一种具有自分散功能的长期流化型气溶胶发生装置的制作方法

本发明涉及一种固体粉末气溶胶发生装置，尤其涉及一种具有自分散功能的长期流化型气溶胶发生装置。

背景技术：

在反应堆发生严重事故时，高温的堆芯熔融物会将压力容器熔穿，以致于包容在堆芯内的大量放射性气溶胶逸出压力容器，进入到安全壳中。安全壳作为防止放射性产物释放到环境的最后一道屏障，它的完整性变得尤为重要。与此同时，熔融的堆芯落到安全壳底板上，与底板的混凝土反应产生大量的不凝性气体。随着不凝性气体的不断积聚，安全壳内压力逐渐升高，最终可能会达到安全壳的承压限制而导致安全壳破坏，造成放射性气溶胶外泄。为防止该类事故的发生，目前核电站一般都采用安全壳过滤排放系统，通过主动卸压的方式使安全壳内的压力不超过其承载限值，从而确保安全壳完整性；同时，通过安装在卸压管线上的过滤装置对排放气体中的放射性气溶胶进行有效过滤，防止放射性气溶胶污染环境，因此进行安全壳过滤排放系统对气溶胶过滤效率的验证实验显得极其重要。

安全壳过滤排放系统的工作压力为0.73MPa，并能够连续36小时对安全壳内排出的放射性气溶胶进行有效过滤。事故过程中产生的气溶胶在安全壳内主要以固体粉末形态存在，所以为了对安全壳过滤排放系统进行过滤性能测试，需要一种固体粉末气溶胶发生装置，其能够持续稳定地向安全壳过滤排放系统(工作压力为0.73MPa)中配入与安全壳大气中气溶胶的特性、浓度和颗粒大小相当的气溶胶，并要求该固体粉末气溶胶发生装置能够连续36小时不间断地向回路配送气溶胶。目前国内常用的固体粉末气溶胶发生装置是国外研发的几款成型产品，包括德国BEG1000、RBG系列气溶胶发生器和美国的TSI3400A型气溶胶发生器等。他们主要以链条喷嘴式、旋转刷式和流化床式为主。国内关于固体粉末气溶胶发生装置的研制还尚未成熟，仅有一些专利《一种固体颗粒气溶胶发生装置》(200520114532.4)，《转盘式粉尘气溶胶发生装置》(201010136283.4)，《齿带式粉尘气溶胶发生装置》(201120050150.5)，《粉尘气溶胶发生装置》(CN201010101408.X)和《一种粉尘气溶胶发生装置》(201310685850.5)中提到固体颗粒气溶胶发生装置。但现有产品和专利中所提到的固体粉末气溶胶发生装置都是利用传送带、链条和旋转刷等机械运动部件来分散和携带气溶胶固体粉末，并将其送至粉末吸收-配送装置的入口位置，依靠该装置入口处的抽吸作用，使气溶胶粉末由入口进入吸收-配送装置，然后经出口将气溶胶配送至所需系统。该装置所能配送的系统压力取决于粉末吸收-配送装置出口处的压力，为了向高压系统内配送气溶胶，必须提高粉末吸收-配送装置出口处的压力。但是，目前采用的粉末吸收-配送装置主要为喷管、扩散头或其他的一些负压发生装置，这些装置的结构和原理决定了其无法在高出口压力条件下对机械运动部件携带的气溶胶固体粉末进行正常吸收，因此现有的固体粉末气溶胶发生装置出口压力较低(最大出口压力不超过0.3MPa)，不能用于高压系统的气溶胶配送。因而不满足安全壳过滤排放系统中气溶胶过滤效率验证的实验要求。专利《一种双筒多级流化循环型气溶胶发生装置》(201210118392.2)中利用振动结合气力输送的方式改善了原有的气溶胶分散方法，实现了向高压环境下连续配送的目的。但由于所需配送的气溶胶颗粒为粘性粉末，流动性差，且容易产生凝并，因此该专利中的气溶胶发生装置仍会出现下列问题：1、受到载气湿度的影响，气溶胶颗粒容易吸水潮解，聚并成团，影响气溶胶的流化特性；2、在上升管内聚并成团的气溶胶无法再进一步离散，直接被配送到试验系统中，造成气溶胶配送浓度的不稳定性。3、由于长期处于高频振动中，环腔内的气溶胶会出现聚结成团，甚至紧密堆积的现象，以致在环隙较小的情况下出现环隙堵塞和供粉困难的问题，从而无法在较低浓度下确保气溶胶的稳定配送。因此，采用现有的气溶胶发生装置难以保证连续稳定地向高压环境内配送粘性气溶胶的要求，从而无法保证安全壳过滤排放系统过滤性能测试的准确性。为解决这一不足，本发明期望采用鼓泡流化配合临界流离散的方法提供一种具有自分散功能的长期流化型气溶胶发生装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了对粘性粉末具有自分散功能，精确控制气溶胶配送浓度而提供一种具有自分散功能的长期流化型气溶胶发生装置，能够实现高压在线连续供粉功能，保证该气溶胶发生装置长期地向高压系统中精确配送一定浓度的气溶胶，可应用于核能、环保以及化工等领域的气溶胶迁移、扩散行为研究以及过滤系统性能测试，也可应用于安全壳内换热器表面的气溶胶沉积特性研究。

