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

来源 :安徽工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cctvnba_2008
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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(Li)、液气比(L/G)和烟气量(Qg)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(CV)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(Vth),并且L/G越大Vth越小,但L/G在合理取值范围内对Vth的影响很小;Vth与Li呈正比,但Li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,Vth并不随Li线性变化,Li较大时,Vth的增长率稍有提高。在本研究所选行程范围内,Li每增大50mm,Vth大约会增长68%;(2)环缝文氏管的阻力与Li、L/G和Qg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,Li每增大50mm,阻力大约增长1217%;L/G每增大0.1 l/m3,阻力大约增长79%;Qg每增加5000Nm3/h,阻力大约增长10%;阻力随L/G和Qg几乎呈线性增长,但并不随Li呈线性增长;Li越大,阻力随之增长的幅度也越大,尤其当Li大于700mm时;环缝文氏管阻力随Li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Li较大时,L/G和Qg对阻力的影响程度较显著,特别是当Li大于700mm的情况下;当Qg增大时,Li以及L/G对阻力的影响程度越大;Li可选取在650700mm,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CV呈正比,与SMD值呈反比,而且θ小于75°时,CV的变化趋势十分平缓;最终,喉部θ宜选择75°;CV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,CV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CV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,CV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%。
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