CN113188753A - 一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，属于除尘设备技术领域，包括烟气入口，所述烟气入口连接有风道的一端，所述风道中部连接有线电极，所述风道的另一端连接有烟气出口，所述风道侧面连接有两个对称且平行设置的溢流件，每个所述溢流件上部均设置有溢流口，所述溢流件下部设置有导流槽，所述溢流口与所述导流槽之间连接有碳纤维布，所述风道上部设置有观察窗。本发明与现有技术相比，解决了湿式电除尘器内部流场观测难的问题，应用PIV技术对内部流场进行实时观测，为优化湿式除尘器运行效果提供参考依据。
Description
技术领域
本发明属于除尘设备技术领域，具体涉及一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台。
背景技术
湿式除尘器是通过分散洗涤液体或分散含尘气流而生成的液滴、液膜或气泡，使含尘体中的尘粒得以分离捕集的一种除尘设备。湿式除尘器在19世纪末的钢铁工业开始应用，1892年格斯高柯(G.Zschhocke)被授予一种湿式除尘器专利权，之后在各行业有较多应用。
湿法除尘是尘粒从气流中转移到一种流体中的过程。这种转移过程主要取决于3个因素：①气体和流体之间接触面面积的大小；②气体和液体这两种流体状态之间的相对运动；③粉尘颗粒与流体之间的相对运动。
湿式除尘器的工作原理：1.利用液滴收集尘粒；2.用高速气体和尘粒运动收集尘粒；3.气体和液体间界面的形成，该界面具有一种潜在的收尘作用。含尘气流和液体间的界面的形成与液膜、射流、液滴和气泡的形成密切相关。
湿式除尘器内的主要影响因素为间距，电压和风量，而三者共同决定着内部的气流分布。
已有实验和实际工业经验已经证实离子风对收尘效率有着显著的影响，标准电除尘器设计中考虑因素多为比收尘面积、灰分比电阻、极板间距、电场电室数量、电场强度等因素，内部离子风因素未得到过足够重视。现有湿式除尘器需要进一步改造，尤其需要提高对于细颗粒物的捕集效率，以应对日趋严峻的环境问题和不断提升的相关排放标准。已有的大量经验及实验证明，湿式除尘器内部气流形态对实际除尘器效能有着明显的影响，能为优化电除尘器实际运行和设计、研究电除尘器收集过程各影响因素的作用提供参考依据，但现有湿式电除尘器由于需要考虑极板布置，溢流装置、气体均布装置等等复杂的内部结构，且为保证良好的电气特性，壳体多采用不透明的304不锈钢所制造，使得内部气流无法有效观测，无法有效观测到内部气流的形态，不锈钢材质在水膜流动下会发生发光，导致无法捕捉成像，加之内部引入了水膜流动，内部流场复杂程度进一步加剧。
发明内容
本发明的目的是提供一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，解决现有技术中由于需要考虑极板布置，溢流装置、气体均布装置等等复杂的内部结构，且为保证良好的电气特性，壳体多采用不透明的304不锈钢所制造，使得内部气流无法有效观测，无法有效观测到内部气流的形态的技术问题。
本发明公开了一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，包括烟气入口，所述烟气入口连接有风道的一端，所述风道中部连接有线电极，所述风道的另一端连接有烟气出口，所述风道侧面连接有两个对称且平行设置的溢流件，每个所述溢流件上部均设置有导流槽，所述导流槽连接有作为收尘极的碳纤维布，所述风道上部设置有观察窗，所述观察窗上设置有拍摄装置，所述烟气出口连接有激光源。
工作原理：溢流件与外接水泵连接，烟气从烟气入口进入风道中，线电极是湿式除尘器的放电极，接于高压直流电源，当烟气通过两极间非均匀电场时，在线电极周围强电场作用下，烟气首先被电离，并使烟气颗粒物荷电，荷电后的烟气颗粒物在电场作用下移向碳纤维布，从而达到除尘的目的。通过将两个溢流件平行设置，在溢流时能够使水膜在两侧能够以同等流速均匀流下。通过设置导流槽液体由下至上到达此处后将流出溢流件，而后流至碳纤维布形成液膜。通过设置碳纤维布，作为湿式除尘器的收尘极，烟气中的粒子由高压电场驱动，并附着在此处完成收尘。通过设置观察窗，可以有效观测湿式除尘器内部气体形态特征，能为优化电除尘器实际运行和设计、研究电除尘器收集过程各影响因素的作用提供参考依据，提高湿式除尘器的收尘效率。通过设置碳纤维布为收尘极，能让激光有效照亮观测区域但不产生漫反射，保证原有电气性能的同时，兼顾均布水膜的功能。
进一步的，所述溢流件内设置有均布板。
通过设置均布板，在高流速时能够减缓溢流件内部湍流，增加平台水膜流速的适配范围。
进一步的，所述拍摄装置为CCD相机；
为了能够拍摄出清晰的烟气粒子图像，便于了解设备内部运行情况，所以设置CCD相机。
进一步的，所述碳纤维布为黑色。
通过设置碳纤维布的颜色，能够最大程度的吸收光线，用于保证拍摄装置拍摄的照片背景统一即降低反光。
进一步的，所述碳纤维布上设置有条纹。
