锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置

技术领域

本发明涉及锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结研究技术领域，具体涉及一种用于研究燃煤烟气中含水量、混合酸蒸汽、温度、飞灰颗粒等因素对混合酸凝结特性影响机制的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置。

背景技术

为了提高大型锅炉热效率、实现煤炭清洁利用、更好地利用可再生能源并网发电，促进“碳达峰”和“碳中和”，锅炉的“超低排放”、“节能改造”以及“灵活性改造”工作势在必行。这三方面改造都需要深度降低锅炉尾部烟气温度。但是，当烟温低于酸露点时，煤燃烧后烟气中的SO

现有研究表明，尾部烟气酸性气体的凝结是造成粘结性积灰和低温腐蚀的关键。烟气中SO

由此可见，锅炉尾部酸蒸汽的凝结特性是影响粘结性积灰和低温腐蚀的主要因素。由于尾部烟气成分的复杂特性，锅炉尾部酸凝结特性受到烟气成分中混合酸性气体含量、水蒸气含量、飞灰颗粒、温度等多种因素的影响。目前针对锅炉尾部混合酸凝结特性的研究非常少，特别是通过实验手段，控制各种参数模拟实际运行工况的混合酸凝结特性，目前尚缺乏这种方法和设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可仿真模拟锅炉混合酸蒸汽凝结特性、充分考虑了混合酸凝结的影响因素、保证了测量准确性、可进行单一酸性气体和混合酸性气体的凝结特性实验、为锅炉实际工程的粘结性积灰和低温腐蚀特性探究提供可靠的试验数据基础的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，包括：

配气单元，用于配制凝结实验中的多种酸性气体，控制各个酸性气体的含量，模拟锅炉尾部烟气中的酸性气体；

水量控制单元，用于控制与混合酸蒸汽和颗粒物混合的水蒸气含量，模拟锅炉尾部烟气中的含水量；

给料单元，用于提供与混合酸蒸汽和水蒸气进行混合的颗粒物，控制颗粒物的供给量，模拟锅炉尾部烟气中的飞灰颗粒；

加热单元，模拟锅炉尾部烟气温度，用于对混合酸蒸汽、水蒸气和颗粒物组成的混合物进行加热；

冷凝单元，模拟锅炉尾部烟道低温受热面，用于对加热后的混合物进行冷凝，控制凝结的反应温度；

吸收单元，用于吸收未反应的酸性气体。

优选的，所述配气单元包括：

酸蒸汽供给装置，用于提供不同的酸蒸汽；所述酸蒸汽供给装置连接气体混合器，所述气体混合器连接所述加热单元。

优选的，所述酸蒸汽供给装置包括：

第一载体气瓶，第一载体气瓶连接硫酸溶液瓶，硫酸溶液瓶连接所述气体混合器；所述第一载体气瓶用于提供硫酸蒸汽载体；所述第一载体气瓶与所述硫酸溶液瓶之间依次连接有第一减压阀、第一止回阀、第一流量计；所述硫酸溶液瓶与所述气体混合器之间设有第一标定取样口。

优选的，所述酸蒸汽供给装置还包括：

氯化氢气瓶，所述氯化氢气瓶连接所述气体混合器，所述氯化氢气瓶与所述气体混合器之间依次连接有第二减压阀、第二止回阀、第二流量计；所述第二流量计和所述气体混合器之间设有第二标定取样口。

优选的，所述实验装置还包括：

第二载体气瓶，所述第二载体气瓶连接所述加热单元，所述第二载体气瓶与所述加热单元之间依次连接有第三减压阀、第三止回阀、第三流量计。

优选的，所述水量控制单元包括：

储水箱以及连通所述储水箱的蠕动泵，通过PID控制器控制所述蠕动泵的状态，调节储水箱中去离子水流入加热单元的流量，实现水蒸气含量的调节。

优选的，所述水量控制单元包括：

第一温控恒温水浴箱，所述第一温控恒温水浴箱内设有储水瓶，所述第二载体气瓶连通所述储水瓶，所述储水瓶连通所述加热单元；所述第二载体气瓶用于提供水蒸气载体；所述第三减压阀和所述第三止回阀之间设有比例调节阀，通过所述PID控制器控制所述比例调节阀的开度，来调节所述第二载体气瓶流出的气体的流量。

优选的，其特征在于，所述给料单元包括微量给料器，所述微量给料器通过PID控制器的控制调节颗粒物的供给量；所述微量给料器连接所述加热单元；所述加热单元包括所述温控管式加热炉，所述温控管式加热炉通过PID控制器的控制调节加热温度。

