Устройство для отбора проб частиц Советский патент 1988 года по МПК G01N1/22 

со оь 00 vl

Изобретение относится к технике измерения концентраций пыли в диспе ;сных аэропотоках.

Целью изобретения является повышение достоверности проб пыли.

На фиг. 1 изображено устройство, поперечньй разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Устройство содержит расположенны соосно цилиндрический наконечник 1 и пьшесборник 2, выходные отверстия которых расположены с противоположных сторон. Наконечник 1 жестко соединен с отсосной трубкой 3, а пыпе сборник 2-е подводящей трубкой 4. В подводящей трубке 4, в нижней ее

части, вдоль 1шжней образующей вьтол- нены отверстия 5 под углом 10-20 , направленные в сторону, противоположную от пылесборника. Подводящую трубку 4 охватывает по периметру коллектор 6. Диаметр коллектора 6 больше диаметра подводящей трубки 4, la соответственно, диаметр подводящей трубки 4 больше диаметра отсосной трубки 2, например, не менее чем на 30%. Снаружи коллектор охватывается перфорированной трубой 7. В случае прямоугольного профиля перфорация выполняется в нижней и верхней стенках, а ,при цилиндрической форме- по всей поверхности. Труба 7 начинается от пылесборника 2 и имеет длину, равную 5-8 линейным размерам выходного сечения пылесборника 2. Перфорирован- ная труба 7 разделена на две половины газоперекачивающим устройством 8 (это может быть любой газовый насос, показано лопастное устройство).

Привод газоперекачивающего устройства йожет быть любой: механический, электрический, пневматический и т.п. Привод может быть установлен как внутри трубы 7, так и вне аэропотока. Дно 9 пылесборника наклонено в сторону подводящей трубки 4 под углом / , равным или большим угла естественного откоса слоя отбираемьк дисперсных частиц. Для больщинства мелкозернистых материалов этот угол составляет 30-40 . На внутренних поверхностях

15 дъема крупных частиц в надслоевом пространстве их первоначальная кинетическая энергия убывает до нуля за счет постоянно действующей на них силы тяжести, после чего они меняют

20 направление движения на обратное и возвращаются в кипящий слой. Входное отверстие наконечника 1 направлено навстречу аэропотоку, а входное отверстие пылесборника 2 - в противо25 положную сторону (направление газа показано сплошными линиями стрелок, а частиц - прерывистыми). Устройство работает при изокинетичности отбора проб, т.е. равенстве скоростей га30 зов в аэропотоке ив наконечнике. В отсосной трубке 3 создается разрежение (например, эжектором), в ре- зультате чего в наконечник 1 и отсосную трубку 3 поступает для последую- ,

35 щего анализа пылегазовая аэросмесь. При этом крупные частицы, попавшие в щаконечник 1, ударяются о верхнюю поверхность отсосной трубки 3 (поворотное- колено),о стенки наконечника и

40 трубки, отскакивают от них и так как они не взвешены газом внутри наконечника (сила веса частиц больше сил воздействия газа)теряют первоначальную кинетическую энергию, и выпадают

45 из наконечника 1. Таким образом, с помощью наконечника 1 и отсосной трубки 3 отбирается только проба мелких часТиц, взвешенных аэропотоком. В пьшесборник 2 по коллектору 6 и

50 подводящей трубке 4 подается газ

(напримерj дутьевым вентилятором или другим газоперекачивакяцим вентилятором) . Это может быть тот же газ.

который поступает в отсосную трубку 3, наконечника 1 и пылесборника 2 закре- 55 о очшценньй от пыли, в этом случае

выходное сечение пылесборника 2 равно входному сечению наконечника 1. Газ из коллектора 6 поступает в подводящую трубку 4 через отверстия 5,

плены открытые концы импульсных гру- бок 10. Имеется также третья импульсная трубка 10, открытый конец которой находится перед наконечником.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Концентрация частиц в надслоевом пространстве полидисперсного кипящего слоя убьшает с высотой. Условно принято делить все частицы на две части: мелочь слоя - частицы, скорость витания которых меньше скорости газа (т.е. взвешенные частицы), и крупные частицы - остальные частицы. Частицы выбрасываются в надслоевое пространство разрывающимися на по верхности слоя пузырями. По мере подъема крупных частиц в надслоевом пространстве их первоначальная кинетическая энергия убывает до нуля за счет постоянно действующей на них силы тяжести, после чего они меняют

направление движения на обратное и возвращаются в кипящий слой. Входное отверстие наконечника 1 направлено навстречу аэропотоку, а входное отверстие пылесборника 2 - в противоположную сторону (направление газа показано сплошными линиями стрелок, а частиц - прерывистыми). Устройство работает при изокинетичности отбора проб, т.е. равенстве скоростей газов в аэропотоке ив наконечнике. В отсосной трубке 3 создается разрежение (например, эжектором), в ре- зультате чего в наконечник 1 и отсосную трубку 3 поступает для последую- ,

щего анализа пылегазовая аэросмесь. При этом крупные частицы, попавшие в щаконечник 1, ударяются о верхнюю поверхность отсосной трубки 3 (поворотное- колено),о стенки наконечника и

трубки, отскакивают от них и так как они не взвешены газом внутри наконечника (сила веса частиц больше сил воздействия газа)теряют первоначальную кинетическую энергию, и выпадают

из наконечника 1. Таким образом, с помощью наконечника 1 и отсосной трубки 3 отбирается только проба мелких часТиц, взвешенных аэропотоком. В пьшесборник 2 по коллектору 6 и

подводящей трубке 4 подается газ

(напримерj дутьевым вентилятором или другим газоперекачивакяцим вентилятором) . Это может быть тот же газ.

