基于烟道喷射蒸发的脱硫废水处理数值模拟研究

针对脱硫废水在烟道内的喷射过程,通过计算流体动力学（CFD）进行数值模拟,研究了烟气性质与操作参数对废水蒸发过程的影响.结果表明：随着烟气温度的升高,液滴蒸发时间逐渐降低,完全蒸干距离缩短;当烟气流速增加,蒸发时间逐渐减小,但完全蒸干距离先减少后增加,流速为5m/s时,废水液滴的完全蒸干距离最近;随着液滴粒径的增加,液滴的完全蒸发时间明显变长,流场内相对低温区域范围扩大;当喷射速度由20m/s升高至60m/s过程中蒸发时间由约0.21s下降至0.16s,但随烟气流速增加,其减少蒸发时间的作用减弱.该模拟结果可以为废水烟道喷射技术的相关工程应用提供优化设计方案和运行指导.     

受限空间小型急冷塔内喷雾蒸发的数值模拟

针对受限空间内小型急冷塔冷却水蒸发过程,运用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,基于涡壳进气型急冷塔研究了喷嘴雾化粒径、喷射速度、喷射角度等喷嘴运行参数对急冷塔内蒸发过程的影响机制。结果表明:随着液滴粒径的增大,液滴蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均随之显著上升,粒径由40 μm增大至80 μm时蒸发时间增加了293%;当液滴喷射速度增加时,液滴的蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均有所下降,但增大至一定程度后其影响作用减弱;随着液滴喷射角度的增大,液滴蒸发时间及轴向蒸发距离减小,而径向蒸发距离无显著变化。因此,在急冷塔尺寸受限时选用70 μm以下的小雾化粒径喷嘴能够直接有效提升急冷塔的运行安全性。同时,与均匀进气型急冷塔相比,采用涡壳进气型急冷塔以及喷嘴成切圆布置方式能够在急冷塔上部形成湍流强化区域,喷嘴雾化粒径为80 μm时,轴向安全裕度可提升7%。该模拟结果可为小型化急冷塔的工程应用提供优化设计方案与运行指导参考。     

燃煤电厂烟气环境下脱硫废水液滴蒸发特性的研究

通过理论分析和数学模型研究了烟道喷雾蒸发技术脱硫废水液滴在烟气环境中的运动、受热和蒸发过程中的传热传质特性,考察了烟气速度、温度和液滴粒径等对液滴蒸发特性的影响规律。结果表明:烟气速度越大,液滴初速度对液滴运动速度的影响越小;气液初始相对速度越大,液滴完全蒸发时间越短;烟气温度是影响废水蒸发时间的关键参数,在不影响锅炉效率的前提下适当提高锅炉尾部烟气温度有利于喷雾蒸发技术的实现。在本文研究的烟气环境和液滴条件下,液滴无量纲完全蒸发时间与烟气温度呈指数递减关系。     

正丁醇/柴油复合燃烧对轻型柴油机排放的影响

通过在一台轻型柴油机上加装低压共轨实现在进气歧管上的正丁醇喷射,喷射压力恒定为0.35 MPa;柴油采用缸内直喷,喷射压力恒定为120 MPa;采用自主开发的电控单元(ECU)分别控制柴油与正丁醇的喷射,实现正丁醇/柴油复合燃烧.试验研究了在2800 r·min~(-1)不同负荷下正丁醇喷射量对排放量及颗粒物粒径分布的影响.结果表明:随正丁醇喷射量增加,NO_x和碳烟排放减少,高负荷时降低幅度较大;HC和CO排放增加,低负荷时增加幅度较大;颗粒物生成总量降低且粒径分布重心左移;低负荷时相比于大粒径颗粒物,正丁醇对小粒径颗粒物数浓度的减少更明显;大粒径颗粒物减少比例与小粒径颗粒物减少比例的差距随正丁醇喷射量的增加而减小.     

