一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置的制作方法

一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置
【技术领域】
1.本实用新型涉及粉尘比电阻测试的技术领域，特别是一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置。


背景技术：

2.当前，环境污染治理问题备受关注，煤燃烧排放的大量细颗粒物对大气环境和人类健康造成了严重危害，电除尘器是工业烟气颗粒物去除的主流技术装备，粉尘比电阻是电除尘器选型设计的关键参数之一，粉尘比电阻的准确测量可大幅提高电除尘器的选型命中率，解决电除尘器选型偏大而浪费材料和选型偏小而无法达到除尘效率的问题，使电除尘器的产品性能达到理想效果。
3.粉尘比电阻的定义可表示为，粉尘比电阻＝(粉尘的电阻
×
电流流过的横截面积)
÷
粉尘层厚度，还可以定义为粉尘层两端面的电场强度
÷
所产生的电流密度，单位为ω
·
cm。粉尘比电阻的大小与烟气性质、温度、湿度、成分、压力及粉尘性质、粉尘粒度分布、粉尘成分等因素有关。
4.电除尘器广泛用于燃煤电厂、钢铁冶金、工业窑炉等烟气颗粒物的捕集，其中燃煤电厂电除尘器运行在负压5000pa左右，烧结机头运行在负压20000pa 左右，高炉煤气电除尘器运行在正压0.15mpa左右。
5.中国专利cn103487661a公开了一种可变气氛高温粉尘比电阻测试装置，它包括低压接地电极、环形接地电极、放置粉尘式样的盘底、高压盘状电极、电加热器、悬挂机构和气氛调节系统，所述低压接地电极、高压盘状电极均位于电加热炉内，低压接地电极位于高压盘状电极上方，二者之间设置有放置粉尘式样的底盘，低压接地电极通过悬挂机构与电流表相连，所述高压盘状电极设置在耐高温底座上。该专利能够解决高温下不同气氛粉尘比电阻的测量问题，克服常规粉尘比电阻测试装置只能测试空气气氛中粉尘比电阻的缺陷。但是，其仍存在一定的缺陷，一方面，该专利只考虑高温下粉尘比电阻测试环境的模拟，当温度低于250℃时，还应考虑湿度对粉尘比电阻的影响；另一方面，炉体采用方体箱式加热炉，炉门通过扣压式开关密封，这对炉体的耐压强度和密封性能要求较高。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置，能够有效地解决不同气氛条件下粉尘比电阻的测试问题，克服当前粉尘比电阻实验室测试方法不能完全模拟工况条件的测试缺陷。
7.为实现上述目的，本实用新型提出了一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置，包括温湿度控制系统、气氛调节系统，试样系统和电控系统，所述温湿度控制系统包括加热炉、温度控制系统和湿度控制系统，所述温度控制系统用于对加热炉的炉体内部测试环境温度进行调节，所述湿度控制系统用于对加热炉的炉体内部气氛湿度进行调节，所述气氛调节系统用于为加热炉提供不同的炉内气氛，所述试样系统设置于加热炉的炉体内
部，用于放置待测粉尘试样，所述电控系统用于为试样系统提供高压电源，并通过电压表、电流表读取此时施加粉尘层的电压与通过粉尘层的电流，进行比电阻测试。
8.作为优选，所述温度控制系统包括电加热器、温度控制装置和温度传感器，所述炉体的内壁设有电加热器，所述电加热器为盘管加热器，所述温度控制装置位于炉体外，并与温度传感器、电加热器电性连接，所述温度传感器用于检测炉体内部的温度，并将温度信息传递至温度控制装置，所述温度控制装置根据温度信息控制电加热器输出功率，以调节加热炉的炉体内测试环境温度大小。
