本發(fā)明涉及一種固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置，尤其涉及一種具有自分散功能的長期流化型氣溶膠發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

在反應(yīng)堆發(fā)生嚴重事故時，高溫的堆芯熔融物會將壓力容器熔穿，以致于包容在堆芯內(nèi)的大量放射性氣溶膠逸出壓力容器，進入到安全殼中。安全殼作為防止放射性產(chǎn)物釋放到環(huán)境的最后一道屏障，它的完整性變得尤為重要。與此同時，熔融的堆芯落到安全殼底板上，與底板的混凝土反應(yīng)產(chǎn)生大量的不凝性氣體。隨著不凝性氣體的不斷積聚，安全殼內(nèi)壓力逐漸升高，最終可能會達到安全殼的承壓限制而導致安全殼破壞，造成放射性氣溶膠外泄。為防止該類事故的發(fā)生，目前核電站一般都采用安全殼過濾排放系統(tǒng)，通過主動卸壓的方式使安全殼內(nèi)的壓力不超過其承載限值，從而確保安全殼完整性；同時，通過安裝在卸壓管線上的過濾裝置對排放氣體中的放射性氣溶膠進行有效過濾，防止放射性氣溶膠污染環(huán)境，因此進行安全殼過濾排放系統(tǒng)對氣溶膠過濾效率的驗證實驗顯得極其重要。

