉降板，沉降板上等间距放置若干个载玻片。
2.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述发尘装置由塑料漏斗组成，漏斗上宽下窄，漏斗嘴的横截面积较小，风速相对较大。
3.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述极板上均安装有芒刺，同极板上的芒刺之间成矩阵分布，且高压极板与接地极板上的芒刺为相对交错排列分布，每一根芒刺都指向对面极板上四根芒刺所组成矩形的中心位置；所述芒刺为管状芒刺、双刺型芒刺、十刺型芒刺、星形线芒刺、锯齿型芒刺、角钢芒刺、鱼骨型芒刺中的一种；所述芒刺的长度为10~30mm，直径为2~5mm。
4.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述沉降室采用透明有机玻璃制作，沉降室的上面采用可以活动的盖子。
5.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述沉降板用于收集粉尘样品，并在实验后进行样品的取样分析；所述沉降板上放置若干所述载玻片，且所述载玻片在每次实验中必须确保处于相同位置。
6.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述高效滤纸用来捕集无法在沉降段沉降的微细粉尘，选用白色滤纸，便于观察着尘后的颜色变化。
7.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述真空泵用于给系统抽取式供风，在真空泵的前面安装控制阀门，以便调节风量。
8.如权利要求1所述的一种交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试装置，其特征在于：所述高压交流电源的电压保持在起晕电压和击穿电压之间的范围。
9.一种采用如权利要求1-8所述装置的交变电场粉尘电凝并抑爆效果测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）微细粉尘荷电凝并：凝并区的高压极板与接地极板形成高压交变电场，高压芒刺与接地芒刺的尖端周围分别形成电晕与反电晕，且电晕放电产生交替变化的正负异极性电荷，从发尘装置送出的含尘气流经进气管道进入该交变电场后，微细粉尘在该交变电场中被荷以异极性电荷，荷电后的异极性粉尘在电场力、离子风、惯性力的作用下在高压交变电场内互相碰撞，电荷中和并逐渐凝并成粒径更大的颗粒；（2）微细粉尘重力沉降：经过凝并区电凝并后的粉尘进入沉降区，不同粒径的粉尘沿着气流方向移动时，会逐渐进行重力沉降，并依次有规律地分布在沉降板上；（3）数据分析：在取得沉降区载玻片上的样品后，观察粉尘显微图像及测试粉尘粒度分布来研究电凝并装置对粉尘粒径的改变，判断粉尘经过交变电场后的电凝并抑爆效果。
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