CN111495632A - 一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置及方法，包括压缩空气管路、电动阀门、双流体雾化器、料液管路及控制装置；压缩空气管路经电动阀门与双流体雾化器的压缩空气入口相连通，料液管路与双流体雾化器的料液入口相连通，电动阀门与双流体雾化器之间的管路上设置有压力变送器及在线气体流量计，料液管路上设置有在线液体流量计，控制装置的输入端与在线液体流量计、压力变送器及在线气体流量计相连接，控制装置的输出端与电动阀门的控制端相连接，该装置及方法能够对双流体雾化器的雾滴粒径进行预测及调控。

Description

一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置及方法
技术领域
本发明属于雾化器粒径控制领域，涉及一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置及方法。
背景技术
双流体雾化器，又称为二流体雾化器或气流式雾化器，其工作原理是利用高速气流使液膜产生分裂。高速气流可以利用压缩空气，也可以利用蒸汽。当压缩空气或蒸汽以很高的环隙速度从雾化器喷出时，因料液的流速很低，两者之间存在着很高的相对速度，使气液之间产生摩擦力和剪切力，液体在一瞬间被拉成一条条细长的丝，接着这些液丝在较细处很快断裂而形成微小的雾滴。总的来看，双流体雾化器具有喷雾液滴粒径小、结构简单、能处理高粘度液体等优点，但也具有消耗动力较大的缺点。
目前，双流体雾化器已在喷雾干燥器、半干法脱硫塔等领域得到广泛应用，并随着脱硫废水零排放技术的发展，近年来也越来越多地应用到旁路烟气蒸发技术中。旁路烟气蒸发技术通过抽取空预器前的高温烟气使得喷成雾状的脱硫废水迅速蒸干而实现零排放，其关键之一即是脱硫废水的雾化，雾滴粒径的大小和稳定控制直接影响着旁路烟气蒸发器的运行性能。众多研究结果表明，在进口烟气量和烟气温度一定时，脱硫废水雾滴粒径越小，雾滴蒸发速率越快，蒸干时间越短；雾滴粒径过大，则易造成雾滴在未完全蒸干的情况接触到蒸发器内壁，形成“贴壁”。同样，在其他应用领域，雾化器雾滴粒径也是影响系统稳定运行的核心参数之一。基于此，实时监测并调控雾化器雾滴粒径尤为重要。
然而双流体雾化器在实际运行中，由于其所处的工作环境或是存在迅速的传热传质过程，或是流场、温度场分布不均匀，或是存在其他大量粉尘等的干扰，导致难以对雾化器雾滴粒径进行直接监测。
研究表明，尽管双流体雾化器雾化粒径受气液比、相对速度、料液性质如表面张力、密度、粘度以及气流的特性如速度、密度等诸多参数的影响，但在给定的雾化器类型和尺寸、料液(废水)、气流(压缩空气) 条件下，双流体雾化器雾滴粒径主要受气液比控制。为此，可针对具体的双流体雾化器，建立基于经验数据拟合的雾滴粒径预测计算公式，并通过采集气、液质量流量参数计算或预测出雾化器喷雾液滴粒径，然而现有技术中并没有给出类似的公开。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置及方法，该装置及方法能够对双流体雾化器的雾滴粒径进行准确预测及调控。
为达到上述目的，本发明所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置包括压缩空气管路、电动阀门、双流体雾化器、料液管路及控制装置；
压缩空气管路经电动阀门与双流体雾化器的压缩空气入口相连通，料液管路与双流体雾化器的料液入口相连通，电动阀门与双流体雾化器之间的管路上设置有压力变送器及在线气体流量计，料液管路上设置有在线液体流量计，控制装置的输入端与在线液体流量计、压力变送器及在线气体流量计相连接，控制装置的输出端与电动阀门的控制端相连接。
本发明所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控方法包括以下步骤：
控制装置通过压力变送器实时检测电动阀门与双流体雾化器之间管路内空气压力，控制装置通过在线气体流量计实时检测电动阀门与双流体雾化器之间管路内空气流量，控制装置通过在线液体流量计实时检测料液管路内的料液流量，并以此计算双流体雾化器喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS；
设定双流体雾化器喷雾雾滴粒径范围的上限值DVSH及下限值DVSL；
当DVSL＜DVS＜DVSH时，则维持电动阀门的开度不变；
当DVS＜DVSL时，控制装置控制电动阀门的执行器，以减小电动阀门的开度，直至DVS＞DVSL；
当DVS＞DVSH时，控制装置控制电动阀门的执行器，以增大电动阀门的开度，直至DVS＜DVSH。
双流体雾化器喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS的表达式为：
Figure RE-GDA0002512044930000031
其中，PCA和P0分别为压缩空气的空气压力及当地大气压，ρa和ρL分别为常温常压下空气密度及料液密度，VCA和VL分别为压缩空气和料液的流量，K1和K2分别为与双流体雾化器结构及料液性质相关的常数。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置及方法在具体操作时，根据电动阀门与双流体雾化器之间管路内空气压力、电动阀门与双流体雾化器之间管路内空气流量及料液管路内的料液流量计算双流体雾化器喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS，同时根据雾滴体积面积平均直径预测值DVS控制电动阀门的开度调节进入到双流体雾化器中压缩空气的流量，以控制双流体雾化器的雾滴粒径，操作方便、简单，保证雾化器雾化粒径的稳定控制，确保整体系统的稳定运行。
附图说明
图1为本发明的结构图。
其中，1为双流体雾化器、2为压力变送器、3为在线气体流量计、4为在线液体流量计、5为控制装置、6为电动阀门。
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，本发明所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置包括压缩空气管路、电动阀门6、双流体雾化器1、料液管路及控制装置5；压缩空气管路经电动阀门6与双流体雾化器1的压缩空气入口相连通，料液管路与双流体雾化器1的料液入口相连通，电动阀门6与双流体雾化器1之间的管路上设置有压力变送器2及在线气体流量计3，料液管路上设置有在线液体流量计4，控制装置5的输入端与在线液体流量计 4、压力变送器2及在线气体流量计3相连接，控制装置5的输出端与电动阀门6的控制端相连接。
本发明所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控方法包括以下步骤：
控制装置5通过压力变送器2实时检测电动阀门6与双流体雾化器 1之间管路内空气压力，控制装置5通过在线气体流量计3实时检测电动阀门6与双流体雾化器1之间管路内空气流量，控制装置5通过在线液体流量计4实时检测料液管路内的料液流量，并以此计算双流体雾化器1喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS，其中，双流体雾化器1喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS的表达式为：
Figure RE-GDA0002512044930000051
其中，PCA和P0分别为压缩空气的空气压力及当地大气压，ρa和ρL分别为常温常压下空气密度及料液密度，VCA和VL分别为压缩空气和料液的流量，K1和K2分别为与双流体雾化器1结构及料液性质相关的常数；
设双流体雾化器1喷雾雾滴粒径范围的上限值DVSH及下限值DVSL；
当DVSL＜DVS＜DVSH时，则维持电动阀门6的开度不变；
当DVS＜DVSL时，控制装置5控制电动阀门6的执行器，以减小电动阀门6的开度，直至DVS＞DVSL；
当DVS＞DVSH时，控制装置5控制电动阀门6的执行器，以增大电动阀门6的开度，直至DVS＜DVSH。
本发明通过实时采集进入双流体雾化器1的气体流量及液体流量参数，并基于双流体雾化器1特性参数数根据雾滴粒径预测公式计算并预测出双流体雾化器1的雾滴粒径，从而便于操作者较为直观的掌握双流体雾化器1的雾化效果，克服原来的“黑箱状态”；同时，本发明还可对双流体雾化粒径进行自动调控，大大提高了双流体雾化器1的运行稳定性，尤其是雾化效果的稳定性。

