CN105954184A - 一种实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置和实验方法 - Google Patents

一种实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置和实验方法 Download PDF

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Abstract

一种实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置和实验方法，实验装置包括气瓶、一次减压阀、球阀、二次减压阀、质量流量控制器、止回阀、流量显示控制仪、混气罐、一次加热器、二次加热器、若干温度传感器、数据采集系统、调功器、转子流量计、双流体雾化喷嘴、实验段、循环水箱、尾气处理装置；实验装置可以定量地模拟不同组分、不同温度和流量的含酸烟气，研究各种因素对低温腐蚀的影响，同时可以研究换热器结构对低温腐蚀的影响，采用循环水控制换热器壁面温度，更真实地模拟换热器所处的环境。

Description

一种实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置和实验方法
技术领域
本发明属于余热回收、换热器低温腐蚀领域，涉及一种实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置和实验方法。
背景技术
工业烟气如电厂烟气中含有三氧化硫等酸性气体，在温度较低时，酸性气体和水蒸汽结合生成酸液冷凝在换热器壁面上，对换热器造成腐蚀，影响换热器的性能，严重时对换热器造成损坏。在大力发展余热利用技术的大背景下，深度降低电站锅炉排烟温度使得烟气低温腐蚀的问题更加突出。
目前对于烟气低温腐蚀的实验研究方法，主要有浸泡法，现场实验，模拟实验等。浸泡法操作方便，应用广泛，但是和实际情况差别较大；现场实验法最接近真实情况，但是实验周期长，且含酸烟气的温度，成分等有波动，加上常常有飞灰颗粒的存在，难以单独研究低温腐蚀的影响；而实验室模拟实验可以精确控制包括含酸烟气组分、温度、流速，换热器壁面温度和换热器结构等影响低温腐蚀的因素。目前通过模拟实验研究低温腐蚀的装置还很少，且未有能精确控制上述各因素的装置报道。因此，亟需一个可以精确控制包括含酸烟气组分、温度、流速，换热器壁面温度和换热器结构等因素的含酸烟气低温冷凝和腐蚀实验装置和实验方法。
发明内容
本发明提供了一种能够精确控制包括含酸烟气组分、温度、流速，换热器壁面温度和换热器结构等在内的影响低温腐蚀的因素的实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置和实验方法。
为达到上述目的，本发明的装置包括与实验段相连的气体混合和加热系统，循环水系统和数据采集系统；
所述的实验段内部布置有和循环水箱相连的换热器以及和数据采集系统相连的温度传感器；
所述的气体混合和加热系统包括四个高压气瓶，四个与高压气瓶分别相连的质量流量控制器，一次加热器，二次加热器，混气罐以及双流体雾化喷嘴，所述的四个质量流量控制器进口通过流量控制器前气体管路与四个气瓶分别相连，其中二氧化硫质量流量控制器的出口通过二氧化硫段连接管路与实验段入口相连，其他三个质量流量控制器的出口通过混气段连接管路与混气罐相连，所述的质量流量控制器与流量显示控制仪相连，所述的混气罐和一次加热器相连，所述的一次加热器和双流体雾化喷嘴的气体进口相连，所述的双流体雾化喷嘴的液体进口通过转子流量计与酸液容器相连，所述的二次加热器置于实验段的入口段内，实验段的出口经管路与尾气处理装置相连；
所述的循环水系统包括恒温循环水箱和水循环管路，循环水箱通过水循环管路和换热器相连。
所述的流量控制器前气体管路上安装有一次减压阀，球阀和二次减压阀。
所述的实验段开有玻璃视窗。
所述的质量流量控制器出口有止回阀。
