分布盘型浸没燃烧蒸发器数值模拟研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20230143

摘要/Abstract

摘要：

浸没燃烧蒸发技术是以高温烟气为热源与液体直接接触蒸发的换热技术,但现有研究中缺少浸没燃烧蒸发过程的热态模拟研究和蒸发器内分布盘倾角对蒸发效果的影响。基于欧拉法对分布盘型浸没燃烧蒸发器的结构参数进行热态数值模拟研究。通过气液两相流研究获得了蒸发器内部烟气分布,并探究了不同分布盘倾角对蒸发量和压力波动的影响。数值模拟结果显示,分布盘倾角影响烟气在液体中的分布效果,增加分布盘角度可以减小浸没管入口压力波动,从而提高燃烧器内背压稳定性,减小分布盘角度,增强气液间换热效果,从而提高蒸发效率。

关键词: 浸没燃烧, 分布盘, 烟气, 蒸发, 浓缩, 两相流, 数值模拟

Abstract:

Submerged combustion evaporation technology is a heat exchange technology that uses high-temperature flue gas as the heat source to evaporate the liquid in direct contact with it. However, existing research lacks thermal state simulations of the immersed combustion evaporation process and investigations on the impact of the inclination angle of the distribution disc inside the evaporator on the evaporation. In this study, we conducted a thermal state numerical simulation on the structural parameters of the distributed disc-type submerged combustion evaporator using the Euler method. Herein, the flue gas distribution inside the evaporator was obtained by studying the gas-liquid two-phase flow. Additionally, the impact of different distribution disc inclination angles on the evaporation amount and pressure fluctuation was explored. The numerical simulation results indicate that the angle of the distribution disc affects the distribution of flue gas in the liquid. Moreover, the pressure fluctuation at the inlet of the submerged tube can be reduced by increasing the distribution disc’s angle, thereby increasing backpressure stability in the burner. Conversely, the heat exchange effect between gas and liquid can be enhanced by decreasing the distribution disc’s angle, thereby enhancing evaporation efficiency.

Key words: submerged combustion, distribution disk, flue gas, evaporation, concentration, two-phase flow, numerical simulation

中图分类号:

TB131

冯浩, 王杰, 隋春杰, 陈伟, 张斌. 分布盘型浸没燃烧蒸发器数值模拟研究[J]. 山东科学, 2024, 37(4): 75-83.

FENG Hao, WANG Jie, SUI Chunjie, CHEN Wei, ZHANG Bin. Numerical simulation study of sistributed disc-type submerged combustion evaporator[J]. Shandong Science, 2024, 37(4): 75-83.

图/表 7

图1

表1

模拟参数"

烟气参数	数值	盐水参数	数值	水蒸气参数	数值
烟气密度/(kg·m^-3)	0.33	盐水密度/( kg·m^-3)	1 071	水蒸气密度/(kg·m^-3)	0.554 2
烟气导热系数/(W·m^-1 $·$ K^-1)	0.091 5	盐水导热系数/(W·m^-1 $·$ K^-1)	0.595	水蒸气导热系/(W·m^-1 $·$ K^-1)	0.026 1
烟气动力黏度/(Pa·s)	4.34×10^-5	盐水动力黏度/(Pa·s)	1.15×10^-3	水蒸气动力黏度/(Pa·s)	1.34×10^-5
烟气比热容/(J $·$ kg^-1 $·$ K^-1)	1 264	盐水比热容/( J $·$ kg^-1 $·$ K^-1)	3 470	水蒸气潜热/( J $·$ kg^-1 $·$ K^-1)	4 186

