【摘要】：我國能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主,燃煤鍋爐及工業(yè)爐窯排放含塵煙氣量大,隨著環(huán)保要求的提高,高溫含塵煙氣處理需要采用高效的除塵凈化設(shè)備,袋式除塵器以其高效的除塵性能成為鋼鐵、水泥、冶金、化工及垃圾焚燒等行業(yè)最主要的煙氣凈化設(shè)備�，F(xiàn)有袋式除塵器在處理高溫含塵煙氣時濾袋易堵塞、燒穿。本文分析不僅是因為煙氣溫度過高或波動過大造成濾袋損壞,更主要是含塵煙氣中的高溫顆粒對濾袋造成的破壞。解決濾袋易損壞的問題,本文從整個除塵凈化工藝角度出發(fā),而不局限于袋式除塵器內(nèi)氣流組織優(yōu)化和濾袋選用,提出配合袋式除塵器凈化含塵煙氣的預(yù)處理技術(shù),以保護袋式除塵器穩(wěn)定運行。 含塵煙氣預(yù)處理技術(shù)包括氣固預(yù)分離及含塵煙氣降溫兩個方面內(nèi)容�，F(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中袋式除塵器常采用一級除塵,含塵煙氣經(jīng)風(fēng)管均勻流直接輸送進入袋式除塵器,多采用蛇形管等延長含塵煙氣輸送長度的方法通過風(fēng)冷方法對煙氣降溫。本文提出通過改變管內(nèi)輸送含塵煙氣的流場結(jié)構(gòu)的方法把強化氣固分離與傳熱相結(jié)合的理念。通過起旋器促使含塵煙氣旋轉(zhuǎn)運動,運動軌跡由軸向流變成螺旋流,延長含塵煙氣的運動軌跡,有助于煙氣的降溫,煙氣旋轉(zhuǎn)運動引入較大的切向速度,加大對壁面的沖刷,減薄邊界層厚度,強化了煙氣通過管壁的傳熱,使煙氣降溫。同時旋流的離心力作用促使氣固兩相預(yù)分離去除粒徑較大且溫度較高的顆粒,保護濾袋,實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。 本文提出新型蝸向單進口及雙進口圓管旋流起旋器,設(shè)計軸向旋流結(jié)構(gòu),并對起旋器的結(jié)構(gòu)進行了初步優(yōu)化。通過冷態(tài)圓管旋流試驗,得出新型單進口及雙進口蝸向起旋圓管旋流的流場及阻力特性,分析了三維流速分布的主要特點及對煙氣預(yù)處理的強化特性,并分析了壓力場分布特性。通過理論分析的方法,建立旋流流動流場分布模型及壓力分布模型,采用數(shù)值模擬的方法,建立相應(yīng)的物理模型,并采用雷諾應(yīng)力模型(RSM), SIMPLEC耦合壓力速度項,模擬新型蝸向起旋圓管旋流運動,模擬結(jié)果與試驗及理論分析的變化規(guī)律較為吻合,表明數(shù)值模擬模型的有效性。 在流場分析的基礎(chǔ)上,本文理論分析了旋流流動中顆粒的運動特性,建立顆粒運動模型。采用邊界層分離理論,確定了旋流氣固分離的切割粒徑,建立了氣固分離的分級分離效率模型。通過數(shù)值模擬的方法,分析不同起旋方式的氣固分離效率,模擬結(jié)果與理論分析基本一致。 本文建立套管式換熱試驗?zāi)Ｐ?并通過光滑管的傳熱試驗與經(jīng)驗數(shù)據(jù)的比較,驗證了傳熱試驗的有效性。在此基礎(chǔ)上,研究了不同蝸向起旋圓管旋流的傳熱特性。根據(jù)試驗結(jié)果得出Nu數(shù)擬合關(guān)系式,試驗結(jié)果表明了雙進口起旋方式比單進口起旋方式強化效果明顯,增強25%左右。在對旋流傳熱試驗的基礎(chǔ)上,建立傳熱強化評價指標(biāo),并通過場協(xié)同理論探討了旋流強化傳熱的機理及優(yōu)化方法。在傳熱試驗基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬的方法對不同起旋旋流強化的傳熱特性進行了分析。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果相比較基本一致。通過數(shù)值模擬,得出不同起旋圓管旋流的局部Nu數(shù)隨軸向管長近似指數(shù)衰減,雙進口起旋方式Nu數(shù)高于單進口起旋方式,設(shè)導(dǎo)流核后改變起始階段旋流結(jié)構(gòu),局部Nu數(shù)增加。旋流越強,傳熱強化程度越高,且雙進口起旋比單進口起旋的旋流衰減緩慢,設(shè)導(dǎo)流核后使初始切向速度較大,但相應(yīng)衰減速度也較大,最終都趨向于充分發(fā)展湍流傳熱模式。 本文分析了旋流中顆粒的受力運動,并采用分離變量法建立顆粒與氣流的傳熱模型。一般高溫?zé)煔庵袎m粒的Bi≤0.1時,采用集總參數(shù)法簡化顆粒降溫模型,并初步分析顆粒降溫與氣流降溫的動態(tài)平衡,引入時間常數(shù)σp,得出粒徑越小的顆粒降溫與氣流降溫達到動態(tài)平衡的時間越短,且與氣流間的溫差越�。环粗酱蟮念w粒達到動態(tài)平衡時間越長,且與氣流間的溫差越大,這也為本文提出預(yù)處理煙氣不僅需要降溫而且要結(jié)合氣固分離去除較大粒徑顆粒提供理論依據(jù)。 本文在試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,針對馬鞍山鋼鐵股份有限公司干熄焦?fàn)t用袋式除塵器運行存在的問題,根據(jù)本文提出的新的設(shè)計理念,應(yīng)用新型蝸向起旋技術(shù),對其進行配套改造,設(shè)計了煙氣預(yù)處理系統(tǒng),并對設(shè)計應(yīng)用情況進行了歸納和總結(jié)以利于新技術(shù)的應(yīng)用于推廣。 本文提出對煙氣的預(yù)處理,可保護袋式除塵器穩(wěn)定運行,保護濾袋。對新型蝸向起旋旋流強化氣固分離與傳熱的特性進行了初步研究和分析,建立的分離效率模型還需通過試驗分析進行進一步的驗證,新技術(shù)與袋式除塵器的配合使用性能還需進一步試驗驗證。
【圖文】：

