[发明专利]在线监测微液滴在高温气流中的空间蒸发特性的装置

说明书

本申请提供一种在线监测微液滴在高温气流中的空间蒸发特性的装置，包括：加热系统，具有一加热炉膛，安装在加热炉膛内的加热元件；加热炉膛的两对侧设有透明的观察视窗，顶部和底部分别设有气体进口和气体出口；进气系统，通过管路连接至加热炉膛的气体进口，用于提供炉内所需气氛，控制炉内气体流速及气体预热温度，使炉内处于负压状态；微液滴喷射系统，包括设置在加热炉膛顶部的微液滴喷头，用于产生微液滴；全息测量系统，用于测量微液滴在炉体内竖直下落过程的蒸发情况，记录全息图像；包括发出照射微液滴光束的激光发生器，带动激光发生器的电动升降台，以及采集全息图像的相机。

技术领域

本发明涉及一种能源、燃烧、环境保护等学科领域科学研究微液滴蒸发用的高温装置，具体涉及一种在线监测微液滴在高温气流中的空间蒸发特性的装置。

背景技术

在能源、燃烧、环境保护等学科领域，经常涉及微液滴的蒸发过程。在工业应用中，微液滴的蒸发过程在利用烟道余热处理脱硫废水、旋转喷雾干燥法、选择性非催化还原脱硝技术以及液体燃料液滴的燃烧等方面都发挥着极其重要的作用。针对不同物性的微液滴的蒸发过程的研究是蒸发过程机理的研究难点，因此，迫切需要一个研究符合工业应用实际的高温气流中不同物性的微液滴的空间蒸发特性的装置。

以利用烟道余热处理脱硫废水技术为例，在空气预热器和除尘器之间的烟道内设置雾化喷嘴，通过泵将脱硫废水输送到喷嘴，喷嘴另一端通过空气压缩机使废水雾化，喷嘴喷出的雾化液滴一进入烟道便吸收锅炉尾部烟气余热而迅速蒸发并随烟气排出，随后进入电除尘器，废水中的固体和灰被电除尘器捕捉，随灰一起外排。该技术不仅节约了成本，并且能做到脱硫废水的零排放。该技术存在的主要问题是脱硫废水微液滴在烟道中蒸发不完全，会导致脱硫废水液滴未被除尘器捕集，增强除尘器、烟道的腐蚀，增加运行维护成本。因此，控制雾化液滴的完全蒸发时间可为配置合理的脱硫废水处理方案提供基础条件，高温气流中微液滴的空间蒸发特性是本领域相关技术人员关切的问题。

以旋转喷雾干燥法技术为例，利用机械或气流的力量将吸收剂分散成极细小的雾状液滴，雾状液滴与烟气形成比较大的接触表面积，在气液两相之间发生的一种热量交换、质量传递和化学反应的脱硫方法。一般用的吸收剂是碱液、石灰乳、石灰石浆液等，目前绝大多数装置都使用石灰乳作为吸收剂，吸收剂浆液在雾化器快速旋转的离心力作用下被雾化成粒径为20-50μm的细小雾滴。一般情况下，此种方法的脱硫率65％～90％。该技术存在的主要问题是：脱硫塔内积灰严重，塔内设备有腐蚀，塔内烟气与浆液反应不充分，出口SO₂浓度不稳定，波动范围大。因此，碱性浆滴吸收SO₂的动态过程可直观反映微液滴的蒸发、固体微颗粒的生成规律等行为，对Ca(OH)₂浆液滴、Na₂CO₃碱液滴与SO₂反应动态过程的分析有助于深入理解和研究微液滴的气液反应机理。

微液滴蒸发的研究实验方法主要有液滴悬挂法、多孔球法、飞滴实验法、气悬(或磁悬)法及声悬浮法五种，以液滴悬挂法为例，通常采用石英丝、铂丝或热电偶等悬挂液滴，液滴生成方法简单，悬挂的液滴处于静止状态，便于对热物理参数的测量，但缺点在于生成的液滴尺寸很难小于lmm，且挂滴可能不是球形。而与实际工业应用相符合的研究方法只有飞滴实验法，即通过液滴生成系统首先生成单个液滴，然后使其在一定的环境介质中作自由落体运动。

目前，微液滴蒸发规律研究大多数采用挂滴法、加热平面蒸发、热重分析和蒸发系数的分析方法，未考虑实际微液滴的粒径及三维空间变化、未考虑重力对微液滴运动的影响、且未考虑高温气流中液滴在蒸发过程中的对流换热。除此之外，大部分的研究重点都是微液滴喷雾的雾化蒸发方面，对单个微液滴在加热气氛中的蒸发特性研究较少，还缺少对微液滴的气液反应动态过程的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作简便的在线监测微液滴在高温气流中的空间蒸发特性的装置，实现对微小液滴在高温气流中的空间蒸发特性实验研究，也为微液滴与气体反应的机理研究提供综合可靠依据。