9.作为优选，所述湿度控制系统包括预热炉、蠕动泵、湿度控制装置和湿度传感器，所述湿度控制装置的一端连接蠕动泵，另一端与湿度传感器连通，所述蠕动泵发生水蒸气，并通过预热炉进入气氛调节系统的混合罐(6)与混合气充分混合，所述湿度控制装置与湿度传感器、蠕动泵电性连接，所述湿度传感器布置于炉体内，用于检测炉体内气氛湿度，并将湿度信息传递至湿度控制装置，所述湿度控制装置根据湿度信息调节蠕动泵输出功率，以精准控制炉体内气氛湿度。
10.作为优选，所述气氛调节系统包括装有各种气体组分的多个气瓶、转子流量计、混合罐、压力表、截止阀、增压泵、真空泵和真空压力表，所述气瓶、转子流量计及混合罐依次连接于炉体外，所述混合罐上配设有压力表，所述截止阀设于混合罐的出口处，所述真空泵与炉体出气口管路相连接，所述出气口管路上安装有出口针阀，所述真空压力表布置在炉体的顶部的上法兰位置，所述上法兰上还设有进口针阀；装有各种气体组分的多个气瓶经出口转子流量计准确计量后进入混合罐，所述蠕动泵发生水蒸气，并经预热炉进入混合罐内与混合气充分混合，所述混合罐内水蒸气和混合气的混合物在增压泵的作用下，由进口针阀进入加热炉形成所需炉内测试气氛，所述增压泵和出气口真空泵用于调节炉内所需气压氛围。
11.作为优选，所述试样系统包括高压盘状电极、低压电极、耐高温底座和悬挂机构，所述低压电极位于高压盘状电极正上方，两者中心线保持在一条竖直线上，且两者之间填充有待测粉尘试样，所述低压电极外部设有环形电极，所述悬挂机构包括绝缘横梁和若干个吊杆，所述低压电极、环形电极上分别安装有吊杆，所述绝缘横梁通过若干个吊杆固定在低压电极、环形电极的上方，所述吊杆的上端穿过绝缘横梁，并通过若干个第二螺栓螺母对绝缘横梁进行固定，所述高压盘状电极设置于耐高温底座的上方，所述耐高温底座的底部与炉体间设置有绝缘垫层。
12.作为优选，所述吊杆包括低压电极吊杆和若干个环形电极吊杆，所述低压电极的外壁与环形电极的内壁之间具有2mm～3mm的间隙，所述间隙内不填充粉尘；所述环形电极吊杆的上端穿过绝缘横梁，并由位于绝缘横梁上、下方的第二螺栓螺母固定绝缘横梁，所述环形电极的低压引线的一端与环形电极吊杆的顶部相连接，另一端引出炉体并安全接地；所述低压电极吊杆下端与低压电极中部固接，中部穿过绝缘横梁，并通过第二螺栓螺母固定绝缘横梁，低压电极吊杆的顶端与低压电极的低压引线连接，所述低压电极的低压引线引出加热炉连接电流表，并安全接地；所述高压盘状电极的内部具有用于填充粉尘的容槽。
13.作为优选，所述电控系统包括高压直流电源、电压表和电流表，所述高压直流电源位于炉体外，高压直流电源的高压引线穿过炉体顶部引入，并与高压盘状电极相连，所述高压引线与高压盘状电极通过第二螺栓螺母连接，所述电压表一端与高压直流电源连接，另
一端接地，所述电流表的一端与低压电极的低压引线相连，另一端接地。
14.作为优选，所述炉体顶部的上法兰上设置有电瓷套管和低压套管，高压直流电源的高压引线穿过电瓷套管引入，所述电瓷套管为高温电瓷套管，所述低压套管包括钢套管、密封圈和高温密封胶，所述钢套管与上法兰固接，所述低压引线穿过钢套管内部，所述钢套管的内圈设有与低压引线相紧密配合的密封圈和高温密封胶。
15.作为优选，所述加热炉包括炉体、保护层、上法兰和下法兰，所述炉体为由不锈钢连铸而成圆柱桶体，顶部具有向内弯折延伸的下法兰，所述炉体外设保护层。
16.作为优选，所述下法兰的上方均匀排布若干个第一螺栓，所述上法兰与下法兰的第一螺栓对应位置精准开孔，所述加热炉闭合时上法兰和下法兰通过高压法兰连接，所述高压法兰包括第一螺栓和压紧螺母，所述上法兰、下法兰之间还设置有金属缠绕而成的密封垫，所述上法兰上还设有泄爆阀。