烟气脱硫脱硝流化床反应器中喷枪设计的模拟与优化

为优化循环流化床半干法脱硫脱硝反应器喷枪布置形式，以某火电厂的循环流化床同时脱硫脱硝反应塔为研究对象，对其高压水喷枪布置形式进行模拟研究。通过模拟和实际运行相结合的研究方式，得到了更合理的喷枪布置形式:喷枪数量选择4只且呈环形布置；喷枪头伸入距离为0.5~0.7 m，同时保证喷雾最大液滴粒径<150 μm，以此保证液滴在反应器内的均匀分布及液滴的完全蒸发，实现循环流化床半干法反应器的平稳运行及高效脱硫脱硝。     

燃煤PM2.5相变脱除实验研究

实验研究了添加蒸汽和雾化水2种不同烟气调节方式下,操作参数对燃煤可吸入颗粒物凝结长大脱除特性的影响.用电称低压冲击器(ELPI)实时测量脱除前后颗粒数浓度和粒径分布情况.结果表明,蒸汽在颗粒表面凝结能有效促进燃煤PM2.5的脱除;颗粒的分级脱除效率随粒径的增大呈上升的趋势,特别是对于粒径<0.3 μm的颗粒,当蒸汽添加量为0.1 ks/m3,随粒径从0.03μm增加到0.3μm,脱除效率提高了60%以上;添加蒸汽时,脱除效率与调节室入口烟气温度无关;而添加雾化水,脱除效率则随调节室人口烟气温度的升高而显著增大,温度从136℃升高到256℃,脱除效率提高了30%以上.烟气温度较高时,利用雾化液滴的蒸发能替代添加蒸汽实现燃煤PM2.5的高效脱除.     

燃煤PM2.5相变脱除实验研究

实验研究了添加蒸汽和雾化水2种不同烟气调节方式下,操作参数对燃煤可吸入颗粒物凝结长大脱除特性的影响.用电称低压冲击器（ELPI）实时测量脱除前后颗粒数浓度和粒径分布情况.结果表明,蒸汽在颗粒表面凝结能有效促进燃煤PM_2.5的脱除;颗粒的分级脱除效率随粒径的增大呈上升的趋势,特别是对于粒径<0.3 μm的颗粒,当蒸汽添加量为0.1 kg/m³,随粒径从0.03　μm增加到0.3　μm,脱除效率提高了60%以上;添加蒸汽时,脱除效率与调节室入口烟气温度无关;而添加雾化水,脱除效率则随调节室入口烟气温度的升高而显著增大,温度从136℃升高到256℃,脱除效率提高了30%以上.烟气温度较高时,利用雾化液滴的蒸发能替代添加蒸汽实现燃煤PM_2.5的高效脱除.     

蓬莱19-3原油水下溢油的模拟实验

把握水下溢油时油滴粒径的分布规律是研究溢油行为和归宿的前提,也是水下溢油事故有效应急处置的重要依据。本研究采用自制的1 m×1 m×2 m（长×宽×高）的水下溢油模拟实验装置开展蓬莱19-3原油的水下溢油模拟实验,以油滴体积分布和油滴体积中值粒径为考察指标,评估了水下溢油喷口直径和喷射速度对油滴破碎形成的油滴粒径分布的影响。结果表明,不同粒径油滴体积分布总体上表现为低于100 μm和高于700 μm的油滴粒径体积占比较小,油滴粒径分布主要集中在100 μm~700 μm之间,体积比最高点位置根据喷射条件的不同而有所偏移。喷口直径保持不变时,随着喷射速度增大,小粒径油滴所占体积逐渐增大,大粒径油滴体积比减小。油滴体积中值粒径随喷射速度的增加而减小,相对体积中值粒径与喷射流量经对数变换后呈线性相关关系。本研究结果可为水下溢油行为轨迹的预测提供重要依据。     

