板式换热器Ni-P-TiO2复合纳米镀层微生物污垢特性

换热器微生物污垢问题普遍存在于能源化工领域,污垢的聚集会导致设备的流动阻力、燃料消耗和维护成本支出大幅度增加。本文采用复合纳米镀层来抑制和减轻换热表面的微生物污垢的附着和沉积。首先采用化学镀的方式,在板式换热器的不锈钢316板上镀覆 Ni-P-TiO₂复合纳米镀层和对照性的Ni-P 镀层。基于板式换热器的微生物污垢在线监测实验系统,研究了镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器微生物污垢特性。结果表明,清洁状态下,镀覆两种镀层的板式换热器其摩擦系数（f）和Nusselt数（Nu）相较未镀覆板式换热器均略有增加;微生物污垢实验后,相比较未镀覆的板式换热器,镀覆Ni-P镀层的板式换热器污垢热阻减少了8.36%~23.07%,而镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器污垢热阻减少了16.6%~30.96%;在相同微生物污垢实验工况下,镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器的摩擦系数（f）相比Ni-P镀层的低2.54%~11.82%,但Nu却明显高于Ni-P镀层达8.47%~9.45%,并且污垢热阻明显小于Ni-P镀层达10.66%~18.18%,镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器展现了优异的强化传热性能和抑垢性能。     

板式换热器黏液形成菌与CaCO3混合污垢实验

为了探究黏液形成菌（SFB）与CaCO₃混合污垢在板式换热器（PHEs）中的成垢规律,对不同浓度的CaCO₃与黏液形成菌混合进行了实验研究。结果表明：混合污垢中,黏液形成菌微生物污垢占成垢的主要地位。微生物污垢的热阻渐近值最大,混合污垢的热阻渐近值介于微生物污垢的热阻渐近值和CaCO₃污垢热阻渐近值之间,CaCO₃污垢热阻渐近值最小。这不同于以往得到的混合污垢之间相互促进的结论,说明CaCO₃对黏液形成菌存在抑制作用。维持其他条件不变,随着CaCO₃浓度的增大,混合污垢热阻值随之减小。反之,随着黏液形成菌浓度的增大,混合污垢热阻值随之增大。     

板式换热器以松花江水为冷却水条件下的污垢特性

为研究板式换热器在天然水下的污垢特性,实验采用BR0.015F型板式换热器,研究了其在不同的流速和温度下的污垢特性,用扫描电镜观察了已经结垢的换热表面。结果表明：此板式换热器松花江水的污垢类型为渐进型且不存在诱导期,随着流速的增大污垢热阻降低的幅度减小。冷却水温度在27.5～28.5 ℃时污垢热阻较大,温度升高污垢热阻降低;换热表面的混合污垢成片的附着于换热面,有少量的难溶盐析出的晶体生成。     

Ca2+环境下水质参数变化对板式换热器铁细菌微生物污垢的影响

换热设备微生物污垢形成机制和影响因素复杂,污垢数据和规律的获取难度较大。本文采用搭建的板式换热器循环冷却水实验系统,获得了加入Ca²⁺后板式换热器冷却水铁细菌微生物污垢热阻数据,研究了加入Ca²⁺后不同运行工况下冷却水水质参数（OD、pH、电导率）的变化,进一步分析了水质参数变化对微生物污垢生长带来的影响。结果表明,加入Ca²⁺后微生物污垢热阻渐变化明显。随着低温循环冷水进口温度增加,含有Ca²⁺和铁细菌的循环冷却水OD逐渐降低,pH则逐渐升高,电导率减小,微生物污垢热阻逐渐降低;随着流体速度的增加,循环冷却水OD则升高,pH降低,电导率增大,但流速的增大同样加剧了冷却水对通道壁面的剥蚀作用,导致微生物污垢热阻随流速增逐渐下降。     

Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性影响研究

为探究Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性的影响,利用化学镀工艺在碳钢表面制备Ni-P-PTFE复合镀层,以TiO₂纳米颗粒为研究对象,通过实验和理论分析的方式研究了不同表面能（PTFE浓度）下Ni-P-PTFE复合镀层在TiO₂悬浮液中的颗粒污垢沉积特性。结果表明：相比于碳钢试样,Ni-P-PTFE复合镀层对于TiO₂颗粒沉积具有较好的抑制效果。随着PTFE浓度的增加,复合镀层的表面能降低,污垢沉积量呈下降趋势,在表面能为26.8 mJ/m²（PTFE=12 ml/L）时,TiO₂颗粒污垢在Ni-P-PTFE复合镀层的沉积量最小。实验结果与应用扩展的DLVO理论计算出的最佳表面能结果相一致,也为针对不同类型颗粒在换热表面的沉积的抑垢提供了指导施镀的依据。     

Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性影响研究

为探究Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性的影响,利用化学镀工艺在碳钢表面制备Ni-P-PTFE复合镀层,以TiO₂纳米颗粒为研究对象,通过实验和理论分析的方式研究了不同表面能（PTFE浓度）下Ni-P-PTFE复合镀层在TiO₂悬浮液中的颗粒污垢沉积特性。结果表明：相比于碳钢试样,Ni-P-PTFE复合镀层对于TiO₂颗粒沉积具有较好的抑制效果。随着PTFE浓度的增加,复合镀层的表面能降低,污垢沉积量呈下降趋势,在表面能为26.8 mJ/m²（PTFE=12 ml/L）时,TiO₂颗粒污垢在Ni-P-PTFE复合镀层的沉积量最小。实验结果与应用扩展的DLVO理论计算出的最佳表面能结果相一致,也为针对不同类型颗粒在换热表面的沉积的抑垢提供了指导施镀的依据。     

圆筒电极抑制换热表面CaCO3污垢沉积特性研究

将一圆筒柱面电极布置在换热器入口管道处,并与高压电源正极连接,研究圆筒电极形成的非匀强电场对实验段换热表面CaCO₃污垢沉积的影响。作为对比,同时分析了平行板电极（匀强电场）作用下CaCO₃污垢沉积行为。结果表明,施加平行电极与圆筒电极均可抑制换热表面CaCO₃污垢的沉积,抑垢率随施加电压（0~5000 V）的增加呈现先升高后降低的变化趋势。当施加平行电极时,最佳抑垢电压值为1000 V,最佳抑垢率为 73.27%。当施加圆筒电极时,最佳抑垢电压为500 V,最佳抑垢率为83%。因此,施加圆筒电极具有更好的抑垢效果,同时最佳抑垢电压更低,可降低电的消耗。此外,在无电场作用时,换热表面CaCO₃晶体主要为树枝状文石结构,当施加圆筒或平行电极时,CaCO₃晶体主要为块状方解石结构。     

板式换热器混合微生物污垢特性的实验研究

为探讨铁细菌与黏液形成菌混合微生物污垢的结垢特性,进而为微生物污垢阻垢和抑垢的研究打下基础。本文以微生物污垢中最常见的铁细菌和黏液形成菌为研究对象,实验研究了板式换热器中两种细菌在形成混合微生物污垢时相互协同抑制的关系以及不同工况下的结垢特性。结果表明,微生物污垢存在明显诱导期,铁细菌的污垢热阻渐近值约为2×10^-4m²·K/W,黏液形成菌的污垢热阻渐近值约为1.2×10^-4m²·K/W,铁细菌相比黏液形成菌有较强的致垢能力,1∶1比例混合菌的热阻值介于二者之间;无论哪种细菌量占据主导时,它们之间的互相协同作用会促使混合污垢的致垢能力增强。30℃时混合菌的热阻渐近值低于35℃时的情况,达到渐近值的时间约为35℃时的2倍;流速对混合菌污垢特性的影响明显,流速为0.1m/s时的污垢热阻渐近值约为0.15m/s时的2倍,达到渐近值的时间约为0.15m/s时的2.7倍。     

板式换热器黏液形成菌与CaCO_3混合污垢实验

为了探究黏液形成菌(SFB)与CaCO_3混合污垢在板式换热器(PHEs)中的成垢规律,对不同浓度的CaCO_3与黏液形成菌混合进行了实验研究。结果表明:混合污垢中,黏液形成菌微生物污垢占成垢的主要地位。微生物污垢的热阻渐近值最大,混合污垢的热阻渐近值介于微生物污垢的热阻渐近值和CaCO_3污垢热阻渐近值之间,CaCO_3污垢热阻渐近值最小。这不同于以往得到的混合污垢之间相互促进的结论,说明CaCO_3对黏液形成菌存在抑制作用。维持其他条件不变,随着CaCO_3浓度的增大,混合污垢热阻值随之减小。反之,随着黏液形成菌浓度的增大,混合污垢热阻值随之增大。     

Ca~(2+)环境下板式换热器微生物污垢特性

为了研究Ca2+环境下微生物的污垢特性,通过人工配比方法加入Ca Cl2与铁细菌,对板式换热器循环冷却水系统在不同温度、速度和铁细菌浓度下的污垢特性进行了实验研究。结果表明:在Ca2+环境下污垢热阻高于纯铁细菌污垢热阻,且温度越高污垢热阻渐近值越小,流体速度越大污垢热阻渐近值越小,铁细菌浓度越大污垢热阻渐近值越大。     