通过设置条纹，利于液体在碳纤维布均匀分散而不会成股流下，让液膜在碳纤维布上能够完整铺开，使液体更高效的将碳纤维布上捕获到的烟气粒子冲刷下来。
进一步的，所述的平台底部设置了下盖，所述下盖上设置有出水口，且所述下盖上部使用哑光盖板进行覆盖。
通过设置盖板，可以避免底部的积水面形成反光，从而使成像质量降低，无法得到清晰的观测结果。
进一步的，设备均采用全透明的材料(包括有机玻璃，石英等)制成。
通过使用全透明材质，便于对设备内部运行情况进行观察。
进一步的，示踪粒子粒径为0.1-10μm。
通过设置示踪粒子粒径，对整体流动无明显阻碍作用；扩散性好；稳定性好；能有较好的辨识度等。
进一步的，工作电压为1kV-100kV，收尘极间距为1cm-200cm，线电极数量为1-100根，线电极形式为芒刺状、锯齿状、螺旋状或光滑状，初始烟气流为 0.01m/s-100m/s，水膜流速为0.01m/s-2m/s。
本发明的有益效果为：
1.通过设置观察窗，可以有效观测湿式除尘器内部气体形态特征，能为优化电除尘器实际运行和设计、研究电除尘器收集过程各影响因素的作用提供参考依据，提高湿式除尘器的收尘效率；
2.通过设置CCD相机，能够拍摄出清晰的烟气粒子图像，便于了解设备内部运行情况；
3.通过设置碳纤维布的颜色，能够最大程度的吸收光线，用于保证CCD相机拍摄的照片背景统一即降低反光；
4.通过设置条纹，利于液体在碳纤维布均匀分散而不会成股流下，让液膜在碳纤维布上能够完整铺开，使液体更高效的将碳纤维布上捕获到的烟气粒子冲刷下来；
5.通过设置盖板，可以避免底部的积水面形成反光，从而使成像质量降低，无法得到清晰的观测结果；
6.通过使用全透明材质，便于对设备内部运行情况进行观察。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明测试平台示意图；
图2为本发明测试平台连接图；
图3为本发明实验结果图。
图中：1-烟气入口，2-风道，3-线电极，4-烟气出口，5-溢流件，6-出水口，7-导流槽，8-碳纤维布，9-观察窗，10-激光源，11-CCD相机，12-下盖， 13-哑光盖板。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，具体结构如图1-2所示，包括烟气入口1，所述烟气入口1连接有风道2的一端，所述风道2中部连接有线电极3，所述风道2的另一端连接有烟气出口4，所述风道2侧面连接有两个对称且平行设置的溢流件5，每个所述溢流件5上部均设置有导流槽7，所述导流槽7连接有作为收尘极的碳纤维布8，所述风道2上部设置有观察窗9，所述观察窗9上设置有拍摄装置，所述烟气出口4连接有激光源10。
工作原理：溢流件5与外接水泵连接，烟气从烟气入口1进入风道2中，线电极3是湿式除尘器的放电极，接于高压直流电源，当烟气通过两极间非均匀电场时，在线电极3周围强电场作用下，烟气首先被电离，并使烟气颗粒物荷电，荷电后的烟气颗粒物在电场作用下移向碳纤维布8，从而达到除尘的目的。通过将两个溢流件5平行设置，在溢流时能够使水膜在两侧能够以同等流速均匀流下。通过设置导流槽7液体由下至上到达此处后将流出溢流件5，而后流至碳纤维布8形成液膜。通过设置碳纤维布8，作为湿式除尘器的收尘极，烟气中的粒子由高压电场驱动，并附着在此处完成收尘。通过设置观察窗9，可以有效观测湿式除尘器内部气体形态特征，能为优化电除尘器实际运行和设计、研究电除尘器收集过程各影响因素的作用提供参考依据，提高湿式除尘器的收尘效率。通过设置碳纤维布8为收尘极，能让激光有效照亮观测区域但不产生漫反射，保证原有电气性能的同时，兼顾均布水膜的功能。
工作条件:碳纤维的电导率为0.3106S/m。将负高压直流电源(峰值输出60kV /5mA)连接到具有两个直径(0.09和0.15毫米)的HV电极，工作电压为30kV，收尘极间距为10cm，线电极数量为1根，线电极形式为芒刺状，初始烟气流为 0.01m/s，水膜流速为0.01m/s-2m/s。
实施例2
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图1-2所示，其在实施方式2的基础上公开了如下改进，所述拍摄装置为CCD相机11。
通过设置CCD相机11，能够拍摄出清晰的烟气粒子图像，便于了解设备内部运行情况。
实施例3
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图1-2所示，其在实施方式2的基础上公开了如下改进，所述碳纤维布8为黑色。
通过设置碳纤维布8的颜色，能够最大程度的吸收光线，用于保证CCD相机 11拍摄的照片背景统一即降低反光。
实施例4
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图1-2所示，其在实施方式3的基础上公开了如下改进，所述碳纤维布8上设置有条纹。