17.本实用新型的有益效果：
18.1、本实用新型采用蠕动泵与预热炉作用可稳定发生水蒸气，水蒸气进入混合罐与经转子流量计准确计量进入混合罐的混合气充分混合形成所需测试气氛。
19.2、本实用新型采用连铸加热炉作为粉尘比电阻测试容器并采用上、下高压法兰螺栓连接，可保证测试装置耐高温高压及严密性要求。
20.3、本实用新型加热炉装设泄爆阀，系统超压时，瞬间泄压，保证设备的结构和性能安全。
21.4、本实用新型有效地解决了不同气氛条件下粉尘比电阻的测试问题，克服了当前粉尘比电阻实验室测试方法不能完全模拟工况条件的测试缺陷，可稳定测试温度范围1000℃以下，炉内气氛压强
±
5mpa，满足当前各工业烟气工况条件的实验室模拟及实验室冷态条件下的测试要求。
22.本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
23.图1是本实用新型一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置的内部结构示意图；
24.图2是本实用新型一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置的加热炉的结构示意图；
25.图3是本实用新型一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置的加热炉的俯视示意图。
26.其中：1：炉体，2：保护层，3：电加热器，4：气瓶，5：转子流量计，6：混合罐，7：压力表，8：截止阀，9：预热炉，10：蠕动泵，11：湿度控制器， 12：增压泵，13：真空泵，14：真空压力表，15：电瓷套管，16：上法兰，17：下法兰，18:温度控制器，19：第一螺栓，20：压紧螺母，21：温度传感器，22：进口针阀，23：湿度传感器，24：泄爆阀，25：出口针阀，26：环形电极，27：粉尘试样，28：高压盘状电极，29：吊杆，30：悬挂机构，31：低压电极，32：第二螺栓螺母，33：耐高温底座，34：绝缘底层，35：低压套管，36：密封垫， 37：加热炉。
【具体实施方式】
27.参阅图1至图3本实用新型一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置，包括温湿度控制系统、气氛调节系统，试样系统和电控系统，所述温湿度控制系统包括加热炉37、温度控制系统和湿度控制系统，所述温度控制系统用于对加热炉37的炉体1内部测试环境温度进行调节，所述湿度控制系统用于对加热炉37的炉体1内部气氛湿度进行调节，所述气氛调节系统用于为加热炉37提供不同的炉内气氛，所述试样系统设置于加热炉37的炉体1内部，用于放置待测粉尘试样27，所述电控系统用于为试样系统提供高压电源，并通过电压表、电流表读取待测粉尘试样27的电压、以及通过待测粉尘试样27的电流，进行比电阻测试。
28.进一步地，所述温度控制系统包括电加热器3、温度控制装置18和温度传感器21，所述炉体1的内壁设有电加热器3，所述电加热器3为盘管加热器，所述温度控制装置18位于炉体1外，并与温度传感器21、电加热器3电性连接，所述温度传感器21用于检测炉体1内部的温度，并将温度信息传递至温度控制装置18，所述温度控制装置18根据温度信息控制电加热器3输出功率，以调节加热炉37的炉体1内测试环境温度大小。
