燃煤电厂烟气环境下脱硫废水液滴蒸发特性的研究

       目前，燃煤电厂脱硫废水的处理主要采用传统的化学方法，但化学方法不仅成本高，而且不能去除高浓度的氯离子。近年来，锅炉尾气用于脱硫废水的喷雾蒸发处理受到越来越多的关注，国内外也有多项专利。处理方法是通过雾化喷嘴将脱硫废水喷入空气预热器和静电除尘器之间，通过烟气热蒸发水，废水中溶解的金属盐以固体颗粒的形式进入静电除尘器。S和烟尘，它们被电极捕获并与灰烬一起排放。但在这种方法中，脱硫废水的微小液滴喷入烟气后，必须在尽可能短的时间内完全蒸发，否则未完全蒸发的液滴会腐蚀烟气和除尘器。因此，本文重点研究喷雾蒸发技术的关键问题，即液滴的完全蒸发时间。首先，对喷雾蒸发技术中的烟气环境进行了研究。从理论上分析了液滴在加热和蒸发过程中的运动和传热传质特性。通过建立相应的数学模型，分析了烟气速度、温度、液滴大小和初始速度对液滴蒸发特性的影响。

1 实验内容

对锅炉尾部烟气大空间中低温低速烟气中脱硫废水雾化液滴的蒸发过程进行了数值研究。从某电厂某300mw机组的数据中提取烟气和液滴的温度参数。烟道中烟道气体滤清器前烟道温度为433k，流速为10m/s。脱硫废水的排放温度为323k。根据Aggarwals等人的研究结果，大气中的单组分替代液滴可以模拟两组液滴在广大区域的蒸发过程。烟气环境与大气环境十分相似。废水的液滴由微米固体颗粒和水组成。在加热过程中，只有组分水蒸发，所以水滴被用作火电厂脱硫废水溶液的替代品。锅炉尾端的烟气流量和温度受锅炉燃烧状态等一系列因素的影响。因此，烟气速度的研究范围扩大到-20m/s~20m/s，烟气温度的研究范围扩大到393k~453k。研究了烟气速度和温度对液滴蒸发的影响。表1显示了烟道气体和323k在393k至453k温度下水滴的物理特性。表2是具体温度条件下不同烟气速度对液滴蒸发特性影响的计算。

2 结果与讨论

2.1烟气速度对液滴蒸发特性的影响

2.1.1烟气速度对液滴速度的影响

图1显示直径为50μm、速度为50 m/s的水滴在不同烟气速度下随时间变化的液滴速度。从图中可以看出，液滴经历了一个减速过程，直到衰减等于烟气流量。烟气流速越大，液滴初始速度对液滴运动速度的影响越小，液滴速度越容易达到烟气速度，液滴达到烟气速度所需的时间越短。液滴在20 m/s时达到烟气速度所需的时间比10 m/s时的烟气速度短。因为当液滴突然进入烟气环境的相对速度时，速度会因阻力和重力的影响而逐渐降低，而烟气流速越大，液滴的质量越小，更明显的是液滴对电阻的影响。因此，液滴速度越容易达到烟气速度。

2.1.2烟气速度对平均液滴直径的影响

图2显示了在不同烟气速度下，直径为50微米、速度为50 m/s的水滴蒸发过程中，平均水滴直径随时间的变化。图A是整体图，图B是图A的局部放大图，从图A可以看出，在初始时间段内，液滴大小不随时间变化。大约0.006秒后，液滴大小随时间逐渐减小，直到达到零。

