CN217980202U - 一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，由测厚装置、反吹系统和过滤系统组成。采用激光三角法作为测量原理设计一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，并与过滤系统和反吹系统相结合。通过精确测量过滤系统中滤管表面粉尘层厚度，将其与过滤系统压降作为反吹系统工作的基本依据，提高了整个高温过滤系统的反吹和过滤性能。该粉尘测厚仪具有精度高、成本低、效率高、实时性好等优点，有效地解决了现有过滤装置中以压差或时间为单一反吹依据引起的能源浪费和过滤效率低等问题。

Description

一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪

技术领域

本实用新型涉及过滤器技术领域，更具体的说，尤其涉及一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪。

背景技术

高温多管过滤器是建立在洁净燃煤发电和煤气化应用基础上发展起来的一种重要的工业用过滤装置。由于具有耐高温、气体净化效率高以及阻力适当等特点，在石油化工、煤化工、冶金以及工业环保领域具有广泛的应用前景。主要应用领域有：核电站低放射性污染物的热解烟气净化和固体废物处理厂的烟气净化等重要领域。

高温陶瓷过滤器属于高性能阻挡式过滤器，是利用陶瓷材料的多孔性进行除尘，其过滤元件的过滤是吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式，其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。广泛用于汽车、造船、机车、农机、建筑机械、机床、电器、工程管道、阀门、管件等机械制造工业。高温陶瓷过滤器由锥形灰斗，提升管，收缩喷嘴，电磁阀，滤管，引射器，反吹管路，反吹气体储罐构成，主要用于各种工业气体的过滤等。

高温陶瓷过滤器在过滤过程中，高温含粉尘的气体从进口进入，经过滤器过滤净化，净化后的气体从出口流出。在过滤过程中，粉尘附着在滤芯壁面，随过滤时间的延长，粉尘厚度增加，形成粉尘层。粉尘层的厚度一方面影响过滤器的过滤效率，另一方面是过滤器压降(能耗)升高的主要原因。因此，工业上采用反吹的方式对粉尘层进行清除。而市场上的过滤器利用反吹来实现粉尘层的清除时，主要有两种反吹方式，一种是以压差为依据的反吹，一种是定时反吹。但是两种反吹都存在能耗过大，效率过低的问题。以压差为依据的反吹由于入口粉尘细，当粉尘层不是很厚时，形成的粉尘层却已经很密实，密实的粉尘层会引起压降的升高，从而不停地进行反吹，会造成能耗过大而反吹效率低下。定时反吹则是隔一定的时间进行反吹，当气体浓度高，粉尘层厚度增加地快时，这种方法不能将粉尘层反吹干净，影响过滤效率。而反吹的不及时还可能造成滤管间的架桥现象，即当粉尘粒径较大，粉尘层逐渐加厚，此时压降相对小，但滤管表面粉尘层却比较厚，两个粉尘层连在一起出现架桥现象，反吹时，过滤管会震动断裂，滤管的粉碎使出口排放的气体不干净。

有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，以解决上述背景技术中提出的问题和不足。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，由以下具体技术手段所达成：

