脱硫废水液滴在燃煤电站高温烟道中蒸发特性的数值模拟研究

作     者：郑相雨 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊桂龙

授予年度：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：液滴蒸发 高温烟道 飞灰 不可溶物 盐分 

摘      要：为减少煤炭燃烧产生的NOx,SO2和细颗粒物,燃煤电站基本采用湿法烟气脱硫技术,该技术在应用过程中会产生大量成分复杂的脱硫废水,需要经过处理后才能外排。而脱硫废水处理技术中烟道蒸发技术应用前景和发展空间广阔,因此研究脱硫废水液滴的蒸发特性具有重要意义。但现有研究大多忽视飞灰颗粒、悬浮物和溶解性固体的影响,基于此本文对已有的蒸发模型进行了改进,并且考察了上述因素分别对脱硫废水液滴蒸发过程的影响规律。 首先,根据是否考虑纯水液滴内部的温度梯度,分别建立了无限热导率模型和抛物线模型,将抛物线模型的预测结果和实验数据进行了对比,同时研究了烟气和液滴流速对液滴蒸发特性的影响以及两种数学模型间的区别,结果表明:实验数据中液滴内部温度分布的拟合曲线可近似为抛物线,液滴蒸发速率随时间的变化情况与模拟结果吻合;当液滴与烟气流速相反以及液滴和烟气均静止时,改变烟气和液滴流速对液滴的蒸发特性几乎没有影响;当液滴保持静止、烟气速度恒定时,随着烟气流速增大,完全蒸发时间减小;在进行液滴蒸发的数值模拟时,可用无限热导率模型代替抛物线模型来简化运算。 然后,探讨了烟气中飞灰颗粒与纯水液滴碰撞的结果,在建立的理论模型基础上,通过数值计算分析了表面粘附飞灰颗粒时液滴的蒸发特性,同时研究了飞灰粒径、液滴粒径、液滴流速和脱硫废水流量对液滴热质传递的影响,结果表明:随着飞灰或液滴粒径增大,液滴表面粘附的飞灰数目增多,当飞灰或液滴的粒径达到一定值后,第二阶段将形成稳定壳层;当飞灰粒径较小时,液滴的初始流速对液滴蒸发特性几乎不产生影响;脱硫废水流量为7m3/h时单液滴表面粘附的颗粒数目最多,脱硫废水流量为9m3/h时次之,脱硫废水流量为5m3/h时最少,且随着液滴表面粘附的颗粒数目增多,形成壳层所需时间减小。 最后,分别针对含不可溶物的液滴和含可溶盐的液滴在高温烟道内的蒸发特性进行了研究,结果表明:随着液滴初始温度增大,形成稳定壳层所需的时间减小,完全蒸发时间减小;随着液滴初始粒径增大,液滴吸热量和蒸发速率均增大,形成稳定壳层和完全蒸发所需的时间也增大;随着烟气温度增大,液滴平衡温度增大,完全蒸发时间减小;随着烟气的相对湿度增大,液滴平衡温度和完全蒸发时间均增大;随着不可溶物浓度或粒径增大,形成稳定壳层所需时间减小,完全蒸发时间也减小,蒸发结束后的吸热量、温度和蒸发速率均增大;当液滴中分别含有Ca CO3、Ca SO4与煤灰时,含有煤灰的液滴形成稳定壳层所需时间最长,完全蒸发时间也最长,蒸发结束后的吸热量、温度和蒸发速率均最小;固体颗粒物壳层对含不可溶物液滴蒸发过程的传热传质有明显的促进作用,而盐壳层则对含可溶盐液滴蒸发过程的传热传质影响较小。