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一種靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)及其工作方法

文檔序號:40635891發(fā)布日期:2025-01-10 18:41閱讀:6來源:國知局
一種靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)及其工作方法

本發(fā)明涉及水幕防護,具體涉及一種靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)及其工作方法。


背景技術(shù):

1、氨憑借其高能密度與零碳排放的特性,作為氫能及可再生資源的優(yōu)質(zhì)載體,展現(xiàn)出廣闊市場前景。氨作為儲能與儲氫載體,技術(shù)選擇多樣,且作為無碳化合物,其燃燒產(chǎn)物純凈,可作為清潔能源使用。起初,氨主要用于化工原料,如硝酸、制冷劑和氮肥等。近年來,隨著氨能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,其合成、儲運及新能源應(yīng)用的研究日益廣泛。未來,氨能能源路線將向綠色能源-合成氨能-裂解制氫能/直接氨能-終端場景能源結(jié)構(gòu)過渡,形成一系列氨能產(chǎn)業(yè)鏈。

2、相較于氫,氨在儲存與運輸上更為便捷,且本質(zhì)安全性能顯著,因而被視為推動能源轉(zhuǎn)型、社會進步乃至國家發(fā)展戰(zhàn)略中潛在的零碳能源路徑之一。盡管氨作為儲氫介質(zhì)的燃爆危險性要遠小于氫,但作為一種有強烈刺激性氣味且具有毒性的?;?,在儲存和運輸過程中,氨的意外泄漏會造成嚴重后果。為了有效減輕氨氣泄漏后可能引發(fā)的人員傷害風險并確保經(jīng)濟效益,工業(yè)界目前采用的唯一有效方法是水幕噴淋系統(tǒng)。該方法具有經(jīng)濟、可靠的優(yōu)勢,其原理是通過水幕噴嘴霧化出的微小液滴,稀釋氨氣濃度并阻礙氨氣云團的擴散。

3、申請?zhí)枮閏n202221675373.5的中國專利公開了一種利用含固化劑水幕回收處理氨氣的裝置,該裝置配制好含固化劑的液態(tài)水儲存于儲液箱中,用噴嘴將混合液以水幕的形式噴射出去,利用含固化劑水幕與氨氣快速反應(yīng),形成含氨固體顆粒物,含氨固體顆粒物穩(wěn)定,并且氨氣不會自主分解逃逸,然后收集含氨固體顆粒物完成氨氣的回收處理。申請?zhí)枮閏n202210648876.1的中國專利公開了一種用于處置液氨泄漏的消防水幕噴淋系統(tǒng)及噴淋方法,該系統(tǒng)包括布置在地面上的水源區(qū)和液氨區(qū),所述水源區(qū)和所述液氨區(qū)之間通過泵連接,所述泵將所述水源區(qū)的水送到所述液氨區(qū)的下方,形成自下而上的覆蓋式消防水幕噴淋系統(tǒng),從而最大限度稀釋泄漏液氨并防止氨氣逃逸。

4、但是,現(xiàn)有的水幕噴淋系統(tǒng)普遍存在吸收效率不高的缺點,其主要原因之一是受現(xiàn)有技術(shù)限制,液滴粒徑通常保持在數(shù)十微米及以上,導致氣液接觸面積較小。此外,現(xiàn)有技術(shù)缺少通過水幕噴淋吸收氨氣的試驗系統(tǒng),以進行水幕噴淋吸收氨氣技術(shù)的相關(guān)研究。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)及其工作方法,該系統(tǒng)可以增強水幕對氨氣的吸收效率,能夠模擬并捕捉靜電霧化吸收氨氣時的形態(tài)變化、流場軌跡等微觀特征及其瞬態(tài)演變過程。

2、為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng),包括配氣系統(tǒng)、風洞系統(tǒng)、靜電霧化水幕系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、尾氣廢液處理系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng);