一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，包括：过滤罐、压力传感器、温湿度传感器、第一蒸汽电磁阀、管道、罐体、喷淋器、第二蒸汽电磁阀、进气管、提升管、灰斗、支腿、箱体、隔板、伺服电机、丝杠、激光器、光电探测系统、信号调理系统、箱门、开关、出气管、故障监测装置；所述压力传感器、温湿度传感器安装在过滤罐的上方，且第一蒸汽电磁阀安装在过滤罐的一端；所述过滤罐的另一端通过管道与罐体内的喷淋器连接，且第二蒸汽电磁阀安装在管道上，第二蒸汽电磁阀位于罐体的上方；所述进气管安装在罐体的一侧，且进气管的端部与罐体内的提升管连接；所述灰斗位于罐体的下部，且灰斗与罐体为一体式结构；所述支腿通过螺栓固定安装在罐体的下部；所述箱体安装在罐体一侧的外壁上，且隔板设置在箱体与罐体之间；所述伺服电机通过螺栓固定安装在箱体的内侧，且伺服电机的输出轴与丝杠固定连接；所述激光器安装在箱体的内侧，且激光器的两端与丝杠通过丝杠螺母连接；所述光电探测系统安装在箱体的内侧，且光电探测系统与箱体外部的信号调理系统连接；所述箱门铰接安装在箱体上，且开关镶嵌安装在箱门上；所述出气管安装在罐体的一侧，且出气管位于进气管的上方；所述故障监测装置插接安装在出气管上。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪所述激光器的两端通过丝杠螺母安装在丝杠上设置为升降装置。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪所述激光器采用具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪所述隔板为圆弧形透明玻璃视窗。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型激光器的两端通过丝杠螺母安装在丝杠上设置为升降装置，激光器采用具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器的设置，利用激光三角法测量原理，首次将该方法与过滤器反吹系统相结合，能够精确测出粉尘层厚度,将其作为反吹依据,极大提升反吹效率，在高温过滤器研究领域，首次采用以粉尘层厚度为辅，以压差为基准作为工业高温过滤器反吹依据进行反吹除尘。

2、本实用新型隔板为圆弧形透明玻璃视窗的设置，便于激光器光束穿过、方便检测罐体内粉尘厚度。

3、本实用新型故障监测装置插接安装在出气管上的设置，在净化气出气管监测颗粒物的变化，通过数据的实时传输，监测测厚仪的运行状态，给故障诊断提供参数依据，提升过滤器的整体工作性能。

4、本实用新型通过对提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪的改进，具有结构设计合理，利用激光三角法测量原理，首次将该方法与过滤器反吹系统相结合，能够精确测出粉尘层厚度,将其作为反吹依据,极大提升反吹效率，在高温过滤器研究领域，首次采用以粉尘层厚度为辅，以压差为基准作为工业高温过滤器反吹依据进行反吹除尘的优点，从而有效的解决了现有装置中出现的问题和不足。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的罐体剖面结构示意图；

图3为本实用新型的箱体结构示意图；

图4为本实用新型的运行流程示意图；

图5为本实用新型的测量单元逻辑框图；

图6为本实用新型的光点位置测量处理软件流程图；

图7为本实用新型的数据传输流程图。

图8为本实用新型的测厚原理图。

图中：过滤罐1、压力传感器2、温湿度传感器3、第一蒸汽电磁阀4、管道5、罐体6、喷淋器7、第二蒸汽电磁阀8、进气管9、提升管10、灰斗11、支腿12、箱体13、隔板14、伺服电机15、丝杠16、激光器17、光电探测系统18、信号调理系统19、箱门20、开关21、出气管22、故障监测装置23。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

同时，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

请参见图1至图8，本实用新型提供一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪的具体技术实施方案：

一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，包括：过滤罐1、压力传感器2、温湿度传感器3、第一蒸汽电磁阀4、管道5、罐体6、喷淋器7、第二蒸汽电磁阀8、进气管9、提升管10、灰斗11、支腿12、箱体13、隔板14、伺服电机15、丝杠16、激光器17、光电探测系统18、信号调理系统19、箱门20、开关21、出气管22、故障监测装置23；压力传感器2、温湿度传感器3安装在过滤罐1的上方，且第一蒸汽电磁阀4安装在过滤罐1的一端；过滤罐1的另一端通过管道5与罐体6内的喷淋器7连接，且第二蒸汽电磁阀8安装在管道5上，第二蒸汽电磁阀8位于罐体6的上方；进气管9安装在罐体6的一侧，且进气管9的端部与罐体6内的提升管10连接；灰斗11位于罐体6的下部，且灰斗11与罐体6为一体式结构；支腿12通过螺栓固定安装在罐体6的下部；箱体13安装在罐体6一侧的外壁上，且隔板14设置在箱体13与罐体6之间；伺服电机15通过螺栓固定安装在箱体13的内侧，且伺服电机15的输出轴与丝杠16固定连接；激光器17安装在箱体13的内侧，且激光器17的两端与丝杠16通过丝杠螺母连接；光电探测系统18安装在箱体13的内侧，且光电探测系统18与箱体13外部的信号调理系统19连接；箱门20铰接安装在箱体13上，且开关21镶嵌安装在箱门20上；出气管22安装在罐体6的一侧，且出气管22位于进气管9的上方；故障监测装置23插接安装在出气管22上。