优选的，所述冷凝单元包括与所述加热单元连通的直型冷凝管，所述直型冷凝管的外套管的两端连接第二温控恒温水箱，所述第二温控恒温水浴箱与外套管之间设有循环泵。

优选的，所述吸收单元包括尾气吸收瓶，所述直型冷凝管的内管连接所述尾气吸收瓶。

本发明有益效果：充分考虑了混合酸凝结的影响因素，保证了测量准确性；对混合酸蒸汽凝结特性进行仿真；可进行单一酸性气体和混合酸性气体的凝结特性实验，不同影响因素下的动态特性试验；为锅炉实际工程的粘结性积灰和低温腐蚀特性探究提供可靠的试验数据基础。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例1所述的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置结构图。

图2为本发明实施例2所述的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置结构图。

图3为本发明实施例3所述的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置结构图。

图4为本发明实施例4所述的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置结构图。

其中：1-气体混合器；2-第一载体气瓶；3-硫酸溶液瓶；4-第一减压阀；5-第一止回阀；6-第一流量计；7-第一标定取样口；8-氯化氢气瓶；9-第二减压阀；10-第二止回阀；11-第二流量计；12-第二标定取样口；13-离子色谱测试仪；14-第二载体气瓶；15-储水箱；16-第三减压阀；17-第三止回阀；18-第三流量计；19-微量给料器；20-PID控制器；21-温控管式加热炉；22-直型冷凝管；23-第二温控恒温水浴箱；24-循环泵；25-尾气吸收瓶；26-进水口；27-第三标定取样口；28-比例电磁阀；29-蠕动泵；30-第一温控恒温水浴箱；31-储水瓶。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供了一种锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，包括：

配气单元，用于配制凝结实验中的多种酸性气体，控制各个酸性气体的含量，模拟锅炉尾部烟气中的酸性气体；

水量控制单元，用于控制与混合酸蒸汽和颗粒物混合的水蒸气含量，模拟锅炉尾部烟气中的含水量；

给料单元，用于提供与混合酸蒸汽和水蒸气进行混合的颗粒物，控制颗粒物的供给量，模拟锅炉尾部烟气中的飞灰颗粒；

加热单元，模拟锅炉尾部烟气温度，用于对混合酸蒸汽、水蒸气和颗粒物组成的混合物进行加热；

冷凝单元，模拟锅炉尾部烟道低温受热面，用于对加热后的混合物进行冷凝，控制凝结的反应温度；

吸收单元，用于吸收未反应的酸性气体。

在本实施例1中，所述配气单元包括：酸蒸汽供给装置，用于提供多种不同的酸蒸汽；所述酸蒸汽供给装置连接气体混合器1，所述气体混合器1连接所述加热单元。

在本实施例1中，所述酸蒸汽供给装置包括：

第一载体气瓶2，第一载体气瓶2连接硫酸溶液瓶3，硫酸溶液瓶3连接所述气体混合器1；所述第一载体气瓶2用于提供硫酸蒸汽载体；所述第一载体气瓶2与所述硫酸溶液瓶3之间依次连接有第一减压阀4、第一止回阀5、第一流量计6。

本实施例1中，第一载体气瓶2中的气体为氮气，第一减压阀4为气体减压，进行流量调节；第一止回阀5可防止氮气回流；第一流量计6计量流入硫酸溶液瓶3的氮气流量，根据第一流量计6的计量，调节第一减压阀4可以得到需要的硫酸蒸汽含量。

在本实施例1中，为了得多混合酸，所述酸蒸汽供给装置还包括：

氯化氢气瓶8，所述氯化氢气瓶8连接所述气体混合器1，所述氯化氢气瓶8与所述气体混合器1之间依次连接有第二减压阀9、第二止回阀10、第二流量计11。

在本实施例1中，第二减压阀9为氯化氢气体减压，流量调节；第二止回阀10可防止氯化氢气体回流；第二流量计11可计量氯化氢气体流量。根据第二流量计11的计量，调节第二减压阀9可以得到需要的盐酸蒸汽含量。

气体混合器1可以用于对硫酸蒸汽和盐酸蒸汽两种酸蒸汽混合均匀，流至后续温控管式加热炉。

在本实施例1中，所述水量控制单元包括：

储水箱15以及连通所述储水箱15的蠕动泵29，所述储水箱15中储存有去离子水，通过PID控制器20控制所述蠕动泵29的状态，从而调节储水箱15中去离子水流入温控管式加热炉21的流量，实现水蒸气含量的调节。

在本实施例1中，所述实验装置还包括有第二载体气瓶14，所述第二载体气瓶14用于提供混合气体中的非酸性气体含量；所述第二载体气瓶14连接温控管式加热炉21，所述第二载体气瓶14和所述温控管式加热炉21之间依次设有第三减压阀16、第三止回阀17、第三流量计18。

在本实施例1中，第二载体气瓶14中同样储存为氮气，可用于调节模拟非酸性烟气的含量比列。第三减压阀16用于对气体减压，流量调节；第三止回阀17防止氮气回流；第三流量计18计量气体流量；第二载体气瓶14中的氮气气体进入温控管式加热炉21，以调节温控管式加热炉21中烟气含量。

