CN213875373U

CN213875373U - 一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置

Info

Publication number: CN213875373U
Application number: CN202021999729.1U
Authority: CN
Inventors: 潘佩媛; 周伟健; 张乃强; 李瑞涛
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2030-09-14

Abstract

本实用新型公开了一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，包括：腐蚀实验单元、烟气混合单元和尾气处理单元。腐蚀实验单元包括腐蚀实验装置和连通腐蚀实验装置的注水装置，腐蚀实验装置内装载实验试样，注水装置包括连通腐蚀实验装置的支路和设置在支路上的注射泵。烟气混合单元包括气体混合室和四个进气管道，各进气管道均包括依次连接的过滤器、单向止回阀、气体体积流量计和第一阀门，第一阀门的出口与气体混合室相连，气体混合室和腐蚀实验装置相连通，尾气处理单元和腐蚀实验装置相连通。本实用新型可以解决现有技术对工程实践及实验中含湿烟气中水蒸气含量无法精确测量的难题，并对含湿烟气对金属材料的腐蚀性做出准确评估。

Description

一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置

技术领域

本实用新型涉及属于材料科学与腐蚀科学研究领域，具体涉及一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置。

背景技术

高温腐蚀现象广泛存在于锅炉、内燃机、燃气轮机等能源利用及工业过程的重要设备中。燃料燃烧或工业过程中生成的烟气在高温金属部件表面引起腐蚀现象，导致壁面逐渐减薄，甚至发生泄露、爆管事故，造成大量经济损失，严重威胁设备运行的长期安全运行。

烟气的主要成分包括为氮气（N₂）、二氧化碳（CO₂）、氧气（O₂）、水蒸气，并存在少量有害气体如硫氧化物（SO_x）、氯化氢（HCl）、氮氧化物（NO_x）、重金属及不完全燃烧气体如一氧化碳（CO）等。通常将烟气温度高于300℃时引起的腐蚀现象称为高温腐蚀。高温腐蚀在工业中造成了严重危害，针对高温腐蚀的研究一直是一个重要课题。由于烟气成分对金属的高温腐蚀行为具有至关重要的影响，在多种气体混合制成的模拟烟气气氛中进行高温腐蚀实验是研究特定环境中金属腐蚀特性的主要手段。

在工程应用中，烟气中的水蒸气含量往往高达10%～30%（体积分数），在高温条件下，这些水蒸气是不可忽视的氧化剂之一，对金属的高温腐蚀进程造成重要影响。而现有的模拟烟气高温腐蚀的测试实验装置中，绝大多数没有考虑烟气中水蒸气的影响作用或未对水蒸气含量进行精确定量，实验结果与真实烟气中金属腐蚀行为偏差较远。

发明内容

本申请提供一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，能够对含有水蒸气的烟气气氛中金属材料的腐蚀行为展开研究。

为了实现上述申请目的，本申请提供了以下技术方案：

一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，包括：

腐蚀实验单元，所述腐蚀实验单元包括腐蚀实验装置和连通所述腐蚀实验装置的注水装置，所述腐蚀实验装置内装载实验试样，所述注水装置包括连通所述腐蚀实验装置的支路和设置在所述支路上的注射泵；

烟气混合单元，所述烟气混合单元包括气体混合室和四个进气管道，各所述进气管道均包括依次连接的过滤器、单向止回阀、气体体积流量计和第一阀门，所述第一阀门的出口与气体混合室相连，所述气体混合室和所述腐蚀实验装置相连通；

尾气处理单元，所述尾气处理单元和所述腐蚀实验装置相连通。

优选的，所述气体混合室和所述腐蚀实验装置通过气路部分相连通，所述气路部分安装有体积流量计和第二阀门。

优选的，所述尾气处理单元包括依次连接的安全瓶、洗气瓶和干燥瓶，所述安全瓶和所述腐蚀实验装置相连通。

优选的，所述气路部分包括进气管，所述支路包括进液管，所述腐蚀实验装置包括刚玉管和设置在刚玉管顶部的法兰；所述进液管和进气管分别贯穿所述法兰，通入到刚玉管内部；所述进液管和进气管上均设置有球阀。