具体的，激光器17的两端通过丝杠螺母安装在丝杠16上设置为升降装置。

具体的，激光器17采用具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。

具体的，隔板14为圆弧形透明玻璃视窗。

具体的，如图2所示，过滤系统由罐体6(图1中所示)，喷淋器7，管道5(图1中所示)，灰斗11，支腿12，进气管9，出气管22构成，含尘高温气体由进气管9进入，经由过滤系统处理以后，大多数粉尘被过滤，其中有一部分附着在过滤管外表面，其余气体从出气管口流出。

具体的，如图3所示，测厚系统主要由光源系统，光电探测系统，信号调理系统组成，

所述光源系统，现有的激光器可根据工作物质物态的不同分为固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和自由电子激光器五大类；其中，半导体激光器在具有制作简单、成本低、体积小、重量轻、寿命长，易于大量生产和波长范围宽(300nm至十几微米)等优点的同时，还能与其它电子器件高度兼容组成集成电路；为此，出于经济性和工艺性的考量，本方案选用具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器作为仪器的激光信号产生器件。

所述光电探测系统，在以信息探测和信号传送为目的的系统中，需要将载有所需信息的激光信号转变为电能，同时来实现信息的传递，然而，测厚系统在运行时发出的激光信号会以10MHz作正弦变化，具有高频率的特点，如果选用的光电接收二极管的响应时间过长，无法及时做出响应，就会造成测量结果的误差，同时，由于激光信号在粉尘层表面的漫反射和测量过程中自身的衰减，造成到达光电接收二极管的激光信号非常微弱，为此，检测器件的灵敏度应当采用高标准，保证能够及时做出响应；同时也需要设计针对到达光电接收二极管的微弱信号的调理电路，将微弱信号进行放大处理，光电探测器的选用，在测量过程中，由于光电接收二极管所接收的光信号非常微弱，再加上对测试仪器的设计要求，不宜选用灵敏度低、反应时间长的光电二极管和成本高、操作繁琐的光电倍增管，为此，本方案选用了具有雪崩倍增效应和较高灵敏度的雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)作为仪器的信号接收器件，输入电路，输入电路是连接光电探测器与前置放大器的过渡环节，它的基本要求是为光电接收二极管供应正常的电路作业前提，同时完成和前置放大电路的电路匹配，保证系统最佳的工作状态，并使整个探测电路具有灵敏的光电转化能力和长期工作的稳定性和可靠性，前置放大器，系统接收到的信号一般过于微弱不能直接用于采样处理，为此，需要通过前置放大器将微弱信号进行初步放大，来减小外界干扰的相对影响，并将初步放大后的信号传递给信号调理单元，自动控制单元，当检测到粉尘到达一定厚度时，粉尘厚度的数据被采集然后发出信号，控制器接到信号后，经变换放大后传给执行器(即反吹系统)，反吹系统根据传来的信号开始工作，控制器保持反吹信号延时设定时间后，自动发出关闭反吹系统信号，反吹系统关闭，(所述反吹系统，含尘气体通过过滤管时，粉尘在拦截等机制的作用下会被分离出来，并有一部分粘附在过滤管外表面形成粉尘层，随过滤的进行，粉尘层的厚度不断增加、密度越来越大，过滤压降不断升高，当压降升高到一定值后就需要对粉尘层进行反吹，以降低过滤阻力、实现过滤管的性能再生，在反吹过程中，厚度较小的粉尘层主要以裂纹的形式剥离，厚度较大的粉尘层主要以局部流化的形式剥离，而当温度较高时，粉尘间的团聚力增大，这时粉尘层一般以裂纹形式剥离，对于已压实粉尘层，反吹后被吹落的粉尘碎片的尺寸随粉尘层孔隙率及反吹压力增大而增大)，如图5所示，当过滤器开始运作时，PC端会向测厚仪发送一个工作指令，测厚仪接收到指令后会判断自身所处位置，来保证测量的完整性，当位于原点时，测厚仪开始进行检测并将数据发送到云端，云端处将数据进行处理，发送到反冲系统里作为反冲的依据，测厚仪在运行过程中会判断自身所处位置，到达终点后停止运行。

