锅炉尾部90°弯曲烟道内液滴蒸发特性优化分析

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目前,国内外燃煤电厂烟气脱硫系统几乎都采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺,该工艺需要定期排放一定量的脱硫废水,常采用中和、沉淀、絮凝以及浓缩澄清的物理化学处理方法,但水中的氯离子无法去除。近些年,随着环保排放要求的提升,提出了脱硫废水喷雾蒸发技术,满足了当前燃煤发电行业节能减排的需求,能实现脱硫废水的零排放。首先,基于脱硫废水喷雾干燥技术建立了数学模型,以锅炉尾部90°弯曲烟道为模型,研究烟道结构、液滴参数、烟气性质以及喷嘴喷液量对液滴蒸发特性的影响。结果表明,90°直烟道上半部分极易出现漩涡及二次流,致使烟道内部速度场很不稳定,烟道内外壁面有着很大的速度差,而锅炉尾部90°弯曲烟道内部烟气场较为稳定;液滴粒径对于液滴蒸发时间的影响最为显著,其次为烟气温度,烟气速度、液滴速度以及喷液量对液滴蒸发时间和液滴蒸发距离的影响很小;其次,通过研究液滴群的蒸发特性,分析在何种条件下雾化液滴群蒸发效率最高,定性研究了烟气温度、液滴粒径以及气液速度对于最佳喷液量的影响。结果表明,不同烟速条件下,液滴蒸发时间随废水喷液量的增加前期增加缓慢后期急剧上升的趋势,最佳喷液量即曲线斜率的最大值随烟气速度的变大而增加;不同烟气温度条件下,雾化液滴蒸发时间随着喷液量的递增而迅速变长,最佳喷液量随烟气温度的升高而逐渐减小;不同液滴粒径条件下,液滴完全蒸发时间随着喷液量的增加而增加,最佳喷液量随液滴粒径的变大逐渐变大;不同液滴速度条件下,液滴完全蒸发时间随喷嘴喷液量的增加而迅速增加,对同一喷液量随液滴速度的增加液滴完全蒸发时间缓慢减小。最后,定量分析对于某一烟气量,能够完全蒸发的废水流量以及蒸发完全这些废水所需的时间,并且基于前人研究的基础上对单颗粒液滴蒸发过程进行假设,深入分析单颗粒液滴蒸发过程中液滴质量及液滴质量分数的变化规律。结果表明,定量分析本例研究的烟气量能够完全蒸发的废水量为6280kg/h,烟气温降为3.8℃,蒸发安全时间为1s。液滴蒸发过程可分为三个阶段,即加热阶段、蒸发阶段及沸腾干燥阶段。加热阶段液滴温度小于液滴表面蒸发温度,液滴与烟气之间只有传热;蒸发阶段液滴保持蒸发温度不变,液滴蒸发速度很快,液滴质量迅速减少;而沸腾干燥阶段,液滴内部水分极少,颗粒间距很小液滴蒸发困难,直至最后液滴内部水分完全蒸发,剩余少量的固体杂质混合物,其质量分数为1.82%。
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