安全殼過濾排放系統(tǒng)的工作壓力為0.73MPa，并能夠連續(xù)36小時對安全殼內(nèi)排出的放射性氣溶膠進行有效過濾。事故過程中產(chǎn)生的氣溶膠在安全殼內(nèi)主要以固體粉末形態(tài)存在，所以為了對安全殼過濾排放系統(tǒng)進行過濾性能測試，需要一種固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置，其能夠持續(xù)穩(wěn)定地向安全殼過濾排放系統(tǒng)(工作壓力為0.73MPa)中配入與安全殼大氣中氣溶膠的特性、濃度和顆粒大小相當?shù)臍馊苣z，并要求該固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置能夠連續(xù)36小時不間斷地向回路配送氣溶膠。目前國內(nèi)常用的固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置是國外研發(fā)的幾款成型產(chǎn)品，包括德國BEG1000、RBG系列氣溶膠發(fā)生器和美國的TSI3400A型氣溶膠發(fā)生器等。他們主要以鏈條噴嘴式、旋轉(zhuǎn)刷式和流化床式為主。國內(nèi)關(guān)于固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置的研制還尚未成熟，僅有一些專利《一種固體顆粒氣溶膠發(fā)生裝置》(200520114532.4)，《轉(zhuǎn)盤式粉塵氣溶膠發(fā)生裝置》(201010136283.4)，《齒帶式粉塵氣溶膠發(fā)生裝置》(201120050150.5)，《粉塵氣溶膠發(fā)生裝置》(CN201010101408.X)和《一種粉塵氣溶膠發(fā)生裝置》(201310685850.5)中提到固體顆粒氣溶膠發(fā)生裝置。但現(xiàn)有產(chǎn)品和專利中所提到的固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置都是利用傳送帶、鏈條和旋轉(zhuǎn)刷等機械運動部件來分散和攜帶氣溶膠固體粉末，并將其送至粉末吸收-配送裝置的入口位置，依靠該裝置入口處的抽吸作用，使氣溶膠粉末由入口進入吸收-配送裝置，然后經(jīng)出口將氣溶膠配送至所需系統(tǒng)。該裝置所能配送的系統(tǒng)壓力取決于粉末吸收-配送裝置出口處的壓力，為了向高壓系統(tǒng)內(nèi)配送氣溶膠，必須提高粉末吸收-配送裝置出口處的壓力。但是，目前采用的粉末吸收-配送裝置主要為噴管、擴散頭或其他的一些負壓發(fā)生裝置，這些裝置的結(jié)構(gòu)和原理決定了其無法在高出口壓力條件下對機械運動部件攜帶的氣溶膠固體粉末進行正常吸收，因此現(xiàn)有的固體粉末氣溶膠發(fā)生裝置出口壓力較低(最大出口壓力不超過0.3MPa)，不能用于高壓系統(tǒng)的氣溶膠配送。因而不滿足安全殼過濾排放系統(tǒng)中氣溶膠過濾效率驗證的實驗要求。專利《一種雙筒多級流化循環(huán)型氣溶膠發(fā)生裝置》(201210118392.2)中利用振動結(jié)合氣力輸送的方式改善了原有的氣溶膠分散方法，實現(xiàn)了向高壓環(huán)境下連續(xù)配送的目的。但由于所需配送的氣溶膠顆粒為粘性粉末，流動性差，且容易產(chǎn)生凝并，因此該專利中的氣溶膠發(fā)生裝置仍會出現(xiàn)下列問題：1、受到載氣濕度的影響，氣溶膠顆粒容易吸水潮解，聚并成團，影響氣溶膠的流化特性；2、在上升管內(nèi)聚并成團的氣溶膠無法再進一步離散，直接被配送到試驗系統(tǒng)中，造成氣溶膠配送濃度的不穩(wěn)定性。3、由于長期處于高頻振動中，環(huán)腔內(nèi)的氣溶膠會出現(xiàn)聚結(jié)成團，甚至緊密堆積的現(xiàn)象，以致在環(huán)隙較小的情況下出現(xiàn)環(huán)隙堵塞和供粉困難的問題，從而無法在較低濃度下確保氣溶膠的穩(wěn)定配送。因此，采用現(xiàn)有的氣溶膠發(fā)生裝置難以保證連續(xù)穩(wěn)定地向高壓環(huán)境內(nèi)配送粘性氣溶膠的要求，從而無法保證安全殼過濾排放系統(tǒng)過濾性能測試的準確性。為解決這一不足，本發(fā)明期望采用鼓泡流化配合臨界流離散的方法提供一種具有自分散功能的長期流化型氣溶膠發(fā)生裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了對粘性粉末具有自分散功能，精確控制氣溶膠配送濃度而提供一種具有自分散功能的長期流化型氣溶膠發(fā)生裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓在線連續(xù)供粉功能，保證該氣溶膠發(fā)生裝置長期地向高壓系統(tǒng)中精確配送一定濃度的氣溶膠，可應(yīng)用于核能、環(huán)保以及化工等領(lǐng)域的氣溶膠遷移、擴散行為研究以及過濾系統(tǒng)性能測試，也可應(yīng)用于安全殼內(nèi)換熱器表面的氣溶膠沉積特性研究。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括氣流供給部分、氣流干燥部分、粉末沸騰流化部分、粉末自分散部分以及粉末在線連續(xù)供給部分，所述氣流干燥部分包括設(shè)置在基座上的干燥筒體、設(shè)置在干燥筒體內(nèi)的干燥劑，所述粉末沸騰流化部分包括與干燥筒體上端連接的鼓泡筒體、設(shè)置在鼓泡筒體上的探針式濕度計、與鼓泡筒體上端固連的沸騰流化筒體，在干燥筒體與鼓泡筒體的連接處設(shè)置有均流孔板，在鼓泡筒體與沸騰流化筒體的連接處設(shè)置有流化板，所述粉末自分散部分包括通過夾持法蘭設(shè)置在沸騰流化筒體上端出口上的分散孔板，所述粉末在線連續(xù)供給部分包括與沸騰流化筒體相通的高坡度過渡段、設(shè)置在高坡度過渡段端部的多孔均氣板、豎直設(shè)置在高坡度過渡段上的供料器、設(shè)置在供料器上的進料斗、設(shè)置在進料斗上方的儲料容器，儲料容器內(nèi)設(shè)置有閥門，供料器和進料斗內(nèi)分別設(shè)置有下料閥門，供料器通過平衡氣壓閥門與沸騰流化筒體相通，供料器還通過排氣閥門與大氣相通，所述氣流供給部分包括由管路依次連接的壓縮機、儲氣罐、氣體過濾器和冷干機，冷干機通過閥體分別與主氣管路和補氣管道連接，補氣管道上依次設(shè)置有一號減壓閥、一號截止閥、一號流量計和補氣閥門，補氣閥門與高坡度過渡段的端部連通，主氣管路上依次設(shè)置二號減壓閥、二號截止閥、二號流量計、流量調(diào)節(jié)閥，且主氣管路的端部與干燥筒體的下端連通。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.在所述鼓泡筒體、沸騰流化筒體以及干燥筒體上均設(shè)置有接地接頭。