29.进一步地，所述湿度控制系统包括预热炉9、蠕动泵10、湿度控制装置11 和湿度传感器23，所述湿度控制装置11的一端连接蠕动泵10，另一端与湿度传感器23连通，所述蠕动泵10发生水蒸气，并通过预热炉9进入气氛调节系统的混合罐6与混合气充分混合，所述湿度控制装置11与湿度传感器23、蠕动泵10电性连接，所述湿度传感器23布置于炉体1内，用于检测炉体1内气氛湿度，并将湿度信息传递至湿度控制装置11，所述湿度控制装置11根据湿度信息调节蠕动泵10输出功率，以精准控制炉体1内气氛湿度；所述混合罐6的罐体设有保温层，所述预热炉9温度可调范围20℃～500℃，恒温区长度800mm，保证蠕动泵10与预热炉9作用后稳定发生水蒸气，所述预热炉9采用管式炉。
30.进一步地，所述气氛调节系统包括装有各种气体组分的多个气瓶4、转子流量计5、混合罐6、压力表7、截止阀8、增压泵12、真空泵13和真空压力表 14，所述气瓶4、转子流量计5及混合罐6依次连接于炉体1外，所述混合罐6 上配设有压力表7，所述截止阀8设于混合罐6的出口处，所述真空泵13与炉体1出气口管路相连接，所述出气口管路上安装有出口针阀25，所述真空压力表14布置在炉体1的顶部的上法兰16位置，所述上法兰16上还设有进口针阀 22；装有各种气体组分的多个(也包括单个)气瓶4经出口转子流量计5准确计量后进入混合罐6，所述蠕动泵10用于发生水蒸气，并通过预热炉9进入混合罐6内与混合气充分混合，所述混合罐6内水蒸气和混合气的混合物在增压泵12的作用下，由进口针阀22进入加热炉37形成所需炉内测试气氛，所述增压泵12和出气口真空泵13用于调节炉内所需气压氛围。
31.进一步地，所述试样系统包括高压盘状电极28、低压电极31、耐高温底座 33和悬挂机构，所述低压电极31和高压盘状电极28设置于炉体1内，所述低压电极31位于高压盘状电极28正上方，两者中心线保持在一条竖直线上，且两者之间填充有待测粉尘试样27，所述低压电极31外部设有环形电极26，所述悬挂机构包括绝缘横梁30和若干个吊杆29，所述低压电极31、环形电极26 上分别安装有吊杆29，所述绝缘横梁30通过若干个吊杆29固定在低压电极31、环形电极26的上方，所述吊杆29的上端穿过绝缘横梁30，并通过若干个第二螺栓螺母32对绝缘横梁30进行固定，所述高压盘状电极28设置于耐高温底座 33的上方，所述耐
高温底座33的底部与炉体1间设置有绝缘垫层34。所述吊杆29和耐高温底座33均采用2520不锈钢材质，该材质在1200℃下使用不会发生高温氧化和变形，所述绝缘垫层34采用50mm厚刚玉(95瓷)，95瓷具有耐高温、绝缘性好、抗电强度大、化学稳定性高。
32.进一步地，所述吊杆29包括低压电极吊杆和若干个环形电极吊杆，所述低压电极31的外壁与环形电极26的内壁之间具有2mm～3mm的间隙，所述间隙内不得填充粉尘；所述环形电极吊杆的上端穿过绝缘横梁30，并由位于绝缘横梁30上、下方的第二螺栓螺母32固定绝缘横梁30，所述环形电极26的低压引线的一端与环形电极吊杆的顶部相连接，另一端引出炉体1并安全接地；所述低压电极吊杆下端与低压电极31中部固接，中部穿过绝缘横梁30，并通过第二螺栓螺母32固定绝缘横梁30，低压电极吊杆的顶端与低压电极31的低压引线连接，所述低压电极31的低压引线引出加热炉37连接电流表，并安全接地；所述高压盘状电极28的内部具有用于填充粉尘的容槽。容槽内部粉尘层填充高度5mm，填装时粉尘自然堆满高压盘状电极，用刮尺刮平，低压电极31及环形电极26对粉尘层的压强p≦10g/cm2。
33.进一步地，所述电控系统包括高压直流电源、电压表和电流表，所述高压直流电源位于炉体1外，高压直流电源的高压引线穿过炉体1顶部引入，并与高压盘状电极28相连，所述高压引线与高压盘状电极28通过第二螺栓螺母32 紧固连接，所述电压表一端与高压直流电源连接，另一端接地，所述电流表的一端与低压电极31的低压引线相连，另一端接地。
