CN102658039A - 一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，包括粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分、气路控制部分、振动电机、基架；粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分、气路控制部分相互连接，振动电机、粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分均安装在基架上，粉末在线连续供粉部分还通过支撑杆件与基架相连。本发明装置操作简单，设计独特，能广泛用于各种粘性、非粘性粉末样品，并且可用于高压系统的配送。

Description

一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置

技术领域

本发明涉及的是一种核能、环保以及化工等领域的过滤系统性能测试装置。

背景技术

反应堆安全壳是防止放射性产物释放到环境的最后一道屏障。在发生堆芯熔穿压力容器的严重事故时，由于熔融堆芯与混凝土底板反应产生的不凝结气体不断增加，安全壳内压力逐渐升高，最终可能会破坏安全壳的完整性，造成放射性物质外泄。为了防止该类事故的发生，目前核电站一般都采用安全壳过滤排放系统，通过主动卸压的方式使安全壳内的压力不超过其承载限值，从而确保安全壳完整性；同时，通过安装在卸压管线上的过滤装置对排放气体中的放射性气溶胶进行有效过滤，防止放射性气溶胶污染环境，因此进行安全壳过滤排放系统对气溶胶过滤效率的验证实验显得极其重要。其中，安全壳过滤排放系统的工作压力为0.73MPa，并能够连续36小时对安全壳内排出的放射性气溶胶进行有效过滤，事故过程中产生的气溶胶在安全壳内主要以固体粉末形态存在，所以为了对安全壳过滤排放系统进行过滤性能测试，需要一种固体粉末气溶胶发生装置，其能够持续稳定地向安全壳过滤排放系统(工作压力为0.73MPa)中配入与安全壳大气中气溶胶的特性、浓度和颗粒大小相当的气溶胶，并要求该固体粉末气溶胶发生装置能够连续36小时不间断地向回路配送气溶胶。

目前国内常用的固体粉末气溶胶发生装置是国外研发的几款成型产品，包括德国BEG1000、RBG系列气溶胶发生器和美国的TSI3400A型气溶胶发生器等。他们主要以链条喷嘴式、旋转刷式和流化床式为主。其中，德国BEG1000型气溶胶发生器，它是将已研磨好的粉末样品装入到粉末储存器中，储存器底部的活塞将粉末输送到传送带，粉末通过传送带送往旋转刷，依靠旋转力的作用使粉末离散后进入扩散头，然后由压缩空气吹出；德国RBG系列气溶胶发生器，它也是将粉末样品装入圆柱型存储容器中，通过存储容器底部活塞将粉末输送到旋转刷，旋转刷将一定量的粉末离散后送往扩散头，在扩散头处，通过喷嘴将粉末吹出；美国的TSI3400A型流化床气溶胶发生器，它是依靠链条将储存器中的粉末输送到多孔板(流化床)的上方，压缩空气通过多孔板使气流加速，从而携带粉末流出。这些发生装置都是依靠活塞、传送带、链条和旋转刷来输送和离散粉末，之后通过喷嘴或多孔板将粉末吹出。国内关于固体粉末气溶胶发生装置的研制还尚未成熟，仅有一些专利《一种固体颗粒气溶胶发生装置》(200520114532.4)，《转盘式粉尘气溶胶发生装置》(201010136283.4)，《齿带式粉尘气溶胶发生装置》(201120050150.5)和《粉尘气溶胶发生装置》(CN201010101408.X)中提到固体颗粒气溶胶发生装置，这些发生装置同样也是依靠活塞将粉末样品输送到旋转刷，依靠旋转力的作用使粉末离散后进入粉末吸收-配送装置进行配送。

但是现有的固体粉末气溶胶发生装置存在以下问题：

1、现有固体粉末气溶胶发生装置的工作原理决定了其出口压力很低，因此无法实现向高压系统内进行气溶胶配送。现有固体粉末气溶胶发生装置的主要原理为利用传送带、链条和旋转刷等机械运动部件来分散和携带气溶胶固体粉末，并将其送至粉末吸收-配送装置的入口位置，依靠该装置入口处的抽吸作用，使气溶胶粉末由入口进入吸收-配送装置，然后经出口将气溶胶配送至所需系统。该装置所能配送的系统压力取决于粉末吸收-配送装置出口处的压力，为了向高压系统内配送气溶胶，必须提高粉末吸收-配送装置出口处的压力。但是，目前采用的粉末吸收-配送装置主要为喷管、扩散头或其他的一些负压发生装置，这些装置的结构和原理决定了其无法在高出口压力条件下对机械运动部件携带的气溶胶固体粉末进行正常吸收，因此现有的固体粉末气溶胶发生装置出口压力较低(最大出口压力不超过0.3MPa)，不能用于高压系统的气溶胶配送。因而不满足安全壳过滤排放系统中气溶胶过滤效率验证的实验要求。

