一种焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法技术

本发明专利技术涉及能源与环境交叉领域，具体涉及一种焚烧炉受热面结焦冷态模拟的方法。将溶解有溶质的溶液充满模拟烟道装置后，使溶液在模拟烟道装置中循环流动，然后加入沉淀结构，观测沉淀生成量。本发明专利技术方案中，通过溶解有溶质的溶剂充满模拟烟道装置，以达到模拟烟气的效果，然后通过溶质与沉淀结构在模拟烟道装置中反应生成沉淀物，模拟焚烧炉受热面结焦生成过程，从而实现冷态模拟焚烧炉受热面结焦过程的技术目的。解决工业生产应用中焚烧炉受热面结焦过程难以在实验实现问题，以及实验中对于焚烧炉受热面结焦过程难以观测的问题，为结焦冷态模拟指导生产实践提供了新的解决思路。态模拟指导生产实践提供了新的解决思路。态模拟指导生产实践提供了新的解决思路。

【技术实现步骤摘要】
一种焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法


[0001]本专利技术涉及能源与环境交叉领域，具体涉及一种焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法。

技术介绍

[0002]焚烧炉内的积灰结焦问题是由许多复杂的因素引起的，如燃料特性，炉内空气动力场，炉腔几何尺寸，燃烧器布置方式及结构特性，焚烧物的尺寸，焚烧物的化学组成等都会影响炉内结焦情况。焚烧炉积灰结焦是个非常复杂的物理化学过程，它涉及物料的燃烧、炉内传热、传质、物料的潜在结渣倾向、灰粒子在炉内运动以及灰与管壁间的粘附等复杂过程，至今还没有能定量描述结渣过程的数学模型。为了更好地对焚烧炉受热面积灰进行控制，很多国内外研究者采用冷态或热态的实验条件对该过程进行模拟。
[0003]在热态条件下，焚烧炉积灰结焦过程多是在焚烧炉尾部烟道内放置积灰棒进行实验，研究积灰棒上积灰随时间而产生的变化情况，定期对积灰棒上取得的灰样进行分析测试。研究焚烧积灰产生的机理通过对积灰微观形貌的考察和局部组成元素的分析实现。
[0004]在冷态条件下，在自制的小型烟道内进行积灰的模拟实验。通过空气携带滑石粉模拟烟气，在模拟烟道内布置光管管束，光管直径与实际焚烧炉内管径一致。冷态条件下模拟在不同的气流流速、管间距等条件下积灰的变化情况。实验测定在模拟工况下，积灰的高度和质量，为工业应用设计提供依据。尘粒的沉降是通过观察来确定，积灰的变化则是通过拍摄照片加以分析来确定。
[0005]其中，冷态模拟方法因实验条件温和、成本低，因而广受研究者青睐。然而，现有方案的缺点如下：
[0006](1)滑石粉在自制小型烟道中冷态模拟，由于温度较低难以发生结焦过程，导致在自制烟道中只能模拟无结焦的积灰问题。
[0007](2)冷态固体粉末无法模拟烟气中化学反应的沉积与结焦过程。
[0008](3)冷态固体粉末难以模拟飞灰在受热面上的相变沉积过程。
[0009](4)在封闭的模拟烟道中实验无法观察到积灰的完整形成过程，要观察积灰结焦的不同阶段需要多次中断实验，增加了实验的复杂度和不可控性。
[0010]综上，现在的焚烧炉冷态结焦模拟过程的突出缺点导致其对实际工业生产的指导作用有限。

