关键词:
处理腔
电磁能量
阻垢
电磁场
水处理
摘要:
循环冷却水广泛应用于电力、冶金、钢铁冶炼、化工生产等领域,作为大型设备换热换能的重要物质之一,具有不可替代的地位。但在使用过程中,循环冷却水经常存在结垢问题,会造成换热效率低下,严重的会引发堵塞,造成爆炸等危险。近年来,高频电磁水处理技术凭借其安装简便、环保无污染和除垢效果明显等优点,受到了广泛的研究。
首先,本文详细阐述了循环冷却水的结垢机理,分析了水垢的形成过程,发现水垢的形成过程包括晶核微粒的生成、晶核微粒的生长和晶核微粒的聚集三个阶段。分析了高频电磁水除垢防垢的不同机理,采用氢键断裂理论,分析了六合水分子化合物可以包裹成垢离子,减少水垢形成的原因,为复合式高频电磁水处理腔的设计提供了理论基础。
其次,利用麦克斯韦电磁学方程式,推导了静电场方程,基于静电场方程,建立了复合式处理腔电磁能量密度数学模型和不同位置处理腔电场模数学模型,研究发现复合式处理腔的电磁能量会受到激励源波形、激励源频率、阳极棒阴极棒半径比和螺线管相关参数的影响,并对常用的同轴式处理腔和螺线管式处理腔进行了数值模拟,证明了复合式处理腔的效果更优。
然后,建立了复合式高频电磁水处理腔的有限元模型,利用COMSOL有限元分析软件,对复合式处理腔的激励源频率、激励源波形、阳极棒和阴极棒的半径比、螺线管相关参数进行仿真分析。初步确定了当激励源波形为方波、频率为968.875Hz;阳极棒和阴极棒的半径比为0.2;螺线管匝数为400-480正旋;螺线管长度为380mm时,复合式处理腔的电磁能量最大,处理效果最优。
最后,搭建了复合式高频电磁水处理腔实验平台,进行了复合式高频电磁水处理腔的阻垢抑垢实验,探究了复合式高频电磁水处理腔的阻垢机理。研究结果表明复合式高频电磁水处理腔处理过的循环水的钙离子浓度相较于没有处理的明显增高,溶液中成垢阳离子增加,垢体减少,溶液电导率更高,这意味着成垢阴阳离子大量存在于溶液中,没有形成垢体;经复合式高频电磁水处理腔处理过的溶液PH值更低,溶液酸性增加,不易于垢体的生成,溶液晶体粒度更小;溶液离子浓度更低、防腐蚀性能更好。通过对比实验,证明了本文设计的复合式高频电磁水处理腔阻垢率更高,对溶液参数的影响更明显,随后在某水泥厂循环水系统中的工程应用,也展示了本文设计的复合式高频电磁水处理腔的优越性。