一種實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置和實驗方法
【專利摘要】一種實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置和實驗方法，實驗裝置包括氣瓶、一次減壓閥、球閥、二次減壓閥、質(zhì)量流量控制器、止回閥、流量顯示控制儀、混氣罐、一次加熱器、二次加熱器、若干溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、調(diào)功器、轉(zhuǎn)子流量計、雙流體霧化噴嘴、實驗段、循環(huán)水箱、尾氣處理裝置；實驗裝置可以定量地模擬不同組分、不同溫度和流量的含酸煙氣，研究各種因素對低溫腐蝕的影響，同時可以研究換熱器結(jié)構(gòu)對低溫腐蝕的影響，采用循環(huán)水控制換熱器壁面溫度，更真實地模擬換熱器所處的環(huán)境。
【專利說明】
一種實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置和實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于余熱回收、換熱器低溫腐蝕領(lǐng)域，涉及一種實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置和實驗方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]工業(yè)煙氣如電廠煙氣中含有三氧化硫等酸性氣體，在溫度較低時，酸性氣體和水蒸汽結(jié)合生成酸液冷凝在換熱器壁面上，對換熱器造成腐蝕，影響換熱器的性能，嚴重時對換熱器造成損壞。在大力發(fā)展余熱利用技術(shù)的大背景下，深度降低電站鍋爐排煙溫度使得煙氣低溫腐蝕的問題更加突出。
[0003]目前對于煙氣低溫腐蝕的實驗研究方法，主要有浸泡法，現(xiàn)場實驗，模擬實驗等。 浸泡法操作方便，應(yīng)用廣泛，但是和實際情況差別較大;現(xiàn)場實驗法最接近真實情況，但是實驗周期長，且含酸煙氣的溫度，成分等有波動，加上常常有飛灰顆粒的存在，難以單獨研究低溫腐蝕的影響；而實驗室模擬實驗可以精確控制包括含酸煙氣組分、溫度、流速，換熱器壁面溫度和換熱器結(jié)構(gòu)等影響低溫腐蝕的因素。目前通過模擬實驗研究低溫腐蝕的裝置還很少，且未有能精確控制上述各因素的裝置報道。因此，亟需一個可以精確控制包括含酸煙氣組分、溫度、流速，換熱器壁面溫度和換熱器結(jié)構(gòu)等因素的含酸煙氣低溫冷凝和腐蝕實驗裝置和實驗方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種能夠精確控制包括含酸煙氣組分、溫度、流速，換熱器壁面溫度和換熱器結(jié)構(gòu)等在內(nèi)的影響低溫腐蝕的因素的實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置和實驗方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的裝置包括與實驗段相連的氣體混合和加熱系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0006]所述的實驗段內(nèi)部布置有和循環(huán)水箱相連的換熱器以及和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連的溫度傳感器；
[0007]所述的氣體混合和加熱系統(tǒng)包括四個高壓氣瓶，四個與高壓氣瓶分別相連的質(zhì)量流量控制器，一次加熱器，二次加熱器，混氣罐以及雙流體霧化噴嘴，所述的四個質(zhì)量流量控制器進口通過流量控制器前氣體管路與四個氣瓶分別相連，其中二氧化硫質(zhì)量流量控制器的出口通過二氧化硫段連接管路與實驗段入口相連，其他三個質(zhì)量流量控制器的出口通過混氣段連接管路與混氣罐相連，所述的質(zhì)量流量控制器與流量顯示控制儀相連，所述的混氣罐和一次加熱器相連，所述的一次加熱器和雙流體霧化噴嘴的氣體進口相連，所述的雙流體霧化噴嘴的液體進口通過轉(zhuǎn)子流量計與酸液容器相連，所述的二次加熱器置于實驗段的入口段內(nèi)，實驗段的出口經(jīng)管路與尾氣處理裝置相連；