2、由于安全壳大气中的气溶胶颗粒为粘性粉末，为了模拟安全壳内气溶胶的特性，进行安全壳过滤排放系统效率验证，需要向安全壳过滤排放系统中配入粘性粉末；但粘性粉末的粘性大，流动性差，容易产生自发凝并，表现出很强的聚团特性。而现有的大多数固体粉末气溶胶发生装置对粉末仅进行一次发散，很难保证粘性粉末的充分流化，同时，由于粘性粉末长时间堆在气溶胶发生装置的存储容器中，很容易产生自发凝并，引起粉末聚团，这给粉末的流化带来了一定的困难，这些问题严重影响了安全壳过滤排放系统效率测试的准确性，所以现有的固体粉末气溶胶发生装置不适宜进行粘性粉末的发散和配送，因而不能满足实验要求。

发明内容

本发明的目的在于提供能够应用于高压系统、粘性粉末配送的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：包括粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分、气路控制部分、振动电机、基架；所述的粉末在线连续供粉部分包括储料容器、进料斗、供料器、下料阀门、高坡度供料过渡段、排气阀门、平衡气压阀门，储料容器置于进料斗上方，进料斗连通供料器，供料器连通高坡度供料过渡段，进料斗与供料器之间安装第一下料阀门，供料器与高坡度供料过渡段之间安装第二下料阀门，供料器上安装两根管，两根管上分别安装排气阀门和平衡气压阀门；所述的粉末流化和循环部分包括筒体、锥体、双段可调式中心管，筒体与锥体和高坡度供料过渡段均连通，双段可调式中心管安装在筒体里，安装有平衡气压阀门的管连通筒体；所述的气路控制部分包括压缩机、储气罐、管道，压缩机连接储气罐，储气罐通过两个管道分别连接高坡度供料过渡段和锥体；振动电机、粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分均安装在基架上，粉末在线连续供粉部分还通过支撑杆件与基架相连。

本发明还可以包括：

1、所述的双段可调式中心管通过固定在锥体内壁的中心管支撑结构安装在筒体与锥体组成的空间里，双段可调式中心管包括中心管上半段和中心管下半段，中心管下半段通过内、外螺纹分别与中心管上半段、中心管支撑结构连接。

2、还包括多孔均气板，多孔均气板上设置孔，多孔均气板安装在高坡度供料过渡段里。

3、所述的筒体上设置气流出口。

4、所述筒体与双段可调式中心管、锥体形成双筒环形结构的环形空间，同时在双段可调式中心管上方形成中心管上部空间。

5、所述的锥体与双段可调式中心管下端形成一个环形间隙，且锥体母线与水平方向的夹角大于粉末样品的休止角。

6、所述储料容器、进料斗、供料器下部锥体母线与水平方向的夹角均大于粉末样品的休止角，所述高坡度供料过渡段与水平方向的夹角大于粉末样品的休止角。

7、所述的储气罐与高坡度供料过渡段和锥体连接的管道上均依次安装减压阀、截止阀、流量计，储气罐与高坡度供料过渡段连接的管道上还安装补气阀门，储气罐与锥体连接的管道上还安装流量调节阀，储气罐与高坡度供料过渡段和锥体连接的管道与储气罐之间安装气体过滤器。

8、还包括称重传感器，称重传感器连接储料容器。

本发明的优势在于：

1.粉末流化和循环部分独特的结构设计使得粉末能够进行多级流化，并在发生装置主体内始终处于循环和流化状态，从而很好的解决了粘性粉末的聚团问题；

2.该气溶胶发生装置利用气流使粉末始终处于循环和流化状态，完成粉末的多级流化和循环，而不需依靠机械运动部件进行粉末的携带和发散；离散后粉末依靠高压气流直接配送到高压系统中，取消了粉末吸收-配送装置的应用，解决了现有固体粉末气溶胶发生装置不能用于高压系统配送的问题；