袋使用時易堵塞，燒穿，壽命短，運行費用高，且耐高溫的高端濾料口，價格昂貴。處理高溫?zé)煔猓岣邽V袋的耐高溫性能外，還可通凈化工藝、系統(tǒng)構(gòu)成等的優(yōu)化來實現(xiàn)袋式除塵器的穩(wěn)定運行，，因此有除塵系統(tǒng)從整個除塵凈化流程上進行研究。配套袋式除塵器的使用，用蝸殼式軸向旋流的方法對煙氣進行預(yù)除塵和降溫，去除含塵煙氣中及去除煙氣攜帶的火花等，降低了袋式除塵器除塵濃度、煙氣溫度、度波動，有助于延長濾袋的使用壽命。題研究背景與意義速發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟給人類帶來了高度發(fā)達的物質(zhì)文明，但也同時產(chǎn)生環(huán)境惡化，一次能源過度開采使用。近數(shù)十年來，多次發(fā)生能源危機的一次能源己顯現(xiàn)出短缺的現(xiàn)象，如圖1.1。目前能源生產(chǎn)與利用方局部和全球的環(huán)境影響是全世界關(guān)注的一個重要問題，能源利用的低已成為國內(nèi)大氣污染嚴(yán)重的最重要因素之一[‘]。時閱(年)

旋流強度逐漸衰減，可衰減旋轉(zhuǎn)流中旋轉(zhuǎn)強度的衰減小于阻力的衰減，即在不影響旋流應(yīng)用的前提下大大減小了流動阻力，降低了運行成本。衰減性旋流按氣流運動方向可分為“逆流式”和“軸流式”如圖1.6所示。本文主要以改變圓管內(nèi)含塵氣體輸送的流動結(jié)構(gòu)，讓氣流旋轉(zhuǎn)，形成軸流式衰減旋流進行研究。(a)逆流式(b)軸流式圖1.6衰減性旋流氣流運動示意 Fig.1.6Sehematiediagramofthestreamli，leofswirldeea戶ngflow衰減性旋流入口結(jié)構(gòu)形式按起旋方向主要有四種。如圖1.7所示:
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X701.2

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本文編號：2664299