气流床煤气化技术是煤炭清洁高效利用的核心技术,是发展现代煤化工、IGCC发电等过程工业的基础。黑水能量回收单元是气流床煤气化系统的核心过程之一,该单元运行好坏不仅影响到煤气化系统的整体效率,也严重影响和制约气化系统的安全、长周期、稳定、优质运行。本文以黑水处理关键设备-蒸发热水塔为研究对象,采用实验和理论计算相结合的手段,对蒸发热水塔中的热水室内两相直接接触的冷凝过程、不同接触方式的传热强化和各种塔内件上两相的流体力学行为进行了研究。论文主要内容如下:(1)在其他结构参数相同的情况下,孔中心距减小,固阀塔板的传热效率略有增大,但增大幅度不明显;当孔径增大50%时,固阀塔板的传热效率增大25%;当开孔率减小60%时,固阀塔板的传热效率增大20%;固阀高度增大,固阀塔板的传热效率先快速减小,后维持稳定不变;筛孔塔板的传热效率随着孔径增大50%而减小约10%,其余结构参数如孔中心距和开孔率等对筛孔塔板的传热效率的影响作用不显著。由于塔板上两相接触流型的不同,固阀塔板的传热效率均优于筛孔塔板。穿流式固阀和筛孔塔板上进行的两相直接接触冷凝过程,传热单元数与两相的流动参数间存在指数关系NTUl=a·FPb,其中,固阀塔板的拟合系数a=0.32-0.84,b=0.85-0.91,筛孔塔板的系数a=0.29-0.4,b=0.86-0.9,此模型可对工业装置的塔板设计和选型提供理论指导。(2)以散堆拉西环填料为两相接触元件,考察了两相在填料塔中的传热和传质过程。研究了两相流体流量及填料堆积高度等参数对传热效率的影响。得到描述两相间的传热单元数与流动参数的关系式如下,(?)该经验关系式与实验数据的平均偏差为2%,可较准确地快速估算填料塔内热质同时传递过程的传热单元数。(3)对不同塔板结构的固阀塔内流体流动行为开展了系统实验研究,研究结果表明,在溢流式塔板上,随着轴向高度的增大,固阀对于塔板上局部气含率的影响逐渐减小,沿着径向方向的气含率分布趋于均匀,且液相流量对于局部气含率的影响越来越显著。而在穿流式塔板上,塔板中心区域的局部气含率大于溢流式塔板,而靠近塔壁的边缘区域,局部气含率则小于溢流式塔板。两种不同结构的固阀塔板上的局部气含率均呈现出塔板中心区域大,而塔板边缘区域小的趋势。在塔板的不同轴向高度上,穿流式塔板上沿不同径向长度上气泡速度均大于溢流式塔板。对于这两种不同结构的塔板,其气泡速度的分布有相似的趋势,即中心区域的气泡速度大于塔壁附近区域;在塔板的中心区域,穿流塔板上的气液比表面积大于溢流塔板,随着径向长度的增加,穿流塔板上的气液比表面积逐渐减小,而溢流塔板上气液比表面积随径向长度的变化则无明显规律,呈现出波动性。(4)实验研究了塔板型式和结构参数对塔板压降的影响特征,得出穿流式塔板的塔板压降小于溢流式塔板。随着孔中心距和开孔率的减小,穿流式塔板的压降和清液层高度均增大,孔径的增大,则使压降和清液层高度增大;对清液层高度与塔板结构参数和操作变量进行关联,拟合值与实验测量值吻合良好。从最小能量原理出发,推导了穿流(?)式塔板上气体流过开孔面积分率的计算式(?)。由计算式可得,气体流通分率正比于气体流过阀孔的压降与漏液区、鼓泡区静态液层高度差的比值的立方根。计算结果表明,塔板上开孔区的气体流通分率随着孔中心距的减小而减小,并随着孔径和开孔率的增大而减小。且在各个塔板结构变量中,孔径对该气体流通分率参数的影响最不显著。