[0008]所述的循環(huán)水系統(tǒng)包括恒溫循環(huán)水箱和水循環(huán)管路，循環(huán)水箱通過水循環(huán)管路和換熱器相連。
[0009]所述的流量控制器前氣體管路上安裝有一次減壓閥，球閥和二次減壓閥。
[0010]所述的實驗段開有玻璃視窗。
[0011]所述的質(zhì)量流量控制器出口有止回閥。
[0012]所述的二次加熱器還與調(diào)功器相連。
[0013]本發(fā)明的實驗方法包括以下步驟:
[0014]1)氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣組分控制:
[0015]通過一次減壓閥和二次減壓閥調(diào)節(jié)壓力，粗調(diào)流量范圍，通過流量顯示控制儀設(shè)定四個質(zhì)量流量控制器的流量，流量顯示控制儀控制四個質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)自身閥門開度，精確控制氣體流量，如果流量達不到設(shè)定值，則進一步調(diào)節(jié)二次減壓閥，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計上的流量調(diào)節(jié)旋鈕，控制酸液的流量；
[0016]2)氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣溫度控制:
[0017]通過一次加熱器初步加熱氣體，通過二次加熱器進一步加熱氣體;溫度傳感器實時測量混合氣體的溫度信息;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過溫度傳感器獲得混合氣體的溫度信息，根據(jù)與所設(shè)置的溫度偏差，調(diào)節(jié)二次加熱器功率達到溫度設(shè)定值；
[0018]3)換熱器壁面溫度控制
[0019]通過調(diào)節(jié)恒溫循環(huán)水箱的循環(huán)水溫設(shè)定值，控制換熱器水側(cè)溫度，進而控制壁面溫度為設(shè)定值；
[0020]4)酸沉積和腐蝕速率測量
[0021]通過檢測實驗后換熱器表面沉積的酸含量得到酸沉積速率，對應(yīng)換算出腐蝕速率。
[0022]本發(fā)明氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣組分控制:氣體流量設(shè)定值根據(jù)設(shè)定的工況以及含酸煙氣組分得到，當(dāng)氣體流量達不到設(shè)定值時，調(diào)大二次減壓閥的壓力;所用的酸液的濃度和流量根據(jù)設(shè)定的工況以及含酸煙氣組分得到;雙流體霧化噴嘴通過霧化作用將酸液液體霧化并和氣體混合。
[0023]氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣溫度控制:當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的混合氣體的溫度與設(shè)定溫度值的偏差為正時，調(diào)節(jié)調(diào)功器，減小二次加熱器的功率；當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的混合氣體的溫度與設(shè)定溫度值的偏差為負時，手動調(diào)節(jié)調(diào)功器，增大二次加熱器的功率;二次加熱器將霧化的酸液液滴進一步氣化。[〇〇24] 換熱器壁面溫度控制:恒溫循環(huán)水箱溫度通過自帶的顯示屏讀取，通過旋鈕設(shè)定循環(huán)水溫度，通過內(nèi)置的水栗實現(xiàn)水的外循環(huán);實驗前水先預(yù)熱到設(shè)定溫度。
[0025]酸沉積和腐蝕速率測量:用超純水洗滌換熱器，將洗滌液定容到一定體積，取樣送檢，檢測內(nèi)容為使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測量樣品中酸對應(yīng)元素(如硫酸對應(yīng)硫元素)的含量以及鐵元素的含量。通過計算可以得到洗滌液中總的酸對應(yīng)元素的含量以及鐵元素的含量，進而可以得到酸沉積總量以及腐蝕總量。根據(jù)換熱器幾何參數(shù)計算換熱器暴露在實驗段中的表面積。通過酸沉積總量和腐蝕總量、換熱器暴露的表面積以及實驗所用時間，即可算出酸沉積速率和腐蝕速率。