所述的二次加热器还与调功器相连。
本发明的实验方法包括以下步骤：
1)气体混合和加热系统模拟含酸烟气组分控制：
通过一次减压阀和二次减压阀调节压力，粗调流量范围，通过流量显示控制仪设定四个质量流量控制器的流量，流量显示控制仪控制四个质量流量控制器调节自身阀门开度，精确控制气体流量，如果流量达不到设定值，则进一步调节二次减压阀，通过调节转子流量计上的流量调节旋钮，控制酸液的流量；
2)气体混合和加热系统模拟含酸烟气温度控制：
通过一次加热器初步加热气体，通过二次加热器进一步加热气体；温度传感器实时测量混合气体的温度信息；数据采集系统通过温度传感器获得混合气体的温度信息，根据与所设置的温度偏差，调节二次加热器功率达到温度设定值；
3)换热器壁面温度控制
通过调节恒温循环水箱的循环水温设定值，控制换热器水侧温度，进而控制壁面温度为设定值；
4)酸沉积和腐蚀速率测量
通过检测实验后换热器表面沉积的酸含量得到酸沉积速率，对应换算出腐蚀速率。
本发明气体混合和加热系统模拟含酸烟气组分控制：气体流量设定值根据设定的工况以及含酸烟气组分得到，当气体流量达不到设定值时，调大二次减压阀的压力；所用的酸液的浓度和流量根据设定的工况以及含酸烟气组分得到；双流体雾化喷嘴通过雾化作用将酸液液体雾化并和气体混合。
气体混合和加热系统模拟含酸烟气温度控制：当数据采集系统采集到的混合气体的温度与设定温度值的偏差为正时，调节调功器，减小二次加热器的功率；当数据采集系统采集到的混合气体的温度与设定温度值的偏差为负时，手动调节调功器，增大二次加热器的功率；二次加热器将雾化的酸液液滴进一步气化。
换热器壁面温度控制：恒温循环水箱温度通过自带的显示屏读取，通过旋钮设定循环水温度，通过内置的水泵实现水的外循环；实验前水先预热到设定温度。
酸沉积和腐蚀速率测量：用超纯水洗涤换热器，将洗涤液定容到一定体积，取样送检，检测内容为使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测量样品中酸对应元素(如硫酸对应硫元素)的含量以及铁元素的含量。通过计算可以得到洗涤液中总的酸对应元素的含量以及铁元素的含量，进而可以得到酸沉积总量以及腐蚀总量。根据换热器几何参数计算换热器暴露在实验段中的表面积。通过酸沉积总量和腐蚀总量、换热器暴露的表面积以及实验所用时间，即可算出酸沉积速率和腐蚀速率。
本发明能够在一个实验装置上，研究各种工况条件对低温腐蚀的影响规律，开展各种不同结构换热器的低温腐蚀实验。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明采用双流体雾化喷嘴将酸液带入到混合气体中，通过转子流量计控制带入酸液的量，可以准确、真实地模拟含酸烟气中酸和水蒸汽的实际含量；
2、本发明采用质量流量控制器控制气体流量，可以精确控制混合气体组分；
3、本发明采用两级加热器加热混合气体，第二级加热器功率可调，可以更准确地控制气体温度，达到模拟实际含酸烟气温度的效果；
4、本发明采用实际的换热器作为被腐蚀材料，可以研究换热器结构对低温腐蚀的影响；
5、本发明采用循环水控制换热器壁面温度，和实际换热器的使用情况一致，更真实地模拟换热器所处的环境。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
参见图1，本发明的装置包括与实验段21相连的气体混合和加热系统，循环水系统和数据采集系统16；
所述的实验段内部布置有和循环水箱24相连的换热器22以及和数据采集系统16相连的温度传感器且留有一定长度的进口段和出口段，在两侧面开有玻璃视窗23；
