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油气田高含盐污水雾化蒸发处理技术的数值模拟研究进展
发稿时间:2016-10-19         作者:王菁菁          来源:工业燃气轮机实验室     【字号:

  我国大部分油田已进入中后期开采阶段,采出液含水量逐年递增,国内环保法规日益严格,高含盐的油田污水外排会导致土壤盐碱化,其达标排放已直接影响和制约了油田的可持续发展,高含盐污水处理技术的开发研究成为油田核心任务之一。研究所工业燃气轮机实验室研究基于喷雾干燥技术对高含盐污水进行除盐处理,通过将污水雾化,使液滴分散在环境空气中,增大气液两相接触面积,达到水分迅速蒸发最终析出盐分的目的。雾化蒸发与传统的高含盐污水处理技术相比,具有设备简单、操作方便、蒸发效率高以及经济效益好等优点。 

  污水液滴水分的蒸发是其盐分析出的关键,因此科研人员深入了解塔内流场分布特性、蒸发特性对提高蒸发效率、降低运行成本具有重要意义。而实验研究方法通常费用昂贵且有些微观量在当前技术条件下仍然很难测量。随着计算机技术和流体力学的发展,计算流体动力学(CFD)方法成为解决这一问题的有效途径。研究以含盐量为7×104mg/L的污水为研究对象,雾化蒸发塔采用干燥塔常见结构中的逆流型结构,即污水由雾化喷嘴向塔底喷出,环境空气由塔底向上流动,气液两相逆向混合接触。基于FLUENT软件对污水雾化蒸发过程进行数值模拟,得到塔内流场分布,对比分析不同操作参数对蒸发效果的影响。 

  科研人员采用标准k-ε双方程模型、DPM模型和组分输运模型对高含盐污水雾化蒸发过程进行了数值模拟,得到了塔内流场分布特性,如图1所示。通过对比分析进口空气流速、进口空气温度、喷雾锥角及液滴直径等因素对蒸发效率的影响,发现进口空气流速和进口空气温度是影响液滴蒸发的关键参数,如图2、图3所示,提高进口空气流速及温度,均可使液滴的蒸发速度加快。当流速达到0.4m/s后,再提高流速,蒸发速率的提高量显著减小,当进口空气温度达到313K后,再提高空气温度,对塔内蒸发速率的提高作用不大;如图4所示,喷雾锥角的变化对蒸发效果影响不大;由图5可知,液滴越细化,蒸发速率越快。研究可为雾化蒸发技术在高含盐水污水处理领域提供一定的理论基础及工程设计依据。

  1 塔内流场分布 

  2 不同空气流速的蒸发速率变化曲线   图3 不同空气温度的蒸发速率变化曲线 

 

  4 不同喷雾锥角的蒸发速率变化曲线   图5 不同液滴直径的蒸发速率变化曲线 

 

 

 

 
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