喷泉产生的细菌气溶胶空间分布特性

为阐明喷泉产生的细菌气溶胶空间分布特性,利用大肠杆菌NK5449作为试验菌株,通过喷泉喷洒试验,使用安德森六级空气采样器采集喷泉周围空间的细菌气溶胶,研究各级细菌气溶胶的浓度和粒径分布特征和变化规律,并分析其与液滴直径的相关性.结果表明,在高度0.75~1.75 m,距离喷头0.5~3 m的范围内,细菌气溶胶总浓度在(38±15)~(676±92)CFU·m-3之间,并随着高度的增加和与喷头之间水平距离的增大而逐渐降低,且与液滴直径呈显著负相关(P0.05);随着与喷头水平距离的增大,粒径大于4.7μm的细菌气溶胶粒子所占比例出现先降后升的变化趋势;而粒径在2.1~4.7μm之间的粒子所占比例则是先升后降.与喷头水平距离0.5 m以外的各点,细菌气溶胶粒子的粒径大都集中在1.1~4.7μm范围内.距离喷泉较远处的人吸入小粒径细菌气溶胶的风险不容忽视.     

基于旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放技术在火电厂的应用

在河南焦作某电厂2×350 MW机组脱硫废水烟气余热蒸发零排放工程的运行基础上,进行工艺的优化与改进,创造性地引入旁路烟道蒸发系统:在SCR脱硝装置后、空气预热器前引出少量高温烟气(烟温在330~350℃)至旁路烟道系统;旁路烟道出、入口通过电动隔离挡板实现与主体烟道的隔离;旁路烟道入口加设电动调节挡板以调节烟气的流量、流速;旁路烟道内设置高效双流体雾化喷嘴,雾化液滴与引入的高温烟气进行迅速传质、传热,实现液滴的高效蒸发;旁路烟道出口连接在空气预热器后、除尘器前的烟道上,蒸发后的结晶物随烟气在除尘系统得到去除,水蒸气在脱硫塔被冷凝后间接补充脱硫工艺用水,最终实现了脱硫废水零排放,且对电厂原有系统影响较小。     

蒸发冷却器积灰、湿灰问题影响因素研究

转炉一次干法除尘蒸发冷却器在长时间运行后容易出现筒壁积灰和粗粉尘潮湿问题。为了探索喷枪的雾化粒径、喷射速度、角度布置间隔、安装高度等因素对积灰、湿灰问题的影响趋势,进而对喷枪的选型、角度布置间隔、安装高度等参数的精细化选取提供依据,通过CFD软件模拟各参数变化对蒸发冷却器内烟气流动状态的影响趋势。发现在蒸发冷却器和喷枪布置空间受限的情况下,采用如下措施可有效避免积灰、湿灰问题:1)选择雾化粒径较小的喷枪;2)保证喷枪水压和雾化气体压力、流量的充足供应;3)末段烟道外侧喷枪采用密集布置形式;4)喷枪应尽量偏末段烟道直筒段下部布置。     

活性污泥与消化污泥的脱水特性及粒径分布

对活性污泥和消化污泥的脱水特性和粒径分布进行了研究,分析了2种污泥胞外聚合物（EPS）含量的差异以及生物相的变化特征和机理.结果表明,表征脱水性能好坏的毛细吸收时间（CST）,新鲜活性污泥为9.84 s,消化污泥增加到607.5 s,消化污泥固体颗粒从悬浮液分离所需的时间变长,脱水性能变差.其原因一方面是消化过程使EPS中蛋白质和多糖降解,另一方面是大大降低了消化污泥中原生动物数量,减少了促进微生物凝聚的EPS物质向污泥中的释放.消化污泥EPS含量为123 mg/g（以干污泥计,下同）,比EPS含量为540 mg/g的活性污泥减少了77%.EPS的降解使较大的污泥颗粒分解成较小的污泥颗粒,活性污泥占体积最大的颗粒粒径是133 μm,消化污泥下降到44.6 μm,活性污泥的平均粒径是132.6 μm,消化污泥仅为70.48 μm,结果导致消化污泥脱水性能变差.     