通过设置条纹，利于液体在碳纤维布8均匀分散而不会成股流下，让液膜在碳纤维布8上能够完整铺开，使液体更高效的将碳纤维布8上捕获到的烟气粒子冲刷下来。
实施例5
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图1-2所示，其在实施方式4的基础上公开了如下改进，所述的平台底部设置了下盖12，所述下盖12 上设置有出水口6，且所述下盖12上部使用哑光盖板13进行覆盖。
通过设置盖板，可以避免底部的积水面形成反光，从而使成像质量降低，无法得到清晰的观测结果。
实施例6
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图1-2所示，其在实施方式5的基础上公开了如下改进，设备均采用全透明的材料有机玻璃制成。
通过使用全透明材质，便于对设备内部运行情况进行观察。
实施例7
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，其在实施方式1的基础上公开了如下改进，示踪粒子粒径为0.5μm。
通过设置示踪粒子粒径，对整体流动无明显阻碍作用；扩散性好；稳定性好；能有较好的辨识度等。
实施例8
本实施方式作为本发明的一较佳实施例，其在实施方式1的基础上公开了如下改进，所述溢流件5内设置有均布板。
通过设置均布板，在高流速时能够减缓溢流件内部湍流，增加平台水膜流速的适配范围。
由图3可得，由于电极曲率的增加，放电强度也增加，并且EHD流在HV电极之前形成并形成涡旋(以下称为E涡旋)。
这些旋涡压缩了主流，导致沿风洞的压力变化。响应于涡流在下游产生的真空，在出口附近也形成回流。同样，在w/water配置下(第4行，第1列)，与以前的配置相比，旋涡的直径减小了。发生这种情况是因为流动模式被水涡流转移，从而创建了3D流动，而不是先前配置中形成的2D流动。0.15mm的电极配置在20kV的电势下发生了类似的现象。在无水配置中，同时产生了两个明显的对称电子涡流和两个回流引起的涡流(第1行，第2列)。但是，水流一开始旋涡就散开了(第2行，第2列)。这表明电子涡流和水涡流具有相同的强度。对于0.09mm电极配置(第4行，第2栏)，电子涡流的强度超过水涡流的强度，导致涡流受压，但没有散布。在30kV和40kV电位下也会发生相同的现象(第3列和第4列)。在这些条件下，水涡流不再是影响流场形状的主要因素，因为快速增加的流量会产生更强的电子涡流。由此可以根据涡流的变化状况监测湿式除尘器内部流场和优化湿式除尘的除尘效率。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，包括烟气入口(1)，其特征在于，所述烟气入口(1)连接有风道(2)的一端，所述风道(2)中部连接有线电极(3)，所述风道(2)的另一端连接有烟气出口(4)，所述风道(2)侧面连接有两个对称且平行设置的溢流件(5)，每个所述溢流件(5)上部均设置有导流槽(7)，所述导流槽(7)连接有作为收尘极的碳纤维布(8)，所述风道(2)上部设置有观察窗(9)，所述观察窗(9)上设置有拍摄装置，所述烟气出口(4)连接有激光源(10)。
2.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，所述溢流件(5)内设置有均布板。
3.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，所述拍摄装置为CCD相机(11)。
4.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，所述碳纤维布(8)为黑色。
5.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，所述碳纤维布(8)上设置有条纹。
6.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，所述的平台底部设置了下盖(12)，所述下盖(12)上设置有出水口(6)，且所述下盖(12)上部使用哑光盖板(13)进行覆盖。
7.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，设备均采用全透明的材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，示踪粒子粒径为0.1-10μm。
9.根据权利要求1所述的一种对湿式除尘器内部流场进行实时分析的测试平台，其特征在于，工作电压为1kV-100kV，收尘极间距为1cm-200cm，线电极数量为1-100根，线电极形式为芒刺状、锯齿状、螺旋状或光滑状，初始烟气流为0.01m/s-100m/s，水膜流速为0.01m/s-2m/s。
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