优选的，所述进液管底部安装有转接头，所述转接头底部安装有细流量管。

优选的，所述进液管与进气管均为L型弯管。

优选的，所述进液管的内径不小于6mm。

优选的，所述刚玉管内部设置有与刚玉管内径相同的多孔介质，所述多孔介质的长度不小于100mm，所述多孔介质和所述细流量管底端的距离为3mm。

通过采用上述技术方案，使得本申请具有以下有益效果：

本实用新型可以解决现有技术对工程实践及实验中含湿烟气中水蒸气含量无法精确测量的难题，并对含湿烟气对金属材料的腐蚀性做出准确评估。

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本申请的进一步的理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但不构成对本申请的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本实用新型提供的模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置的示意图；

图2是腐蚀实验装置的结构示意图。

图中，1-烟气混合单元、2-腐蚀实验单元、3-尾气处理单元、4-过滤器、5-单向止回阀、6-气体体积流量计、7-第一阀门、8-气体混合室、9-第二阀门、10-注射泵、11-腐蚀实验装置、12-安全瓶、13-洗气瓶、14-干燥瓶、15-球阀、16-进液管、17-进气管、18-转接头、19-细流量管、20-多孔介质、21-实验试样、22-试样支撑架、23-出气管。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本申请的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

如图1所示，本申请实施例提供一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，由三个单元组成，包括烟气混合单元1、腐蚀实验单元2和尾气处理单元3。进行高温腐蚀实验时所述烟气混合单元的入口处分别通入四种成分不同的干烟气气体，分别为：气体Ⅰ、气体Ⅱ、气体Ⅲ、气体Ⅳ。四种气体通过进气管道进入到过滤器4，过滤器4末端的连接管道上装有单向止回阀5，以避免气体回流。气体通过单向止回阀5后，进入到气体体积流量计6中，气体体积流量计6可以测出管道内气体在测量时间t内的累积体积流量V₀。气体体积流量计的出口与第一阀门7的入口相连，第一阀门7的出口与气体混合室8相连。

所述第一阀门7的类型可以为球阀、闸阀、截止阀、蝶阀、止回阀等，第一阀门内径应与连接管道外直径一致，且不小于6mm。

所述腐蚀实验单元2为进行高温腐蚀实验的主体部分，四种干烟气中的气体经过气体混合室8充分的混合后，先通过气体体积流量计，该体积流量计可以测得测量时间t内混合气体的累积体积流量V₁，之后混合气体通过第二阀门9从腐蚀实验装置11的顶端通入以进行实验。同时，在另一条支路上通过注射泵10将液体水定量匀速缓慢地滴入到腐蚀实验装置11中，在高温条件下，当水滴刚被滴入到腐蚀实验装置11中时就被气化，由此可以精确定量分析水蒸气在高温腐蚀条件下所产生的影响。

所述腐蚀实验装置11采用竖直放置的方式，实验前先关闭液路中的注射泵10，仅通气路中的干烟气，对该装置进行30min的吹扫，以排除装置中原有水蒸气存在的因素干扰，此后该实验装置中的水蒸气含量即为在实验过程中从注射泵10中定量注入的液滴。

尾气处理单元由安全瓶12、洗气瓶13和干燥瓶14组成。经过高温腐蚀实验后的烟气和水蒸气从腐蚀实验装置11底部的管道中导出，并沿管道分别通入到安全瓶12、洗气瓶13和干燥瓶14中，为了实验安全，安全瓶、洗气瓶和干燥瓶的数量并不做定量要求，可依实际情况具体设置，处理后的尾气通入到实验室的通风橱中。