从图a中还可以得出，液滴中烟气速度随初始直径和速度的变化对液滴蒸发时间的影响不大。

从b图可以看出，四种工作条件下完全蒸发时间的差异在0.025秒范围内，即在初始直径和液滴速度恒定的条件下，气体和液体的初始速度对液滴完全蒸发时间的影响很小。

因为当液滴以相对速度放置在气体环境中时，由于阻力的影响，速度逐渐减小，液滴的速度在很短的时间内达到烟气速度。此时，强迫对流减弱，蒸发常数降低，液滴表面的蒸汽压力成为传质的蒸汽驱动力，决定了蒸发速率，并在相当长的时间内控制了液滴的蒸发速率。因此，对于具有一定初始直径和速度的液滴，烟气速度的变化对液滴的完全蒸发时间有影响。非常小。图A中的线(5)在气液相相对速度为50 m/s时采用非平衡蒸发法计算，本文采用平衡蒸发法计算线(1)～(4)。从以上分析可以看出，气体和液体的初始相对速度对液滴的完全蒸发时间影响很小，因此认为线(5)和线(1)～(4)具有可比性。从图中可以看出，线(5)和线(1)～(4)总体上是一致的，但随着液滴直径的逐渐减小，液滴直径随时间的变化趋势是不同的，因为非平衡蒸发计算方法认为液滴直径减小到一个很小的蒸发速率，蒸汽扩散速率是有限值。本文提出了平衡蒸发的计算方法，认为雾滴直径减小到很小的蒸发率，蒸汽扩散率为无穷大。为了详细了解第(5)行和第(1)～(4)行数据之间的差异，采用加权平均法计算第(5)行和第(1)～(4)行数据之间的定量差异。差为1.27E-4，说明计算结果与计算结果相差不大，可以在合理的范围内考虑。

2.2烟气温度对液滴蒸发特性的影响

2.2.1烟气温度对液滴温度的影响

研究了不同粒径的液滴在不同温度烟气环境下的蒸发特性。由于烟气温度环境的变化对液滴运动速度影响不大，针对粒径为50um的液滴，详细分析了烟气温度对蒸发过程中液滴平均温度和直径的影响。最后，分析了烟气温度对不同粒径液滴完全蒸发时间的影响。具体计算条件见表3。

图3显示了烟道气体环境中平均液滴温度随时间的变化，其直径为50μm，速度为50 m/s。如图3所示，当液滴进入高温烟气环境时，关键蒸发温度在较短的时间内达到，蒸发周期也较短。因为烟道气与液滴的温差越大，从烟道气到液滴的传热越强，液滴越容易达到相同的温度，所需时间越短。图中的1-4点表示液滴在不同温度的烟气环境下蒸发过程的结束。

2.2.2烟气温度对液滴平均直径的影响

图4显示了在不同温度和烟气环境下，直径为50 um、速度为50 m/s的水滴蒸发过程中，平均水滴直径随时间的变化。图4表明，在不同温度的烟气环境中，液滴直径随时间变化。烟气温度越高，液滴直径随时间变化越大，完全蒸发时间越短。由图4可以看出，433K烟气中液滴的完全蒸发时间约为453K烟气中液滴完全蒸发时间的1.5倍。393K烟气中液滴蒸发时间约为413K烟气中液滴蒸发时间的两倍。可以看出，在相同范围内，当烟气从较高温度下降到较低温度时，液滴的完全蒸发时间增加了不同倍数。

为了更好地了解烟气温度对液滴充分蒸发时间的影响，在50m/s的速度下直径为20μm、50μm和80μm的液滴在393k、413k、433k的温度下，和453k，分别。研究了10m/s烟气环境中的蒸发过程，以393k烟气环境中液滴的全蒸发时间为基准tp393k，并将tp/tp393k定义为无量纲全蒸发时间。理论计算为formula_1。图5显示了液滴无量纲完全蒸发时间随烟气温度的变化。从图5可以看出，三个直径不同的液滴的完全蒸发时间随着烟温的变化非常相似，而且都呈指数下降。对于所研究的液滴，无量纲完全蒸发时间随烟雾温度的下降规律为formula_1：

3 结论

本文研究了喷雾蒸发处理技术中的关键问题，即液滴的完全蒸发时间。首先，针对喷雾蒸发技术中的烟气环境，从理论上分析了液滴的运动以及加热和蒸发过程中的传热传质特性，建立了数学模型。然后，分析了烟气速度和温度，液滴尺寸和初始速度对液滴蒸发特性的影响，得出以下结论：

(1)气体速度越大，初始液滴速度对液滴速度的影响越小，液滴速度越容易达到气体速度。

(2)对于初始直径和速度一定的液滴，液体的初始相对速度越大，液滴达到临界蒸发温度所需的时间越短，充分蒸发时间越短。然而，气相速度的变化对液滴蒸发时间的影响不大。因此，调节气体和液体的相对初始速度对喷雾蒸发处理技术的实施影响不大。

(3)对于喷雾蒸发处理技术，气相温度环境的变化对液滴达到临界蒸发温度的时间和完全蒸发时间有很大影响。当烟气分别从较高温度和较低温度下降时，烟气中液滴的完全蒸发时间在不同的倍数下增加。烟气温度越低，液滴的完全蒸发时间越长。 。因此，适当地提高锅炉尾部的烟气温度而不影响锅炉的效率对于实现喷雾蒸发技术是有利的。

(4)对于喷雾蒸发处理技术，随着烟气温度的升高，烟气环境的无量纲总蒸发时间和液滴和液滴呈指数下降。