在本实施例1中，根据实验需要设定的水蒸气含量，通过PID控制器20控制蠕动泵29的开关状态，从而调节进入温控管式加热炉21的去离子水的含量，达到设定的水蒸气含量。

在本实施例1中，所述给料单元包括微量给料器19，所述微量给料器19通过PID控制器20的控制调节颗粒物的供给量；所述微量给料器19连接所述加热单元。根据实验需要，采用PID控制器调节颗粒物用量，添加不同特性的颗粒物至后续加热单元。

所述加热单元包括所述温控管式加热炉21，所述温控管式加热炉21通过PID控制器20的控制调节加热温度。由PID控制器调节温控管式加热炉的加热温度，满足不同实验的温度需求。

所述冷凝单元包括与所述温控管式加热炉21连通的直型冷凝管22，所述直型冷凝管22的外套管的两端连接第二温控恒温水浴箱23，所述第二温控恒温水浴箱23与外套管之间设有循环泵24。第二温控恒温水浴箱23根据直型冷凝管的冷却温度需求，将去离子水加热至设定温度。

第二温控恒温水浴箱23是为了设定冷凝单元的冷却水温度，以此来控制冷凝单元的壁面温度。

所述吸收单元包括尾气吸收瓶25，所述直型冷凝管22的内管连接所述尾气吸收瓶25。利用循环泵24可调节去离子水流量，控制进出口水温，调整冷凝管的反应温度。直型冷凝管采用温控恒温水箱流出特定温度的去离子水对管式炉流出的高温气流进行冷却。尾气吸收瓶用以吸收未反应的剩余气体。

在本实施例1中，利用上述的实验装置，可模拟锅炉烟气中混合酸凝结的过程，并可进行单一酸性气体的凝结特性实验以及不同影响因素下的动态特性试验，保证了数据测量准确性，为锅炉实际工程的低温腐蚀特性探究提供了可靠的实验数据基础。

实施例2

如图2所示，本发明实施例2提供了一种锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，包括：

配气单元，用于配制凝结实验中的多种酸性气体，控制各个酸性气体的含量，模拟锅炉尾部烟气中的酸性气体；

水量控制单元，用于控制与混合酸蒸汽和颗粒物混合的水蒸气含量，模拟锅炉尾部烟气中的含水量；

给料单元，用于提供与混合酸蒸汽和水蒸气进行混合的颗粒物，控制颗粒物的供给量，模拟锅炉尾部烟气中的飞灰颗粒；

加热单元，模拟锅炉尾部烟气温度，用于对混合酸蒸汽、水蒸气和颗粒物组成的混合物进行加热；

冷凝单元，模拟锅炉尾部烟道低温受热面，用于对加热后的混合物进行冷凝，控制凝结的反应温度；

吸收单元，用于吸收未反应的酸性气体。

在本实施例2中，所述配气单元包括：酸蒸汽供给装置，用于提供多种不同的酸蒸汽；所述酸蒸汽供给装置连接气体混合器1，所述气体混合器1连接所述加热单元。

在本实施例2中，所述酸蒸汽供给装置包括：

第一载体气瓶2，第一载体气瓶2连接硫酸溶液瓶3，硫酸溶液瓶3连接所述气体混合器1；所述第一载体气瓶2用于提供硫酸蒸汽载体；所述第一载体气瓶2与所述硫酸溶液瓶3之间依次连接有第一减压阀4、第一止回阀5、第一流量计6。

本实施例2中，第一载体气瓶2中的气体为氮气，第一减压阀4为气体减压，进行流量调节；第一止回阀5可防止氮气回流；第一流量计6计量流入硫酸溶液瓶3的氮气流量，根据第一流量计6的计量，调节第一减压阀4可以得到需要的硫酸蒸汽含量。

为了研究酸凝结与烟气中酸含量之间的精确的定量关系，在本实施例2中，所述硫酸溶液瓶3与所述气体混合器1之间设有第一标定取样口7，利用第一标定取样口7对气体取样，供离子色谱仪标定硫酸含量；硫酸含量标定时，离子色谱测试仪13测定硫酸根离子含量来确定硫酸蒸汽含量，以最终的标定值来进行工况分析。

在本实施例2中，为了得多混合酸，所述酸蒸汽供给装置还包括：

氯化氢气瓶8，所述氯化氢气瓶8连接所述气体混合器1，所述氯化氢气瓶8与所述气体混合器1之间依次连接有第二减压阀9、第二止回阀10、第二流量计11。

在本实施例2中，第二减压阀9为氯化氢气体减压，流量调节；第二止回阀10可防止氯化氢气体回流；第二流量计11可计量氯化氢气体流量。根据第二流量计11的计量，调节第二减压阀9可以得到需要的盐酸蒸汽含量。

