增压浸没燃烧蒸发器压力波动特性的研究 宫小龙.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号： 113545 增压浸没燃烧蒸发器压力波动特性的研究 宫小龙1,2 刘中良1 江瀚1 北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室及北京市传热与能源利用重点实验室, 北京 100124；2.景德镇陶瓷学院 材料工程学院 , 景德镇 333403） 对增压浸没燃烧蒸发器压力波动进行了基础冷态试验研究在此基础上采用欧拉模型对增压浸没燃烧器内气流喷射入罐体内液体的非定常流动过程进行了数值模拟数学模型通过冷态试验得到验证在分析气液两相流动特性的基础上, 获得压力波动信号, 分析了气流速度、鼓泡管及静态液位对室内压力波动特性的影响研究表明, 蒸发器内压力波动呈周期性变化；随着气流速度及静态液位高度的增加, 压力波动幅度增大气流速度对压力波动的影响较静态液位显著鼓泡管开孔对于稳定蒸发器压力波动是有利的 关键词:增压浸没燃烧蒸发器压力波动数值模拟试验研究 0 引言 浸没燃烧蒸发(Submerged Combustion Evaporation, SCE)技术是一种无固定传热面的蒸发方式因此浸没燃烧蒸发器是一种高效的蒸发设备[1,2]，被广泛应用于高粘性、高沸点或强腐蚀性溶液的蒸发，尤其适合于易结垢液体的蒸发浓缩、分离在冶炼、化工、核工业和环保等领域有着广泛的应用[3]。Harry Brandt[4]等将SCE与反渗透结合对油(气)田产生的含盐废水进行浓缩实际效益巨大。 增压浸没燃烧（the Pressurized Submerged Combustion Evaporation, PSCE）是基于常规浸没燃烧的二次开发与利用。随着可持续发展战略的实施对环境保护、节约能源和原材料的要求日益迫切，工艺和控制技术不断进步，浸没燃烧技术应用领域不断拓展，为能获得高温高压的饱和水蒸气（包含烟气），开发增压浸没燃烧：通过增大蒸发器液面上的总压力，提高液体的沸点值，增大输出混合气体的温度和压力。增压浸没燃烧蒸发器气体通过浸没管鼓泡时形成复杂的回流区和鼓泡区被蒸发液体液面波动剧烈其诱发的压力波动成为增压浸没燃烧有效以及安全运行的重要问题。实验[5]研究表明蒸发器内部的压力波动是影响整个系统稳定性的关键因素之一在实验和工业运行中出现的燃烧器振动以及燃烧室内部件振动脱落等都与之有关而气流速度、静态液位以及鼓泡管横截面积等是影响燃烧室内压力波动的主要因素。因为增压浸没燃烧蒸发工作条件要求高使得相关的实验研究较难开展对增压浸没燃烧室内压力波动现象相关规律的了解甚微。而数值模拟往往能有效地发挥出探讨其内在机理的作用并做出定性或定量的描述。目前国内针对浸没燃烧蒸发器内气液两相流动的试验和数值模拟研究工作开展较少。 本文对增压浸没燃烧蒸发器压力波动进行了基础冷态试验研究，在冷态试验基础上，对增压浸没燃烧鼓泡管内气体通过蒸发器内液体的非定常流动过程进行数值模拟 并分析其内部的压力波动特性，为增压浸没燃烧蒸发器的稳定运行提供依据。 试验研究 图1为增压浸没燃烧试验系统流程图，此处涵盖热态实验组件，这里仅注释出本文冷态试验相关组件。本试验是在内径为600 mm、壁厚为5 mm、高度约为1300 mm,鼓泡管内径为81 mm。冷态试验气源为热态试验所使用燃烧器的一次助燃空气，气体由空压机送入，通过涡街流量计测量流量，电动调节阀调节流量，在罐体上部出口处通过压力传感器监测液位上部压力波动，压力波动数据通过安捷伦采集仪50采集，输送到上位机46。本次冷态实验针对下面数值模拟研究进行不同静态液位深度和不同流量的冷态结果见图2。图2(a)为静态液位深度为常数（h=50mm），进入罐体前气体压力为5 kgf/cm2，以及出口限压为3 kgf/cm2时流量分别为4.85 m3/h、5.25 m3/h和5.42 m3/h时监测点的压力相对波动图。从图中可以看出随流量的增加，压力波动幅度增加。图2(b)为流量为常数（qv=4.85m3/h，进入罐体前气体压力为5 kgf/cm2，以及出口限压为3 kgf/cm2时静态浸没深度分别为100 mm、160 mm以及200 mm时监测点的压力相对波动图。从图中可以看出随浸没的增加，压力波动幅度增加，且浸没深度越深，压力波动的基准值有所增加， 14.空压机；15.减压阀；16.压力表；17.过滤器；18.电动调节阀；19.流量计；20.电磁阀；21.针阀；22.单向阀；28.流量计；32.水源；33.球阀；34.增压泵；3