Устройство для отбора проб частиц

(54) УСТРОЙСТВСТИЦ ОТБОРА ПРОБ ЧАОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ С(71) Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова(56) Трембовля В.И, и др. Теплотехнические испытания котельных установок.М.: Энергия, 1977, с.94.Авторское свидетельство СУ 1139995, кл. С 01 И 1/22,(57) Изобретение относится к техникеизмерения концентрации пыли в дисперсных аэропотоках. Цель изобретения - повышение достоверности проб пыли. Устройство включает наконечник с пылесборником, отсосную, подводящую и импульсную трубки и снабжено коллектором, установленным соосно с подводящей трубкой. Вдоль нижней образующей в подводящей трубе выполнео ны отверстия под углом 10 - 20 к ней против направления потока. Дно пылесборника 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.1368700 35 40 45 50 55 но очищенный 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 5,1Изобретение относится к технике измерения концентраций пыли в дисперсных аэропотоках.Целью изобретения является повышение достоверности проб пыли.На фиг. 1 изображено устройство, поперечный разрез; на фиг, 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - .разрез Б-Б на фиг. 1.Устройство содержит расположенные соосно цилиндрический наконечник 1 и пылесборник 2, выходные отверстия которых расположены с противоположных сторон. Наконечник 1 жестко соединен с отсосной трубкой 3, а пыпесборник 2 - с подводящей трубкой 4 . В подводящей трубке 4, в нижней ее части, вдоль нижней образующей выполнены 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, а соответственно, диаметр подводящей трубки 4 больше диаметра отсосной трубки 2, например, не менее чем на ЗОХ. 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 пыпесборника 2 и имеет длину, равную 5-8 линейным размерам выходного сечения пылесборника 2, Перфорированная труба 7 разделена на две половины газоперекачивающим устройством 8 (это может быть любой газовый насос, показано лопастное устройство).1 Привод гаэоперекачивающего устройства может 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 угломравным или большим угла естественного откоса слоя отбираемых дисперсных частиц. Для большинства мелкозернистых материалов этот угол составляетО30-40 . На внутренних поверхностях наконечника 1 и пыпесборника 2 закреплены открытые концы импульсных грубок 10, Имеется также третья импульсная трубка 10, открытый конец которой находится перед наконечником,5 10 15 20 25 30 Предлагаемое устройство работает следующим образом.Концентрация частиц в надслоевом пространстве полидисперсного кипящего слоя убывает с высотой. Условно принято делить все частицы на две части: мелочь слоя - частицы, скорость витания которых меньше скорости газа (т.евзвешенные частицы), и крупные частицы - остальные частицы. Частицы выбрасываются в надслоевое пространство разрывающимися на поверхности 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 и в наконечнике. В отсосной трубке 3 создается разрежение (например, эжектором), в результате чего в наконечник 1 и отсосную трубку 3 поступает для последующего анализа пылегазовая аэросмесь. При этом крупные частицы, попавшие в1 наконечник 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 силвоздействия газа)теряют первоначальную кинетическую энергию, и выпадают из наконечника 1. Таким образом, с помощью наконечника 1 и отсоснойтрубки 3 отбирается только проба мелких частиц, взвешенных аэропотоком.В пыпесборник 2 по коллектору 6 иподводящей трубке 4 подается газ(например, дутьевым вентилятором илидругим газоперекачивающим вентилятором). Это может быть тот же газ,который поступает в отсосную трубку 3,3687004фильтрации воздуха через слой составляет 1 м/с (на пустое сечение аппарата). Ожюкаюций агент - воздух приотемпературе 20 С, При скорости воздуха 1 м/с взвешенными будут частицы размером 200 мкм и менее. Скорость витания частиц размером200 мкм, подсчитанная по формуле То деса,А18 + 0,61 4 Э1 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 концент рации крупных частиц может вносить погрешность участок коллекторной трубы, примыкающей к пыпесборнику 2, Можно считать, что зона влияния этого участка составляет 5-8 размеров выходного сечения пыпесборника 2. В этой связи предлагается установить перфорированную трубу 7 на указанную длину, которая в нижней половине отсасывает газ, а в верхней подает это же количество газа. Количество отсасываемого газа равно расходу газа в аэропотоке через сечение, пере,рываемое поверхностью трубы (миделево сечение), и устанавливается числом оборотов лопастей газоперекачивающего устройства 8 по показаниям приборов, подключенных к импульсным трубкам. Так как скорость газа на выходе иэ пылесборника 2 равна скорости окружающего аэропотока, то мелкие частицы попасть в него не могут. В открытый, конец пыпесборника 2 свободно попадают только крупные частицы, летящие вниз под действием силы тяжести. Крупные частицы, попавшие в пыпесборник 2, по наклонному дну пылесборника 2 скатываются 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 пыле- сборник 2, совершает также и работу по перемещению крупных частиц, т.е. рационально используется. Угол наклона отверстий 5 к горизонту составляет 10-20 и выбран исходя из услоовий наилучшего транспортирования частиц материала. Суммируя массы частиц, уловленных за определенное время наконечником 1 (мелкие частицы) и пылесборником 2 (крупные частицы), получаем концентрацию частиц на данной высоте (например, от уровня кипящего слоя).П р и м,е рЗамер концентрации аэропотока в надслоевом пространстве кипящего полидисперсного слоя. Полидисперсный слой содержит частицы золы от 10 до 1000 мкм. Скорость Ы = -У1 эравна 1 м/с,15 где А - число Архимеда, равноеяС 13Уг -УАъуг р Фьбгде )3 - 15,6 - 10 - кинематичес 20 кая вязкость;с 1 - диаметр частиц;,я - 9,8 м 2/с - ускорение земного притяжения;3У, - 1400 кг/м - плотность мате 25 риала частиц эолызУ1,2 кг/м - плотность воздуха.