2.高坡度供料過渡段與水平方向夾角大于粉末樣品的休止角。

3.所述多孔均氣板上均勻分設(shè)置有直徑相同的小孔；均流孔板孔徑小于干燥劑最小顆粒直徑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1.通過采用均氣孔板和循環(huán)流化板的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，使氣流分配均勻，且以鼓泡的方式從下方進入沸騰流化筒體內(nèi)，使發(fā)生器內(nèi)的粉塵在均勻鼓泡氣流的作用下處于沸騰流化狀態(tài)。2.氣溶膠發(fā)生器出口處采用自分散孔板，使氣流在孔板處加速，利用高速氣流將聚團的氣溶膠顆粒進一步打散，提高氣溶膠供給的均勻性。3.利用壓力平衡技術(shù)實現(xiàn)了高壓在線連續(xù)加粉，保證了氣溶膠發(fā)生器的長時間運行。4.利用發(fā)生器前端的氣體干燥管去除壓縮空氣中的水分，防止了流化板堵塞、減少了氣溶膠結(jié)塊。5.各筒體段均安有接地端口，可及時導出靜電以防止氣溶膠顆粒聚集。6.鼓泡筒體安裝有探針式濕度計，可以實時測量進入流化板氣體的濕度，及時判斷是否應(yīng)更換干燥劑以滿足對氣體濕度的要求。7.從空氣壓縮機出來的氣體先后通過氣體過濾器和冷干機，防止空氣中雜質(zhì)堵塞均流板和流化板以及對氣溶膠樣品的污染。8.主筒體頂部采用流線型設(shè)計，防止出現(xiàn)氣流滯留區(qū)，提高整體氣溶膠發(fā)生效率和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是是本發(fā)明的發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1～2，本發(fā)明提供一種具有自分散功能的長期流化型氣溶膠發(fā)生裝置。該氣溶膠發(fā)生裝置由氣流供給部分，氣流干燥部分、粉末沸騰流化部分、粉末自分散部分和粉末在線連續(xù)供給部分所組成。

所述氣流供給部分主要由壓縮機1、儲氣罐2、氣體過濾3、冷干機4、減壓閥7和33、截止閥8和32、流量計9和31、流量調(diào)節(jié)閥10、補氣管道34、補氣閥門30組成，為該氣溶膠發(fā)生裝置提供一定壓力和流量的穩(wěn)定氣源。

所述的氣流干燥部分由干燥筒體13、干燥劑36、均流孔板38、固定法蘭14和連接法蘭15組成，干燥劑13填充在干燥筒體內(nèi)，均流孔板安裝在干燥筒體側(cè)壁面的凸臺上，干燥筒體與鼓泡筒體通過法蘭密封連接。該部分主要對進入鼓泡流化筒體16的氣流進行干燥處理，防止粘性氣溶膠粉末吸水潮解，并出現(xiàn)凝聚板結(jié)的問題，同時該部分可以對氣體流量分配進行均化處理，以增強流化板41處鼓泡沸騰的均勻性。干燥筒體13下部的固定法蘭14與基座35通過螺栓連接，起到固定的作用。

