CN106226346A - 一种用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，包括循环冷却液箱、铝板、冷凝铜板、光源、观察罩、高速摄像仪、计算机、数据采集板及用于控制循环冷却液箱内冷却液的温度的控温加热棒；冷凝铜板位于铝板上，观察罩的底部开口固定于冷凝铜板上，冷凝铜板的侧面设有若干内嵌有热电偶的凹槽，铝板内开设有冷却液通道，观察罩的左侧面、右侧面及顶面均为透明结构，观察罩的前侧面上及后侧面上分别开设有蒸气入口及蒸气出口，灯源正对观察罩的左侧面及右侧面，高速摄像仪正对观察罩的顶面，该系统能够方便、直观的可视化研究硫酸蒸气的冷凝沉积特性。
Description
技术领域
本发明属于热能工程领域，涉及一种可视化实验系统，具体涉及一种用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置。
背景技术
锅炉燃煤中的硫经过燃烧生成二氧化硫，在催化剂的作用下有部分二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫，而后三氧化硫又与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸蒸气。烟气中的硫酸蒸气会于壁面温度低于酸露点的锅炉设备表面冷凝沉积，并与设备的金属材料发生化学反应，造成低温腐蚀现象。目前燃煤电站中有两类设备壁面是低温腐蚀的重灾区：一种是空气预热器，其作用是利用锅炉燃烧后的高温烟气加热燃烧所需空气的温度，一般情况下其烟气的出口温度为130℃左右，对空气预热器的低温腐蚀将会造成其换热壁面变薄，甚至穿孔，使得大量冷空气漏入烟气之中，造成锅炉燃烧时新鲜空气的供给量不足，炉内部分燃料不能完全燃烧现象加剧，锅炉热效率下降；一种是烟气余热回收装置，如低温省煤器、低低温烟气系统中烟气冷却器等设备，此类设备的工作温度一般为85～130℃左右，正处于烟气酸露点的温度范围之内。由于烟气余热利用系统处于低温烟气中，存在着较大的低温腐蚀隐患，是整个脱硫系统中腐蚀较为严重的部位之一。
有研究表明，烟气中硫酸蒸气的冷凝沉积速率与低温受热面金属材料的腐蚀速度具有一定的比例关系。两者与壁面温度的关系曲线非常相似，所以利用冷凝速率来评价材料的腐蚀速率，相比较而言，更为简单和容易量化。
硫酸蒸气在低温受热面上的冷凝沉积过程是一个非常复杂的带有相变的两相流动，利用一种直观清晰的可视化实验装置观察低温壁面上形成的冷凝酸液的成核、长大、合并和流动，可以更为直观的反应硫酸蒸气在低温受热面上的冷凝沉积过程。目前还未有一种有效地测定如成核密度等冷凝沉积过程的实验手段，只能依靠数值模拟和理论分析。因此有必要设计一种用于模拟硫酸蒸气在低温受热面上冷凝沉积过程的可视化实验系统，实现对硫酸蒸气冷凝沉积特性方便、直观的可视化研究。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，该系统能够方便、直观的可视化研究硫酸蒸气的冷凝沉积特性。
为达到上述目的，本发明所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置包括循环冷却液箱、铝板、冷凝铜板、光源、观察罩、高速摄像仪、计算机、数据采集板及用于控制循环冷却液箱内冷却液的温度的控温加热棒；
冷凝铜板位于铝板上，观察罩的底部开口固定于冷凝铜板上，冷凝铜板的侧面设有若干内嵌有热电偶的凹槽，铝板内开设有冷却液通道，观察罩的左侧面、右侧面及顶面均为透明结构，观察罩的前侧面上及后侧面上分别开设有蒸气入口及蒸气出口，灯源正对观察罩的左侧面及右侧面，高速摄像仪正对观察罩的顶面；
循环冷却液箱的出液口与冷却液通道的入口相连通，冷却液通道的出口与循环冷却液箱的入液口相连通，热电偶通过数据采集板与计算机相连接，高速摄像仪的输出端与计算机相连接。
观察罩的底部通过自上到下依次分布云母垫片及硅胶垫片固定于冷凝铜板上。
循环冷却液箱的出液口经循环泵与冷却液通道的入口相连通。
