液-固下行循環流化床中的顆粒碰撞行為

姜 峰,劉 藝,齊國鵬,李修倫

(1.天津大學化工學院,天津 300072; 2.天津職業大學生物與環境工程學院,天津 300410;3.天津市化工安全與裝備技術重點實驗室,天津 300350)

隨著工業的發展,能源緊張問題日益險峻,這對換熱裝置的高效利用提出了更加迫切的要求。然而,在實際工業中,90%以上的換熱設備存在著不同程度的結垢問題,降低了傳熱效率,增加了能耗,嚴重制約了生產,甚至成為生產的瓶頸。基于換熱器的結垢問題,研究者們提出了一些方法,如增加流速、在換熱管內加入內插件、采用超聲波或電磁場以及加入阻垢劑等[1,2]。這些方法可以在一定程度上緩解結垢,但并不能從根本上解決結垢問題,而且可能會帶來較高的操作和設備費用,加劇環境污染。

流化床換熱防垢節能技術是將流化床技術和換熱過程相結合,依靠流化的惰性固體顆粒對換熱壁面的剪切和碰撞來破壞和減薄流動和傳熱邊界層,特別是層流底層,從而降低傳熱熱阻,強化傳熱。同時,流化顆粒對壁面的作用和對流體的擾動還可以降低壁面附近結垢物質的過飽和度,防止小垢核在壁面上附著,進而延長結垢的誘導期。同其他方法相比,該技術可以有效地解決換熱設備的在線強化傳熱[3-6]和防、除污垢問題[7-9],且操作穩定,運行成本低,目前在食品[10,11]、生物降解[12]和氧化鋁等工業上[13-15]已具有一定的應用。

由該技術的強化傳熱和防、除垢機理可知,流化顆粒對換熱壁面的剪切和碰撞對強化傳熱和防、除垢性能具有重要的影響。……