[0026]本發(fā)明能夠在一個實驗裝置上，研究各種工況條件對低溫腐蝕的影響規(guī)律，開展各種不同結(jié)構(gòu)換熱器的低溫腐蝕實驗。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0028]1、本發(fā)明采用雙流體霧化噴嘴將酸液帶入到混合氣體中，通過轉(zhuǎn)子流量計控制帶入酸液的量，可以準(zhǔn)確、真實地模擬含酸煙氣中酸和水蒸汽的實際含量；
[0029]2、本發(fā)明采用質(zhì)量流量控制器控制氣體流量，可以精確控制混合氣體組分；
[0030]3、本發(fā)明采用兩級加熱器加熱混合氣體，第二級加熱器功率可調(diào)，可以更準(zhǔn)確地控制氣體溫度，達到模擬實際含酸煙氣溫度的效果；
[0031]4、本發(fā)明采用實際的換熱器作為被腐蝕材料，可以研究換熱器結(jié)構(gòu)對低溫腐蝕的影響；
[0032]5、本發(fā)明采用循環(huán)水控制換熱器壁面溫度，和實際換熱器的使用情況一致，更真實地模擬換熱器所處的環(huán)境?！靖綀D說明】[〇〇33]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】[〇〇34]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0035]參見圖1，本發(fā)明的裝置包括與實驗段21相連的氣體混合和加熱系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16;
[0036]所述的實驗段內(nèi)部布置有和循環(huán)水箱24相連的換熱器22以及和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16 相連的溫度傳感器且留有一定長度的進口段和出口段，在兩側(cè)面開有玻璃視窗23;
[0037]所述的氣體混合和加熱系統(tǒng)包括高壓氣瓶1、四個質(zhì)量流量控制器5、6、8、11、一次加熱器14、二次加熱器20、混氣罐13以及雙流體霧化噴嘴15，所述的質(zhì)量流量控制器5、6、8、 11進口通過流量控制器前氣體管路10與氣瓶相連，二氧化硫質(zhì)量流量控制器5的出口通過二氧化硫段連接管路12與實驗段21入口相連，其他三個質(zhì)量流量控制器6、8、11的出口通過混氣段連接管路與混氣罐13相連，所述的質(zhì)量流量控制器5、6、8、11與流量顯示控制儀9相連，所述的混氣罐13和一次加熱器14相連，所述的一次加熱器14和雙流體霧化噴嘴15的氣體進口相連，所述的雙流體霧化噴嘴15的液體進口和轉(zhuǎn)子流量計19出口相連，所述的轉(zhuǎn)子流量計19進口和酸液容器18相連，所述的二次加熱器20置于實驗段21的入口段內(nèi)，所述的流量控制器5、6、8、11前氣體管路上安裝有一次減壓閥2,球閥3和二次減壓閥4;所述的質(zhì)量流量控制器5、6、8、11出口有止回閥7;所述的流量顯示控制儀9可以調(diào)節(jié)和控制流量控制器 (5、6、8、11)的流量;所述的轉(zhuǎn)子流量計19上可以調(diào)節(jié)和控制酸液的流量;所述的二次加熱器20和調(diào)功器17相連，實驗段21的出口經(jīng)管路與尾氣處理裝置25相連；[〇〇38]所述的循環(huán)水系統(tǒng)包括恒溫循環(huán)水箱24和水循環(huán)管路，循環(huán)水箱24通過水循環(huán)管路和換熱器22相連。[〇〇39]本發(fā)明的實驗方法如下:
[0040]1)氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣組分控制:[0041 ] 通過一次減壓閥2和二次減壓閥4調(diào)節(jié)壓力，粗調(diào)流量范圍，通過流量顯示控制儀9 設(shè)定四個質(zhì)量流量控制器5、6、8、11的流量，流量顯示控制儀9控制四個質(zhì)量流量控制器5、 6、8、11調(diào)節(jié)自身閥門開度，精確控制氣體流量，如果流量達不到設(shè)定值，則進一步調(diào)節(jié)二次減壓閥4，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計19上的流量調(diào)節(jié)旋鈕，控制酸液的流量。氣體流量設(shè)定值根據(jù)設(shè)定的工況以及含酸煙氣組分得到，當(dāng)氣體流量達不到設(shè)定值時，調(diào)大二次減壓閥4的壓力;所用的酸液的濃度和流量根據(jù)設(shè)定的工況以及含酸煙氣組分得到；雙流體霧化噴嘴15 通過霧化作用將酸液液體霧化并和氣體混合。