所述的气体混合和加热系统包括高压气瓶1、四个质量流量控制器5、6、8、11、一次加热器14、二次加热器20、混气罐13以及双流体雾化喷嘴15，所述的质量流量控制器5、6、8、11进口通过流量控制器前气体管路10与气瓶相连，二氧化硫质量流量控制器5的出口通过二氧化硫段连接管路12与实验段21入口相连，其他三个质量流量控制器6、8、11的出口通过混气段连接管路与混气罐13相连，所述的质量流量控制器5、6、8、11与流量显示控制仪9相连，所述的混气罐13和一次加热器14相连，所述的一次加热器14和双流体雾化喷嘴15的气体进口相连，所述的双流体雾化喷嘴15的液体进口和转子流量计19出口相连，所述的转子流量计19进口和酸液容器18相连，所述的二次加热器20置于实验段21的入口段内，所述的流量控制器5、6、8、11前气体管路上安装有一次减压阀2，球阀3和二次减压阀4；所述的质量流量控制器5、6、8、11出口有止回阀7；所述的流量显示控制仪9可以调节和控制流量控制器(5、6、8、11)的流量；所述的转子流量计19上可以调节和控制酸液的流量；所述的二次加热器20和调功器17相连，实验段21的出口经管路与尾气处理装置25相连；
所述的循环水系统包括恒温循环水箱24和水循环管路，循环水箱24通过水循环管路和换热器22相连。
本发明的实验方法如下：
1)气体混合和加热系统模拟含酸烟气组分控制：
通过一次减压阀2和二次减压阀4调节压力，粗调流量范围，通过流量显示控制仪9设定四个质量流量控制器5、6、8、11的流量，流量显示控制仪9控制四个质量流量控制器5、6、8、11调节自身阀门开度，精确控制气体流量，如果流量达不到设定值，则进一步调节二次减压阀4，通过调节转子流量计19上的流量调节旋钮，控制酸液的流量。气体流量设定值根据设定的工况以及含酸烟气组分得到，当气体流量达不到设定值时，调大二次减压阀4的压力；所用的酸液的浓度和流量根据设定的工况以及含酸烟气组分得到；双流体雾化喷嘴15通过雾化作用将酸液液体雾化并和气体混合。
2)气体混合和加热系统模拟含酸烟气温度控制：
通过一次加热器14初步加热气体，通过二次加热器20进一步加热气体；温度传感器实时测量混合气体的温度信息；数据采集系统16通过温度传感器获得混合气体的温度信息，根据与所设置的温度偏差，手动调节二次加热器20功率达到温度设定值。当数据采集系统16采集到的混合气体的温度与设定温度值的偏差为正时，手动调节调功器17，减小二次加热器20的功率；当数据采集系统16采集到的混合气体的温度与设定温度值的偏差为负时，手动调节调功器17，增大二次加热器20的功率；二次加热器20将雾化的酸液液滴进一步气化。
3)换热器壁面温度控制
通过调节恒温循环水箱24的循环水温设定值，控制换热器22水侧温度，进而控制壁面温度为设定值。恒温循环水箱24温度通过自带的显示屏读取，通过旋钮设定循环水温度，通过内置的水泵实现水的外循环；实验前水先预热到设定温度。
4)酸沉积和腐蚀速率测量
用超纯水洗涤换热器22，将洗涤液定容到一定体积，取样送检，检测内容为使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测量样品中酸对应元素(如硫酸对应硫元素)的含量以及铁元素的含量。通过计算可以得到洗涤液中总的酸对应元素的含量以及铁元素的含量，进而可以得到酸沉积总量以及腐蚀总量。根据换热器24的几何参数计算换热器暴露在实验段中的表面积。通过酸沉积总量和腐蚀总量、换热器暴露的表面积以及实验所用时间，即可算出酸沉积速率和腐蚀速率。
实验前先配置好所需要的浓度的酸液，装入酸液容器18，将循环水箱24温度设置为需要的温度。将表面经过砂纸打磨和无水酒精除油的换热器22装入实验段21，将循环水管路和换热器22连接。打开气瓶开关，调节一次减压阀2，使气体减压到适当的压力。打开流量显示控制仪9，将气体流量设定为指定值，打开球阀3，调节二次减压阀4，使各路气体达到设定的流量。打开一次加热器14和二次加热器20，根据数据采集系统16得到的混合气体温度，调节调功器17。待温度达到设定的温度时，调节转子流量计19旋钮，控制酸液流量为设定值。此时实验开始计时。实验进行时仍需要调节调功器17以控制混合气体温度波动。实验结束后，依次关闭气瓶开关，球阀3，流量显示控制仪9，一次加热器14，二次加热器20和循环水箱24。取出换热器进行分析。