3.粉末在线连续供粉部分的设计，实现了高压下的在线连续供粉功能，保证了发生装置能够连续不间断地向回路配送气溶胶；

4.双段可调式中心管的设计，一方面能够灵活地调节进入中心管内部的粉末量，另一方面可方便的调节粉末的第二级流化空间大小，使不同粘性粉末的流化达到最佳状态；

5.振动电机的合理使用，根据不同粘性的粉末和不同重量尺寸的气溶胶发生装置，选择不同的振动频率来获取合适的振动力，使气溶胶发生装置主体部分处于一个振动环境，利用其附加的振动能量来削弱粒子间的粘附作用，从而增加粉末的流动性；

6.本发明装置操作简单，设计独特，能广泛用于各种粘性、非粘性粉末样品，并且可用于高压系统的配送。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的主体结构示意图；

图3为本发明的双段可调式中心管结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明提供一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，该气溶胶发生装置由粉末在线连续供粉部分，粉末流化和循环部分，气路控制部分，振动电机部分组成；粉末在线连续供粉部分主要由称重传感器27、储料容器26、阀门25、进料斗22、供料器20、平衡气压阀门24、排气阀门23、两个下料阀门21、19、高坡度供料过渡段17、多孔均气板18组成，实现高压下的在线连续供粉及粉末的第一级流化功能；粉末流化和循环部分主要由锥体10、双段可调式中心管、筒体15组成，实现粉末的多级流化和循环功能；气路控制部分主要由压缩机1、储气罐2、气体过滤器3、减压阀5、37、流量计7、39、流量调节阀8、补气管道36、补气阀门40组成，为该气溶胶发生装置提供一定压力和流量的稳定气源；振动电机部分主要由调频振动电机34、基架33、支撑杆件35组成，为该气溶胶发生装置提供一个振动环境。

所述的两个下料阀门21、19，能够使供料器分别与外界环境、气溶胶发生装置主体隔离，同时结合平衡气压阀门24、排气阀门23的交替使用，使得在气溶胶发生装置正常运行状态下，粉末样品能够进入进料斗22，并顺利地通过供料器进入高坡度供料过渡段，实现粉末在线不间断的向气溶胶发生装置主体内部供粉的功能。

所述的多孔均气板18上均匀分布着大量直径相同的小孔，用来加速气流，高速气流的携带作用为粉末的充分流化提供必要的湍流和剪切力，减小粉末的聚团，使得粉末在高坡度供料过渡段17内完成第一级流化。

所述的高坡度供料过渡段17与水平方向的夹角大于粉末样品的休止角，避免部分粉末样品在该区域大量滞留。

所述的锥体10与双段可调式中心管下端形成一个环形间隙，为粉末样品进入双段可调式中心管内部提供通道，且锥体10母线与水平方向的夹角大于粉末样品的休止角。

所述的双段可调式中心管由中心管上半段13、中心管下半段11和中心管支撑结构12组成，为气流和粉末的第二级流化提供通道和空间。中心管支撑结构12焊接在锥体10的内壁上，中心管下半段11通过内、外螺纹分别与中心管上半段13、中心管支撑结构12进行连接；通过旋转中心管下半段11可调节双段可调式中心管下端与锥体10之间的环形间隙，从而调节进入双段可调式中心管内部的粉末量，通过旋转中心管上半段13可调节双段可调式中心管的总高度，从而调节粉末的第二级流化空间大小，使得粉末的流化达到最佳状态；

所述的筒体15与双段可调式中心管、锥体10形成的双筒环形结构为粉末的连续循环和流化提供通道，同时在双段可调式中心管的上方形成大空间，简称：中心管上部空间16，为粉末的进一步流化提供第三级流化空间。粉末从双段可调式中心管的上端喷出后，由于高速气流的携带作用，粉末与气流在中心管上部空间16形成湍流，不停地进行搅混、剪切和碰撞，将团聚的粉末打散，形成细小的颗粒悬浮在气流中，从而形成粉末与气流充分混合的沸腾空间，尤其在气流出口28处，由于气流的“抽吸”作用，沸腾效果更加明显，而气流只携带沸腾空间中的部分粉末从气流出口28流出，其余粉末由于沉降作用又回落到环形空间14内，进行下一次循环，这使得粘性粉末在发生装置主体内始终处于循环和流化状态，从而进行多次湍流和剪切力的作用，使得聚团的粉末最终被流化。