3、所述配氣系統(tǒng)與風洞系統(tǒng)連接,用于提供試驗所需的氨氣;

4、所述風洞系統(tǒng)由依次連接的動力段、擴散段、穩(wěn)定段、收縮段和試驗段組成,所述動力段用于提供氣流動力,所述動力段中設(shè)有風機,并由變頻調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風速,所述穩(wěn)定段中設(shè)有蜂窩器和阻尼網(wǎng),所述蜂窩器用于對氣流進行梳直導向,所述阻尼網(wǎng)用于減小穩(wěn)定段氣流的湍流強度,所述收縮段用于防止氣流碰壁時分離,所述試驗段用于進行靜電霧化水幕試驗;

5、所述靜電霧化水幕系統(tǒng)包括注射泵、靜電發(fā)生器、功率放大器、靜電噴嘴和接地電極板,所述靜電噴嘴安裝于試驗段側(cè)壁上,所述接地電極板設(shè)置于與靜電噴嘴相對向的試驗段內(nèi)側(cè)壁上,所述注射泵將水注射到靜電噴嘴中,所述靜電發(fā)生器的輸出端連接功率放大器的輸入端,所述功率放大器的輸出端連接靜電噴嘴以為其供電,所述靜電噴嘴使水靜電霧化形成噴霧并吸收氨氣后落到接地電極板上;

6、所述測控系統(tǒng)包括移測架i、移測架ii、氣體測控模塊i和氣體測控模塊ii,所述移測架i、移測架ii前后設(shè)置于試驗段內(nèi),所述氣體測控模塊i和氣體測控模塊ii分別測量并記錄在移測架i和移測架ii位置上的氨氣濃度;

7、所述攝像系統(tǒng)包括激光發(fā)生器、高速攝像機和圖像采集計算機,所述激光發(fā)生器用于提供誘導熒光產(chǎn)生的激光,所述高速攝像機用于高速拍攝噴霧在試驗段內(nèi)吸收氨氣的形態(tài)變化、流場軌跡微觀特征和瞬態(tài)演變過程的照片,所述圖像采集計算機與高速攝像機連接,用于儲存并分析高速攝影機拍攝的照片;

8、所述尾氣廢液處理系統(tǒng)與試驗段的排水口和排氣口連接,以處理試驗后的廢液和尾氣;

9、所述吹掃系統(tǒng)與風洞系統(tǒng)連接,用于吹掃整個系統(tǒng)。

10、進一步地,所述配氣系統(tǒng)包括氨氣瓶、電動閥門i和氣體質(zhì)量流量控制器i,所述氨氣瓶經(jīng)電動閥門i與氣體質(zhì)量流量控制器i連接,所述氣體質(zhì)量流量控制器i用于控制氨氣流量,其輸出與風洞系統(tǒng)的動力段連接。

11、進一步地,所述靜電霧化水幕系統(tǒng)還包括示波器,所述示波器與功率放大器的電壓和電流監(jiān)測端口相連,用于監(jiān)測電壓和電流信號;所述功率放大器的正極連接靜電噴嘴,以為其供電,所述功率放大器的負極接地。

12、進一步地,所述激光發(fā)生器和高速攝像機對向設(shè)置于試驗段外兩側(cè);所述高速攝像機上連接有高倍鏡頭,所述高倍鏡頭上連接有濾光片,用于選擇性吸收特定的激發(fā)熒光。

13、進一步地,所述試驗段底部設(shè)有排水口,所述試驗段后端設(shè)有排氣口;所述尾氣廢液處理系統(tǒng)包括截止閥、廢液槽和尾氣處理槽,所述排水口經(jīng)截止閥與廢液槽連接,以將試驗段內(nèi)廢液排入廢液槽;所述排氣口與尾氣處理槽連接,以將試驗的尾氣排入尾氣處理槽,所述尾氣處理槽中裝設(shè)有堿液,用于吸收試驗產(chǎn)生的尾氣。