Все частицы, размер которых меньше 200 мкм, считаются мелкими, а те30 частицы, размер которых больше200 мкм, считаются крупными. В над-слоевое пространство пузырями, выходящими на поверхность слоя, выбрасываются с различными скоростями отнуля до а частицы слоя как крупные, так и мелкие. Мелкие частицы,скорость витания которых меньше 1 м/с,уносятся вместе с газом из надслоевого пространства. Крупные частицы в40 зависимости от скорости их выбросаиз слоя летят до определенной высоты от нуля до Ь , после чего онивозвращаются в кипящий слой. Высотаподброса крупных частиц может до 45 стигать нескольких метров. Допустим,на высоте 1 м от уровня кипящегослоя, т.е. ниже высоты Ь установлено предлагаемое устройство дляотбора проб пыли, открытый конец50 наконечника 1 которого направлен навстречу потоку, а открытый конецпылесборника - в обратную. Скоростьгаза в наконечнике 1 и пыпесборнике2 с помощью импульсных трубок 1055 устанавливается равной 1 м/с, т.е.соблюдается условие изокинетичностиотбора проб. В отсосную трубку 3 через наконечник 1 засасываются только частицы размером 200 мкм и менее.68700 35 40 45 50 55 513 В пыпесборник 2 мелкие частицы попасть не могут, так как они сразу же выносятся из него газом. В пыпесборник 2 попадают только крупные частицы, достигшие высоты 1 м и более, и летящие вниз под действием силы тяжести. Частицы, попавшие в пыпесборник 2 и в отсосную трубку 3, взвешиваются совместно или по отдельности (в случае, когда это необходимо, производится их фракционный анализ путем рассевки на ситах). На.пример, оказалось, что в течение 1 мин в отсосную трубку попало С,= = 0,2 кг частиц размером 10-200 мкм, а в пыпесборник 2 - С= 0,05 кг крупных частиц размером более 200 мкм (400 мкм). Площадь входных отверстий пылесборника 2 и наконечника 1 одинакова и составляет, например 0,0007 м .Таким образом, через единицу по- . верхности горизонтального сечения аппарата на высоте 1 м от уровняС2 слоя проходит--- =9 52 кг/м срфСкрмелких частиц и . - =2 38 кг/м ср Т фкР крупных частиц.Так как замеренное значение для крупных частиц относится только для частиц, летящих вниз, то точно такое же количество крупных частиц летит вверх, в итоге полученное значение для крупных частиц необходимо удвоить, т.е. оно равно 4,76 кгlм с,аТаким образом, суммируя полученные значения концентрации мелких и крупных частиц, получаем общую концентрацию (поток частиц) проходящих через единицу площади горизонтального сечения аппарата за единицу времени 14,28 кг/м с.При установке в аэропотоке известной трубки можно достаточно точно измерить только концентрацию мелких частиц, взвешенных газовым потоком.Предлагаемое устройство в сравнении с известным позволяет более дос" товерно замерить концентрацию частиц в неуравновешенных вертикальных аэропотоках.Например, при измерении концентрации частиц в приведенном примере известной трубкой при условиях изокинетичности отбора проб можно замерить только концентрацию мелких чаъ стиц, которая равна 9,52 кг/м с. 5 1 О 15 20 25 30 Действительная концентрация пыли, замеренная, с помощью предлагаемого1 устройства, равна 14,28. Таким обраэом, при измерении концентрации пыли в аэропотоке ошибка составляет Ь 507.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 предварительных экспериментальных данных по замерам концентрации пыли 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 удельноговеса, увеличение шероховатости частиЦи т.п.). Все это может привести к выносу из котла крупных недогоревшихчастиц. Определить какие частицы выносятся из котла можно предлагаемым устройством, которое установлено у выходной амбразуры котла. Использование известной трубки в данном случае даст неверный результат. Например, выходная амбразура котла находится на высоте 1 м от уровня кипящего слоя. Замер концентрации мелкозер. - нистого 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 которой7 13687 4,76 кг/м с приходится на долю крупных частиц. Приняв, что крупные частицы содержат 502 несгоревшего топлива, можно подсчитать потери, связанные с механическим недожогом уносимых из котла крупных частиц топлива. При расходе свежего топлива в количестве 20 кг/с на 1 м горизон 2тального сечения котла они составят 1 О11,9 Ж.На эту же величину уменьшится КЦД котла. Поэтому, необходимо либо Юснизить расход воздуха (скорость фильтрации), либо увеличить высоту 15 установки выходной амбразуры котла до необходимого значения (на основании экспериментальных данных, полученных с помощью известного устройства). 20Измерение концентрации частиц известной трубкой не позволит определить долю крупных частиц, содержащихся в уносе, и соответственно экономично вести процесс сжигания топлива. 25 00 8Формула иэ обретения1. Устройство для отбора проб частиц из аэропотока, включающее наконечник с пылесборником, отсосную, подводящую и импульсную трубки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности проб пыли, оно снабжено коллектором, установленным соосно подводящей трубке, вдоль нижней образующей в подводящей трубке, выполнены отверстия подоуглом 10-20 к ней против направления потока, дно пылесборника установлено под углом естественного откоса частиц в сторону подводящей трубки.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено перфорированной трубой, установленной соосно коллектору, газоперекачивающим устройством, установленным внутри перфорированной трубы вдоль ее оси.1368700 2 Составитель А.СондорТехред Л.Сердюкова Корректор О,Кундрик Редактор Л.Гратилл 4 ака Производствен лиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная, 4 Тираж 847 ПВНИИПИ Госудкопо делам и о113035, Москва,ая арственногоэобретений иЖ, Раушск одписноемитета СССРткрытийнаб., д. 4/