技术实现思路

[0011]基于上述内容，本专利技术提供一种焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，解决工业生产应用中焚烧炉受热面结焦过程难以在实验实现问题，解决焚烧炉受热面结焦过程温度条件、压力条件、烟气浓度、烟气流速等参数条件的优化问题，解决实验中对于焚烧炉受热面结焦过程难以观测的问题，为结焦冷态模拟指导生产实践提供了新的解决思路。
[0012]本专利技术的技术方案之一，一种焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，包括以下
步骤：将溶解有溶质的溶液充满模拟烟道装置后，使溶液在模拟烟道装置中循环流动，然后加入沉淀结构，观测沉淀生成量；
[0013]其中，所述溶质和所述沉淀结构相匹配，二者接触后能够发生化学反应，并在沉淀结构表面形成固体产物；所述沉淀生成即为模拟结焦的生成。
[0014]本专利技术方案中，通过溶解有溶质的溶剂充满模拟烟道装置，以达到模拟烟气的效果，然后通过溶质与沉淀结构在模拟烟道装置中反应生成沉淀物，模拟焚烧炉受热面结焦生成过程，从而实现冷态模拟焚烧炉受热面结焦过程的技术目的。
[0015]进一步地，所述溶液的溶剂为水，所述溶质在溶液中的浓度与待模拟烟气中灰分所占比例偏差不超过5％。
[0016]进一步地，所述化学反应为固相反应物(沉淀结构)与液相反应物(溶解有溶质的溶液)之间发生的以下反应中的任意一种：置换反应、电化学反应。
[0017]进一步地，所述化学反应为一种置换反应时，所述溶质为CuSO4，所述溶剂为H2O，所述沉淀结构为Zn棒或Fe棒；或者，所述溶质为AgNO3，所述溶剂为H2O，所述沉淀结构为Cu棒。
[0018]进一步地，所述化学反应为一种电化学反应时，所述液相反应物为CuSO4溶液作为电解液，所述沉淀结构为Cu片和Fe片，所述Cu片作为阳极，所述Fe片作为阴极，所述电化学反应现象是在Fe片上沉淀的单质Cu。液相反应物从左到右流动时，阳极在阴极左边。
[0019]进一步地，所述溶解有溶质的溶液从左到右流动时，阳极在阴极左边。
[0020]进一步地，所述溶液流速的确定需要根据焚烧炉受热面结焦过程计算Re数，并使计算得到的Re数与待模拟烟道条件计算得到的Re
模拟
偏差不超过5％，举例如下：
[0021]首先得出实际生产情况下烟道气体的雷诺数，根据标准压力下空气和平均成分烟气的物性参数表中数据：当烟气温度800℃时取烟气密度0.33Kg/m3，动力粘度43.4
×
10
‑6Pa
·
S，特征长度取内径0.8m，流速取13m/s，得出雷诺数Re为79078.34。模拟时取雷诺数Re为80000，液体取水的密度1000Kg/m3，动力粘度1010
×
10
‑6Pa
·
S，特征长度取内径0.1m，得出模拟流体流速0.8m/s。
[0022]其中，雷诺数Re＝(密度
×
流速
×
特征长度)/动力粘度。
[0023]进一步地，所述溶质在溶液中的离子浓度与待模拟焚烧炉中烟气的粒子浓度偏差不超过5％。
[0024]典型烟气中灰分的浓度为75％，因此，一般情况下，溶质的浓度可设置为质量分数浓度为75％。
[0025]进一步地，所述模拟烟道装置结构为环形、跑道形、多边形中的一种。
[0026]本专利技术的技术方案之二，一种模拟烟道装置，用于上述焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，所述模拟烟道装置包括依次顺序连接的循环装置、生成物沉积段、反应物添加段、数据监测段，以及连接上述各段的管道。
[0027]进一步地，所述循环装置为循环泵，通过电力带动电机将电能转化为水的动能，为管道中的液体提供动能；所述生成物沉积段设有与外界相通的开口与密封装置，所述开口用于放置沉淀结构；所述反应物添加段设有溶质储存装置、溶质释放装置以及控制装置；所述数据监测段设有流速监测装置、流量监测装置以及溶质浓度监测装置。
[0028]进一步地，所述开口形状为圆形、椭圆形、跑道形或多边形；所述密封装置为橡胶密封圈；所述控制装置用于调节溶质添加量。
[0029]进一步地，控制装置选择PID控制；数据监测段包括流量计、速度计、PID控制。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0031]本专利技术提出的焚烧炉受热面结焦过程冷态模拟具有沉积生成过程，可以更好地模拟焚烧炉受热面结焦生成过程，可以更好的探究焚烧炉受热面结焦的机理，有助于焚烧炉受热面结焦积灰的控制，为实际工业生产提供指导，延长焚烧炉使用寿命、减少清洗次数，提高经济性，为结焦冷态模拟指导生产实践提供了新的解决思路。
[0032]本专利技术在相似性原理的基础上，采用液体来模拟气体的烟道环境，采用溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：将溶解有溶质的溶液充满模拟烟道装置后，使溶液在模拟烟道装置中循环流动，然后加入沉淀结构，观测沉淀生成量；其中，所述溶质和所述沉淀结构相匹配，二者接触后能够发生化学反应，并在沉淀结构表面形成固体产物；所述沉淀生成即为模拟结焦的生成。2.根据权利要求1所述的焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，其特征在于，所述溶液的溶剂为水，所述溶质在溶液中的浓度与待模拟烟气中灰分所占比例偏差不超过5％。3.根据权利要求1所述的焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，其特征在于，所述化学反应为固相反应物与液相反应物之间发生的以下反应中的任意一种：置换反应、电化学反应。4.根据权利要求3所述的焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，其特征在于，所述化学反应为一种置换反应时，所述溶质为CuSO4，所述溶剂为H2O，所述沉淀结构为Zn棒或Fe棒；或者，所述溶质为AgNO3，所述溶剂为H2O，所述沉淀结构为Cu棒。5.根据权利要求3所述的焚烧炉受热面结焦过程的冷态模拟方法，其特征在于，所述化学反应为一种电化学反应时，所述液相反应物为CuSO4溶液作为电解液，所述沉淀结构为Cu片和Fe片，其中，所述Cu片作为阳极，所述Fe片作为阴极。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，李再鑫，陶俊宇，孙昱楠，宋子芸，穆兰，王晓华，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：