CN108931555A - 一种实现多因素定量控制的烟气酸露点实验装置和实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现多因素定量控制的烟气酸露点实验装置和实验方法，实验装置包括高压气瓶、截止阀、减压阀、节流阀、质量流量控制器、止回阀、流量显示控制仪、混气罐、管式加热炉、储气箱、压力表、储水装置、流量计、微细雾化喷嘴、换热装置、温度传感器、温度显示仪表、灰斗、螺旋给料机、恒温水箱、温度控制装置、实验段、酸露点探头、数据显示调节仪表、尾气处理装置；实验装置可以定量地模拟不同组分、湿度、流速，含灰量的烟气气流，定量研究不同因素对酸露点的影响。
Description
技术领域
本发明属于余热回收、锅炉低温腐蚀领域，涉及一种实现多因素定量控制的烟气酸露点实验装置和实验方法。
背景技术
排烟热损失是锅炉的最大热损失之一，因此降低排烟温度是提高锅炉热效率的最有效方式之一。但是锅炉尾部烟气中含有CO2，SO2，SO3等酸性气体，在低温条件下这些酸性气体可与烟气中的水蒸气结合形成相应的酸蒸汽。当烟气与低于酸露点的金属对流受热面接触时，酸蒸汽便会在金属受热面表面冷凝出酸液滴。这些冷凝的酸液滴不仅将对受热面造成腐蚀，还能与烟气中的飞灰颗粒和金属受热面腐蚀剥落的铁锈结合引起积灰硬化堵塞烟道，可能导致炉内燃烧恶化或者无法运行。因而，能否准确预测烟气的酸露点对电站锅炉的安全、稳定运行具有重要意义。
实际烟气环境中硫酸蒸汽的形成过程十分复杂。烟气组分，温度，湿度，压力，以及含灰量都是影响酸露点的重要因素。目前国内外相关学者关于低温烟气中含灰量对酸露点影响的研究并不多见。
目前国内研究酸露点的方法主要有浸泡法，现场实验法，模拟实验等，在众多方法中模拟实验法具有可精确控制烟气组分，分析单一变量对酸露点影响的优点。但目前相关实验装置大多采用在混合气体中喷入稀硫酸来模拟含酸烟气，并且均未考虑到烟气中灰分含量对酸露点的影响。
随着烟气余热回收***的大量使用，锅炉尾部排烟温度越来越低，在深度节能利用中烟温降至100℃左右，处于传统热力学烟气露点以下，但在实际运行过程中并未发生明显的腐蚀现象，因此考虑烟气中含灰量对酸露点的影响就变得十分重要了。但目前国内关于灰分对酸露点影响的研究并不多见，关于定量研究灰分含量对低温烟气中酸露点研究的实验台在国内尚未见到。
发明内容
本发明提供了一种能够精确控制包括烟气体组分，流速、湿度、含灰量等在内的影响烟气酸露点的因素的实现多因素定量控制烟气酸露点的实验装置和方法。
为达到上述目的，本发明的装置包括气体混合加热***，储气定压***，加湿***，温度控制装置，加灰***，实验段，尾气处理装置；
所述的气体混合加热***包括四个高压气瓶，四个与高压气瓶分别相连的质量流量控制器，混气罐，管式加热炉，所述的四个质量流量控制器进口通过管路分别与四个高压气瓶相连，其中二氧化硫和氧气流经的质量流量控制器出口通过管路与混气罐入口相连，二氧化碳和氮气流经的质量流量控制器出口通过管路与储气定压***相连，所述的质量流量控制器通过线路与流量显示控制仪相连，所述的混气罐出口通过管路与管式加热炉入口相连，管式加热炉出口与储气定压***相连；
所述的储气定压***由储气罐和定压旁通管段组成，储气罐入口通过管路与管式加热炉出口以及流经二氧化碳和氮气的两个质量流量控制器出口相连，储气罐出口通过管路与温度控制装置相连，所述定压旁通管段入口与储气罐相连出口与尾气处理***相连；
所述加湿***由储水装置，流量计，节流阀，微细雾化喷嘴组成，所述的储水装置出口通过管路与流量计入口相连，所述流量计出口通过管路与节流阀进口相连，节流阀出口通过管路与安装在储气罐顶部的细微雾化喷嘴相连；
所述的温度控制装置为温度可控的换热器；
所述加灰***由螺旋给料机和灰斗组成；
所述实验段内部布置有通过管路与恒温水箱相连的换热装置，以及与酸露点数据显示调节仪表相连的酸露点探头，所述的恒温水箱内部加装有加热电阻丝，恒温水箱内部的加热电阻丝通过线路与温度控制装置相连；
所述的尾气处理装置包括溶液储存装置，长管，短管，所述长管入口与实验段出口相连，长管出口***溶液储存装置中液体的液面以下，所述短管入口与溶液储存装置页面以上相连，短管出口通入室外环境；