由于实验的管道中通入的是烟气和液体，且腐蚀实验是在高温下进行，因此对管材的气密性和防腐性提出较高的要求。本装置中所述管道的材料为聚四氟乙烯、聚丙烯等耐腐蚀和耐高温疏水性材料。

图2为腐蚀实验装置的结构示意图。进液管16和进气管17分别贯穿腐蚀实验装置顶端的法兰，通入到腐蚀实验装置中的刚玉管内部。所述进液管16和进气管17外分别安装有球阀15，通过调整球阀15上阀杆的开度以控制进液量与进气量的大小。进液管16底部安装有转接头18，转接头18底部安装有细流量管19，其目的在于减缓液体进入刚玉管中的速度，从而更好控制腐蚀实验装置中的水蒸气含量。

所述进液管16与进气管17为L型弯管（用于垂直烟道），以保证其顶端入口正对湿烟气的来流方向。

所述进液管16底部所连的细流量管位于刚玉管烟道内垂直烟气气流流向的管段长度不小于56cm，以降低实验装置烟道内烟气流场边界层的影响。

所述进液管16的内径不小于6mm，以免液滴在入口处成膜或液滴中固体成分造成堵塞。

距离所述细流量管19底端3mm处，放置有与刚玉管内径相同的多孔介质20，该多孔介质20的材料为聚四氟乙烯，长度不小于100mm。

所述多孔介质20的作用在于均匀流场，使通过它的气流相对稳定，减小实验误差。

实验试样21通常由合金材料构成，悬挂于实验支撑架22，并位于刚玉管中部，与多孔介质20的距离约为80mm。通过多孔介质20的湿烟气，流经试样表面，由实验时间的不同，分析湿烟气对试样腐蚀程度的大小，进而分析烟气中各成分及水蒸气对试样的腐蚀程度。

以上所述仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请方案的范围内。

Claims

1.一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：包括：

腐蚀实验单元（2），所述腐蚀实验单元（2）包括腐蚀实验装置（11）和连通所述腐蚀实验装置（11）的注水装置，所述腐蚀实验装置（11）内装载实验试样（21），所述注水装置包括连通所述腐蚀实验装置（11）的支路和设置在所述支路上的注射泵（10）；

烟气混合单元（1），所述烟气混合单元（1）包括气体混合室（8）和四个进气管道，各所述进气管道均包括依次连接的过滤器（4）、单向止回阀（5）、气体体积流量计（6）和第一阀门（7），所述第一阀门（7）的出口与气体混合室（8）相连，所述气体混合室（8）和所述腐蚀实验装置（11）相连通；

尾气处理单元（3），所述尾气处理单元（3）和所述腐蚀实验装置（11）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述气体混合室（8）和所述腐蚀实验装置（11）通过气路部分相连通，所述气路部分安装有体积流量计和第二阀门（9）。

3.根据权利要求1所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述尾气处理单元（3）包括依次连接的安全瓶（12）、洗气瓶（13）和干燥瓶（14），所述安全瓶（12）和所述腐蚀实验装置（11）相连通。

4.根据权利要求2所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述气路部分包括进气管（17），所述支路包括进液管（16），所述腐蚀实验装置（11）包括刚玉管和设置在刚玉管顶部的法兰；所述进液管（16）和进气管（17）分别贯穿所述法兰，通入到刚玉管内部；所述进液管（16）和进气管（17）上均设置有球阀（15）。

5.根据权利要求4所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述进液管（16）底部安装有转接头（18），所述转接头（18）底部安装有细流量管（19）。

6.根据权利要求4所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述进液管（16）与进气管（17）均为L型弯管。

7.根据权利要求4所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述进液管（16）的内径不小于6mm。

8.根据权利要求5所述的一种模拟含湿烟气的高温腐蚀测试实验装置，其特征在于：所述刚玉管内部设置有与所述刚玉管内径相同的多孔介质（20），所述多孔介质（20）的长度不小于100mm，所述多孔介质（20）和所述细流量管（19）底端的距离为3mm。