Claims (6)

1.一种实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置，其特征在于：包括与实验段(21)相连的气体混合和加热系统，循环水系统和数据采集系统(16)；
所述的实验段(21)内部布置有和循环水箱(24)相连的换热器(22)以及和数据采集系统(16)相连的温度传感器；
所述的气体混合和加热系统包括四个高压气瓶(1)，四个与高压气瓶分别相连的质量流量控制器(5、6、8、11)，一次加热器(14)，二次加热器(20)，混气罐(13)以及双流体雾化喷嘴(15)，所述的四个质量流量控制器(5、6、8、11)进口通过流量控制器前气体管路(10)与四个气瓶分别相连，其中二氧化硫质量流量控制器(5)的出口通过二氧化硫段连接管路(12)与实验段(21)入口相连，其他三个质量流量控制器(6、8、11)的出口通过混气段连接管路与混气罐(13)相连，所述的质量流量控制器(5、6、8、11)与流量显示控制仪(9)相连，所述的混气罐(13)和一次加热器(14)相连，所述的一次加热器(14)和双流体雾化喷嘴(15)的气体进口相连，所述的双流体雾化喷嘴(15)的液体进口通过转子流量计(19)与酸液容器(18)相连，所述的二次加热器(20)置于实验段(21)的入口段内，实验段21的出口经管路与尾气处理装置(25)相连；
所述的循环水系统包括恒温循环水箱(24)和水循环管路，循环水箱(24)通过水循环管路和换热器(22)相连。
2.根据权利要求1所述的实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置，其特征在于：所述的流量控制器(5、6、8、11)前气体管路上安装有一次减压阀(2)，球阀(3)和二次减压阀(4)。
3.根据权利要求1所述的实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置，其特征在于：所述的实验段(21)开有玻璃视窗(23)。
4.根据权利要求1所述的实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置，其特征在于：所述的质量流量控制器(5、6、8、11)出口有止回阀(7)。
5.根据权利要求1所述的实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置，其特征在于：所述的二次加热器(20)还与调功器(17)相连。
6.一种如权利要求1-5中任意一项实现多因素定量调控的烟气低温腐蚀实验装置的实验方法，其特征在于：
1)气体混合和加热系统模拟含酸烟气组分控制：
通过一次减压阀(2)和二次减压阀(4)调节压力，粗调流量范围，通过流量显示控制仪(9)设定四个质量流量控制器(5、6、8、11)的流量，流量显示控制仪(9)控制四个质量流量控制器(5、6、8、11)调节自身阀门开度，精确控制气体流量，如果流量达不到设定值，则进一步调节二次减压阀(4)，通过调节转子流量计(19)上的流量调节旋钮，控制酸液的流量；
2)气体混合和加热系统模拟含酸烟气温度控制：
通过一次加热器(14)初步加热气体，通过二次加热器(20)进一步加热气体；温度传感器实时测量混合气体的温度信息；数据采集系统(16)通过温度传感器获得混合气体的温度信息，根据与所设置的温度偏差，调节二次加热器(20)功率达到温度设定值；
3)换热器壁面温度控制
通过调节恒温循环水箱(24)的循环水温设定值，控制换热器水侧温度，进而控制壁面温度为设定值；
4)酸沉积和腐蚀速率测量
通过检测实验后换热器(22)表面沉积的酸含量得到酸沉积速率，对应换算出腐蚀速率。
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