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转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔喷嘴布置方式对喷淋特性的影响

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过程工程学报 2019年第3期19卷 500-509页

作者：钱付平黄小萍曹博文夏勇军胡笳史德明韩云龙安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243002 安徽欣创节能环保科技股份有限公司安徽马鞍山243071

采用离散相模型对新og系统高效喷淋塔入口段及主体段喷嘴的布置方式进行数值模拟,考察了喷嘴喷射方向和喷淋层数对雾化场气流分布和降温效果的影响。结果表明,喷嘴的喷射方向和塔内的喷淋层数对雾化场的气流分布和降温效果影响较大;喷... 详细信息

采用离散相模型对新og系统高效喷淋塔入口段及主体段喷嘴的布置方式进行数值模拟,考察了喷嘴喷射方向和喷淋层数对雾化场气流分布和降温效果的影响。结果表明,喷嘴的喷射方向和塔内的喷淋层数对雾化场的气流分布和降温效果影响较大;喷淋塔入口段采用逆流喷射时,出口截面的速度分布最均匀且降温效果最好;高效喷淋塔的主体段的喷淋层数为5时,塔内烟气的速度流场较均匀,且中心区域的气流速度为2~4 m/s,有助于延长气体与液滴的作用时间;随喷淋层数增加,塔内温度梯度变化增大,水蒸气质量分数分布与温度分布对应,塔内的平均湍动能逐渐增高。

关键词：转炉一次除尘新og系统喷淋塔喷嘴布置数值模拟

转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔喷嘴雾化特性的模拟

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过程工程学报 2018年第3期18卷 461-468页

作者：黄小萍钱付平王来勇夏勇军胡笳史德明韩云龙安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243002 安徽欣创节能环保科技股份有限公司安徽马鞍山243071

利用离散相模型对转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔内喷嘴的雾化特性进行模拟,分析了喷射角度、喷射压力、喷射流量及喷嘴水平间距等因素对雾化场索太尔平均直径（SMD）和蒸发效率的影响.结果表明,在一定范围内随喷射角度增加,液滴在雾... 详细信息

利用离散相模型对转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔内喷嘴的雾化特性进行模拟,分析了喷射角度、喷射压力、喷射流量及喷嘴水平间距等因素对雾化场索太尔平均直径（SMD）和蒸发效率的影响.结果表明,在一定范围内随喷射角度增加,液滴在雾化场中的覆盖面增大,液滴驻留时间变长,蒸发效率增加,雾化场SMD减小,喷射角度大于60°时,SMD值减小缓慢.随喷射压力增大,液滴蒸发效率增加,雾化场SMD减小,压力大于1.0 MPa时对SMD的影响较小.随喷射流量增加,液滴蒸发效率减小,雾化场SMD增加,流量小于0.15 kg/s时,SMD增加幅度偏小.两喷嘴水平间距越大,液滴分布面积越大,但对雾化场SMD影响较小.在一定条件下,喷嘴间距约为800 mm时,截面速度分布较均匀.

关键词：转炉一次除尘新og系统喷淋塔雾化特性模拟

转炉一次除尘新og系统环缝文氏管气-液两相流场特性的数值研究

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转炉一次除尘新OG系统环缝文氏管气-液两相流场特性的数值研究

作者：梁梅安徽工业大学

学位级别：硕士

氧气转炉炼钢是我国的主要炼钢方法,随着钢铁行业的不断扩容,我国炼钢转炉数量在逐年增加。氧气转炉炼钢过程中会产生大量高温烟气,其中不但含有可回收利用的CO,还含有会污染环境的金属粉尘,因而转炉除尘工艺直接影响着国家的节能减排... 详细信息