为了研究酸凝结与烟气中酸含量之间的精确的定量关系，在本实施例2中，所述第二流量计11与所述气体混合器1之间设有第二标定取样口12，利用第二标定取样口12对气体取样，供离子色谱仪标定HCl含量；HCl含量标定时，离子色谱测试仪13测定氯离子含量来确定氯化氢含量，以最终的标定值来进行实验分析。

在本实施例2中，在所述气体混合器1中，硫酸蒸汽和盐酸蒸汽两种酸蒸汽混合均匀，流至后续温控管式加热炉21。

在本实施例2中，所述水量控制单元包括：

储水箱15以及连通所述储水箱15的蠕动泵29，所述储水箱15中储存有去离子水，通过PID控制器20控制所述蠕动泵29的状态，从而调节储水箱15中去离子水流入温控管式加热炉21的流量，实现水蒸气含量的调节。

在本实施例2中，所述实验装置还包括有第二载体气瓶14，所述第二载体气瓶14用于提供混合气体中的非酸性气体含量；所述第二载体气瓶14连接温控管式加热炉21，所述第二载体气瓶14和所述温控管式加热炉21之间依次设有第三减压阀16、第三止回阀17、第三流量计18。

在本实施例2中，第二载体气瓶14中同样储存为氮气，可用于调节模拟非酸性烟气的含量比列。第三减压阀16用于对气体减压，流量调节；第三止回阀17防止氮气回流；第三流量计18计量气体流量；第二载体气瓶14中的氮气气体进入温控管式加热炉21，以调节温控管式加热炉21中烟气含量。

在本实施例2中，根据实验需要设定的水蒸气含量，通过PID控制器20控制蠕动泵29的开关状态，从而调节进入温控管式加热炉21的去离子水的含量，达到设定的水蒸气含量。

在本实施例2中，所述给料单元包括微量给料器19，所述微量给料器19通过PID控制器20的控制调节颗粒物的供给量；所述微量给料器19连接所述加热单元。根据实验需要，采用PID控制器调节颗粒物用量，添加不同特性的颗粒物至后续加热单元。

所述加热单元包括所述温控管式加热炉21，所述温控管式加热炉21通过PID控制器20的控制调节加热温度。由PID控制器调节温控管式加热炉21的加热温度，满足不同实验的温度需求。

所述冷凝单元包括与所述温控管式加热炉21连通的直型冷凝管22，所述直型冷凝管22的外套管的两端连接第二温控恒温水浴箱23，所述第二温控恒温水浴箱23与外套管之间设有循环泵24。第二温控恒温水浴箱23根据直型冷凝管的冷却温度需求，将去离子水加热至设定温度。

第二温控恒温水浴箱23是为了设定冷凝单元的冷却水温度，以此来控制冷凝单元的壁面温度。

所述吸收单元包括尾气吸收瓶25，所述直型冷凝管22的内管连接所述尾气吸收瓶25。利用循环泵24可调节去离子水流量，控制进出口水温，调整冷凝管的反应温度。直型冷凝管采用温控恒温水箱流出特定温度的去离子水对管式炉流出的高温气流进行冷却。尾气吸收瓶用以吸收未反应的剩余气体。

在本实施例2中，利用上述的实验装置进行了混合酸凝结实验。该实验可以分为单一酸性气体的凝结特性实验、混合酸蒸汽凝结特性实验。

实验一：单一酸性气体的凝结特性实验

打开温控管式加热炉21，采用PID控制器20设定反应需要的加热温度(设定加热温度根据酸蒸汽不同而有所不同，确保设定加热温度高于酸沸点)。将第二温控恒温水浴箱23清洁后，通过进水口26加入去离子水，根据冷凝工况，设定第二温控恒温水箱23的去离子水温度。待上述温度恒定后，打开第二载体气瓶14，调节第三减压阀16，读取第三流量计18，直至达到实验工况的氮气流量。储水箱15清洁后，加入去离子水，根据实验工况需要的水蒸气含量，采用PID控制器20控制蠕动泵，控制储水箱15流出的去离子水的流量，调节流入温控管式加热炉21的去离子水的流量。

打开第一载体气瓶或者氯化氢气瓶，根据实验设定工况，调节减压阀，控制气路流量，得到实验设定的单一硫酸蒸汽或氯化氢气体的含量。

通过PID控制器20精确调控特定粒径SO

加热后的混合气体流至直型冷凝管进行冷却，观察酸蒸汽冷凝情况，尾气通入尾气吸收瓶。

实验二：混合酸蒸汽凝结特性实验：

单一酸凝结实验的基础上，同时打开三路气体，控制对应的流量和加热设备的温度，进行混合酸蒸汽的凝结特性实验。通过调节酸蒸汽含量、水蒸气含量和颗粒物粒径，分析混合酸蒸汽的凝结特性的变化规律。