выполненные вдоль нижней образующей подводящей трубки 4. По показаниям давлений в импульсных трубках 10 устанавливается изокинетичность отборов проб пыли в наконечнике 1 и пыпесборнике 2, На измерение концентрации крупных частиц может вносить погрешность участок коллекторной трубы, примыкающей к пылесборнику 2 Можно считать, что зона влияния этого участка составляет 5-8 размеров выходного сечения пьшесборника 2. В этой связи предлагается установить перфорированную трубу 7 на указанную длину, которая в нижней половине отсасьтает газ, а в верхней подает это же количество газа. Количество отсасьшаемого газа равно расходу газа в аэропотоке через сечение, пере- .рьшаемое поверхностью трубы (миделе- во сечение), и устанавливается числом оборотов лопастей газоперекачивающего устройства 8 по показаниям приборов, подключенных к импульсным трубкам. Так как скорость газа на вькоде из пьшесборника 2 равна скорости окружающего аэропотока, то мелкие частицы попасть в него не могут. В открытьй,конец пьшесборника 2 свободно попадают только крупные частицы, летящие вниз под действием силы тяжести. Крупные частицы, попавшие в пьшесборник 2, по наклонному дну пьшесборника 2 скатьшаются на дно подводящей трубки 4 и под воздействием струек газа, истекающих из отверстий 5, транспортируются к выходному концу трубки 4. Таким образом, газ, подаваемый по условиям изокинетичности отбора проб в пьшесборник 2, совершает также и работу по перемещению крупньк частиц, т.е. рационально используется. Угол наклона отверстий 5 к горизонту составляет 10-20 и выбран исходя из условий наилучшего транспортирования частиц материала. Суммируя массы частиц, уловленньЬс за определенное вре наконечником 1 (мелкие частицы) и пьшесборником 2 (крупные частицы) , получаем концентрацию частиц на данной высоте (например, от уровня кипящего слой).

Пример. Замер концентрации аэропотока в надслоевом пространстве кипяще го полидисперсного слоя. Полидисперсный слой содержит частицы золы от 10 до 1000 мкм. Скорость

фильтрации воздуха через .слой составляет 1 м/с (на пустое сечение аппарата) . Ожижаюгтий агент - воздух при температуре 20 С. При скорости воздуха 1 м/с взвешенными будут частицы размером 200 мкм и менее. Скорость витания частиц размером 200 мкм, подсчитанная по формуле Тодеса.

А,

0

5

0

5

0

5

W

V

0,бГ.

3 равна 1 м/с,

- число Архимеда, равное

5 где А

Ч V

2dlVi

где

- 15,6 -,6

d g

/г

Все

г -/ .„. ,

О

10 - кинематическая вязкость;

-диаметр частиц;,

-9,8 - ускорение .земного притяжения;

-1400 кг/м - плотность материала частиц золы;

-1,2 кг/м - плотность воздуха.

частицы, размер которых меньше 200 мкм, считаются мелкими, а те частицы, размер которых больше 200 мкм, считаются крупными. В над- слоевое пространство пузырями, выходящими на поверхность слоя, выбрасываются с различными скоростями от нуля до vo частицы слоя как крупные, так и мелкие. Мелкие частицы, скорость витания которых меньше 1 м/с, уносятся вместе с газом из надслоево- го пространства. Крзшные частицы в

0 зависимости от скорости их выброса из слоя летят до определенной высоты от нуля до hfna.x , после чего они возвращаются в кипящий слой. Высота подброса крупных частиц может до5 стигать нескольких метров. Допустим, на высоте 1 м от уровня кипящего слоя, т.е. ниже высоты , установлено предлагаемое устройство для отбора проб пьши, открытый конец наконечника 1 которого направлен навстречу потоку, а открытый конец пьшесборника - в обратную. Скорость газа в наконечнике 1 и пьшесборнике 2 с помощью импульсных трубок 10 устанавливается равной 1 м/с, т.е. соблюдается условие изокинетичности отбора проб. В отсосную трубку 3 через наконечник 1 засасьшаются только частицы размером 200 мкм и менее.