所述的粉末沸騰流化部分由鼓泡筒體16、流化板41、沸騰流化筒體18和連接法蘭17組成。該部分中氣流通過流化板41以鼓泡的方式均勻的進入沸騰流化筒體，以便更均勻的騰化沉積在筒體18下部的氣溶膠，使氣溶膠粉末處于沸騰流化狀態(tài)，并對其進行攜帶；且所述的流化板為均勻致密的材料，為粉末的沸騰流化提供保證。

所述的粉末自分散部分由自分散孔板43、夾持法蘭19組成，通過夾持法蘭19固定分散孔板43，并安裝在氣溶膠發(fā)生器的出口位置。攜帶氣溶膠的氣體經(jīng)過自分散孔板處加速，高速氣流對氣溶膠會產(chǎn)生沖擊作用，從而將球塊狀的氣溶膠團打散；

所述粉末在線連續(xù)供給部分主要由儲料容器20、閥門21、進料斗22、供料器26、平衡氣壓閥門25、排氣閥門24、兩個下料閥門23和27、高坡度過渡段29、多孔均氣板28組成，實現(xiàn)高壓下的在線連續(xù)供粉的功能。儲料容器位于進料斗上方，進料斗連通供料器，供料器連通高坡度供料過渡段，進料斗與供料器之間安裝第一下料閥門，供料器與高坡度供料過渡段之間安裝第二下料閥門，供料器上安裝兩根管，兩根管上分別安裝排氣閥門和平衡氣壓閥門，高坡度供料過渡段與沸騰流化筒體連通。氣溶膠發(fā)生器整體的固定法蘭通過螺栓連接在基座上。且所述平衡氣壓閥門所在氣路與主筒體上部連通。

所述的兩個下料閥門23和27，能夠使供料器26分別與外界環(huán)境、氣溶膠發(fā)生裝置主體隔離，同時結(jié)合平衡氣壓閥門25、排氣閥門24的交替使用，使得在氣溶膠發(fā)生裝置正常運行過程中，粉末樣品能夠進入進料斗，并順利通過供料器進入高坡度供料過渡段，實現(xiàn)在線不間斷向氣溶膠發(fā)生裝置供粉的功能。

所述的多孔均氣板28上均勻分布著大量直徑相同的小孔，用來加速氣流，高速氣流的攜帶作用為粉末的流化提供必要的剪切力，減小初裝粉末的聚團，使得粉末在高坡度供料過渡段內(nèi)完成初級流化。

所述的儲料容器、進料斗、供料器下部錐體母線與水平方向的夾角均大于粉末的休止角，所述的高坡度供料過渡段29與水平方向夾角大于粉末樣品的休止角，避免部分粉末樣品在該區(qū)域大量滯留。

所述的自分散孔板43的孔徑既要滿足具有較高流速以分散氣溶膠球塊，又要避免高濃度氣溶膠氣體堵塞的要求。自分散孔板43利用法蘭19夾持緊固，這樣可以根據(jù)不同氣溶膠配送濃度的需求，對自分散孔板43進行更換。

所述的均流孔板38和流化板41分別由干燥筒體13、鼓泡筒體16和沸騰流化筒體18的側(cè)壁面凸臺采用面接觸的方式進行密封。

所述的干燥筒體13、鼓泡筒體16和沸騰流化筒體18均安裝有接地接頭37、39、42，且接地接頭均與內(nèi)壁面連通，以防止氣溶膠發(fā)生器內(nèi)部積累靜電而影響氣溶膠流化，造成過多的氣溶膠吸附于壁面上。

所述鼓泡筒體安裝有探針式濕度計40，測量端位于筒體軸線位置，實時測量干燥處理后的氣體濕度，并根據(jù)測量結(jié)果決定是否更換新干燥劑。

所述的均流孔板38孔徑小于干燥劑最小顆粒直徑，防止干燥劑進入均流孔板孔口造成流量分配不均，并造成鼓泡筒體內(nèi)擁塞。

所述沸騰流化筒體18頂部采用流線型設(shè)計，且內(nèi)壁面有光滑的涂層，具有較高的壁面光潔度，這樣既可以防止氣體流動存在滯留區(qū)，造成氣溶膠滯留，也能防止壁面粗糙造成的顆粒沉積，從而提高整體氣溶膠發(fā)生效率。