表1

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 21

[1]	丁惠华, 杨友麒. 浸没燃烧蒸发器[M]. 北京: 中国工业出版社, 1963.
[2]	岳东北, 聂永丰, 许玉东. 废水浸没燃烧蒸发技术的发展及应用[J]. 中国给水排水, 2005(4): 28-30.DOI: 10.3321/j.issn:1000-4602.2005.04.008.
[3]	岳东北. 有机高盐废水浸没燃烧蒸发技术:短流程、全析出、零母液[C]// 沿黄河流域煤炭及深加工产业环境保护高峰论坛报告集. 太原: 中国煤炭加工利用协会, 中国煤炭学会环境保护专业委员会, 2020: 38-47.
[4]	吴丹, 付艳娥, 陈光强. 浸没燃烧蒸发(SCE)技术处理含氰含氨废水的研究[J]. 山东化工, 2012, 41(8): 9-10.DOI: 10.19319/j.cnki.issn.1008-021x.2012.08.004.
[5]	岳东北, 许玉东, 何亮, 等. 浸没燃烧蒸发工艺处理浓缩渗滤液[J]. 中国给水排水, 2005(7): 71-73.DOI: 10.3321/j.issn:1000-4602.2005.07.020.
[6]	安瑾, 陆飞鹏. 浸没燃烧蒸发处理垃圾焚烧厂RO浓缩液[J]. 环境工程, 2018, 36(增刊):27-34.
[7]	孙越, 白皓, 张聪慧, 等. 浸没燃烧蒸发技术处理渗沥液膜浓缩液烟气排放现状及异味源分析[J]. 给水排水, 2023, 59(4): 31-36.DOI: 10.13789/j.cnki.wwe1964.2022.05.19.0004.
[8]	QI C, WANG W, WANG B, et al. Performance analysis of submerged combustion vaporizer[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2016, 31: 313-319.DOI: 10.1016/j.jngse.2016.03.003.
[9]	许欣. 侧吹浸没燃烧技术在工业危废处置行业的应用[J]. 有色冶金节能, 2021, 37(4): 41-44.DOI: 10.19610/j.cnki.cn11-4011/tf.2021.04.010.
[10]	顾其详. 工业废水浸没燃烧法处理[J]. 环境污染与防治, 1983, 5(6): 20-23.
[11]	吴晅, 魏楠, 刘鹏, 等. 不同管口浸没方式下气泡运动特性实验研究[J]. 工程热物理学报, 2021, 42(1): 143-154.
[12]	朱德凤. 浸没燃烧蒸发器结构与性能研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2013.
[13]	束小鑫. 浸没燃烧蒸发器浸没管结构优化及特性研究[D]. 景德镇: 景德镇陶瓷大学, 2022.
[14]	项往. 浸没燃烧装置结构与稳定性优化的数值模拟[D]. 景德镇: 景德镇陶瓷大学, 2020.
[15]	VOLOV G I, KUKHAREV E D. Selection of solution circulation contour in submerged combustion apparatus[J]. Chemical and Petroleum Engineering, 1970, 6(10): 839-842.DOI: 10.1007/BF01145105.
[16]	ARGHODE V K, GUPTA A K. Jet characteristics from a submerged combustion system[J]. Applied Energy, 2012, 89(1): 246-253. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.07.022.
[17]	SHERWOOD T K, PIGFORD R L, WILKE C R. Mass Transfer[M]. New York: McGraw-Hill, 1975.
[18]	聂永丰, 岳东北, 许玉东, 等. 浸没燃烧蒸发过程单个气泡传热传质模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2005(9): 1221-1224.DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2005.09.017.
[19]	张帅猛. 基于不同多相流模型的三产品旋流分级筛内部流场仿真研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2018.
[20]	陈鑫, 鲁传敬, 李杰. VOF和Mixture多相流模型在空泡流模拟中的应用[C]∥第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集. 上海: 海洋出版社, 2009:324-331.
[21]	杜可心, 史永征, 康凤立, 等. 浸没燃烧式LNG气化器火焰稳定性实验研究与数值模拟分析[J]. 中国科技论文, 2017, 12(5): 564-569.DOI: 10.3969/j.issn.2095-2783.2017.05.016.