本发明的目的是这样实现的：包括气流供给部分、气流干燥部分、粉末沸腾流化部分、粉末自分散部分以及粉末在线连续供给部分，所述气流干燥部分包括设置在基座上的干燥筒体、设置在干燥筒体内的干燥剂，所述粉末沸腾流化部分包括与干燥筒体上端连接的鼓泡筒体、设置在鼓泡筒体上的探针式湿度计、与鼓泡筒体上端固连的沸腾流化筒体，在干燥筒体与鼓泡筒体的连接处设置有均流孔板，在鼓泡筒体与沸腾流化筒体的连接处设置有流化板，所述粉末自分散部分包括通过夹持法兰设置在沸腾流化筒体上端出口上的分散孔板，所述粉末在线连续供给部分包括与沸腾流化筒体相通的高坡度过渡段、设置在高坡度过渡段端部的多孔均气板、竖直设置在高坡度过渡段上的供料器、设置在供料器上的进料斗、设置在进料斗上方的储料容器，储料容器内设置有阀门，供料器和进料斗内分别设置有下料阀门，供料器通过平衡气压阀门与沸腾流化筒体相通，供料器还通过排气阀门与大气相通，所述气流供给部分包括由管路依次连接的压缩机、储气罐、气体过滤器和冷干机，冷干机通过阀体分别与主气管路和补气管道连接，补气管道上依次设置有一号减压阀、一号截止阀、一号流量计和补气阀门，补气阀门与高坡度过渡段的端部连通，主气管路上依次设置二号减压阀、二号截止阀、二号流量计、流量调节阀，且主气管路的端部与干燥筒体的下端连通。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在所述鼓泡筒体、沸腾流化筒体以及干燥筒体上均设置有接地接头。

