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浸没燃烧蒸发器结构与性能研究

作　者: 朱德凤
导　师: 毕明树
学　校: 大连理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 油田污水浸没燃烧蒸发效率过量空气系数烟气分析
分类号: X741
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

浸没燃烧蒸发是一种高温气体与被处理液体直接接触换热,从而将液体迅速加热蒸发的新型技术,具有高效、节能、低排放的优点。由于油田污水具有成分复杂、矿化度高、处理难度大等特点,浸没燃烧蒸发技术常被用于对油田污水进行脱盐处理。本文从改善燃烧性能和提高蒸发器热效率两方面着手,对浸没燃烧蒸发器的结构与性能进行研究。通过实验考察过量空气系数对尾气排放、燃烧效率和蒸发效率的影响,研究不同结构浸没燃烧蒸发器的传热传质性能。主要工作及结论如下：(1)监测浸没燃烧器的尾气排放,着重考察大气污染物碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)及氮氧化物(NOX)的排放特性,分析过量空气系数对尾气排放的影响。发现随着过量空气系数的增加,尾气中HC和CO的浓度先降低后不变；整个测试过程中,尾气NOX排放浓度不超过15ppm,远低于大气排放标准规定的200ppm。因此,可以认为浸没燃烧是一种低NOX排放的环保型燃烧技术。(2)燃烧特性考察结果表明,过量空气系数λ在1.2-1.5时,燃烧效率取得最大值。过量空气系数过小,燃烧不充分,燃烧效率低；过量空气系数大于1.6时,燃烧不稳定,表现在装置振动增大和燃烧器噪音增加。(3)考察过量空气系数对蒸发效率的影响,发现随着过量空气系数的增加,蒸发效率先增大后减小。综合考虑蒸发效率、燃烧效率及尾气排放,得到本燃烧器的最佳过量空气系数范围。(4)设计了直管型、分布盘型及循环挡板型三种蒸发器结构,分别对其进行了冷态和热态的实验研究,通过比较气液两相流动状态、效率和阻力,发现相同实验条件下,挡板型蒸发器加热效率和蒸发效率最高,分布盘型居中,直管型最低。这表明可以通过添加挡板或分布盘来强化气液相问的传热传质。(5)由于挡板型蒸发器可以显著的提高加热效率和蒸发效率,本文对挡板型结构进行了深入的研究。通过不同浸没深度、气体负荷和挡板位置下的稳态蒸发实验,得到以下结论：①挡板的强化作用随着浸没深度和气体负荷的增加而增加；②挡板上沿高出液面适当距离可起溢流作用,形成泡沫区,利于传热传质的进行,通过实验得到最佳溢流高度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-12
1 文献综述  12-29
  1.1 油田污水处理概述  12-15
    1.1.1 油田污水来源、特点及处理方法  12-13
    1.1.2 常规污水处理技术  13
    1.1.3 污水外排处理技术  13-15
    1.1.4 污水循环再利用技术  15
  1.2 油田污水脱盐技术及存在问题  15-18
    1.2.1 脱盐技术  15-16
    1.2.2 脱盐技术存在问题分析  16-18
    1.2.3 浸没燃烧蒸发处理高含盐污水  18
  1.3 浸没燃烧技术  18-25
    1.3.1 浸没燃烧蒸发技术概述  18-20
    1.3.2 浸没燃烧技术的应用  20-23
    1.3.3 浸没燃烧结构改进  23-25
  1.4 国内外研究现状  25-27
    1.4.1 国外研究状况  25-26
    1.4.2 国内研究进展  26-27
  1.5 论文研究意义及主要工作内容  27-29
2 浸没燃烧蒸发实验系统  29-43
  2.1 浸没燃烧基本问题分析  29-32
    2.1.1 燃料气体与空气混合  29
    2.1.2 燃烧过程  29-30
    2.1.3 气液两相传热传质过程  30-31
    2.1.4 浸没燃烧流体力学问题  31-32
  2.2 浸没燃烧理论计算  32-36
    2.2.1 燃烧器的设计  32-34
    2.2.2 蒸发室的设计  34-35
    2.2.3 分离系统的设计  35-36
  2.3 实验系统与流程  36-40
    2.3.1 实验系统  36-40
    2.3.2 实验流程  40
  2.4 实验测量与步骤  40-42
    2.4.1 测量内容  40-41
    2.4.2 测量仪器  41
    2.4.3 实验步骤  41-42
  2.5 本章小结  42-43
3 浸没燃烧操作参数研究  43-58
  3.1 实验性能表征  43-45
  3.2 尾气成分的测量  45-46
    3.2.1 测量仪器  45-46
    3.2.2 测量方法  46
    3.2.3 测量结果  46
  3.3 过量空气系数对尾气排放特性的影响  46-50
    3.3.1 O_2排放特性  46-47
    3.3.2 HC排放特性  47-48
    3.3.3 CO排放特性  48-49
    3.3.4 NO_x排放特性  49-50
  3.4 过量空气系数对燃烧效率的影响  50-54
    3.4.1 LPG燃烧性能  50-52
    3.4.2 敞开式LPG点火试验  52-53
    3.4.3 燃烧效率分析  53-54
  3.5 过量空气系数对蒸发效率的影响  54-55
  3.6 最优过量空气系数的确定  55-56
  3.7 本章小结  56-58
4 浸没燃烧蒸发器传热传质性能研究  58-73
  4.1 蒸发器结构型式介绍  58-61
    4.1.1 直管型浸没燃烧蒸发器  58-59
    4.1.2 分布盘型浸没燃烧蒸发器  59-60
    4.1.3 带循环装置的浸没燃烧蒸发器  60-61
    4.1.4 实验用蒸发器结构  61
  4.2 冷态实验及分析  61-64
    4.2.1 直管型气液流动状态  62
    4.2.2 分布盘型气液流动状态  62-63
    4.2.3 挡板型气液流动状态  63-64
  4.3 热态实验与分析  64-68
    4.3.1 加热过程分析  64-66
    4.3.2 蒸发过程分析  66-67
    4.3.3 阻力比较  67-68
  4.4 挡板型蒸发器传热传质强化的研究  68-71
    4.4.1 不同浸没深度下挡板的强化作用  68-70
    4.4.2 不同气体负荷下挡板的强化作用  70
    4.4.3 挡板位置对强化作用的影响  70-71
  4.5 本章小结  71-73
结论  73-75
参考文献  75-78
附录A 尾气成分测量表  78-79
附录B 符号说明  79-82
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  82-83
致谢  83-84

浸没燃烧蒸发器结构与性能研究

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