复合喷动塔内蒸发特性的数值模拟与实验研究

分析了描述喷动塔内气液流动、雾化、蒸发、碰壁的数学模型,运用上述模型模拟脱硫塔内蒸发特性,得到了入口介质条件对塔内蒸发特性及液相水含量的影响,通过与实验值比较验证了模型的可靠性。模拟结果表明:液滴蒸发强度呈现先升高后降低趋势,在距离喷嘴300 mm处达到最大值;在一、二级塔体交界处,由于受多级喷动结构影响,液滴蒸发速率明显升高;液滴截面质量流率沿塔体轴向逐渐降低,在1 500 m处基本蒸发完毕;蒸发强度与喷嘴雾化压力呈非单调关系,烟气温度和含湿量对一级塔内液态水含量有3倍~5倍的影响;数值模拟结果与实验值基本一致,可以作为研究塔内液滴蒸发特性的有效工具。     

脱硫废水烟道蒸发零排放技术简介

脱硫废水水质恶劣,成分复杂,是燃煤电厂产生的重要污染物,其零排放的实现对环境保护具有重要的意义。本文对目前的脱硫废水烟道蒸发零排放技术进行了系统总结,按照蒸发热源的不同将其分为低温烟道蒸发技术和高温烟道旁路蒸发技术,分析了其特征和主要优缺点。其中低温烟道蒸发技术运行风险较大,在国内火电机组长期低负荷运行的背景下不宜推广;高温烟道旁路蒸发技术蒸发效果好,安全可靠,具有更大的推广价值,将来可从降低煤耗、电耗、缩小设备体积、简化工艺流程等方向做出进一步的完善。     

基于多种测试平台喷雾粒径特性实验研究

目的 研究平台环境差异对喷雾液滴粒径造成的影响。方法 分别在喷嘴测试台、直流吸气式风洞、闭口回流式结冰风洞等3种测试平台上开展喷雾液滴粒径测量,并将测量结果进行对比分析。结果 各平台喷雾dMVD随水气压变化的规律性都较好,dMVD随着水压的增大而增大,随着气压的增大而减小。对于dMVD≤30 μm的工况,3种测试平台的dMVD测量结果接近,但粒径分布存在差异。对于dMVD>30 μm的工况,直流吸气式风洞和闭口回流式结冰风洞喷雾的dMVD都比喷嘴测试台大,粒径分布向大颗粒方向偏移。结论 气流温度、速度、环境湿度、湍流度以及平台构型等环境因素均对喷雾液滴粒径产生影响,多因素耦合作用使得闭口回流式结冰风洞液滴的蒸发、碰撞合并、破碎等行为都更强烈,从而造成了其与喷嘴测试台、直流吸气式风洞喷雾的粒径特性存在差异。     

长江口海域悬浮物的粒度特征与成因分析

利用现场激光粒度仪(LISST-100X C型),在不扰动天然细颗粒泥沙絮凝体的情况下,于2008年7月在长江口海域测量了24个站位不同层次悬浮絮凝体的粒径分布和体积浓度.结合同步测得的海水温度、盐度和浊度数据,得出了长江口海域悬浮物的粒度特征并进行了成因分析.长江口观测海域悬浮物的平均中值粒径为4.69φ,粒级分布具有分选较差、峰态宽、近对称的特征.悬浮絮凝体的垂向平均体积含量随离岸距离的增加而显著降低,而中值粒径却具有增大的趋势;在31.0°N断面,平均中值粒径从11μm增加到了60μm.随着离岸距离的增加,细颗粒悬浮泥沙的含量显著降低,而一些粒径较大的生物体或大粒径絮凝体的含量相对增多,造成了中值粒径的明显增大.本次观测所得的有效密度在246~1 334 kg/m3之间,平均为613kg/m3.当悬浮物含量较高时,由于大絮凝体比小絮凝体的沉降速度快,大絮凝体有效密度小于小絮凝体,从而导致悬浮物的中值粒径随水深的增大而明显增大,絮凝体有效密度随水深的增加而减小;37和44站有效密度与中值粒径的相关系数均在0.9以上.     

