探索三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器防、除垢和强化传热研究

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1、天津大学博士学位论文三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器防、除垢和强化传热研究姓名：贾原媛申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李修伦20030601中文摘要制浆造纸工业是国民经济的重要产业之一。我国森林资源匮乏，人口众多，不得不以非木材，主要是禾草原料为主要制浆造纸原料。麦草浆黑液是我国造纸工业的主要污染源，采用碱回收技术来治理，不但可回收大量宝贵的资源、能源，而且可减少污染95％以上。但是，麦草浆黑液含硅多，粘度大，蒸发器结垢严重，出效浓度低，使燃烧系统不能稳定运行，需要补充大量助燃油，导致碱回收成本大幅度增

2、加。所以说黑液蒸发工段是碱回收工程的“瓶颈”问题。本文首次将三相循环流化床蒸发器应用于麦草浆黑液蒸发，从理论和实验两个方面深入研究了汽液固三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的防、除垢和强化传热的性能和机理，为三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的工业应用提供了理论依据。论文主要内容如下：首先介绍了与本文相关的背景资料，包括了我国麦草浆黑液蒸发的现状，换热设备污垢的基本类型、形成过程、结垢机理和换热设备的防、除垢技术以及多相流沸腾传热和防、除垢技术的研究进展，明确本文的选题意义：第二，对麦草浆黑液结垢物的化学成分进行了分析

3、，首次对黑液结垢物进行分形研究，探讨其结垢机理，指出麦草浆黑液结垢是一个复杂的化学反应；第三，从理论上深入研究了三相循环流化床蒸发器的防、除垢机理。指出三相流剪应力对延长污垢的诱导期起主要作用，并对其作了定量计算。根据理论分析，指出汽液固三相流剪应力能延长污垢附着需要的时间，增加污垢的剥蚀比率。建立固体颗粒与垢层的碰撞应力模型，指出这种碰撞应力产生的初始裂纹在温差应力作用下将使垢层上已形成的初始裂纹扩展或产生新的裂纹，造成污垢的剥落；第四，系统地研究了固体颗粒强化流动沸腾传热的机理。从理论上阐明了固体颗粒强化单

4、相对流传热和强化核态沸腾传热的机理；第五，首次利用Maflab神经网络工具箱，基于人工神经网络建立了三相循环流化床沸嘴传热模型。该模型学习速率快，训练步骤少，逼近程度高，最大偏差不大于5％，为三相循环流化床蒸发器的传热计算提供了可靠的方法和理论基础；第六，在实验装置上对汽液固三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的防、除垢和强化传热性能进行了深入的研究。关键词：汽液固三相循环流化床麦草浆黑液防、除垢强化传热传热系数分形人工神经网络ABSTRACTPulpandpaperindustryisoneofthemajorin

5、dustriesofnationaleconomy．AcomparativelylargenumberofChinesepulpingandpaper—makingmillsarestraw-based，asforestresourcesarerelativelylimitedwhereasnon·woodfiberplantsareabundant．Wheatstrawblackliquorisblamedforcontributingseriouspollutiontotheenvironment．Itis

6、treatedbychemicalrecoverytoreclaimalkaliand,energy．Buttheproblemliesinthewheatstrawblackliquorevaporation,especiallyinevaporation，duetoitsinferiorphysicalproperties，whichmeansthatevaporationisa“bottle-neck’’probleminchemicalrecoveryforwheatstrawblackliquor．T

7、hethree—phasecirculatingfluidizedbedevaporatorhasbeenappliedforthefirsttimeintheevaporationprocessofwheatstrawblackliquorinthispaper．Thoroughstudieshavebeencarriedoutforthemechanismsofpreventingandremovingfoulingandenhancingheattransferinthenovelevaporatorfr

8、omboththeoriesandexperiments．Themaincontentsofthepaperareasfollows：First，comprehensivesummaryandanalysishavebeencarriedout，includingthesituationsofwheatstrawblackliquor’sevaporation，theformingpr