Claims (3)

1.一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置，其特征在于，包括压缩空气管路、电动阀门(6)、双流体雾化器(1)、料液管路及控制装置(5)；
压缩空气管路经电动阀门(6)与双流体雾化器(1)的压缩空气入口相连通，料液管路与双流体雾化器(1)的料液入口相连通，电动阀门(6)与双流体雾化器(1)之间的管路上设置有压力变送器(2)及在线气体流量计(3)，料液管路上设置有在线液体流量计(4)，控制装置(5)的输入端与在线液体流量计(4)、压力变送器(2)及在线气体流量计(3)相连接，控制装置(5)的输出端与电动阀门(6)的控制端相连接。
2.一种双流体雾化器雾滴粒径预测和调控方法，其特征在于，基于权利要求1所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控装置，包括以下步骤：
控制装置(5)通过压力变送器(2)实时检测电动阀门(6)与双流体雾化器(1)之间管路内空气压力，控制装置(5)通过在线气体流量计(3)实时检测电动阀门(6)与双流体雾化器(1)之间管路内空气流量，控制装置(5)通过在线液体流量计(4)实时检测料液管路内的料液流量，并以此计算双流体雾化器(1)喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS；
设双流体雾化器(1)喷雾雾滴粒径范围的上限值DVSH及下限值DVSL；
当DVSL＜DVS＜DVSH时，则维持电动阀门(6)的开度不变；
当DVS＜DVSL时，控制装置(5)控制电动阀门(6)的执行器，以减小电动阀门(6)的开度，直至DVS＞DVSL；
当DVS＞DVSH时，控制装置(5)控制电动阀门(6)的执行器，以增大电动阀门(6)的开度，直至DVS＜DVSH。
3.根据权利要求2所述的双流体雾化器雾滴粒径预测和调控方法，其特征在于，双流体雾化器(1)喷雾雾滴体积面积平均直径预测值DVS的表达式为：
Figure FDA0002466270270000021
其中，PCA和P0分别为压缩空气的空气压力及当地大气压，ρa和ρL分别为常温常压下空气密度及料液密度，VCA和VL分别为压缩空气和料液的流量，K1和K2分别为与双流体雾化器(1)结构及料液性质相关的常数。
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