基于混合酸凝结理论的假设，选取飞灰成分中含量高且不与酸发生反应的非碱性SiO

设计搭建混合酸凝结实验室实验，定向调控反应温度、酸蒸汽种类与含量、水蒸气含量、SiO

首先观察直型冷凝管的凝结效果；对直型冷凝管进行称重，得到凝结量；然后对冷凝管内的凝结液体进行离子测试，得到凝结浓度；对颗粒物表征分析，得到酸蒸汽在凝结核表面的凝结特性，分析混合酸蒸汽凝结的影响规律。

实验三：模拟粘结性积灰的变工况动态实验：

在本实施例2中，利用上述的实验装置还进行了模拟粘结性积灰的变工况动态实验。该实验过程与混合酸凝结的过程类似，相比之下，颗粒物量增加，改变颗粒物种类和比例，根据实验工况改变微量给料机的种类、混合比例和粒径分布。

在混合酸凝结实验台的基础上，定向调控配气、颗粒物和反应温度，动态模拟凝结混合酸液与复合飞灰颗粒的作用过程，进行模拟粘结性积灰的动态实验。

选用标准粒径的纯氧化物SiO

首先观察直型冷凝管的凝结酸液与颗粒物的团聚效果。对直型冷凝管进行称重，得到凝结酸与颗粒物的反应量；对冷凝管内反应后的酸-灰作用产物进行取样，进行表征测试，得到微观特征、元素成分、晶相分布等特性变化，分析物理吸附和化学反应的作用程度。

实施例3

实施例一和实施例二中混合气体中水蒸气的含量通过计算可以得到精确的摩尔浓度，酸蒸气采用的体积浓度，二者混合之后使用体积浓度进行表示，将水蒸气的摩尔浓度转换成体积含量时，由于温度的不确定性可能带来误差，为了更精确得到水蒸气含量对酸凝结的影响，实施例三提出另一种水蒸气加入方式并对水蒸气的体积浓度进行标定。

如图3所示，本发明实施例3提供了一种锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，包括：配气单元，用于配制凝结实验中的多种酸性气体，控制各个酸性气体的含量，模拟锅炉尾部烟气中的酸性气体；水量控制单元，用于控制与混合酸蒸汽和颗粒物混合的水蒸气含量，模拟锅炉尾部烟气中的含水量；给料单元，模拟锅炉尾部烟气中的飞灰颗粒，用于提供与混合酸蒸汽和水蒸气进行混合的颗粒物，控制颗粒物的供给量；加热单元，模拟锅炉尾部烟气温度，用于对混合酸蒸汽、水蒸气和颗粒物组成的混合物进行加热；冷凝单元，模拟锅炉尾部烟道低温受热面，用于对加热后的混合物进行冷凝，控制凝结的反应温度；吸收单元，用于吸收未反应的酸性气体。

在本实施例3中，所述配气单元包括：酸蒸汽供给装置，用于提供多种不同的酸蒸汽；所述酸蒸汽供给装置连接气体混合器1，所述气体混合器1连接所述加热单元。

在本实施例3中，所述酸蒸汽供给装置包括：第一载体气瓶2，第一载体气瓶2连接硫酸溶液瓶3，硫酸溶液瓶3连接所述气体混合器1；所述第一载体气瓶2用于提供硫酸蒸汽载体；所述第一载体气瓶2与所述硫酸溶液瓶3之间依次连接有第一减压阀4、第一止回阀5、第一流量计6。

本实施例3中，第一载体气瓶2中的气体为氮气，第一减压阀4为气体减压，进行流量调节；第一止回阀5可防止氮气回流；第一流量计6计量流入硫酸溶液瓶3的氮气流量，根据气体流量可以得到需要的硫酸蒸汽含量。

在本实施例3中，为了实现混合酸，所述酸蒸汽供给装置还包括：氯化氢气瓶8，所述氯化氢气瓶8连接所述气体混合器1，所述氯化氢气瓶8与所述气体混合器1之间依次连接有第二减压阀9、第二止回阀10、第二流量计11。

在本实施例3中，第二减压阀9为氯化氢气体减压，流量调节；第二止回阀可防止氯化氢气体回流；第二流量计11可计量氯化氢气体流量。根据第二流量计11的计量，调节第二减压阀9可以得到需要的盐酸蒸汽含量。

所述加热单元包括温控管式加热炉21，所述温控管式加热炉21通过PID控制器20的控制调节加热温度。

在本实施例3中，在气体混合器1中，硫酸蒸汽和盐酸蒸汽两种酸蒸汽混合均匀，得到混合酸蒸汽，流至后续温控管式加热炉21。

在本实施例3中，所述水量控制单元包括：

第二载体气瓶14，所述第二载体气瓶14用于提供水蒸气载体；所述第二载体气瓶14连接第一温控恒温水浴箱30，所述第二载体气瓶14和所述第一温控恒温水浴箱30之间依次设有第三减压阀16、第三止回阀17、第三流量计18；所述第一温控恒温水浴箱30连接所述加热单元。