崇明东滩表层沉积物中7Be活度的粒度效应

本文于2010年7月至2011年2月期间,每月于长江口区域崇明东滩的高、中、低不同潮滩采集表层沉积物样品,利用水淘选原理和沉积物分级装置进行粒度分级,获得从粗到细的A、B、C、D四种不同粒径大小（>63 μm、32~63 μm、16~32 μm以及8~16 μm）的样品组分及其相应的7Be活度。研究结果表明:粗粒级部分的含量随着离岸距离的增加而增高;细粒部分则反之。粒度由细到粗,7Be活度呈降低趋势。对分级后样品的粒径（φ单位）与7Be活度值做相关性研究发现,高、中潮滩沉积物7Be核素活度受降水影响大于低潮滩沉积物。相较于中低潮滩,位于高潮滩的14#站位,7Be活度与平均粒径的相关性最差。7Be活度和平均粒径相关性的季节性差异不甚明显。本研究结果表明,在利用7Be研究河口海岸区域中季节时间尺度颗粒悬浮物的输运和沉积过程当中,应充分考虑粒度效应的影响。     

蒸发冷凝气溶胶多分散性对透过率测试的影响

为研究蒸发冷凝式气溶胶多分散性对滤料透过率试验的影响程度,分别测试了从低效到高效多种滤料在不同过滤速度、不同粒数中值粒径下的透过率。通过修正计算得到典型过滤速度下的真实透过率曲线,与试验透过率对比发现:最易穿透粒径全部位于0.1~0.3 μm;试验测得最易穿透粒径呈负偏差,与修正后的数值相对误差小,最大不超过1.5%;试验气溶胶多分散性导致的透过率误差极值出现在最易穿透粒径处,呈负偏差,低效滤料相对误差较小,极值最低为2.4%,高效滤料极值最大约为10%。因此,在最易穿透粒径范围附近,蒸发冷凝式单分散试验气溶胶测出的最易穿透粒径和透过率是真实有效的。     

烟道蒸发脱硫废水零排放的优化应用研究

烟道蒸发脱硫废水是目前应用较广泛的脱硫废水零排放工艺。以嘉兴新嘉爱斯热电厂的烟道蒸发脱硫废水零排放工程项目为依托,从三方面对传统烟道蒸发工艺进行了优化研究:设置浓缩系统,进行低尘蒸发浓缩优化,将低尘热烟气作为热源大大降低了系统结垢、堵塞等风险,气水分道减轻了除尘器的湿度影响;模拟喷射区优化设备选型对喷射系统优化;设置自清洗过滤系统,增强了系统的可靠性和稳定性。通过对比分析了原水和浓水的品质、有无废水投运的除尘器灰的品质。结果表明:脱硫废水零排放优化工艺对除尘器入口的温降仅3～5℃,湿度增加0.25%;脱硫塔入口的温降为5～10℃,湿度增加1%;投加的废水导致了灰分中氯化物、氨氮、氧化钙等物质含量的增多,但不影响灰分二次回收利用的品质要求,废水工艺对原除尘脱硫系统的影响很小;经核算系统运行费用,每吨废水处理费用仅12.8元,价格优于常规的烟道蒸发工艺。该研究结果可为脱硫废水零排放工艺优化提供借鉴。     

新型脱硫废水雾化喷嘴流场特性的数值研究

为有效提高烟气处理脱硫废水的雾化效果,减少雾化液滴在烟道中蒸发时间,本研究建立了新型的脱硫废水雾化喷嘴数值计算模型,根据连续介质理论和气液两相的相互作用,对雾化喷嘴内部的气液两相流流动特性和雾化特性进行了数值研究。研究结果表明:数值模拟结果可以较好地反映喷嘴的工作性能特性,本雾化喷嘴可以较大范围的适应脱硫废水变化量的要求同时保证稳定的喷嘴出口液滴雾化要求,建议风道风速在最佳组合状态下,脱硫废水进口速度选取为6 m/s,为进一步提高喷嘴的工作性能打下基础。