所述的流化板41孔徑致密，且孔陣分布均勻，保證流化均勻并防止氣溶膠樣品滲入流化板中，堵塞流化板從而影響流化板使用率。

所述的氣體過濾器3能過濾氣體中的雜質(zhì)，以防止雜質(zhì)堵塞部分均流板中孔口造成流量分配不均或進入流化段堵塞流化板。

所述的冷干機4對氣流進行初步除濕處理，可以延長干燥段內(nèi)干燥劑的使用周期和進入沸騰流化段空氣的干燥程度，避免氣溶膠吸濕結(jié)塊。

所述的主氣管路和補氣管路上均安有減壓閥、調(diào)節(jié)閥、截止閥和流量計，通過適當調(diào)節(jié)可以產(chǎn)生滿足實際要求的穩(wěn)定氣量。

本發(fā)明的基本工作原理如下：

如圖1所示，其所述的氣流供給部分的工作原理是：使用時開啟壓縮機，將工作氣體壓縮到儲氣罐2中，儲氣罐2起到緩沖壓力的作用，保證以穩(wěn)定壓力進行供氣。從儲氣罐2中流出的工作氣體進入到氣體過濾器3，對工作氣體中的雜質(zhì)進行過濾，避免雜質(zhì)堵塞均流孔板和流化板，以及對氣溶膠樣品的污染，且所述的均流板和流化板之間形成氣腔。過濾后的氣體進入冷干機4進行第一級干燥，大部分水分在冷干機中去除，保證下游干燥劑有較長的使用周期并提高氣體的最終干度。得到的純凈、干燥的氣體分別進入補氣管路34和主氣管路5。調(diào)節(jié)減壓閥7、流量調(diào)節(jié)閥10使載氣流量和壓力滿足要求，從而為氣溶膠發(fā)生裝置提供穩(wěn)定的氣源。

如圖1、圖2所示，所述的粉末干燥和沸騰流化部分的工作原理是：工作氣體首先進入干燥筒體13并與放置在干燥筒體內(nèi)部的干燥劑36充分接觸，干燥的工作氣體可以有效防止氣溶膠受潮結(jié)塊，從而更利于氣溶膠被氣體攜帶。隨后經(jīng)過均流孔板38，以便均化氣體在筒體橫截面上流量，均流孔板38和流化板41之間的空隙保證經(jīng)過均化孔板的氣流完成均化分配過程。所述的均流孔板孔徑大小同一，孔陣排列分布均勻，保證出氣均勻且流動阻力小，均流孔板38孔徑要小于干燥劑最小顆粒直徑，防止干燥劑36堵塞部分均流孔板孔口，造成流量分配不均。流量分配均勻的氣流進一步經(jīng)過流化板41的流化作用，從流化板41內(nèi)氣流以鼓泡的方式流出，在整個筒體橫截面上分布非常均勻，使得橫截面上氣溶膠的騰化作用均勻，避免出現(xiàn)得不到騰化作用的死角出現(xiàn)，使沸騰流化筒體18內(nèi)的氣溶膠始終保持流化狀態(tài)，有利于氣溶膠配送的均勻性和穩(wěn)定性。流化板41的孔口致密且均勻，保證均勻流化的同時避免沸騰流化筒體18內(nèi)的氣溶膠滲入流化板41，而造成流化板堵塞和氣溶膠樣品進入上游管段。均流孔板37和流化板41分別由干燥筒體13、鼓泡筒體16和沸騰流化筒體18側(cè)壁面凸臺夾持固定，從而保證良好的密封性和可拆卸性。經(jīng)流化后的氣體在沸騰流化筒體18的下半段產(chǎn)生均勻騰化作用，沸騰流化的氣溶膠與氣流均勻地混合在一起，并流出氣溶膠發(fā)生器。沸騰流化筒體18頂部為流線型設(shè)計，且具有較高的壁面光潔度，保證了載帶氣溶膠的氣流均勻流出氣溶膠發(fā)生器，防止出現(xiàn)滯留區(qū)而使氣體所攜帶氣溶膠分離而影響整體的氣溶膠配送濃度。干燥筒體13、鼓泡筒體16和沸騰流化筒體18分別接有連接各自內(nèi)壁面的接地端口37、39、42，可以通過接地端口導出筒體內(nèi)部形成的靜電，避免靜電吸附氣溶膠，而影響氣溶膠發(fā)生效率。鼓泡筒體通過螺紋連接探針式濕度計40，濕度計測量段位于鼓泡筒體16軸線位置，可實時測量經(jīng)干燥處理后的氣體濕度，方便及時判斷是否應(yīng)更換干燥劑。