34.进一步地，所述炉体1顶部的上法兰16上设置有电瓷套管15和低压套管 35，高压直流电源的高压引线穿过电瓷套管15引入，所述电瓷套管15为高温电瓷套管，采用95瓷，绝缘距离60mm～80mm，所述低压套管35包括钢套管、密封圈和高温密封胶，所述钢套管与上法兰16固接，安装保证密封和耐压良好，所述低压引线穿过钢套管内部，所述钢套管的内圈设有与低压引线相紧密配合的密封圈和高温密封胶。
35.进一步地，所述加热炉37包括炉体1、保护层2、上法兰16和下法兰17，所述炉体1为由不锈钢连铸而成圆柱桶体，顶部具有向内弯折延伸的下法兰17，所述炉体1外设保护层2，保护层2的作用是为了高温加热炉37与外部隔离开。
36.进一步地，在本实施例中，所述炉体1与下法兰17连铸制作，所述下法兰 17的上方均匀排布若干个与炉体1连铸制作的第一螺栓19，所述上法兰16与下法兰17的第一螺栓19对应位置精准开孔，所述加热炉37闭合时上法兰16 和下法兰17通过高压法兰连接，所述高压法兰包括第一螺栓19和压紧螺母20，所述上法兰16、下法兰17之间还设置有金属缠绕而成的密封垫36，紧固时保证上法兰16、下法兰17接触比压和接触致密性良好；所述加热炉37耐压
±
10mpa，所述上法兰16上还设有泄爆阀24，泄爆压力8mpa，所述炉体1内直径300mm，炉体壁厚8mm，下法兰17厚15mm，材质022cr17ni12mo2(316l)；所述上法兰16厚15mm，材质022cr17ni12mo2(316l)。
37.本实用新型工作过程：
38.本实用新型一种宽温度域气氛可调的粉尘比电阻测试装置，在使用的过程中，将高压盘状电极28、待测粉尘试样27、低压电极31和环形电极26在炉外装填及安装完毕后放入加热炉37，操作时，在高压盘状电极28内填充粉尘层，填充高度5mm，填装时粉尘自然堆满高压盘状电极，用刮尺刮平。高压引线与低压引线分别经电瓷套管15和低压套管35引出，上法兰16、下法兰17第一螺栓19和压紧螺母20连接，开启预热炉9及炉内电加热器3并设定温度。气氛调节过程以n2气氛为例，首先在混合罐6内调节好n2和气氛湿度，随后关闭进口针
阀22，打开出口针阀25，真空泵13抽出炉内空气至
‑
0.01mpa；然后关闭出口针阀25，打开进口针阀22和增压泵12鼓入n2，控制好气体进入炉体速度，至炉内压力回到大气压；随后，继续打开出口针阀25，抽出炉内气体至压力
‑
0.01mpa，再打开进口针阀22，增压泵12鼓入n2至大气压，依次重复进行三次以保证炉内n2纯度较高，随后依据测试所需压力调节增压泵12和真空泵 13功率得到所需测试环境，待炉内气氛(气体纯度、温度、湿度及压强)稳定进行比电阻测试。
39.测试时，开启高压直流电源，电压升至此测试环境时粉尘层击穿电压的 90％，记做v，并读取电流表此时通过粉尘层的电流值i，依据公式计算粉尘比电阻。
40.其中：
41.ρ
r
—粉尘比电阻，ω
·
cm；
42.a—低压电极面积，cm2；
43.v—电压示值，v；
44.h—粉尘层厚度，cm；
45.i—电流示值，a。
46.本实用新型有效地解决了不同气氛条件下粉尘比电阻的测试问题，克服了当前粉尘比电阻实验室测试方法不能完全模拟工况条件的测试缺陷，可稳定测试温度范围1000℃以下，炉内气氛压强
±
5mpa，满足当前各工业烟气工况条件的实验室模拟及实验室冷态条件下的测试要求。
47.上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。