真空下水平管降膜蒸发过程海水成垢特性研究

摘要

低温多效蒸发海水淡化技术的发展方向之一是提高盐水顶温，但是提高盐水顶温会加重蒸发器内部的结垢问题。所以本文针对水平管降膜蒸发过程中的管外成垢特性开展了实验研究。 本文通过设计真空下的水平管降膜蒸发实验台，完全模拟实际低温多效蒸发海水淡化过程中的污垢生长环境，并选用海水为实验工质，钛管和3FL铝合金管为传热管。实验设定的工况如下：海水喷淋温度为60℃、70℃、80℃和90℃，实验系统内部压力为22.9kPa、35.5kPa、53.5kPa和78.5kPa，喷淋密度为0.03kg/(m·s)、0.06kg/(m·s)和0.08kg/(m·s)，海水盐度为3.5%、8%、10%和12%。通过定时测定传热管的增重来获得污垢随时间的生长曲线，通过分析不同工况下的污垢生长特性以及所生成污垢的微观样貌和成分来研究海水温度、盐度、喷淋密度等对结垢过程的影响。 当传热管为钛管时，在海水喷淋温度为90℃，三种海水盐度条件下，随着喷淋密度的升高结垢渐进值先增大后缓慢减小；在海水喷淋温度为70℃和80℃，喷淋密度为0.06kg/(m·s)的条件下，随着海水盐度的升高，结垢渐进值增大，而在海水喷淋温度为90℃，喷淋密度不保持不变时，结垢渐进值随着盐度的升高而降低；在喷淋密度为0.06kg/(m·s)，三种海水盐度条件下，结垢渐进值随海水喷淋温度的升高而增加。在传热管为3FL铝合金管，盐度为3.5%时，随着喷淋密度的升高结垢渐进值先增大后缓慢减小，但在海水喷淋温度为90℃时，随着喷淋密度的升高，结垢渐进值逐渐增大；在盐度为3.5%，不同喷淋喷淋密度时，随着海水喷淋温度的升高，结垢渐进值增大。 利用钨灯丝扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱仪（EDX）从微观的角度对传热管表面的污垢进行分析。主要分析了不同海水盐度下，传热管为钛管时，污垢的微观形貌和组成元素，以及不同海水喷淋温度下，传热管为钛管和3FL铝合金管时，污垢的微观形貌和组成元素。在传热管为钛管时，不同海水盐度下的污垢形貌变化不大，主要是为针柱状晶体；而不同海水喷淋温度下的污垢形貌，随着海水喷淋温度的升高有较大变化，由针柱状的晶体形状逐渐向规则的多边形晶体形状发展，并且污垢颗粒粒径逐渐增大；但是两种条件下的污垢成分都是以氢氧化镁为主。传热管为3FL铝合金管时，污垢的微观形貌随着海水喷淋温度的升高逐渐由布满孔隙的蜂窝状晶体垢层向着更加致密的垢层发展；当海水喷淋温度升高到90℃时，已经在传热管表面形成一层致密垢层，而污垢成分仍以氢氧化镁为主。

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