冷却液通道的出口通过温度计与循环冷却液箱的入液口相连通。
螺栓穿过观察罩的底面、冷凝铜板及铝板将观察罩、冷凝铜板及铝板固定连接。
冷凝铜板的表面依次电镀有铬层及金层，其中，铬层的厚度为2μm，金层的厚度为1μm。
冷凝铜板上与铝板相接触的面设有含银的散热硅脂层。
观察罩包括不锈钢框架、第一透明石英玻璃、第二透明石英玻璃及第三透明石英玻璃，第一透明石英玻璃固定于不锈钢框架的顶部，第二透明石英玻璃及第三透明石英玻璃固定于不锈钢框架的左侧面及右侧面上，不锈钢框架的底部固定于冷凝铜板上，不锈钢框架的上表面上、左侧面上、右侧面上、前侧面上及后侧面上均附有电加热带。
所述控温加热棒包括控制器及设于循环冷却液箱内的加热丝，加热丝与控制器相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置在具体操作时，通过控温加热棒调节循环冷却液箱内冷却液的温度，循环冷却液箱内的冷却液流经冷却液通道实现对冷凝铜板的冷却，通过光源照射观察罩为高速摄像仪的拍照提供光源，硫酸蒸气经观察罩的入口进入到观察罩内，并在冷凝铜板上进行冷凝，通过高速摄像仪采集硫酸蒸气在冷凝铜板上冷凝的视频图像，并将采集到的视频图像转发至计算机中，用户即可通过计算机方便、直观的可视化研究硫酸蒸气的冷凝沉积特性，结构简单，操作方便，成本较低，实用性极强。同时在操作时，通过热电偶检测冷凝铜板的温度信息，并将所述温度信息通过数据采集板发送至计算机中，用户即可通过计算机实时观察冷凝铜板的温度是否稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中冷凝铜板9与观察罩6的位置关系图。
其中，1为循环冷却液箱、2为循环泵、3为控温加热棒、4为温度计、5为铝板、6为观察罩，7为云母垫片、8为硅胶垫片、9为冷凝铜板、10为计算机、11为数据采集板、12为热电偶、13为高速摄像仪、14为光源、15为冷却液通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置包括循环冷却液箱1、铝板5、冷凝铜板9、光源14、观察罩6、高速摄像仪13、计算机10、数据采集板11及用于控制循环冷却液箱1内冷却液的温度的控温加热棒3；冷凝铜板9位于铝板5上，观察罩6的底部开口固定于冷凝铜板9上，冷凝铜板9的侧面设有若干内嵌有热电偶12的凹槽，铝板5内开设有冷却液通道15，观察罩6的左侧面、右侧面及顶面均为透明结构，观察罩6的前侧面上及后侧面上分别开设有蒸气入口及蒸气出口，灯源正对观察罩6的左侧面及右侧面，高速摄像仪13正对观察罩6的顶面；循环冷却液箱1的出液口与冷却液通道15的入口相连通，冷却液通道15的出口与循环冷却液箱1的入液口相连通，热电偶12通过数据采集板11与计算机10相连接，高速摄像仪13的输出端与计算机10相连接。
观察罩6的底部通过自上到下依次分布云母垫片7及硅胶垫片8固定于冷凝铜板9上；循环冷却液箱1的出液口经循环泵2与冷却液通道15的入口相连通；冷却液通道15的出口通过温度计4与循环冷却液箱1的入液口相连通；螺栓穿过观察罩6的底面、冷凝铜板9及铝板5将观察罩6、冷凝铜板9及铝板5固定连接；冷凝铜板9的表面依次电镀有铬层及金层，其中，铬层的厚度为2μm，金层的厚度为1μm；冷凝铜板9上与铝板5相接触的面设有含银的散热硅脂层。
观察罩6包括不锈钢框架、第一透明石英玻璃、第二透明石英玻璃及第三透明石英玻璃，第一透明石英玻璃固定于不锈钢框架的顶部，第二透明石英玻璃及第三透明石英玻璃固定于不锈钢框架的左侧面及右侧面上，不锈钢框架的底部固定于冷凝铜板9上，不锈钢框架的上表面上、左侧面上、右侧面上、前侧面上及后侧面上均附有电加热带；所述控温加热棒3包括控制器及设于循环冷却液箱1内的加热丝，加热丝与控制器相连接。
本发明的具体工作过程为：
打开控温加热棒3的电源，在控制器上设置冷却液温度，等待循环冷却液箱1内的冷却液温度恒定后，打开循环泵2，循环冷却液箱1内的冷却液经循环泵2进入到冷却液通道15内，然后再流回至循环冷却液箱1内，从而实现对冷凝铜板9的降温；