本发明的实验方法包括如下步骤：
1)混气加热***定量控制混合气体组分：
通过减压阀降低高压气瓶流出气体的压力，通过节流阀粗调高压气瓶(29)流出气体的流量，通过流量显示控制仪设定四个质量流量控制器的流量数值精确控制气体流量，通过设定管式加热炉温度加热二氧化硫与氧气使其反应生成一定量的三氧化硫；
2)储气定压***混合气体压力控制：
通过调节定压旁通管段上节流阀的开度来控制试验段入口压力值与储气罐内部压力值；
3)实验段入口温度控制
通过储气罐内与实验段入口处加装的温度传感器所测量的温度值调节换热装置进口温度，以此调节进入实验段的混合气体温度；
4)储气定压***混合气体湿度控制
通过调整加湿***出口管路上的节流阀将流量计数值稳定在设定值，通过微细雾化喷嘴将定量的去离子水雾化喷入储气罐；
5)混合气体含灰量控制：
通过调节螺旋给料机转速来控制加入管段的灰量；
6)试验段内混合气体温度控制
通过设定温度控制装置参数来控制恒温水箱中的水温，通过调节恒温水箱中的水温来大致控制试验段内混合气体温度。
7)酸露点测量
通过数据显示调节仪表调节酸露点探头温度，通过数据显示调节仪表出现的电压变化情况确定酸露点数值。
与现有实验技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用螺旋给料机与灰斗达到定量加入灰分的目的，从而实现定量研究灰分对低温烟气酸露点的影响的目的；
2、本发明中采用管式加热炉加热二氧化硫与氧气的混合气体，模拟实际燃烧过程中三氧化硫的生成；
3、本发明为保证试验段实验环境的稳定，设置了储气定压***可以实现对实验段进口压力的控制，并通过将储气定压***与试验段入口处质量流量控制器的配合，实现对实验段入口流速的控制。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中各标号为：1、减压阀；2、节流阀；3、质量流量控制器；4、流量显示控制仪；5、止回阀；6、混气罐；7、流量计；8、储水装置；9、微细雾化喷嘴；10、温度可控的换热器；11、螺旋给料机；12、灰斗；13、压力表；14、实验段；15、恒温水箱；16、温度控制装置；17、短管；18、溶液储存装置；19、长管；20、酸露点探头；21、数据显示调节仪表；22、温度传感器；23、定压旁通管段；24、温度显示仪表；25、储气箱；26、管式加热炉；27、截止阀；28、高压气瓶。
具体实施方式
参见图1，本发明的装置包括气体混合加热***，储气定压***，加湿***，温度控制装置，加灰***，实验段，尾气处理装置；
所述的气体混合加热***包括四个高压气瓶(28)，四个与高压气瓶(28)分别相连的质量流量控制器(3)，混气罐(6)，管式加热炉(26)，所述的四个质量流量控制器(3)进口通过管路与四个高压气瓶(28)相连，流经二氧化硫与氧气的两个质量流量控制器(3)出口通过管路与混气罐(6)入口相连，流经二氧化碳与氮气的两个质量流量控制器(3)出口通过管路与储气定压***相连，所述的质量流量控制器(3)通过线路与流量显示控制仪(4)相连，所述的混气罐(6)出口通过管路与管式加热炉(26)入口相连，管式加热炉(26)出口与储气定压***相连，所述的质量流量控制器(3)进口前气体管路上按照气体流动方向依次安装有截止阀(27)，减压阀(1)，节流阀(2)，所述的质量流量控制器出口管路上安装有止回阀(5)；所述的质量流量控制仪(4)可以调节和控制流经质量流量控制器(3)的流量；所述的管式加热炉(27)可以控制加热温度，所述的四个高压气瓶(28)分别装有液态二氧化硫，氮气，氧气，二氧化碳；
所述的储气定压***由储气罐(25)和定压旁通管段(23)组成，储气罐(25)入口通过管路与管式加热炉(26)出口以及流经二氧化碳与氮气的两个质量流量控制器(3)的出口相连，储气罐(25)出口通过管路与温度控制装置入口相连，所述的管式加热炉(26)可手动设定加热温度，管式加热炉(26)内部与气体接触部分均为耐高温多空非金属物质，所述定压旁通管段(23)入口与储气罐(25)相连，定压旁通管段(23)出口与尾气处理***相连；所述的储气罐(25)中装有压力表(13)和温度传感器(22)，所述定压旁通管段(23)上安装有节流阀(2)；
