强化换热表面盐水污垢特性的研究

【摘要】： 污垢是工业生产中极为普遍的问题,形成过程极其复杂,影响因素众多,污垢使传热阻力增大,换热效率降低,降低了运行效率并增加能源消耗和维修成本,带来能源和设备的巨大损失。因此,污垢问题已经成为学术和工程技术界十分关注而又没能完全解决的主要问题之一。低温多效蒸发已经是最广泛采用的海水淡化技术之一,单机容量最大。但是,换热过程中会产生大量污垢。本文针对海水淡化过程中的结垢问题,完成了如下几方面的研究: (1)以动态热阻法为原理,设计并搭建了污垢监测装置,对系统进行调试,使其从流量控制、温度测量、热通量稳定等几方面均实现了完全的自动化控制,数据稳定,可实现无人值守的连续5000分钟以上的自动数据采集及处理工作。 (2)利用污垢监测装置,在相同流速、主体温度和热通量的条件下,测试了0%、3.5%、7%、14%四个盐度下的盐水污垢特性,得到了不同盐度下,污垢热阻随时间的变化关系。实验结果表明,随盐度的增加,污垢热阻呈现先减小,后增大,再减小的趋势。主要是由于盐度的增大引起CaCO_3的溶解度和CO_2在水中的第二解离常数增大,并且改变了CaCO_3在表面沉积的晶形。当盐度达到14%以上时,海水的浓缩过程不再需要考虑换热器的结垢问题,腐蚀将成为主要问题。 (3)本文采用自由基溶液聚合与溶胶.凝胶法相结合的方法,制备具有含氟侧基的碳碳主链高分子和硅氧网络的具有自分层结构的氟硅低聚物杂化疏水材料,利用接触角测量,傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),扫描电镜(SEM),凝胶渗透色谱法,XPS测定等对表面进行了性能表征。同时利用污垢在线测量系统在盐度为0%和7%的条件下,测试了改型表面的阻垢性能。实验发现,改性表面,长周期运行后,垢层薄,而且分散,并且表面出现了明显的片状剥离。处理表面因表面能较低,垢质与金属表面之间的附着力差,污垢不易沉积,即表面表现出良好的抗垢性能。 (4)建立了碳酸钙于换热表面结垢的传热传质模型。模型中不仅考虑了换热表面的析晶污垢,同时也考虑了由于过饱和在溶液中成核而形成的颗粒垢。对混合污垢的沉积与脱除分别进行表达,并考虑了结垢过程的溶液及污垢特性应用其中。模型预测与实验数据吻合得很好,说明预测模型是正确可靠的。