含大量CO2的蒸汽凝结换热实验研究

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以气候变化为核心的全球环境问题日益严重,为避免全球环境的持续不可逆恶化,削减CO2为主的温室气体排放已成为国际社会的关注热点。钙基吸收剂锻烧/碳酸化循环法,利用廉价钙基吸收剂循环捕集CO2,被认为是有效且具有发展潜能的解决方法之一。钙基吸收剂在煅烧过程中产生高浓度CO2,CO2的分压直接影响煅烧温度,利用水蒸气将高浓度CO2携带出反应器,降低CO2分压力,可以降低煅烧温度,节约成本。对混合气体中的CO2进一步冷凝提纯,可以得到相对浓度较高的CO2。因此对含CO2的蒸汽凝结换热情况进行充分的研究具有重要的意义。本文搭建了含CO2的蒸汽凝结换热实验台,对CO2质量含量11.2%~89.8%范围内,不同流速、不同过冷度情况下的凝结换热情况进行了实验研究。通过实验发现,CO2的加入将会极大地降低蒸汽的冷凝换热系数,这是因为混合蒸气在凝结过程中,会在液膜与主流蒸气之间形成一层气相扩散层,阻碍传质传热过程。当CO2质量浓度达到89.8%时,凝结换热系数只有200W/m2K。随着过冷度的增大以及CO2质量浓度的增大,气相扩散层的热阻也在增大,凝结换热系数逐渐减小;混合蒸气流速的提高将会增大冷凝换热系数,但是随着CO2质量浓度的增大以及过冷度的增大,流速对冷凝换热系数的影响效果在降低。此外,对局部凝结换热特性进行研究发现,实验管段不同部位的凝结换热系数不同,顶部凝结换热系数更大些且受过冷度以及流速的影响更加明显。对不同流速下的实验结果分别总结了经验关联式,经验关联式能够较好的预测实验结果,经验关联式预测值与实验值的误差普遍在±20%以内。
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