如圖2所示，所述的粉末自分散部分的工作原理是：從沸騰流化筒體流出的含有氣溶膠的氣體經(jīng)過自分散孔板，氣體由于流通面積減小而流速迅速升高，被攜帶的氣溶膠樣品顆粒由于慣性作用流速較低，因此，氣溶膠顆粒和氣體形成很高的速度差。高速度差會增大氣體對氣溶膠顆粒的沖擊和剪切作用，從而自動將所攜帶氣溶膠中較大的球塊打散，從而達到產(chǎn)生細小、均勻氣溶膠配送的目的。

如圖1所示，所述的粉末在線連續(xù)供粉部分的工作原理是：供料器分別通過排氣閥門24、平衡氣壓閥門25與外界環(huán)境和發(fā)生裝置主體相通，同時，供料器26通過上下兩個閥門23、27分別與進料斗22和高坡度供料過渡段29相連，而高坡度供料過渡段29則通過焊接方式與沸騰流化筒體18連接；當氣溶膠發(fā)生裝置運行時，下料閥門23、排氣閥門24處于關(guān)閉狀態(tài)，下料閥門27、平衡氣壓閥門25處于開啟狀態(tài)，使供料器與外界環(huán)境隔離，而與沸騰流化筒體內(nèi)部相同，從而使供料器內(nèi)的粉末靠重力作用落入高坡度供料段。同時，來自補氣管路34的氣體經(jīng)多孔均氣板28使得氣流加速，高速氣流的攜帶作用為粉末的充分流化提供必要的湍流和剪切力，減小粉末的聚團現(xiàn)象。使得落入高坡度供料過渡段29內(nèi)的大部分粉末在未落入到流化板38之前，就在高坡度過渡段內(nèi)完成初級流化。當該氣體溶膠發(fā)生器需要添加氣溶膠粉末時，打開閥門21，并依次關(guān)閉下料閥門23和平衡氣壓閥門25，然后打開排氣閥24，使供料器26內(nèi)的壓力釋放至環(huán)境壓力，之后關(guān)閉排氣閥門24，打開下料閥門23，進料斗22中氣溶膠粉末靠重力落入供料器26中，之后，關(guān)閉下料閥門23，依次打開平衡氣壓閥門25和下料閥門27，供料器26內(nèi)的粉末在平衡壓力和補充氣流的共同作用下進入沸騰流化筒體18內(nèi)，從而實現(xiàn)粉末在線不間斷向發(fā)生裝置供給的過程。

綜上，本發(fā)明由于氣流干燥段與沸騰流化板的獨特設(shè)計，使粉末可以在流化板處鼓泡氣流的作用下處于流化狀態(tài)；在自分散段內(nèi)，部分成團粉末在高速氣流的作用下進一步被分散，有效地解決了粘性粉末的聚并成團、振動結(jié)塊以及吸水潮解等問題，有效避免了氣溶膠粉末供給過程中存在的顆粒不均和出粉不連續(xù)等問題的出現(xiàn)，保證了氣溶膠粉末的均勻連續(xù)供給。