氧气转炉炼钢是我国的主要炼钢方法,随着钢铁行业的不断扩容,我国炼钢转炉数量在逐年增加。氧气转炉炼钢过程中会产生大量高温烟气,其中不但含有可回收利用的CO,还含有会污染环境的金属粉尘,因而转炉除尘工艺直接影响着国家的节能减排政策能否很好的实施。可调喉口环缝文氏管洗涤器作为转炉一次除尘新og(Oxygen Converter Gas Recovery)系统的核心部件,其运行情况直接关系到系统的除尘效率、压力控制精度的高低以及设备的使用寿命。本研究基于欧拉-拉格朗日方法,采用了CFD-DPM模型和Realizable k-ε湍流模型,速度和压力耦合利用SIMPLE算法进行处理。模拟中考虑了环缝文氏管内部气体与液滴间的相互作用、液体射流的雾化以及液滴的碰撞与破碎。本研究对不同环缝行程(L)、液气比(L/G)和烟气量(Q)工况下的环缝文氏管气-液两相流场特性进行了数值模拟,主要揭示了各个因素对环缝文氏管喉口气流速度、阻力及其除尘效率的影响规律。另外,为了改善环缝文氏管的除尘效果,通过改变喷水位置、喷射角度和喷嘴数量,对其内部的喷水方式进行了优化分析,主要通过分析喉口速度相对标准偏差值(C)和液滴索特平均直径(SMD值)来说明喉口速度场的均匀性以及液滴平均直径的变化。得到以下结论:(1)在气相场中加入喷淋液滴会降低喉口烟气平均流速(V),并且L/G越大V越小,但L/G在合理取值范围内对V的影响很小;V与L呈正比,但L越大,喉口气流速度分布越不均匀,从而不利于液滴的均匀分布;另外,V并不随L线性变化,L较大时,V的增长率稍有提高。在本研究所选行程范围内,L每增大50mm,V大约会增长6%;(2)环缝文氏管的阻力与L、L/G和Q均呈正比,并且三种变量对阻力的影响程度各不相同;在本研究所选变量的范围内,L每增大50mm,阻力大约增长127%;L/G每增大0.1 l/m,阻力大约增长7%;Q每增加5000Nm/h,阻力大约增长10%;阻力随L/G和Q几乎呈线性增长,但并不随L呈线性增长;L越大,阻力随之增长的幅度也越大,尤其当L大于700mm时;环缝文氏管阻力随L近似呈二次曲线关系,并且L/G较低时,两者的二次关系减弱;当L较大时,L/G和Q对阻力的影响程度较显著,特别是当L大于700mm的情况下;当Q增大时,L以及L/G对阻力的影响程度越大;L可选取在65000mm,同时适当提高L/G可达到较好的除尘效果;(3)在喉部喷水时,喷嘴的喷射角度(θ)与C呈正比,与SMD值呈反比,而且θ小于75°时,C的变化趋势十分平缓;最终,喉部θ宜选择75°;C随着喉部喷水位置的升高而降低,而SMD值随喉部喷水位置的升高而增大;喷水位置在喉部中部以上时,C随喷水位置的升高其降幅变得更平缓,而此时SMD值的增加更显著,因此喉部宜在中部喷水;随着喷嘴数量的增多,喉部液滴覆盖面变广且液滴分布更均匀;喉部喷嘴数量增加,会降低C和SMD值,但同时会增加环缝文氏管阻力,喷嘴从2个增多到4个时,阻力增长了17%左右;并且随着喷嘴数量的增加,C和SMD值两者随之降低的幅度增大,同时环缝文氏管阻力随之增长的幅度也增大,喷嘴数量从2个增多到3个时,阻力增长了3%左右,而喷嘴数量从3个增加到4个时,阻力约增长了13%。

关键词：转炉一次除尘新og系统环缝文氏管气-液两相流

转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔喷淋特性研究

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转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔喷淋特性研究

作者：黄小萍安徽工业大学

学位级别：硕士

随着颗粒物排放限值的提高及公众环保意识的逐渐增强,对钢铁行业而言,优化生产工艺流程,改进节能环保设施,实现清洁生产显得至关重要。转炉一次除尘新氧气顶吹转炉煤气回收(Oxygen Converter Gas Recovery,og)系统具有烟尘排放浓度低、... 详细信息