所述加湿***由储水装置(8)，流量计(7)，节流阀(2)，微细雾化喷嘴(9)组成，所述的储水装置(8)出口通过管路与流量计(7)入口相连，所述流量计(7)出口通过管路与节流阀(2)进口相连，节流阀(2)出口通过管路与安装在储气罐顶部的细微雾化喷嘴(9)相连，所述的储水装置(8)用于储存去离子水，所述的细微雾化喷嘴(9)用于将去离子水雾化并喷入储气罐(25)；
所述的温度控制装置为温度可控的换热器(10)，所述的温度可控的换热器(10)可以根据安装于储气罐(25)中以及试验段入口处的温度传感器(22)所测量的温度调节换热介质进口温度，以此控制混合气体温度；
所述加灰装置由螺旋给料机(11)和灰斗(12)组成，所述的螺旋给料机(11)可以手动调节转速，所述的灰斗(12)用于储存干燥灰分；
所述实验段(14)内部布置有通过管路与恒温水箱(15)相连的换热装置，三个与酸露点数据显示调节仪表(21)相连的酸露点探头(20)，所述的恒温水箱(15)中加装有加热电阻丝，恒温水箱(15)中加热电阻丝通过线路与温度控制装置(16)相连，所述温度控制装置(16)可以调节恒温水箱(15)的温度，所述实验段(14)在试验过程中通过温度控制装置(16)调节恒温水箱(16)的温度，进而大致控制试验段内混合气体温度，所述的数据显示调节仪表(21)可以调控酸露点探头(20)温度，并通过酸露点探头(20)的电压变化确定酸露点数值，在实验段(14)内部布置换热装置可以使灰分与混合气体混合充分，并大致控制模拟烟气的温度，使实验过程与实际更加接近；
所述的尾气处理装置包括溶液储存装置(18)，长管(19)与短管(17)组成，其中长管(19)入口与实验段(14)出口相连，长管(19)出口伸入碱性溶液液面之下，所述短管(17)入口处于碱性溶液液面以上，短管(17)出口与室外环境相通；
本发明实验方法如下：
1)混气加热***定量控制混合气体组分：
通过截止阀(27)控制高压气瓶(28)的启闭，通过减压阀(1)降低高压气瓶(29)流出气体的压力，通过节流阀(27)粗调高压气瓶(28)流出气体的流量，通过流量显示控制仪(4)设定四个质量流量控制器(3)的流量，流量显示控制仪(4)通过调节质量流量控制器(3)自身阀门的开度细调节气体流量，通过节流阀(2)与流量显示控制仪(4)配合将各组分流量调节至设定值；
2)储气定压***模拟烟气压力控制：
通过调节温度可控的换热器(10)出口管路上的节流阀(2)和减压阀(1)粗调进入试验段(14)的混合气体的流量，通过流量显示控制仪(4)设定温度可控的换热器(10)出口管路上质量流量控制器(3)的流量使混合气体的流量到设定值，所述的流量显示控制仪(4)通过调节质量流量控制器(3)自身阀门的开度细调节气体流量，通过调节定压旁通管段(24)上节流阀(2)控制实验段(14)入口压力值，若无法调节到设定值，配合调节温度可控的换热器(10)出口管路上的节流阀(2)和减压阀(1)，反复几次直至将实验段入口压力与流量调节为设定值；
3)实验段入口温度控制：
通过储气罐(25)出口与实验段(14)入口加装的温度传感器所测量的温度值，手动调节温度可控的换热器(10)中换热工质的进口温度，以此调节进入实验段(14)的混合气体温度，若实验段入口处温度达到设定值温度控制装置不启动；
4)储气定压***混合气体湿度控制：
通过调整加湿***出口管路上的节流阀(2)将流量计(7)数值固定在设定值，通过微细雾化喷嘴(9)将定量的去离子水雾化喷入储气罐(25)；
5)混合气体含灰量控制：
通过调节螺旋给料机(13)转速来控制加入管段中的灰量，送入的灰量可通过计算得出；
6)实验段内混合气体温度控制：
通过设定温度控制装置(16)数值，控制恒温水箱(15)的温度，将恒温水箱(15)中水引入试验段(14)内换热装置，大致控制试验段内混合气体的温度；
7)酸露点测量