所述信号调理系统，差分放大及滤波器电路，CCD的输出信号频率较高(1MHz)，所以在对输出信号进行放大处理的时候，要选用通频带较宽的运算放大器，且在本设计中选用的CCD输出信号包含两路输出，需对其进行差分放大处理，选择AD822放大器，由AD822组成的差动放大电路，滤波器所用元件性能好坏影响滤波效果，应该选取精密的电阻器和电容器，这里结合差分放大电路中有AD822运放，另外，有源滤波器具有一定的信号放大作用和较强的带负载能力，采用符合要求的有源滤波器，二值化处理，从运算速度和成本方面考虑，基于AVR单片机内部自带模拟比较器，本系统采用固定阈值法对信号进行二值化，软件系统，软件系统的设计用来计算出光点位置，如图7所示，在测厚仪通过激光三角法得到粉尘层厚度的过程中利用CCD驱动，SH信号的传输判断上升沿还是下降沿，如果是上升沿则继续CCD驱动，SH信号传输，直到为下降沿；如果是下降沿，则定时器每4个下降沿计算一次,最终计算出光点的位置，数据传输单元，工业现场采用远程无线数据采集技术，工业高温过滤器的粉尘测厚系统，其粉尘层厚度数据监测，使用了穿透性更高、稳定性更好的窄带NB-loT通信设备，该通信设备系统主要由下层执行设备，中层传输设备以及上层数据设备组成，下层的执行设备主要是采集模块，采集现场的传感器将所采集的粉尘厚度数据，通过RS485接入中层传输设备；中层传输设备采用四信NB-loT传输终端F2910系列产品组成，为下层采集模块和平台数据处理部分搭建一条安全、稳定的数据传输通道，进行粉尘厚度数据的实时传输；而上层平台数据处理部分主要由服务器、防火墙组成，其工作是接收、处理传感器监测到的粉尘厚度数据，并进行数据存储及web网页数据展示。

具体的，如图4所示，监测系统采用分管道设计，OPC连接主机控制，在测厚仪运行时，一方面，通过OPC将实时监测数据与PC端形成连接，另一方面，在净化气流出口端装有气体监测装置，通过光学传感器及流量控制器来达到监测净化后气体中颗粒物质量浓度和粒径的目的，以此来判断测厚仪的运行是否出现异常，为故障的诊断提供参数依据。

具体实施步骤：

由激光器17发射激光，利用激光三角法测距原理，使用CCD成像技术，通过观察图像的变化，直接观测粉尘层厚度变化情况，根据所观测到的厚度变化，通过数据传输将其直接作为反吹除尘的依据，在压差达到一定指标，粉尘层厚度随时间积累到达反吹边缘厚度时，开始反吹除尘，进而保持滤管的长期高效使用，达到过滤器性能提升的目的。