随着颗粒物排放限值的提高及公众环保意识的逐渐增强,对钢铁行业而言,优化生产工艺流程,改进节能环保设施,实现清洁生产显得至关重要。转炉一次除尘新氧气顶吹转炉煤气回收(Oxygen Converter Gas Recovery,og)系统具有烟尘排放浓度低、能源利用率高、投资少等优势,具有广阔的应用前景。高效喷淋塔作为转炉一次除尘新og系统的核心装置之一,其降温除尘性能直接影响到系统的运行效果。因此本文针对高效喷淋塔的喷淋特性进行研究,所得结论对于提高其降温效果以及节能降耗具有重要的理论价值和实际意义。本文首先搭建喷嘴雾化特性实验系统,利用闪光摄影法对雾化场液滴进行取像,通过MATLAB图像处理工具箱对所拍摄的图像进行数字化处理,从中统计出雾化液滴的粒径及液滴数量等参数,讨论不同工况的液滴尺寸分布和索太尔平均直径(Sauter Mean Diameter,SMD)等评价指标,从而研究液滴的分布情况和变化规律;其次建立压力旋流型喷嘴雾化场的几何模型,利用ANSYS FLUENT中离散相模型(Dispersed Phased Model,DPM)进行气液两相流的数值计算,用实验结果验证了数值计算模型的可信性,分析了喷射角度、喷射压力、喷射流量对雾化场SMD和蒸发效率的影响,并研究了两个喷嘴之间的距离对雾化场液滴驻留时间以及气流分布的影响,从而获得适用于新og系统中高效喷淋塔的最佳雾化参数;最后,建立高效喷淋塔的几何模型,分别对喷淋塔入口段和主体段进行数值计算,讨论不同喷射方向和喷淋层数时塔内气液两相间的速度、温度、湍动能、压力损失等变化规律。结果表明:(1)实验过程中液滴从喷嘴出口喷出后,距离喷嘴的出口越远,液滴直径逐渐减小,液滴数量增多,气液两相之间的接触面积增加;雾化场SMD值随喷嘴流量的增加而增加,当喷嘴流量相同时,喷嘴孔径越小,SMD值越小,雾化效果越好。(2)在一定范围内,随着压力旋流型喷嘴在雾化场中喷射角度的增加,液滴在雾化场中的覆盖面积增加,液滴驻留时间增加,蒸发效率增加,雾化场SMD减小,当喷射角度大于60o时,SMD值减小缓慢;随着喷射压力的增加,液滴蒸发效率增加,雾化场SMD减小,当压力为大于1.0 MPa时,对SMD值的影响较小;随着喷射流量增加,液滴蒸发效率减小,雾化场SMD增加,流量小于0.15 kg/s时,SMD增加幅度偏小。两个喷嘴的水平间距增加,液滴分布面积增加,当喷嘴间距为800 mm左右,截面速度分布较为均匀。(3)当高效喷淋塔入口段喷嘴的喷射方向为顺流喷射时,液滴在入口段的驻留时间最短,采用逆流喷射时驻留时间最长。喷淋塔入口段采用逆流喷射时,出口截面的速度分布较为均匀,降温效果较好,采用组合喷射和顺流喷射出口截面的速度分布均匀性和降温较差。因此,喷射方向采用逆流喷射时烟气的气流分布最佳,换热效果最好。(4)高效喷淋塔主体段的喷淋层数对液滴的驻留时间影响较小;当主体段喷淋层数为三层和四层时,烟气在塔内近壁面处的流速比塔内中部的流速大,喷淋层数为五层时,塔内烟气的速度流场较为均匀,且在中心位置区域内的气流速度在2 m/s,速度较小有助于提高气体与液滴的作用时间;随着喷淋层数的增加,塔内平均湍动能逐渐增加,对气流的扰动作用增强;采用不同的喷淋层数对塔内降温效果影响较大,当喷淋层数为五层时,塔内温度梯度变化较大,水蒸气质量分数分布与温度分布相互对应,表明了喷淋层数越多,塔内的持液量越大,塔内的气液接触面积更大;随着喷淋层数的增加,塔内压力损失增加,但三种工况塔内的压力损失均不超过500 Pa。综合以上分析,在正常运行时塔内主体段可设置5个喷淋层。

关键词：转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔压力旋流型喷嘴喷淋特性

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转炉一次除尘新og系统设计软件开发及应用

转炉一次除尘新OG系统设计软件开发及应用

作者：张天安徽工业大学

学位级别：硕士

作为钢铁企业重要的二次能源,转炉烟气的回收利用具有较高的经济效益和环境效益。转炉一次除尘新og系统具有能耗低、净化效率高的特点,拥有良好的市场前景。目前,关于og系统的参数设计缺少一种简便快捷的途径。为提升设计效率,对于新og... 详细信息