14、進一步地,所述吹掃系統(tǒng)包括氮氣瓶、電動閥門ii和氣體質(zhì)量流量控制器ii,所述氮氣瓶經(jīng)電動閥門ii與氣體質(zhì)量流量控制器ii連接,所述氣體質(zhì)量流量控制器ii用于控制氮氣流量,其輸出與風洞系統(tǒng)的動力段連接。

15、進一步地,還包括工控機,所述工控機與變頻調(diào)速器電連接,以控制變頻調(diào)速器設(shè)置頻率,所述工控機還與配氣系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)電連接,以控制配氣系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)工作。

16、本發(fā)明還提供了上述靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)的工作方法,包括以下步驟:

17、1)將由去離子水和熒光粒子配置的水溶液裝入注射泵中;

18、2)工控機控制變頻調(diào)速器設(shè)置一定頻率,并打開吹掃系統(tǒng),對整個系統(tǒng)進行吹掃;吹掃完畢后,關(guān)閉吹掃系統(tǒng);

19、3)打開攝像系統(tǒng)并調(diào)整激光發(fā)生器和高速攝像機,以使圖像采集計算機清晰成像;打開靜電發(fā)生器和功率放大器并根據(jù)試驗要求設(shè)置相關(guān)電場參數(shù);工控機控制變頻調(diào)速器設(shè)置一定頻率,并打開配氣系統(tǒng),向風洞系統(tǒng)通入一定流量的氨氣;

20、4)注射泵將水溶液注射到靜電噴嘴中,靜電噴嘴使水靜電霧化形成噴霧并吸收氨氣;

21、5)測控系統(tǒng)通過氣體測控模塊i和氣體測控模塊ii測量噴霧前后的氨氣濃度,高速攝像機高速拍攝噴霧在試驗段內(nèi)吸收氨氣的形態(tài)變化、流場軌跡微觀特征和瞬態(tài)演變過程的照片并儲存在圖像采集計算機中;

22、6)打開尾氣廢液處理系統(tǒng),排出試驗后的廢液和尾氣;然后關(guān)閉尾氣廢液處理系統(tǒng)和配氣系統(tǒng);

23、7)打開吹掃系統(tǒng),對整個系統(tǒng)進行吹掃;吹掃完畢后,關(guān)閉吹掃系統(tǒng);

24、8)工控機控制配氣系統(tǒng)改變氨氣流量,控制變頻調(diào)速器改變頻率以改變風速,同時改變靜電發(fā)生器和功率放大器的電場參數(shù),然后重復步驟4)-7),以進行不同流量、風速、電場參數(shù)下的靜電霧化吸收氨氣水幕試驗并進行相關(guān)研究。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供了一種靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)及其工作方法,該系統(tǒng)巧妙地利用靜電場效應(yīng),促使液體分散成更為細微的液滴,進而大幅增加了氣液的接觸面積,稀釋了氨氣的濃度,顯著增強了水幕對氨氣的吸收效能;同時,利用高速攝像技術(shù)、光學放大技術(shù)、激光誘導熒光技術(shù),可以模擬并捕捉靜電霧化吸收氨氣時的形態(tài)變化、流場軌跡等微觀特征及其瞬態(tài)演變過程,通過調(diào)控氨氣流量、風速、電場參數(shù)等測試水幕吸收效果,,為靜電霧化吸收氨氣水幕試驗系統(tǒng)的深入理論研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過靜電發(fā)生器和功率放大器精確控制電場參數(shù),可以研究不同噴霧模式下氨氣濃度變化規(guī)律;通過調(diào)節(jié)配氣系統(tǒng)的電動閥門開度,可以精確分析噴霧吸收不同流量和濃度的氨氣微觀特征及其瞬態(tài)演變規(guī)律的影響,為揭示靜電霧化吸收氨氣機理,設(shè)計新型高效水幕噴淋系統(tǒng)提供科學依據(jù)。

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