所述第一温控恒温水浴箱30内设有储水瓶31，所述第二载体气瓶14连通所述储水瓶31，所述储水瓶31连通所述加热单元；所述储水瓶31内存储去离子水。

在本实施例3中，第二载体气瓶14中储存同样为氮气，第三减压阀16用于对气体减压，调节氮气流量；第三止回阀17防止氮气回流；第三流量计18计量气体流量；第二载体气瓶14中的氮气气体流经第一温控恒温水浴箱30。

在本实施例3中，在所述第三减压阀16和所述第三止回阀17之间设有比例调节阀28，所述比例调节阀28由所述PID控制器20控制开度大小，从而对第二载体气瓶14中氮气的流量进行精确控制，实现水蒸气含量的精确控制。

在本实施例3中，采用第一温控恒温水浴箱30设定去离子水的温度，根据实验需要的标定的水蒸气含量，调节氮气气体流量。调节好的氮气气体流经去离子水后携带设定含量的水蒸气至后续温控管式加热炉21中。

本实施例3中，如图3所示，在第一温控恒温水浴箱30与温控管式加热炉21的管路上设有第三标定取样口27。对水蒸汽进行定量时，通过第三标定取样口27取出水蒸气样品，采用国标气体含湿量的测试方法，用干燥剂吸收称重，测量水蒸气的含量，以最终的测定值作为实验工况分析的数据。

在本实施例3中，为了使温控管式加热炉中模拟的混合酸蒸汽以及水蒸气的含量更加精确，还设置有联动控制单元。

所述给料单元包括微量给料器19，所述微量给料器19通过PID控制器20的控制调节颗粒物的供给量；所述微量给料器19连接所述加热单元。

所述冷凝单元包括与所述加热单元连通的直型冷凝管22，所述直型冷凝管22的外套管的两端连接第二温控恒温水浴箱23，所述第二温控恒温水浴箱23与外套管之间设有循环泵24。第二温控恒温水浴箱23根据直型冷凝管的冷却温度需求，将去离子水加热至设定温度。

所述吸收单元包括尾气吸收瓶25，所述直型冷凝管22的内管连接所述尾气吸收瓶25。利用循环泵24可调节去离子水流量，控制进出口水温，调整冷凝管的反应温度。直型冷凝管采用温控恒温水箱流出特定温度的去离子水对管式炉流出的高温气流进行冷却。尾气吸收瓶用以吸收未反应的剩余气体。

在本实施例3中，利用上述的实验装置进行了混合酸凝结实验。该实验可以分为单一酸性气体的凝结特性实验、混合酸蒸汽凝结特性实验。

在本实施例3中，利用上述的实验装置，可模拟锅炉烟气中混合酸凝结的过程，并可进行单一酸性气体的凝结特性实验以及不同影响因素下的动态特性试验，保证了数据测量准确性，为锅炉实际工程的低温腐蚀特性探究提供了可靠的实验数据基础。

实施例4

如图4所示，本发明实施例4提供了一种锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，包括：配气单元，用于配制凝结实验中的多种酸性气体，控制各个酸性气体的含量，模拟锅炉尾部烟气中的酸性气体；水量控制单元，用于控制与混合酸蒸汽和颗粒物混合的水蒸气含量，模拟锅炉尾部烟气中的含水量；给料单元，模拟锅炉尾部烟气中的飞灰颗粒，用于提供与混合酸蒸汽和水蒸气进行混合的颗粒物，控制颗粒物的供给量；加热单元，模拟锅炉尾部烟气温度，用于对混合酸蒸汽、水蒸气和颗粒物组成的混合物进行加热；冷凝单元，模拟锅炉尾部烟道低温受热面，用于对加热后的混合物进行冷凝，控制凝结的反应温度；吸收单元，用于吸收未反应的酸性气体。

在本实施例4中，所述配气单元包括：酸蒸汽供给装置，用于提供多种不同的酸蒸汽；所述酸蒸汽供给装置连接气体混合器1，所述气体混合器1连接所述加热单元。

在本实施例4中，所述酸蒸汽供给装置包括：第一载体气瓶2，第一载体气瓶2连接硫酸溶液瓶3，硫酸溶液瓶3连接所述气体混合器1；所述第一载体气瓶2用于提供硫酸蒸汽载体；所述第一载体气瓶2与所述硫酸溶液瓶3之间依次连接有第一减压阀4、第一止回阀5、第一流量计6。

本实施例4中，第一载体气瓶2中的气体为氮气，第一减压阀4为气体减压，进行流量调节；第一止回阀5可防止氮气回流；第一流量计6计量流入硫酸溶液瓶3的氮气流量，根据气体流量可以得到需要的硫酸蒸汽含量。