作为钢铁企业重要的二次能源,转炉烟气的回收利用具有较高的经济效益和环境效益。转炉一次除尘新og系统具有能耗低、净化效率高的特点,拥有良好的市场前景。目前,关于og系统的参数设计缺少一种简便快捷的途径。为提升设计效率,对于新og系统中的除尘设备,本研究通过软件开发的方式以实现针对不同转炉出口烟气工况的除尘设备参数设计。同时,软件作为开放的平台,可以实现对于新og系统核心设备数值模拟结果的存储与调用。本文针对新og系统的参数设计,开发了转炉一次除尘新og系统设计软件,为og系统参数设计提供一种新的计算机辅助设计方法。软件以Visual Basic为主要开发工具,对新og系统中除尘设备关键参数进行了可视化设计。为将核心设备相关特性通过软件平台输出,该软件建立了输出窗口直接调用数值模拟结果。需要说明的是,旋流脱水器作为新og系统的核心部件之一,目前对其进行相关理论研究尚显不足,因此,本文选择其气液分离特性作为研究对象,并将其数值模拟结果通过输出窗口输出。结果表明:转炉一次除尘新og系统设计软件提供了参数设计功能与数值模拟结果输出功能。参数设计窗口的建立以总结设计经验为基础,通过VB语言对新og系统中洗涤器和环缝文氏管关键参数进行可视化设计。设计计算的结果通过软件窗口直接输出,为达到最优的设计目标,结果是可调整的。然后,AutoCAD软件根据设计结果自动生成图形文件,实现了参数化设计与绘图的集成。设计者可以直接观察软件平台上的设计结果,并对其进行修改,以达到最佳的参数设计。在此基础上,通过调用AutoCAD软件直接输出设计结果,并可对图形进行修改,实现了参数化设计与绘图的集成。此外,通过数值模拟结果输出窗口,可以直接得到各工况下数值计算结果。软件界面友好,操作简单,提高了设计效率,为转炉烟气净化系统的参数化设计提供了一种新的方法。软件中旋流脱水器数值模拟结果输出基于对其气液分离特性的研究。本文根据旋流脱水器的内部流动特性,基于欧拉-拉格朗日方法,对旋流脱水器内部气液两相流动进行了计算和分析。通过与文献中实验数据的比较,验证了数值计算模型的正确性。研究了液滴直径、入口干度和湍流扩散效率对流场分布、分离效率、出口干度和出口粒度分布的影响。结果表明:当质量流量一定时,旋流脱水器进出口压降随着进口干度的增加而显著增加。对于相同直径的液滴,在不考虑湍流扩散效应的情况下,分离效率随入口干度的增加而增加。当考虑湍流扩散效应时,对于直径较小的液滴(0.1?m),这种规律刚好是相反的,连续相速度的增加提升了湍流扩散速度,使湍流运动更加紊乱,但分离效率高于不考虑湍流扩散效应时的计算结果。在混合粒径条件下,随着入口干度的增加,分离效率和出口干度增加,计算表明湍流扩散效应有利于混合直径液滴的分离。随着入口干度的增加,液滴质量分数的峰值逐渐向小粒径方向移动,粒径分布范围逐渐减小。

关键词：转炉一次除尘新og系统参数设计软件开发旋流脱水器

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转炉一次除尘新og系统设计软件开发及应用

计算机辅助工程 2019年第3期28卷 43-48页

作者：曹博文钱付平张天薛沚怡胡笳夏勇军安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243002 安徽欣创节能环保科技股份有限公司安徽马鞍山243071

为提升新og系统设计效率,基于计算机辅助设计方法,利用Visual Basic 6.0对新og系统中除尘设备的关键参数进行可视化设计。利用ActiveX Automation二次开发工具实现AutoCAD参数化绘图。在不同工况下,对洗涤塔与环缝文氏管进行参数设计,... 详细信息

为提升新og系统设计效率,基于计算机辅助设计方法,利用Visual Basic 6.0对新og系统中除尘设备的关键参数进行可视化设计。利用ActiveX Automation二次开发工具实现AutoCAD参数化绘图。在不同工况下,对洗涤塔与环缝文氏管进行参数设计,并输出其主体设计图。建立旋流脱水器数值模拟结果调用窗口,输出其相关特性,为设计提供参考。转炉一次除尘新og系统设计软件可实现参数化设计、绘图与模拟结果调用功能的集成。

关键词：转炉一次除尘新og系统参数设计软件开发

转炉一次除尘新og系统高效喷淋塔喷嘴雾化效果的实验研究

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安徽工业大学学报（自然科学版） 2019年第3期36卷 278-282页

作者：曹博文钱付平黄小萍胡笳夏勇军安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 安徽欣创节能环保科技股份有限公司安徽马鞍山243071

作为转炉一次除尘新氧气转炉煤气回收(og)系统的核心设备之一,高效喷淋塔喷嘴雾化效果直接影响系统的运行效率。基于闪光摄影法并利用图像处理技术对不同流量下压力旋流式喷嘴雾化效果进行实验研究,通过粒径分布图与跨径值对液滴雾化均... 详细信息

作为转炉一次除尘新氧气转炉煤气回收(og)系统的核心设备之一,高效喷淋塔喷嘴雾化效果直接影响系统的运行效率。基于闪光摄影法并利用图像处理技术对不同流量下压力旋流式喷嘴雾化效果进行实验研究,通过粒径分布图与跨径值对液滴雾化均匀度进行定性与定量评估。结果表明:随着液滴的下降,小粒径液滴的数量增加,液滴粒径分布均匀性变差;不同孔径的压力旋流式喷嘴,雾化场索太尔平均直径(SMD)随流量的增加而增加;本文研究的压力旋流式喷嘴,在孔径为1.5 mm、流量为0.15 kg/s时,SMD值最小,雾化效果最好。

关键词：转炉一次除尘新og系统喷淋塔压力旋流式喷嘴雾化效果