【摘要】：隨著顆粒物排放限值的提高及公眾環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng),對(duì)鋼鐵行業(yè)而言,優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程,改進(jìn)節(jié)能環(huán)保設(shè)施,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)顯得至關(guān)重要。轉(zhuǎn)爐一次除塵新氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煤氣回收(Oxygen Converter Gas Recovery,OG)系統(tǒng)具有煙塵排放濃度低、能源利用率高、投資少等優(yōu)勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。高效噴淋塔作為轉(zhuǎn)爐一次除塵新OG系統(tǒng)的核心裝置之一,其降溫除塵性能直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行效果。因此本文針對(duì)高效噴淋塔的噴淋特性進(jìn)行研究,所得結(jié)論對(duì)于提高其降溫效果以及節(jié)能降耗具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。本文首先搭建噴嘴霧化特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用閃光攝影法對(duì)霧化場(chǎng)液滴進(jìn)行取像,通過MATLAB圖像處理工具箱對(duì)所拍攝的圖像進(jìn)行數(shù)字化處理,從中統(tǒng)計(jì)出霧化液滴的粒徑及液滴數(shù)量等參數(shù),討論不同工況的液滴尺寸分布和索太爾平均直徑(Sauter Mean Diameter,SMD)等評(píng)價(jià)指標(biāo),從而研究液滴的分布情況和變化規(guī)律;其次建立壓力旋流型噴嘴霧化場(chǎng)的幾何模型,利用ANSYS FLUENT中離散相模型(Dispersed Phased Model,DPM)進(jìn)行氣液兩相流的數(shù)值計(jì)算,用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算模型的可信性,分析了噴射角度、噴射壓力、噴射流量對(duì)霧化場(chǎng)SMD和蒸發(fā)效率的影響,并研究了兩個(gè)噴嘴之間的距離對(duì)霧化場(chǎng)液滴駐留時(shí)間以及氣流分布的影響,從而獲得適用于新OG系統(tǒng)中高效噴淋塔的最佳霧化參數(shù);最后,建立高效噴淋塔的幾何模型,分別對(duì)噴淋塔入口段和主體段進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,討論不同噴射方向和噴淋層數(shù)時(shí)塔內(nèi)氣液兩相間的速度、溫度、湍動(dòng)能、壓力損失等變化規(guī)律。結(jié)果表明:(1)實(shí)驗(yàn)過程中液滴從噴嘴出口噴出后,距離噴嘴的出口越遠(yuǎn),液滴直徑逐漸減小,液滴數(shù)量增多,氣液兩相之間的接觸面積增加;霧化場(chǎng)SMD值隨噴嘴流量的增加而增加,當(dāng)噴嘴流量相同時(shí),噴嘴孔徑越小,SMD值越小,霧化效果越好。(2)在一定范圍內(nèi),隨著壓力旋流型噴嘴在霧化場(chǎng)中噴射角度的增加,液滴在霧化場(chǎng)中的覆蓋面積增加,液滴駐留時(shí)間增加,蒸發(fā)效率增加,霧化場(chǎng)SMD減小,當(dāng)噴射角度大于60o時(shí),SMD值減小緩慢;隨著噴射壓力的增加,液滴蒸發(fā)效率增加,霧化場(chǎng)SMD減小,當(dāng)壓力為大于1.0 MPa時(shí),對(duì)SMD值的影響較小;隨著噴射流量增加,液滴蒸發(fā)效率減小,霧化場(chǎng)SMD增加,流量小于0.15 kg/s時(shí),SMD增加幅度偏小。兩個(gè)噴嘴的水平間距增加,液滴分布面積增加,當(dāng)噴嘴間距為800 mm左右,截面速度分布較為均勻。(3)當(dāng)高效噴淋塔入口段噴嘴的噴射方向?yàn)轫樍鲊娚鋾r(shí),液滴在入口段的駐留時(shí)間最短,采用逆流噴射時(shí)駐留時(shí)間最長(zhǎng)。噴淋塔入口段采用逆流噴射時(shí),出口截面的速度分布較為均勻,降溫效果較好,采用組合噴射和順流噴射出口截面的速度分布均勻性和降溫較差。因此,噴射方向采用逆流噴射時(shí)煙氣的氣流分布最佳,換熱效果最好。(4)高效噴淋塔主體段的噴淋層數(shù)對(duì)液滴的駐留時(shí)間影響較小;當(dāng)主體段噴淋層數(shù)為三層和四層時(shí),煙氣在塔內(nèi)近壁面處的流速比塔內(nèi)中部的流速大,噴淋層數(shù)為五層時(shí),塔內(nèi)煙氣的速度流場(chǎng)較為均勻,且在中心位置區(qū)域內(nèi)的氣流速度在2~4 m/s,速度較小有助于提高氣體與液滴的作用時(shí)間;隨著噴淋層數(shù)的增加,塔內(nèi)平均湍動(dòng)能逐漸增加,對(duì)氣流的擾動(dòng)作用增強(qiáng);采用不同的噴淋層數(shù)對(duì)塔內(nèi)降溫效果影響較大,當(dāng)噴淋層數(shù)為五層時(shí),塔內(nèi)溫度梯度變化較大,水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布與溫度分布相互對(duì)應(yīng),表明了噴淋層數(shù)越多,塔內(nèi)的持液量越大,塔內(nèi)的氣液接觸面積更大;隨著噴淋層數(shù)的增加,塔內(nèi)壓力損失增加,但三種工況塔內(nèi)的壓力損失均不超過500 Pa。綜合以上分析,在正常運(yùn)行時(shí)塔內(nèi)主體段可設(shè)置5個(gè)噴淋層。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X757
【圖文】：