В пьшесборник 2 мелкие частицы попасть не могут, так как они сразу же выносятся из него газом. В пьшесборник 2 попадают только крупные части- цы, достигшие высоты 1 м и более, и летящие вниз под действием силы тяжести. Частицы, попавпше в пьшесборник 2 и Б отсосную трубку 3, взвешиваются совместно или по отдель- ности (в случае, когда это необходимо, производится их фракционньй анализ путем рассевки на ситах). Например, оказалось, что в течение 1 мин в отсосную трубку попало G 0,2 кг частиц размером 10-200 мкм, а в пьшесборник 2 - 0,05 кг крупньк частиц размером более 200 1жм (400 мкм). Площадь входных отверстий

Экономические преимущества исполь зования предлагаемого устройства покажем на примере котла с кипящим слоем твердого топлива. Установить расчетным путем необходимые параметры технологического режима работы котла и высоту надслоевого пространства при условии минимального выноса мелкозернистого материала не представляется возможным, так как нет соответствующих точных расчетных зависимостей. Эти параметры чаще всего

пьшесборника 2 и наконечника 1 одина- 20 определяются на основании предвари- кова и составляет, например 0,0007 м . . Таким образом, через единицу по- . верхности горизонтального сечения аппарата на высоте 1 м от уровня

тельных экспериментальных данных по замерам концентрации пьши либо на модели, либо непосредственно на действующем котле. Топливо, поступив 1

слоя проходит

г г..

9,52 кг/м с

Kb2.

мелких частиц и --- 2,38 кг/м с

Kp V

крупных частиц.

Так как замеренное значение для крупных частиц относится только для частиц, летящих вниз, то точно тако же количество крупных частиц летит вверх, в итоге полученное значение для крупных частиц необходимо удвоить, т.е. оно равно 4,76 кг/м с.

Таким образом, суммируя полученные значения концентрации мелких и крупных частиц, получаем общую концентрацию (поток частиц) проходящих через единицу площади горизонтальноДействительная концентрация пьши, замеренная, с помощью предлагаемого (Устройства, равна 14,28. Таким образом, при измерении концентрации пыли в аэропотоке ошибка составляет 4 50%.

Экономические преимущества использования предлагаемого устройства покажем на примере котла с кипящим слоем твердого топлива. Установить расчетным путем необходимые параметры технологического режима работы котла и высоту надслоевого пространства при условии минимального выноса мелкозернистого материала не представляется возможным, так как нет соответствующих точных расчетных зависимостей. Эти параметры чаще всего

определяются на основании предвари-

определяются на основании предвари-

тельных экспериментальных данных по замерам концентрации пьши либо на модели, либо непосредственно на действующем котле. Топливо, поступившее в кипящий слой, быстрее выгорает в мелких частицах, чем в крупных. Поэтому в уносе из котла должны содержаться только частицы мелочи.При увеличении расхода воздуха, подаваемого в котел для форсировки горения, возрастает и высота подброса крупных частиц. К увеличению высоты подброса частиц может привести также изменение фракционного состава слоя (увеличение относительной доли мелочи) или изменение механических характеристик топлива (уменьшение удельного веса,увеличение шероховатости частиЦ и т.п.). Все это может привести к выносу из котла крупных недогоревших частиц.

Из обретение относится к технике измерения концентрации пьши в дисперсных аэропотоках. 1|ель изобрете- ния - повышение достоверности проб пыпи. Устройство включает наконечник с пыпесборНИКОМ, отсосную, подводящую и импульсную трубки и снабжено коллектором, установленньм соосно с подводящей трубкой. Вдоль нижней образующей в подводящей трубе вьшолиены отверстия под углом 10 - 20°.к ней против направления потока. Дно пьшесборника установлено под углом естественного откоса частиц в сторону подводящей трубы. Кроме того, устройство снабжено перфорированной трубой, установленной соосно с коллектором и, газоперекачивающим уст- -ройством, установленным внутри перфорированной трубы вдоль ее оси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. I (Л

Определить какие частицы выносятся из котла можно предлагаемым уст- При установке в аэропотоке извест- 45 ройством, которое установлено у выго сечения аппарата за единицу времени 14,28 .

ной трубки можно достаточно точно измерить только концентрацию мелких частиц, взвешенных газовым потоком.

Предлагаемое устройство в сравнении с известным позволяет более достоверно замерить концентрацию частиц в неуравновешенных вертикальных аэропотоках.

Например, при измерении концентрации частиц в приведенном примере известной трубкой при условиях изо- кинетичности отбора проб можно замерить только концентрацию мелких частиц, которая равна 9,52 кг/м с.

0

5

ходной амбраззфы котла. Использование известной трубки в данном случае даст неверньм результат. Например, выходная амбразура котЛа находится на высоте 1 м от уровня кипящего слоя. Замер концентрации мелкозернистого материала известной трубкой покажет только наличие мелочи 9,52 кг/м с (данные взяты из приведенного расчета). Эти частицы содержат в основном золу. В действительности концентрация материала, замеренная предлагаемым устройством, равна 14,28 кг/м , из которой

I

Jff-20

Фиг.1

Ю

Фиг.2.

Б- 6

Фиг.