[0042]2)氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣溫度控制:[〇〇43] 通過一次加熱器14初步加熱氣體，通過二次加熱器20進一步加熱氣體;溫度傳感器實時測量混合氣體的溫度信息;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16通過溫度傳感器獲得混合氣體的溫度信息，根據(jù)與所設(shè)置的溫度偏差，手動調(diào)節(jié)二次加熱器20功率達到溫度設(shè)定值。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16采集到的混合氣體的溫度與設(shè)定溫度值的偏差為正時，手動調(diào)節(jié)調(diào)功器17,減小二次加熱器20的功率；當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16采集到的混合氣體的溫度與設(shè)定溫度值的偏差為負時，手動調(diào)節(jié)調(diào)功器17，增大二次加熱器20的功率;二次加熱器20將霧化的酸液液滴進一步氣化。
[0044]3)換熱器壁面溫度控制
[0045]通過調(diào)節(jié)恒溫循環(huán)水箱24的循環(huán)水溫設(shè)定值，控制換熱器22水側(cè)溫度，進而控制壁面溫度為設(shè)定值。恒溫循環(huán)水箱24溫度通過自帶的顯示屏讀取，通過旋鈕設(shè)定循環(huán)水溫度，通過內(nèi)置的水栗實現(xiàn)水的外循環(huán);實驗前水先預(yù)熱到設(shè)定溫度。
[0046]4)酸沉積和腐蝕速率測量
[0047]用超純水洗滌換熱器22，將洗滌液定容到一定體積，取樣送檢，檢測內(nèi)容為使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測量樣品中酸對應(yīng)元素(如硫酸對應(yīng)硫元素)的含量以及鐵元素的含量。通過計算可以得到洗滌液中總的酸對應(yīng)元素的含量以及鐵元素的含量，進而可以得到酸沉積總量以及腐蝕總量。根據(jù)換熱器24的幾何參數(shù)計算換熱器暴露在實驗段中的表面積。通過酸沉積總量和腐蝕總量、換熱器暴露的表面積以及實驗所用時間，即可算出酸沉積速率和腐蝕速率。[〇〇48]實驗前先配置好所需要的濃度的酸液，裝入酸液容器18,將循環(huán)水箱24溫度設(shè)置為需要的溫度。將表面經(jīng)過砂紙打磨和無水酒精除油的換熱器22裝入實驗段21，將循環(huán)水管路和換熱器22連接。打開氣瓶開關(guān)，調(diào)節(jié)一次減壓閥2,使氣體減壓到適當(dāng)?shù)膲毫Α４蜷_流量顯示控制儀9，將氣體流量設(shè)定為指定值，打開球閥3，調(diào)節(jié)二次減壓閥4，使各路氣體達到設(shè)定的流量。打開一次加熱器14和二次加熱器20,根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16得到的混合氣體溫度，調(diào)節(jié)調(diào)功器17。待溫度達到設(shè)定的溫度時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計19旋鈕，控制酸液流量為設(shè)定值。此時實驗開始計時。實驗進行時仍需要調(diào)節(jié)調(diào)功器17以控制混合氣體溫度波動。實驗結(jié)束后，依次關(guān)閉氣瓶開關(guān)，球閥3,流量顯示控制儀9,一次加熱器14,二次加熱器20和循環(huán)水箱24。取出換熱器進行分析。
【主權(quán)項】