2.高坡度供料过渡段与水平方向夹角大于粉末样品的休止角。

3.所述多孔均气板上均匀分设置有直径相同的小孔；均流孔板孔径小于干燥剂最小颗粒直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.通过采用均气孔板和循环流化板的串联结构，使气流分配均匀，且以鼓泡的方式从下方进入沸腾流化筒体内，使发生器内的粉尘在均匀鼓泡气流的作用下处于沸腾流化状态。2.气溶胶发生器出口处采用自分散孔板，使气流在孔板处加速，利用高速气流将聚团的气溶胶颗粒进一步打散，提高气溶胶供给的均匀性。3.利用压力平衡技术实现了高压在线连续加粉，保证了气溶胶发生器的长时间运行。4.利用发生器前端的气体干燥管去除压缩空气中的水分，防止了流化板堵塞、减少了气溶胶结块。5.各筒体段均安有接地端口，可及时导出静电以防止气溶胶颗粒聚集。6.鼓泡筒体安装有探针式湿度计，可以实时测量进入流化板气体的湿度，及时判断是否应更换干燥剂以满足对气体湿度的要求。7.从空气压缩机出来的气体先后通过气体过滤器和冷干机，防止空气中杂质堵塞均流板和流化板以及对气溶胶样品的污染。8.主筒体顶部采用流线型设计，防止出现气流滞留区，提高整体气溶胶发生效率和稳定性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是是本发明的发生装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1～2，本发明提供一种具有自分散功能的长期流化型气溶胶发生装置。该气溶胶发生装置由气流供给部分，气流干燥部分、粉末沸腾流化部分、粉末自分散部分和粉末在线连续供给部分所组成。

所述气流供给部分主要由压缩机1、储气罐2、气体过滤3、冷干机4、减压阀7和33、截止阀8和32、流量计9和31、流量调节阀10、补气管道34、补气阀门30组成，为该气溶胶发生装置提供一定压力和流量的稳定气源。

所述的气流干燥部分由干燥筒体13、干燥剂36、均流孔板38、固定法兰14和连接法兰15组成，干燥剂13填充在干燥筒体内，均流孔板安装在干燥筒体侧壁面的凸台上，干燥筒体与鼓泡筒体通过法兰密封连接。该部分主要对进入鼓泡流化筒体16的气流进行干燥处理，防止粘性气溶胶粉末吸水潮解，并出现凝聚板结的问题，同时该部分可以对气体流量分配进行均化处理，以增强流化板41处鼓泡沸腾的均匀性。干燥筒体13下部的固定法兰14与基座35通过螺栓连接，起到固定的作用。

所述的粉末沸腾流化部分由鼓泡筒体16、流化板41、沸腾流化筒体18和连接法兰17组成。该部分中气流通过流化板41以鼓泡的方式均匀的进入沸腾流化筒体，以便更均匀的腾化沉积在筒体18下部的气溶胶，使气溶胶粉末处于沸腾流化状态，并对其进行携带；且所述的流化板为均匀致密的材料，为粉末的沸腾流化提供保证。

所述的粉末自分散部分由自分散孔板43、夹持法兰19组成，通过夹持法兰19固定分散孔板43，并安装在气溶胶发生器的出口位置。携带气溶胶的气体经过自分散孔板处加速，高速气流对气溶胶会产生冲击作用，从而将球块状的气溶胶团打散；

所述粉末在线连续供给部分主要由储料容器20、阀门21、进料斗22、供料器26、平衡气压阀门25、排气阀门24、两个下料阀门23和27、高坡度过渡段29、多孔均气板28组成，实现高压下的在线连续供粉的功能。储料容器位于进料斗上方，进料斗连通供料器，供料器连通高坡度供料过渡段，进料斗与供料器之间安装第一下料阀门，供料器与高坡度供料过渡段之间安装第二下料阀门，供料器上安装两根管，两根管上分别安装排气阀门和平衡气压阀门，高坡度供料过渡段与沸腾流化筒体连通。气溶胶发生器整体的固定法兰通过螺栓连接在基座上。且所述平衡气压阀门所在气路与主筒体上部连通。

所述的两个下料阀门23和27，能够使供料器26分别与外界环境、气溶胶发生装置主体隔离，同时结合平衡气压阀门25、排气阀门24的交替使用，使得在气溶胶发生装置正常运行过程中，粉末样品能够进入进料斗，并顺利通过供料器进入高坡度供料过渡段，实现在线不间断向气溶胶发生装置供粉的功能。

所述的多孔均气板28上均匀分布着大量直径相同的小孔，用来加速气流，高速气流的携带作用为粉末的流化提供必要的剪切力，减小初装粉末的聚团，使得粉末在高坡度供料过渡段内完成初级流化。

