燃煤电站脱硫废水烟道蒸发特性的数值模拟研究

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燃煤电站产生的脱硫废水,其水质复杂,痕量元素种类较多,盐分浓度较高。随着环保标准的日益严格,目前已有的传统处理方法难以满足排放要求;烟道蒸发是一种具有良好应用前景的脱硫废水近零排放处理技术,该技术的关键是要保证脱硫废水液滴在高温烟道内完全蒸发,因此,本文针对脱硫废水在高温烟道气中的蒸发特性进行研究。
  首先,基于传热传质理论和液滴内部温度分布的抛物线模型,建立了单个纯水液滴在高温烟道气中蒸发的理论模型;数值预测了液滴温度、液滴粒径等随时间的变化规律,分析了单液滴蒸发过程中的热质传递规律;结果表明:在液滴蒸发过程中,液滴内部温度分布可采用抛物线模型近似,其非正规加热时间较短可以忽略不计;脱硫废水在烟道中蒸发时,烟气流速不宜过大。与液滴自身的温度相比,烟气温度对液滴蒸发过程热质传递的影响更明显。
  然后,基于单液滴蒸发的理论模型,建立了液滴群在高温烟道气中蒸发的理论模型;研究了烟气温度、烟气湿度、液气比、废水处理量等对液滴群蒸发特性的影响;结果表明:与液滴自身温度相比,烟气温度对液滴群蒸发特性的影响更为明显;随着液气比增大,烟气降温增大,液滴蒸发时间增大,蒸发结束后烟气相对湿度增大;烟气的相对湿度增大,烟气降温减小,液滴群完全蒸发时间先减小后增大;燃煤电厂可利用高温烟道气蒸发处理完脱硫过程中产生的脱硫废水,蒸发处理后的烟气温度仍高于酸露点温度。
  其次,分别针对含可溶性盐的脱硫废水与含不溶性盐分的脱硫废水蒸发过程的热质传递规律进行了研究,结果表明:液滴表面形成的盐壳层,虽然增加了液滴传质阻力,但增大了液滴与高温烟气的对流换热面积,并可避免内部具有腐蚀性的脱硫废水与烟道及相关设备的直接接触;脱硫废水中的盐份密度越小,废水液滴蒸发所需时间越短。
  最后,对含可溶性盐和不可溶性盐共存的脱硫废水液滴蒸发过程的热质传递特性进行了研究,并研究了液滴中可溶性盐与不可溶性盐的比例对脱硫废水液滴蒸发特性的影响,研究结果表明:当盐浓度分布在临界饱和浓度线下方时,含盐液滴蒸发过程中会形成盐壳层;当盐份浓度分布在临界饱和浓度线上方时,不会形成盐壳层;与液滴中的不可溶性盐份相比,可溶盐份对脱硫废水蒸发特性的影响更为明显;不可溶性盐分的存在对可溶盐的结晶析出和盐壳层的厚度有较大的影响。
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