所述的调频振动电机34需要根据不同粘性的粉末和不同重量尺寸的气溶胶发生装置，选择不同的振动频率来获取合适的振动力，使气溶胶发生装置主体部分处于一个振动环境，利用其附加的振动能量来削弱粒子间的粘附作用，从而增加了粉末的流动性。

该气溶胶发生装置由粉末在线连续供粉部分，粉末流化和循环部分，气路控制部分和振动电机部分组成。

如图1所示，其所述的气路控制部分主要由压缩机1、储气罐2、气体过滤器3、减压阀5、37、截止阀6、38、流量计7、39、流量调节阀8、补气管道36、补气阀门40组成。依据粉末的特性，选择合适的气源，例如，易氧化的粉末要采用惰性气体等；使用时，打开压缩机1，将储气罐2内充入一定压力的压缩气体，进行气体的储存和压力稳定，在储气罐2的出口设置气体过滤器3以除去气体中的水分和微小颗粒物，保证气体的纯净，之后调节减压阀5、37、流量调节阀8、补气阀门40使各路管道的载气流量和压力满足实验要求，从而为气溶胶发生装置提供稳定的载气气源。

如图1所示，其所述的振动电机部分主要由调频振动电机34、基架33、支撑杆件35组成，振动电机34、粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分均安装在基架33上，且粉末在线连续供粉部分还通过支撑杆件35与基架33相连。使用时，在气路控制部分调节就绪后，打开振动电机34，根据粉末的粘性和气溶胶发生装置的重量尺寸，选择合适的振动频率以获取合适的振动力，振动电机通过基架33和支撑杆件35将振动力传递给粉末连续供粉部分、粉末流化和循环部分，使得该气溶胶发生装置主体处于一个振动环境，利用附加的振动能量来削弱粒子间的粘附作用，从而增加粉末的流动性。

如图1所示，其所述的粉末在线连续供粉部分主要由称重传感器27、储料容器26、阀门25、进料斗22、供料器20、平衡气压阀门24、排气阀门23、两个下料阀门21、19、高坡度供料过渡段17、多孔均气板18组成；供料器20分别通过排气阀门23、平衡气压阀门24与外界环境和发生装置主体相通，同时，供料器20通过上、下方的两个下料阀门21、19分别与进料斗22和高坡度供料过渡段17相连，而高坡度供料过渡段17则通过焊接方式与粉末流化和循环部分的筒体15连接；当该气溶胶发生装置正常运行时，下料阀门21、排气阀门23处于关闭状态，下料阀门19、平衡气压阀门24处于打开状态，使供料器与外界环境隔离，而与发生装置主体内部相通，从而使供料器内的粉末在振动电机的振动作用下，靠重力落入高坡度供料过渡段17内，同时，调节补气阀门40，使补气管道36中的气流以一定的流速进入高坡度供料过渡段17，并经过多孔均气板18使得气流加速，高速气流的携带作用为粉末的充分流化提供必要的湍流和剪切力，减小了粉末的聚团，使得落入高坡度供料过渡段17内的大部分粉末在未落到底部壁面前，就在高坡度供料过渡段17内完成第一级流化，一部分流化粉末随着气流的携带进入中心管上部空间16，进行沸腾流化，另一部分流化粉末由于重力作用落入双筒环形结构的环形空间14内，而少部分粉末会落到高坡度供料过渡段17底部壁面上，由于所设计的供料过渡段坡度大，在振动力的作用下也迅速落入双筒环形结构的环形空间14内；当该气溶胶发生装置需要加粉末时，打开阀门25，利用称重传感器27将每次所需质量的粉末送入进料斗22中，并依次关闭下料阀门21和平衡气压阀门24，然后打开排气阀门23，使供料器20内的压力释放至环境压力，之后关闭排气阀门23，打开下料阀门21，进料斗22中的粉末在振动电机的振动作用下，靠重力落入供料器20内，之后，关闭下料阀门21，依次打开平衡气压阀门24和下料阀门19，完成供粉过程，从而实现粉末在线不间断的向发生装置内部供粉的功能。