通过数据显示调节仪表(21)调节分别三个酸露点探头(20)温度，通过数据显示调节仪表(21)测量酸露点探头(20)电压变化情况确定酸露点数值；
实验开始时首先将温度可控的换热器(10)出口管路上节流阀(2)关闭，开启温度控制装置(16)，并将温度设定为高于实验温度的数值，将定压旁通管段(23)上节流阀(2)开至最大，然后调节四个高压气瓶(28)出口流量至设定值，待四个高压气瓶(28)出口流量调节完成后，开启管式加热炉(26)并设定温度直至达到设定值，在尾气处理装置入口前取部分烟气并测量SO3浓度，完成SO3浓度测量后，缓慢开启加湿***出口管路上的节流阀(2)调节进入***的去离子水的流量至设定值，温度可控的换热器(10)出口管路上节流阀(2)，并适当关闭定压旁通管段(24)上节流阀(2)调节进入试验段(11)的混合气体流量至设定值，根据储气罐(14)内混合气体温度确定是否开启温度可控的换热器(10)，若开启调节温度可控的换热器(10)，重新调节开启调节温度可控的换热器(10)出口管路上节流阀(2)并适当关闭定压旁通管段(23)上节流阀(2)重新调节进入试验段(14)的含酸气体流量至设定值，直至进入试验段(14)的含酸气体流量和压力均达到设定值，调节温度控制装置(16)温度数值为实验温度，等待恒温水箱降温至设定值，通过数据显示调节仪表(21)设定三个酸露点探头(20)温度，并开始采集数据。
Claims (3)
1.一种实现多因素定量调控的烟气酸露点实验装置，其特征在于：它包括气体混合加热***，储气定压***，加湿***，温度控制装置，加灰***，实验段，尾气处理装置；
所述的气体混合加热***包括四个高压气瓶(28)，四个与高压气瓶(28)分别相连的质量流量控制器(3)，混气罐(6)，管式加热炉(26)，所述的四个质量流量控制器(3)进口通过管路与四个高压气瓶(28)相连，其中二氧化硫和氧气流经的质量流量控制器(3)出口通过管路与混气罐(6)入口相连，二氧化碳和氮气流经的质量流量控制器(3)出口通过管路与储气定压***相连，所述的质量流量控制器(3)通过线路与流量显示控制仪(4)相连，所述的混气罐(6)出口通过管路与管式加热炉(26)入口相连，管式加热炉(26)出口与储气定压***相连；
所述的储气定压***由储气罐(25)和定压旁通管段(23)组成，储气罐(25)入口通过管路与管式加热炉(26)出口以及流经二氧化碳和氮气的两个质量流量控制器(3)出口相连，储气罐(25)出口通过管路与温度控制装置相连，所述定压旁通管段(23)入口与储气罐(26)相连出口与尾气处理***相连；
所述加湿***由储水装置(8)，流量计(7)，节流阀(2)，微细雾化喷嘴(9)组成，所述的储水装置(8)出口通过管路与流量计(7)入口相连，所述流量计(7)出口通过管路与节流阀(2)进口相连，节流阀(8)出口通过管路与安装在储气罐(25)顶部的细微雾化喷嘴(9)相连；
所述的温度控制装置为温度可控的换热器(10)；
所述加灰***由螺旋给料机(12)和灰斗(13)组成；
所述实验段(14)内部布置有通过管路与恒温水箱(15)相连的换热装置，以及与数据显示调节仪表(21)相连的酸露点探头(20)，所述的恒温水箱(15)中加热电阻丝通过线路与温度控制装置(16)相连；
所述的尾气处理装置包括溶液储存装置(18)，长管(19)，短管(17)，所述长管(19)入口与实验段(14)出口相连，长管(19)出口***溶液储存装置(18)中液体的液面以下，所述短管(17)入口与溶液储存装置(19)页面以上相连，短管(17)出口通入室外环境。
2.如权利要求1所述的一种实现多因素定量调控的烟气酸露点实验装置，其特征在于：所述的实验装置采用储气定压***实现对实验段(14)压力的控制。
3.如权利要求1所述的一种实现多因素定量调控的烟气酸露点实验装置的实验方法，其特征在于：
1)通过调节螺旋给料机(12)转速，将灰斗(13)中干燥的灰分定量加入混合气体中，实现对模拟烟气中含灰量的控制；
2)实验过程中采用高温加热二氧化硫与氧气的混合气体，产生三氧化硫模拟烟气中三氧化硫的形成。
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