所述的储料容器、进料斗、供料器下部锥体母线与水平方向的夹角均大于粉末的休止角，所述的高坡度供料过渡段29与水平方向夹角大于粉末样品的休止角，避免部分粉末样品在该区域大量滞留。

所述的自分散孔板43的孔径既要满足具有较高流速以分散气溶胶球块，又要避免高浓度气溶胶气体堵塞的要求。自分散孔板43利用法兰19夹持紧固，这样可以根据不同气溶胶配送浓度的需求，对自分散孔板43进行更换。

所述的均流孔板38和流化板41分别由干燥筒体13、鼓泡筒体16和沸腾流化筒体18的侧壁面凸台采用面接触的方式进行密封。

所述的干燥筒体13、鼓泡筒体16和沸腾流化筒体18均安装有接地接头37、39、42，且接地接头均与内壁面连通，以防止气溶胶发生器内部积累静电而影响气溶胶流化，造成过多的气溶胶吸附于壁面上。

所述鼓泡筒体安装有探针式湿度计40，测量端位于筒体轴线位置，实时测量干燥处理后的气体湿度，并根据测量结果决定是否更换新干燥剂。

所述的均流孔板38孔径小于干燥剂最小颗粒直径，防止干燥剂进入均流孔板孔口造成流量分配不均，并造成鼓泡筒体内拥塞。

所述沸腾流化筒体18顶部采用流线型设计，且内壁面有光滑的涂层，具有较高的壁面光洁度，这样既可以防止气体流动存在滞留区，造成气溶胶滞留，也能防止壁面粗糙造成的颗粒沉积，从而提高整体气溶胶发生效率。

所述的流化板41孔径致密，且孔阵分布均匀，保证流化均匀并防止气溶胶样品渗入流化板中，堵塞流化板从而影响流化板使用率。

所述的气体过滤器3能过滤气体中的杂质，以防止杂质堵塞部分均流板中孔口造成流量分配不均或进入流化段堵塞流化板。

所述的冷干机4对气流进行初步除湿处理，可以延长干燥段内干燥剂的使用周期和进入沸腾流化段空气的干燥程度，避免气溶胶吸湿结块。

所述的主气管路和补气管路上均安有减压阀、调节阀、截止阀和流量计，通过适当调节可以产生满足实际要求的稳定气量。

本发明的基本工作原理如下：

如图1所示，其所述的气流供给部分的工作原理是：使用时开启压缩机，将工作气体压缩到储气罐2中，储气罐2起到缓冲压力的作用，保证以稳定压力进行供气。从储气罐2中流出的工作气体进入到气体过滤器3，对工作气体中的杂质进行过滤，避免杂质堵塞均流孔板和流化板，以及对气溶胶样品的污染，且所述的均流板和流化板之间形成气腔。过滤后的气体进入冷干机4进行第一级干燥，大部分水分在冷干机中去除，保证下游干燥剂有较长的使用周期并提高气体的最终干度。得到的纯净、干燥的气体分别进入补气管路34和主气管路5。调节减压阀7、流量调节阀10使载气流量和压力满足要求，从而为气溶胶发生装置提供稳定的气源。