圖 1.2 第四代 OG 系統(tǒng)流程爐一次除塵凈化系統(tǒng)是在 1969 年由德國(guó)魯奇和蒂森鋼鐵 LT（Lurgi-Thyssen）法[21]。圖 1.3 為 LT 干法流程圖，轉(zhuǎn)氣通過汽化冷卻煙道和蒸發(fā)冷卻塔進(jìn)行冷卻，再通過風(fēng)機(jī)，最后通過煤氣冷卻器二次降溫，進(jìn)而回收利用。使用 L的粉塵濃度降至 15 mg/m3左右，比濕法除塵系統(tǒng)的除塵效力損失小，日常維護(hù)較為方便。但干法除塵比濕法除塵的時(shí)的耗電量較大以及系統(tǒng)維護(hù)問題難以解決，使干法除塵沒有得到普遍應(yīng)用[22-24]。汽化冷卻煙道蒸發(fā)冷放散塔

嚕繾煲旱蔚姆植擠段Ы洗螅嘈鄲行縐涑袒峒跣　＆韌?2.3 噴射角度示意圖2.4.2 流量特性流量特性與噴嘴的類型、噴嘴的介質(zhì)、噴嘴的孔徑和壓力等相關(guān)。對(duì)于相同類型的噴嘴，其流量特性和噴嘴的孔徑以及壓力大小有關(guān)。2.4.3 液滴平均直徑噴嘴霧化所形成的霧滴粒徑大小不均勻，因此選擇合適的評(píng)價(jià)液滴粒度分布的參數(shù)很重要[68]。液滴平均直徑是噴嘴霧化性能的主要參數(shù)之一，常見噴嘴液滴平均直徑的表現(xiàn)形式有：線性平均直徑 D10、面積平均直徑 D20、體積平均直徑 D30、容積-表面平均直徑 D32（SMD）等，它們的評(píng)定方式如表 2.2。大多數(shù)學(xué)者使用 SMD 來對(duì)壓力旋流型噴嘴霧化特性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[69-73]，根據(jù) SMD 的定義可知該值反映的是液滴體積與總表面積之間的比值。SMD 值越小，相同體積下的液體表面積越大，霧化效果更好。本研究采用 SMD 來對(duì)噴嘴霧化場(chǎng)的液滴分布特性進(jìn)行分析。

30maxmin30DDdN 容積-表面積平均直徑（SMD）D32maxminmaxmin3322=DDDDD dNDD dN 熱質(zhì)交換計(jì)算，質(zhì)量運(yùn)輸，燃燒反應(yīng)（注：式中，D 為的液滴粒徑，μm；N 為直徑為 D 的液滴數(shù)）2.4.4 液滴尺寸分布噴嘴霧化會(huì)形成大量的液滴，液滴粒徑的尺寸分布可以用來描述噴嘴液滴霧化的均勻程度，其中最簡(jiǎn)單的方法是用直方圖來表示[74]，如圖 2.4 所示，橫坐標(biāo)為液滴直徑，縱坐標(biāo)是在直徑為 D-△D/2 至 D+△D/2 范圍內(nèi)液滴的相對(duì)數(shù)量，若△D 取值越小，表示誤差越小，當(dāng)△D 值趨向于 0 時(shí)，直方圖即為反應(yīng)液滴尺寸分布曲線圖，如圖 2.5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2782795