在本实施例4中，所述硫酸溶液瓶3与所述气体混合器1之间设有第一标定取样口7，利用第一标定取样口7对气体取样，供离子色谱仪标定硫酸含量；硫酸含量标定时，离子色谱测试仪13测定硫酸根离子含量来确定硫酸蒸汽含量，以最终的标定值来进行工况分析。

在本实施例4中，为了实现混合酸，所述酸蒸汽供给装置还包括：氯化氢气瓶8，所述氯化氢气瓶8连接所述气体混合器1，所述氯化氢气瓶8与所述气体混合器1之间依次连接有第二减压阀9、第二止回阀10、第二流量计11。

在本实施例4中，第二减压阀9为氯化氢气体减压，流量调节；第二止回阀可防止氯化氢气体回流；第二流量计11可计量氯化氢气体流量。根据第二流量计11的计量，调节第二减压阀9可以得到需要的盐酸蒸汽含量。

在本实施例4中，所述第二流量计11与所述气体混合器1之间设有第二标定取样口12，利用第二标定取样口12对气体取样，供离子色谱仪标定HCl含量；HCl含量标定时，离子色谱测试仪13测定氯离子含量来确定氯化氢含量，以最终的标定值来进行实验分析。

在气体混合器1中，硫酸蒸汽和盐酸蒸汽两种酸蒸汽混合均匀，得到混合酸蒸汽，流至后续温控管式加热炉。

在本实施例4中，所述水量控制单元包括：

第二载体气瓶14，所述第二载体气瓶14用于提供水蒸气载体；所述第二载体气瓶14连接第一温控恒温水浴箱30，所述第二载体气瓶14和所述第一温控恒温水浴箱30之间依次设有第三减压阀16、第三止回阀17、第三流量计18；所述第一温控恒温水浴箱30连接所述加热单元。

在本实施例4中，第二载体气瓶14中储存同样为氮气，第三减压阀16用于对气体减压，调节氮气流量；第三止回阀17防止氮气回流；第三流量计18计量气体流量；第二载体气瓶14中的氮气气体流经第一温控恒温水浴箱30。

所述第一温控恒温水浴箱30内设有储水瓶31，所述第二载体气瓶14连通所述储水瓶31，所述储水瓶31连通所述加热单元；所述储水瓶31内存储去离子水。

在本实施例4中，在所述第三减压阀16和所述第三止回阀17之间设有比例调节阀28，所述比例调节阀28由所述PID控制器20控制开度大小，从而对第二载体气瓶14中氮气的流量进行精确控制，实现水蒸气含量的精确控制。

在本实施例4中，采用第一温控恒温水浴箱30设定去离子水的温度，根据实验需要的标定的水蒸气含量，调节氮气气体流量。调节好的氮气气体流经去离子水后携带设定含量的水蒸气至后续温控管式加热炉21中。

本实施例4中，如图3所示，在第一温控恒温水浴箱30与温控管式加热炉21的管路上设有第三标定取样口27。对水蒸汽进行定量时，通过第三标定取样口27取出水蒸气样品，采用国标气体含湿量的测试方法，用干燥剂吸收称重，测量水蒸气的含量，以最终的测定值作为实验工况分析的数据。

所述给料单元包括微量给料器19，所述微量给料器19通过PID控制器20的控制调节颗粒物的供给量；所述微量给料器19连接所述加热单元。所述加热单元包括温控管式加热炉21，所述温控管式加热炉21通过PID控制器20的控制调节加热温度。所述冷凝单元包括与所述加热单元连通的直型冷凝管22，所述直型冷凝管22的外套管的两端连接第二温控恒温水浴箱23，所述第二温控恒温水浴箱23与外套管之间设有循环泵24。第二温控恒温水浴箱23根据直型冷凝管的冷却温度需求，将去离子水加热至设定温度。

所述吸收单元包括尾气吸收瓶25，所述直型冷凝管22的内管连接所述尾气吸收瓶25。利用循环泵24可调节去离子水流量，控制进出口水温，调整冷凝管的反应温度。直型冷凝管采用温控恒温水箱流出特定温度的去离子水对管式炉流出的高温气流进行冷却。尾气吸收瓶用以吸收未反应的剩余气体。

在本实施例4中，利用上述的实验装置进行了混合酸凝结实验。该实验可以分为单一酸性气体的凝结特性实验、混合酸蒸汽凝结特性实验。

实验一：单一酸性气体的凝结特性实验

打开温控管式加热炉21，采用PID控制器20设定反应需要的加热温度(设定加热温度根据酸蒸汽不同而有所不同，确保设定加热温度高于酸沸点)。第二温控恒温水浴箱23清洁后，通过进水口26加入去离子水，根据冷凝工况，设定第二温控恒温水箱23的去离子水温度。第一温控水浴箱30清洁后，由进水口26加入去离子水，待上述第二温控恒温水浴箱23的温度恒定后，根据实验工况的水蒸气含量，打开第二载体气瓶14，调节第三减压阀16，读取第三流量计18，结合PID控制器20对比例调节阀28的控制，直至达到实验工况的氮气流量。