如图1、图2所示，所述的粉末干燥和沸腾流化部分的工作原理是：工作气体首先进入干燥筒体13并与放置在干燥筒体内部的干燥剂36充分接触，干燥的工作气体可以有效防止气溶胶受潮结块，从而更利于气溶胶被气体携带。随后经过均流孔板38，以便均化气体在筒体横截面上流量，均流孔板38和流化板41之间的空隙保证经过均化孔板的气流完成均化分配过程。所述的均流孔板孔径大小同一，孔阵排列分布均匀，保证出气均匀且流动阻力小，均流孔板38孔径要小于干燥剂最小颗粒直径，防止干燥剂36堵塞部分均流孔板孔口，造成流量分配不均。流量分配均匀的气流进一步经过流化板41的流化作用，从流化板41内气流以鼓泡的方式流出，在整个筒体横截面上分布非常均匀，使得横截面上气溶胶的腾化作用均匀，避免出现得不到腾化作用的死角出现，使沸腾流化筒体18内的气溶胶始终保持流化状态，有利于气溶胶配送的均匀性和稳定性。流化板41的孔口致密且均匀，保证均匀流化的同时避免沸腾流化筒体18内的气溶胶渗入流化板41，而造成流化板堵塞和气溶胶样品进入上游管段。均流孔板37和流化板41分别由干燥筒体13、鼓泡筒体16和沸腾流化筒体18侧壁面凸台夹持固定，从而保证良好的密封性和可拆卸性。经流化后的气体在沸腾流化筒体18的下半段产生均匀腾化作用，沸腾流化的气溶胶与气流均匀地混合在一起，并流出气溶胶发生器。沸腾流化筒体18顶部为流线型设计，且具有较高的壁面光洁度，保证了载带气溶胶的气流均匀流出气溶胶发生器，防止出现滞留区而使气体所携带气溶胶分离而影响整体的气溶胶配送浓度。干燥筒体13、鼓泡筒体16和沸腾流化筒体18分别接有连接各自内壁面的接地端口37、39、42，可以通过接地端口导出筒体内部形成的静电，避免静电吸附气溶胶，而影响气溶胶发生效率。鼓泡筒体通过螺纹连接探针式湿度计40，湿度计测量段位于鼓泡筒体16轴线位置，可实时测量经干燥处理后的气体湿度，方便及时判断是否应更换干燥剂。

如图2所示，所述的粉末自分散部分的工作原理是：从沸腾流化筒体流出的含有气溶胶的气体经过自分散孔板，气体由于流通面积减小而流速迅速升高，被携带的气溶胶样品颗粒由于惯性作用流速较低，因此，气溶胶颗粒和气体形成很高的速度差。高速度差会增大气体对气溶胶颗粒的冲击和剪切作用，从而自动将所携带气溶胶中较大的球块打散，从而达到产生细小、均匀气溶胶配送的目的。

如图1所示，所述的粉末在线连续供粉部分的工作原理是：供料器分别通过排气阀门24、平衡气压阀门25与外界环境和发生装置主体相通，同时，供料器26通过上下两个阀门23、27分别与进料斗22和高坡度供料过渡段29相连，而高坡度供料过渡段29则通过焊接方式与沸腾流化筒体18连接；当气溶胶发生装置运行时，下料阀门23、排气阀门24处于关闭状态，下料阀门27、平衡气压阀门25处于开启状态，使供料器与外界环境隔离，而与沸腾流化筒体内部相同，从而使供料器内的粉末靠重力作用落入高坡度供料段。同时，来自补气管路34的气体经多孔均气板28使得气流加速，高速气流的携带作用为粉末的充分流化提供必要的湍流和剪切力，减小粉末的聚团现象。使得落入高坡度供料过渡段29内的大部分粉末在未落入到流化板38之前，就在高坡度过渡段内完成初级流化。当该气体溶胶发生器需要添加气溶胶粉末时，打开阀门21，并依次关闭下料阀门23和平衡气压阀门25，然后打开排气阀24，使供料器26内的压力释放至环境压力，之后关闭排气阀门24，打开下料阀门23，进料斗22中气溶胶粉末靠重力落入供料器26中，之后，关闭下料阀门23，依次打开平衡气压阀门25和下料阀门27，供料器26内的粉末在平衡压力和补充气流的共同作用下进入沸腾流化筒体18内，从而实现粉末在线不间断向发生装置供给的过程。

综上，本发明由于气流干燥段与沸腾流化板的独特设计，使粉末可以在流化板处鼓泡气流的作用下处于流化状态；在自分散段内，部分成团粉末在高速气流的作用下进一步被分散，有效地解决了粘性粉末的聚并成团、振动结块以及吸水潮解等问题，有效避免了气溶胶粉末供给过程中存在的颗粒不均和出粉不连续等问题的出现，保证了气溶胶粉末的均匀连续供给。