1.一種實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置，其特征在于:包括與實驗段 (21)相連的氣體混合和加熱系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(16);所述的實驗段(21)內(nèi)部布置有和循環(huán)水箱(24)相連的換熱器(22)以及和數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)(16)相連的溫度傳感器；所述的氣體混合和加熱系統(tǒng)包括四個高壓氣瓶(1)，四個與高壓氣瓶分別相連的質(zhì)量 流量控制器(5、6、8、11)，一次加熱器(14)，二次加熱器(20)，混氣罐(13)以及雙流體霧化噴 嘴(15)，所述的四個質(zhì)量流量控制器(5、6、8、11)進口通過流量控制器前氣體管路(10)與四 個氣瓶分別相連，其中二氧化硫質(zhì)量流量控制器(5)的出口通過二氧化硫段連接管路(12) 與實驗段(21)入口相連，其他三個質(zhì)量流量控制器(6、8、11)的出口通過混氣段連接管路與 混氣罐(13)相連，所述的質(zhì)量流量控制器(5、6、8、11)與流量顯示控制儀(9)相連，所述的混 氣罐(13)和一次加熱器(14)相連，所述的一次加熱器(14)和雙流體霧化噴嘴(15)的氣體進 口相連，所述的雙流體霧化噴嘴(15)的液體進口通過轉(zhuǎn)子流量計(19)與酸液容器(18)相 連，所述的二次加熱器(20)置于實驗段(21)的入口段內(nèi)，實驗段21的出口經(jīng)管路與尾氣處 理裝置(25)相連；所述的循環(huán)水系統(tǒng)包括恒溫循環(huán)水箱(24)和水循環(huán)管路，循環(huán)水箱(24)通過水循環(huán)管 路和換熱器(22)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置，其特征在于: 所述的流量控制器(5、6、8、11)前氣體管路上安裝有一次減壓閥(2)，球閥(3)和二次減壓閥⑷。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置，其特征在于: 所述的實驗段(21)開有玻璃視窗(23)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置，其特征在于: 所述的質(zhì)量流量控制器(5、6、8、11)出口有止回閥(7)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置，其特征在于: 所述的二次加熱器(20)還與調(diào)功器(17)相連。6.—種如權(quán)利要求1-5中任意一項實現(xiàn)多因素定量調(diào)控的煙氣低溫腐蝕實驗裝置的實 驗方法，其特征在于:1)氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣組分控制:通過一次減壓閥(2)和二次減壓閥(4)調(diào)節(jié)壓力，粗調(diào)流量范圍，通過流量顯示控制儀 (9)設(shè)定四個質(zhì)量流量控制器(5、6、8、11)的流量，流量顯示控制儀(9)控制四個質(zhì)量流量控 制器(5、6、8、11)調(diào)節(jié)自身閥門開度，精確控制氣體流量，如果流量達不到設(shè)定值，則進一步 調(diào)節(jié)二次減壓閥(4)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(19)上的流量調(diào)節(jié)旋鈕，控制酸液的流量；2)氣體混合和加熱系統(tǒng)模擬含酸煙氣溫度控制:通過一次加熱器(14)初步加熱氣體，通過二次加熱器(20)進一步加熱氣體;溫度傳感 器實時測量混合氣體的溫度信息;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(16)通過溫度傳感器獲得混合氣體的溫度 信息，根據(jù)與所設(shè)置的溫度偏差，調(diào)節(jié)二次加熱器(20)功率達到溫度設(shè)定值；3)換熱器壁面溫度控制通過調(diào)節(jié)恒溫循環(huán)水箱(24)的循環(huán)水溫設(shè)定值，控制換熱器水側(cè)溫度，進而控制壁面 溫度為設(shè)定值；4)酸沉積和腐蝕速率測量通過檢測實驗后換熱器(22)表面沉積的酸含量得到酸沉積速率，對應(yīng)換算出腐蝕速率。
【文檔編號】G01N17/00GK105954184SQ201610453912
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】何雅玲, 裴勇, 湯松臻, 王飛龍
【申請人】西安交通大學(xué)