测厚原理：在罐体6表面的粉尘层外加玻璃视窗隔板14，隔板14外用激光器17发射一束激光以一定角度照射滤管外的粉尘层，激光在粉尘层表面发生散射或者反射，在另一角度用成像系统对激光散射或者反射的光进行汇聚成像，当被测位置发生改变时，被测粉尘层上的激光照射所产生的光斑位置变化，光散射或者反射的角度也会发生变化，用光电探测系统18对光线进行汇聚，光斑在成像系统CCD上会发生移动，从而在计算机屏幕上也可以观察到光斑的相应移动，通过matlab软件对采集的图像进行处理可以得到两个光斑间的距离，再通过最初定标得到的比例尺，换算出它在CCD表面上的移动距离，测出罐体6内滤管表面的粉尘层厚度。

综上所述：该一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，通过激光器的两端通过丝杠螺母安装在丝杠上设置为升降装置，激光器采用具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器的设置，利用激光三角法测量原理，首次将该方法与过滤器反吹系统相结合，能够精确测出粉尘层厚度,将其作为反吹依据,极大提升反吹效率，在高温过滤器研究领域，首次采用以粉尘层厚度为辅，以压差为基准作为工业高温过滤器反吹依据进行反吹除尘；通过隔板为圆弧形透明玻璃视窗的设置，便于激光器光束穿过、方便检测罐体内粉尘厚度；通过故障监测装置插接安装在出气管上的设置，在净化气出气管监测颗粒物的变化，通过数据的实时传输，监测测厚仪的运行状态，给故障诊断提供参数依据，提升过滤器的整体工作性能；通过对提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪的改进，具有结构设计合理，利用激光三角法测量原理，首次将该方法与过滤器反吹系统相结合，能够精确测出粉尘层厚度,将其作为反吹依据,极大提升反吹效率，在高温过滤器研究领域，首次采用以粉尘层厚度为辅，以压差为基准作为工业高温过滤器反吹依据进行反吹除尘的优点，从而有效的解决了现有装置中出现的问题和不足。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，包括：过滤罐(1)、压力传感器(2)、温湿度传感器(3)、第一蒸汽电磁阀(4)、管道(5)、罐体(6)、喷淋器(7)、第二蒸汽电磁阀(8)、进气管(9)、提升管(10)、灰斗(11)、支腿(12)、箱体(13)、隔板(14)、伺服电机(15)、丝杠(16)、激光器(17)、光电探测系统(18)、信号调理系统(19)、箱门(20)、开关(21)、出气管(22)、故障监测装置(23)；其特征在于：所述箱体(13)安装在罐体(6)一侧的外壁上，且隔板(14)设置在箱体(13)与罐体(6)之间；所述伺服电机(15)通过螺栓固定安装在箱体(13)的内侧，且伺服电机(15)的输出轴与丝杠(16)固定连接；所述激光器(17)安装在箱体(13)的内侧，且激光器(17)的两端与丝杠(16)通过丝杠螺母连接；所述光电探测系统(18)安装在箱体(13)的内侧，且光电探测系统(18)与箱体(13)外部的信号调理系统(19)连接；所述箱门(20)铰接安装在箱体(13)上，且开关(21)镶嵌安装在箱门(20)上；所述出气管(22)安装在罐体(6)的一侧，且出气管(22)位于进气管(9)的上方；所述故障监测装置(23)插接安装在出气管(22)上。

2.根据权利要求1所述的一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，其特征在于：所述激光器(17)的两端通过丝杠螺母安装在丝杠(16)上为升降装置。

3.根据权利要求1所述的一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，其特征在于：所述激光器(17)采用具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。

4.根据权利要求1所述的一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，其特征在于：所述隔板(14)为圆弧形透明玻璃视窗与透镜相结合。

5.根据权利要求1所述的一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，其特征在于：所述光电探测系统(18)用于接收反射回来的光信号，并将其转化为电信号，传递信息。

6.根据权利要求1所述的一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，其特征在于：所述信号调理系统(19)内电信号转化为数字信号，便于计算。

7.根据权利要求1所述的一种提升高温过滤器性能的新型粉尘测厚仪，其特征在于：所述伺服电机(15)的输出轴与丝杠(16)通过螺栓固定安装在箱体(13)的内侧。

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