如图2所示，其所述的粉末流化和循环部分主要由锥体10、双段可调式中心管、筒体15组成；锥体10通过法兰与筒体15连接，锥体10与双段可调式中心管下端形成一个环形间隙，该环形间隙是粉末进入双段可调式中心管内部的通道；筒体15与双段可调式中心管、锥体10形成双筒环形结构的环形空间14，同时在双段可调式中心管上方形成中心管上部空间16；如图3所示，所述的双段可调式中心管由中心管下半段11、中心管上半段13和中心管支撑结构12组成，并为气流和粉末的第二级流化提供空间，中心管下半段11通过内、外螺纹分别与中心管上半段13、中心管支撑结构12连接，而中心管支撑结构12则焊接在锥体10的内壁上；使用时，通过旋转中心管下半段11来调节双段可调式中心管下端与锥体10之间的环形间隙，从而调节进入双段可调式中心管内部的粉末量，通过旋转中心管上半段13来调节双段可调式中心管的总高度，从而调节粉末的第二级流化空间大小，使得粉末的流化达到最佳状态；当该气溶胶发生装置正常运行时，在振动电机34的振动作用下，环形空间14内的粉末通过双段可调式中心管下端与锥体10之间的间隙进入双段可调式中心管内，利用发生装置底部进气口9通入气流的携带作用，使得粉末在双段可调式中心管内进行第二级流化，然后从双段可调式中心管的上端喷出，在中心管上部空间16进行第三级流化，由于高速气流的携带作用，粉末与气流在中心管上部空间16形成湍流，不停地进行搅混、剪切和碰撞，将团聚的粉末打散，形成细小的颗粒悬浮在气流中，从而形成粉末与气流充分混合的沸腾空间，尤其在气流出口28处，由于气流的“抽吸”作用，沸腾效果更加明显，而气流只携带沸腾空间中的部分粉末从气流出口28流出，其余粉末由于沉降作用又回落到环形空间14内，进行下一次循环，这使得粘性粉末在发生装置主体内始终处于循环和流化状态，从而进行多次湍流和剪切力的作用，使得聚团的粉末最终被流化。

Claims (9)

1.一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：包括粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分、气路控制部分、振动电机、基架；所述的粉末在线连续供粉部分包括储料容器、进料斗、供料器、下料阀门、高坡度供料过渡段、排气阀门、平衡气压阀门，储料容器置于进料斗上方，进料斗连通供料器，供料器连通高坡度供料过渡段，进料斗与供料器之间安装第一下料阀门，供料器与高坡度供料过渡段之间安装第二下料阀门，供料器上安装两根管，两根管上分别安装排气阀门和平衡气压阀门；所述的粉末流化和循环部分包括筒体、锥体、双段可调式中心管，筒体与锥体和高坡度供料过渡段均连通，双段可调式中心管安装在筒体里，安装有平衡气压阀门的管连通筒体；所述的气路控制部分包括压缩机、储气罐、管道，压缩机连接储气罐，储气罐通过两个管道分别连接高坡度供料过渡段和锥体；振动电机、粉末在线连续供粉部分、粉末流化和循环部分均安装在基架上，粉末在线连续供粉部分还通过支撑杆件与基架相连。

2.根据权利要求1所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：所述的双段可调式中心管通过固定在锥体内壁的中心管支撑结构安装在筒体与锥体组成的空间里，双段可调式中心管包括中心管上半段和中心管下半段，中心管下半段通过内、外螺纹分别与中心管上半段、中心管支撑结构连接。

3.根据权利要求2所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：还包括多孔均气板，多孔均气板上设置孔，多孔均气板安装在高坡度供料过渡段里。

4.根据权利要求3所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：所述的筒体上设置气流出口。

5.根据权利要求4所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：所述筒体与双段可调式中心管、锥体形成双筒环形结构的环形空间，同时在双段可调式中心管上方形成中心管上部空间。

6.根据权利要求5所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：所述的锥体与双段可调式中心管下端形成一个环形间隙，且锥体母线与水平方向的夹角大于粉末样品的休止角。

7.根据权利要求6所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：所述储料容器、进料斗、供料器下部锥体母线与水平方向的夹角均大于粉末样品的休止角，所述高坡度供料过渡段与水平方向的夹角大于粉末样品的休止角。

8.根据权利要求7所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：所述的储气罐与高坡度供料过渡段和锥体连接的管道上均依次安装减压阀、截止阀、流量计，储气罐与高坡度供料过渡段连接的管道上还安装补气阀门，储气罐与锥体连接的管道上还安装流量调节阀，储气罐与高坡度供料过渡段和锥体连接的管道与储气罐之间安装气体过滤器。

9.根据权利要求8所述的一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置，其特征是：还包括称重传感器，称重传感器连接储料容器。

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