热电偶12检测冷凝铜板9的温度，并将冷凝铜板9的温度信息经数据采集板11转发至计算机10中，待冷凝铜板9的温度稳定后，则打开光源14及高速摄像仪13，并调节高速摄像仪13的位置；
将硫酸蒸气经观察罩6的蒸气入口进入到观察罩6内，调节高速摄像仪13的焦距，通过高速摄像仪13采集硫酸蒸气在冷凝铜板9上的冷凝沉积过程，同时实时将硫酸蒸气在冷凝铜板9上的冷凝沉积过程显示到计算机10中。
最后需要说明的是，以上所述实施例仅用来说明本发明的技术方案而非限制范围。本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的构思和原则的前提下，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，包括循环冷却液箱(1)、铝板(5)、冷凝铜板(9)、光源(14)、观察罩(6)、高速摄像仪(13)、计算机(10)、数据采集板(11)及用于控制循环冷却液箱(1)内冷却液的温度的控温加热棒(3)；
冷凝铜板(9)位于铝板(5)上，观察罩(6)的底部开口固定于冷凝铜板(9)上，冷凝铜板(9)的侧面设有若干内嵌有热电偶(12)的凹槽，铝板(5)内开设有冷却液通道(15)，观察罩(6)的左侧面、右侧面及顶面均为透明结构，观察罩(6)的前侧面上及后侧面上分别开设有蒸气入口及蒸气出口，灯源正对观察罩(6)的左侧面及右侧面，高速摄像仪(13)正对观察罩(6)的顶面；
循环冷却液箱(1)的出液口与冷却液通道(15)的入口相连通，冷却液通道(15)的出口与循环冷却液箱(1)的入液口相连通，热电偶(12)通过数据采集板(11)与计算机(10)相连接，高速摄像仪(13)的输出端与计算机(10)相连接。
2.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，观察罩(6)的底部通过自上到下依次分布云母垫片(7)及硅胶垫片(8)固定于冷凝铜板(9)上。
3.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，循环冷却液箱(1)的出液口经循环泵(2)与冷却液通道(15)的入口相连通。
4.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，冷却液通道(15)的出口通过温度计(4)与循环冷却液箱(1)的入液口相连通。
5.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，螺栓穿过观察罩(6)的底面、冷凝铜板(9)及铝板(5)将观察罩(6)、冷凝铜板(9)及铝板(5)固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，冷凝铜板(9)的表面依次电镀有铬层及金层，其中，铬层的厚度为2μm，金层的厚度为1μm。
7.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，冷凝铜板(9)上与铝板(5)相接触的面设有含银的散热硅脂层。
8.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，观察罩(6)包括不锈钢框架、第一透明石英玻璃、第二透明石英玻璃及第三透明石英玻璃，第一透明石英玻璃固定于不锈钢框架的顶部，第二透明石英玻璃及第三透明石英玻璃固定于不锈钢框架的左侧面及右侧面上，不锈钢框架的底部固定于冷凝铜板(9)上，不锈钢框架的上表面上、左侧面上、右侧面上、前侧面上及后侧面上均附有电加热带。
9.根据权利要求1所述的用于硫酸蒸气冷凝沉积可视化的实验装置，其特征在于，所述控温加热棒(3)包括控制器及设于循环冷却液箱(1)内的加热丝，加热丝与控制器相连接。
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