發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 23:28

【摘要】：由于煤化工高含鹽廢水成分復(fù)雜、鹽含量高,導(dǎo)致高鹽廢水的零排放(ZLD)處理工藝管線和設(shè)備常出現(xiàn)各種類型的結(jié)垢和腐蝕問題,影響設(shè)備和工藝的長期穩(wěn)定運(yùn)行。因此有必要對(duì)煤化工廢水處理中管道鹽類垢的形成機(jī)理及影響因素進(jìn)行研究。煤化工含鹽廢水處理中常見的結(jié)垢產(chǎn)物主要為碳酸鈣以及少量的二氧化硅、氯化鈉等鹽類垢。本文分析了煤化工廢水處理中管道鹽類垢的形成過程及影響因素,并在模擬廢水處理環(huán)境中進(jìn)行了污垢靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。采用顯微鏡和稱重法研究了結(jié)垢過程中溫度、鋼材種類、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和壁面粗糙度對(duì)污垢平均生長厚度的影響。采用XRD和EDS對(duì)污垢和污垢物質(zhì)含量進(jìn)行了定性和定量分析,并用SEM觀察了污垢的形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著溫度的升高,結(jié)垢速率增大;在四種煤化工廢水處理中常用管道材質(zhì):Q235、Q345R、20#、N80鋼材中,Q235鋼材結(jié)垢速率最小,即最不易結(jié)垢,是工藝上最優(yōu)選的材質(zhì);結(jié)垢速率在12～48 h降低比較明顯,在48～96 h逐漸趨于穩(wěn)定;結(jié)垢厚度隨著粗糙度的增加而增大,在實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1～10h,結(jié)垢厚度隨著時(shí)間的變化呈線性相關(guān);針對(duì)結(jié)垢成分進(jìn)行分析:隨著時(shí)間的增加,結(jié)垢產(chǎn)物主要是碳酸鈣,并且由處于熱力學(xué)亞穩(wěn)定狀態(tài)的文石與球霰石向處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的方解石轉(zhuǎn)換。實(shí)際廢水和模擬廢水結(jié)垢速率與時(shí)間的關(guān)系均滿足y=ax-0.494的函數(shù),且實(shí)際廢水與模擬廢水之間的關(guān)系為ya=1.085ys。根據(jù)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在35℃、Q235鋼材高鹽廢水處理環(huán)境下運(yùn)用Fluent軟件模擬設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)。用三維立體顯微鏡和稱重法研究了進(jìn)口流速、壁面剪切力、湍流能對(duì)污垢生長速率和污垢平均生長厚度的影響,并對(duì)污垢的表面形貌進(jìn)行觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)同一位置下隨著流速的增大對(duì)污垢的形成呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,當(dāng)v=0.4 m/s時(shí),污垢層厚度最厚,并且污垢層前期增加相對(duì)較快,后期相對(duì)緩慢。(2)當(dāng)v=0.2～0.4m/s時(shí),流體流動(dòng)狀態(tài)主要為層流與過渡流,污垢層厚度隨著流速的增大而增大;不同位置的壁面剪切力不同,壁面剪切力越大的區(qū)域污垢層越薄且致密與緊致。(3)當(dāng)v=0.4～0.7m/s時(shí),流體流動(dòng)狀態(tài)為湍流,污垢層厚度隨著流速的增大而減小;不同位置的湍流能不同,大部分湍流能越大的區(qū)域污垢層越厚且致密。(4)90°彎頭處污垢層的密度較大,由于水流沖擊較大,易于剝落導(dǎo)致污垢層厚度較低,但是保留下來的污垢質(zhì)地堅(jiān)硬且致密,對(duì)于已形成的污垢難以處理及清洗。根據(jù)污垢主要成分是碳酸鈣,總結(jié)了碳酸鈣污垢沉積模型。采用Fluent軟件中的UDF自定義編譯對(duì)碳酸鈣污垢沉積進(jìn)行模擬,模擬結(jié)果表明:污垢沉積速率、剝蝕速率、污垢層厚度在整個(gè)管路中均呈現(xiàn)先增大后趨于平緩的趨勢;90°彎管中污垢凈沉積速率、污垢層厚度最小;實(shí)驗(yàn)值比模擬值大,趨勢基本相同。通過本文的研究確定了最優(yōu)減緩結(jié)垢的操作條件、鋼材種類、鋼材表面粗糙度,及90°彎管處污垢沉積的分布,為煤化工高含鹽廢水處理中減緩管線結(jié)垢奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X784
【圖文】：

逡逑（２）顆粒污垢：這是指懸浮在流體中的固體顆粒在換熱面、管道或傳質(zhì)面上的積聚，在液逡逑體和氣體體系中都可發(fā)生。該污垢包括較大固態(tài)粒子在水平換熱面上的重力沉淀［１（）］和其他機(jī)制形逡逑成的膠體粒子沉淀物［８］。逡逑（３）化學(xué)反應(yīng)污垢：包括傳熱傳質(zhì)面上化學(xué)反應(yīng)生成的污垢，表面起到了催化劑的作用，逡逑但并不參與反應(yīng)，該污垢通常發(fā)生在煉油、石化產(chǎn)品制造和食品加工過程中［８］。逡逑（４）腐蝕污垢：這是換熱面或管道材料本身參與化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的腐蝕物的積聚。這種污逡逑垢不僅本身污染了管道表面，而且還可能加速其他物質(zhì)附著于管道表面而形成污垢層［７］。逡逑（５）生物污垢：細(xì)菌等有機(jī)物在管道附著而形成的生物薄膜。污垢層內(nèi)存在的生物一般與逡逑河流湖泊或海水內(nèi)的天然水質(zhì)有關(guān)，污垢的形狀取決于污垢的生長條件［１（）］。生物污垢可能產(chǎn)生粘逡逑泥，粘泥反過來又為生物污垢的繁殖提供了條件。逡逑（６）凝固污垢：這是純凈液體或多組分溶液的商溶解組分在過冷的換熱而上凝固而形成的［８］。逡逑１．２．３垢的形成過程逡逑污垢的形成過程是質(zhì)量交換、熱量交換和動(dòng)量交換的動(dòng)態(tài)綜合，是多種十分復(fù)雜過程的同時(shí)逡逑作用，但是各類污垢的形成一般都要經(jīng)歷下述五個(gè)階段或過程：起始、輸運(yùn)（傳遞）、附著、剝逡逑蝕和老化［８］。如圖１－１，沉積過程和剝蝕過程相互競爭可以概括為上述五個(gè)結(jié)垢形成階段。逡逑

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