打开第一载体气瓶或者氯化氢气瓶，根据实验设定工况，调节减压阀，控制气路流量，得到实验设定的单一硫酸蒸汽或氯化氢气体的含量。

通过PID控制器20精确调控特定粒径SO

加热后的混合气体流至直型冷凝管进行冷却，观察酸蒸汽冷凝情况，尾气通入尾气吸收瓶。

实验二：混合酸蒸汽凝结特性实验：

单一酸凝结实验的基础上，同时打开三路气体，控制对应的流量和加热设备的温度，进行混合酸蒸汽的凝结特性实验。通过调节酸蒸汽含量、水蒸气含量和颗粒物粒径，分析混合酸蒸汽的凝结特性的变化规律。

在本实施例3中，混合酸蒸汽凝结特性实验的实验参数如表1所示。

表1

基于混合酸凝结理论的假设，选取飞灰成分中含量高且不与酸发生反应的非碱性SiO

设计搭建混合酸凝结实验室实验，定向调控反应温度、酸蒸汽种类与含量、水蒸气含量、SiO

首先观察直型冷凝管的凝结效果；对直型冷凝管进行称重，得到凝结量；然后对冷凝管内的凝结液体进行离子测试，得到凝结浓度；对颗粒物表征分析，得到酸蒸汽在凝结核表面的凝结特性，分析混合酸蒸汽凝结的影响规律。

实验三：模拟粘结性积灰的变工况动态实验：

在本实施例3中，利用上述的实验装置还进行了模拟粘结性积灰的变工况动态实验。该实验过程与混合酸凝结的过程类似，相比之下，颗粒物量增加，改变颗粒物种类和比例，根据实验工况改变微量给料机的种类、混合比例和粒径分布。

在混合酸凝结实验台的基础上，根据表2数据，定向调控配气、颗粒物和反应温度，动态模拟凝结混合酸液与复合飞灰颗粒的作用过程，进行模拟粘结性积灰的动态实验。

选用标准粒径的纯氧化物SiO

首先观察直型冷凝管的凝结酸液与颗粒物的团聚效果。对直型冷凝管进行称重，得到凝结酸与颗粒物的反应量；对冷凝管内反应后的酸-灰作用产物进行取样，进行表征测试，得到微观特征、元素成分、晶相分布等特性变化，分析物理吸附和化学反应的作用程度。

表2酸－灰作用实验的反应条件

综上所述，本发明实施例所述的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，配气单元，用于配制凝结实验中的多种酸性气体，控制各个酸性气体的含量，模拟锅炉尾部烟气中的酸性气体；配气单元连接连接气体混合器1，所配置的酸性气体流入气体混合器1中。水量控制单元，用于控制与混合酸蒸汽和颗粒物混合的水蒸气含量，模拟锅炉尾部烟气中的含水量；水量控制单元连接所述气体混合器1，水量控制单元产生的水蒸气同样流入气体混合器1中。给料单元，用于提供与混合酸蒸汽和水蒸气进行混合的颗粒物，控制颗粒物的供给量，模拟锅炉尾部烟气中的飞灰颗粒；给料单元同样连通气体混合器，制备的颗粒物质流入气体混合器中。多种混合酸蒸汽，如硫酸蒸汽、盐酸蒸汽等，以及水蒸气和颗粒物在气体混合器中混合。气体混合器连通加热单元的温控管式加热炉21，混合物流入温控管式加热炉21中进行加热。温控管式加热炉21的后端连接冷凝单元，冷凝单元模拟锅炉尾部烟道低温受热面，用于对加热后的混合物进行冷凝，控制凝结的反应温度；如，温控管式加热炉21的后端连通冷凝单元的直型冷凝管22的进口端，加热后的混合物在直型冷凝管中冷凝。直型冷凝管22的后端连通尾气吸收瓶，吸收未反应的酸性气体。

本发明实施例所述的锅炉尾部烟气混合酸蒸汽凝结实验装置，在满足锅炉尾部复杂烟气成分和飞灰颗粒特性的基础上，简化了烟气中混合酸凝结的过程，保证了测量准确性；根据电厂系统实际工况模拟烟气成分中的混合酸蒸汽含量、含水量、飞灰颗粒特性以及凝结温度，对混合酸蒸汽凝结特性进行仿真；可进行单一酸性气体的凝结特性实验以及不同影响因素下的动态特性试验；为锅炉实际工程的粘结性积灰和低温腐蚀特性探究提供可靠的试验数据基础，研究混合酸凝结和腐蚀特性随不同因素的变化特性。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。