介观喷雾蒸发分离高浓度盐水处理系统的构建及性能研究

发布时间：2020-11-04 13:08

　　 在全球经济快速发展同时,无论是工业领域还是水资源淡化领域,低能耗处理高浓度含盐废水及资源化,仍是广大科研工作者关注的热点问题。介观喷雾蒸发分离浓盐水脱盐技术不仅具有节能低碳的优点,对高浓度含盐废水资源化利用还具有积极意义,同时该工艺与膜法结合可有效地提高浓盐水的处理效率。构建介观喷雾蒸发分离高浓度盐水处理系统,完成系统脱盐机理、运行测试、性能模拟和初步的经济性分析研究,主要结论如下:1、构建介观喷雾蒸发分离浓盐水系统,系统由供热系统、雾化系统、水路系统、气路系统和回收系统等组成。建立高浓度盐水介观喷雾蒸发过程的离散相模型并进行验证,运用Fluent软件对高浓度盐水介观喷雾蒸发分离过程进行了模拟仿真,着重探讨了不同压缩空气气压、热空气温度、流量、浓盐水进料水流量对浓盐水的蒸发量和蒸发率的影响,实测对比分析发现,实际测试与模拟结果的变化趋势一致,说明模型合理。2、通过试验研究浓盐水介观喷雾蒸发效率,得出系统最优工况为:空气压缩机气压值为0.3 MPa,热空气流量为65 m3/h,热空气温度为270℃,进料流量为11 L/h;建立两相流喷嘴介观喷雾性能测试系统,通过试验分析两相流喷嘴雾化效果发现:最佳液压为0.1 MPa,最佳气压为0.2 MPa;液体温度越高,雾化液滴的平均粒径越小;含盐量对雾化效果影响较小。3、设计构建槽式中高温太阳能集热器,研究槽式太阳能集热器的集热性能,拟合空气流量与热利用效率关系的二次抛物线,并对拟合的空气流量与热利用效率的关系式进行误差分析,该拟合的关系式可行。4、构建槽式太阳能介观喷雾蒸发浓盐水系统,在最优工况条件下进行了高浓度盐水浓度测试,可以将浓度为146.79 g/L的浓盐水浓缩成351.88 g/L的浓缩液同时有干盐粒结晶析出;在日照充足的天气条件下,太阳能介观喷雾蒸发系统喷蒸浓盐水8小时比电能集热系统节省近70%的电耗。通过Colebrook White阻力理论分析,若对系统进行优化,其耗电量将进一步降低。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X703
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 高浓度盐水概况
        1.1.1 高浓度盐水的定义、特性及来源
        1.1.2 浓盐水的基本处置方法
        1.1.3 高浓度含盐废水排放的危害
    1.2 高浓度盐水脱盐技术
        1.2.1 电渗析脱盐技术
        1.2.2 正渗透脱盐技术
        1.2.3 真空膜蒸馏浓缩脱盐技术
        1.2.4 冷冻脱盐技术
        1.2.5 热蒸馏脱盐技术
        1.2.6 增湿-除湿脱盐技术
    1.3 雾化蒸发脱盐技术
        1.3.1 喷雾干燥技术研究进展
        1.3.2 雾化蒸发淡化技术的发展
        1.3.3 常温雾化蒸发脱盐技术应用
        1.3.4 中低位热能雾化脱盐技术应用
    1.4 槽式太阳能集热技术
        1.4.1 聚光型太阳能集热器结构及分类
        1.4.2 槽式太阳能集热器研究现状
    1.5 本文工作的主要研究内容
    1.6 本章小结
第二章 两相流喷嘴雾化效率影响因素的性能研究
    2.1“介观”喷雾理论
    2.2 雾化器的选择
    2.3 试验流程与工作原理
    2.4 试验设备及试验仪器
    2.5 试验方法及考察对象
    2.6 结果与讨论
        2.6.1 液体压力对雾滴SMD的影响
        2.6.2 气体压力对雾滴SMD的影响
        2.6.3 气液压力比对雾滴SMD的影响
        2.6.4 液体温度对雾滴SMD的影响
        2.6.5 液体含盐量对雾滴SMD的影响
    2.7 本章小结
第三章 电能浓盐水介观喷雾蒸发系统的性能研究
    3.1 试验流程及工作原理
    3.2 喷雾蒸发塔设计参数
    3.3 数据采集及考察对象
    3.4 试验设备及试验仪器
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 压缩空气气压的影响
        3.5.2 热空气流量的影响
        3.5.3 热空气温度的影响
        3.5.4 进料水流量的影响
    3.6 本章小结
第四章 电能浓盐水介观喷雾蒸发系统的数值模拟
    4.1 模型建立
        4.1.1 网格划分
        4.1.2 连续性方程
        4.1.3 动量方程
        4.1.4 能量方程
        4.1.5 湍流方程
        4.1.6 液滴运动方程
        4.1.7 液滴蒸发模型
        4.1.8 气液耦合模型
    4.2 实测结果与模拟结果对比分析
        4.2.1 模型验证
        4.2.2 压缩空气气压的影响分析对比
        4.2.3 热空气流量的影响分析对比
        4.2.4 热空气温度的影响分析对比
        4.2.5 进料水流量的影响分析对比
    4.3 本章小结
第五章 槽式太阳能集热系统设计构建
    5.1 槽式太阳能集热器设计参数
        5.1.1 槽式太阳能聚光器
        5.1.2 吸收器的结构及性能
        5.1.3 光电跟踪器
    5.2 太阳能安装面积设计计算
    5.3 槽式太阳能集热装置的安装
    5.4 本章小结
第六章 槽式太阳能集热系统集热性能的研究
    6.1 试验方法
    6.2 试验仪器
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 试验场地日辐照监测结果及分析
        6.3.2 太阳能辐照值与出口温度的关系
        6.3.3 太阳能辐照值与热利用效率的关系
        6.3.4 空气流量与热利用效率的关系
    6.4 本章小结
第七章 槽式太阳能介观喷雾蒸发浓盐水系统的性能评价
    7.1 系统介绍
    7.2 系统最优工况条件确定
    7.3 高浓度盐水浓度测试结果分析
    7.4 太阳能处理浓盐水经济分析
    7.5 本章小结
第八章 主要结论与建议
    8.1 主要结论
    8.2 本文的创新之处
    8.3 建议
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
附录
致谢

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本文编号：2870136