Anti-fouling surface modified stainless steel for food processing

Fouling on food contact surfaces (e.g. heat exchangers, work tables, conveyors) during food processing has a significant impact on operating efficiency and can promote biofilm development. Processing raw milk on plate heat exchangers results in significant fouling of proteins as well as minerals, and is exacerbated by the wall heating effect. The surface of 316L stainless steel heat exchanger plates was modified to resist fouling during food processing. An electroless nickel plating process was used to co-deposit fluorinated nanoparticles onto 316L stainless steel. The ability to resist fouling was demonstrated on a pilot plant scale plate heat exchanger. The fluorinated nanoparticle modified steel reduced surface energy from 41.4 to 24.7 mN/m, and reduced foulant accumulation by 97%. The anti-fouling coating was demonstrated to improve heat transfer efficiency. Repeatability studies were performed and confirmed that the EN-PTFE surface coating maintained its anti-fouling properties through 10 independent processing runs. Co-deposition of fluorinated particles during electroless nickel plating represents an effective and commercially scalable method to prepare anti-fouling coatings on stainless steel.     

垃圾焚烧炉对流受热面烧结积灰生长特性

使用扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、激光粒度分析仪等分析手段,对流化床垃圾焚烧炉对流受热面的松散性浮灰和烧结性积灰的微观结构和组成成分等进行研究。结果表明,省煤器浮灰中大部分颗粒保持着独立的形态,而对流管束浮灰存在烧结现象;绝大部分的浮灰粒径位于0～100μm;省煤器浮灰的灰熔点低于对流管束浮灰熔点80℃左右;对流管束浮灰和省煤器浮灰在成分组成上差别不大,浮灰中的主要元素均为Ca、Si、Al和S,但对流管束浮灰中Ca和S的含量高于省煤器浮灰。各层积灰中Ca和S的含量较高,主要物相为CaSO₄。对流管束积灰中Ca和S含量高于省煤器积灰;对流管束和省煤器积灰中Al和Si的含量远低于浮灰中的相应含量。从积灰内层到外层Ca和S的含量逐渐减少,而Al和Si的含量逐渐增加;积灰内层K、Na、Fe和Cl的含量高于其他层。     

流化床垃圾焚烧炉飞灰沉积实验

在自行搭建的小型流化床积灰试验台上选用流化床垃圾焚烧炉对流管束浮灰,模拟焚烧炉烟气环境下开展飞灰沉积实验。首先分析浮灰理化特性,结果表明：随着粒径增大,浮灰中CaO和SO₃含量逐渐降低,而SiO₂和Al₂O₃的含量逐渐增加;碱金属Na和K以及卤素Cl的含量在粒径较小的浮灰中含量最高。其次重点研究了浮灰粒径、烟气温度和换热管表面温度对飞灰沉积特性的影响规律,结果表明：积灰中主要富含Ca、S、Si和Al等元素,积灰中CaO和SO₃含量比浮灰高,而Al₂O₃和SiO₂含量比浮灰低;积灰量随着烟气温度升高而增加;粒径对灰沉积影响作用显著,大粒径灰颗粒难沉积而小粒径灰粒易沉积;管壁温度在600℃时,积灰量最小。积灰中CaO和SO₃的含量随着管壁温度升高而减少,而难熔Al₂O₃和SiO₂的含量随着管壁温度升高而增加。     

羧甲基葡聚糖的快速沉降法阻垢特性研究

工业循环冷却水中的碳酸钙污垢一直是困扰工业生产者的重要问题,使用快速沉降法（FCP）研究了不同浓度的羧甲基葡聚糖对于碳酸钙污垢的抑制作用。控制溶液中的钙离子浓度为200 mg/L,羧甲基葡聚糖的浓度分别为0.5、1、2和4 mg/L时,对羧甲基葡聚糖的阻垢性能进行分析。结果表明,羧甲基葡聚糖对于减缓碳酸钙的成核过程有明显效果,此外,它也显著降低了碳酸钙成核后晶体的生长速率。当羧甲基葡聚糖的浓度为4 mg/L时,羧甲基葡聚糖对于碳酸钙的成核及晶面生长起到了完全抑制的作用,对于工业应用中碳酸钙的防垢处理,提升换热效率具有借鉴意义。     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。     

铜板表面溅射MgF2在池沸腾条件下抗CaCO3污垢性能

污垢的沉积导致换热器的效率降低。采用磁控溅射技术在铜板基底上溅射MgF2,在池式沸腾装置中对CaCO3溶液的结垢过程进行了试验研究。利用扫描电镜（SEM）分析不同基底的表面形貌和计算了相应的表面能。研究表明,溅射MgF2的铜板其表面能较低,可提高其抗垢性能。