基于CFD技术的冶炼厂房空气污染物治理研究

发布时间：2019-04-15 20:30

【摘要】：冶金行业是一个国家的基础行业,其为国家的建设和发展提供源源不断的金属材料。尤其是在中国,当前钢铁仍然被大量需求。据报道,中国早已经成为世界上第一大冶炼国家。但是,相比于世界先进水平,我国的冶金工业科技依然是“大而弱”,粗放式地生产必然会带来冶炼厂房内空气品质的降低。在冶炼过程中,由于金属矿物质均带有杂质,导致了金属熔体不可避免地产生浮渣。在冶炼厂房内,工人需要将金属熔体内的浮渣扒出熔炉外,而在浮渣出炉的瞬间,其会参加氧化反应而生成大量的浓烟,危害工人健康。因此,如何有效地控制并排出冶炼厂房内浮渣产生的烟尘,是本课题研究的重点。本文基于CFD(Computational Fluid Dynamics)技术工具,进行了烟尘物理和运动特性的分析,使用欧拉-拉格朗日计算方法来计算室内高温烟尘在热浮升力等作用下的运动情况。并在现有的实验条件下,测试了卫生香燃烧所产生的烟尘在室内空气中的运动情况,从而验证了CFD方法的正确性。最后,使用Fluent软件对冶炼厂房内浮渣上部的局部排气罩进行仿真分析和设计优化,并得到了以下重要结论:(1)在无横向气流干扰的情况下,排气罩形状(b)对烟尘颗粒的控制效果更好;(2)在固定排气罩距地高度和截面尺寸下,吸气压力越高,其对烟尘的控制效果越好,但也更耗能;综合考虑下,选定最佳吸气压力为300Pa;(3)在固定排气罩吸气压力和截面尺寸下,排气罩距地高度越小,对烟尘的控制效果越好。但是,为了考虑工人工作的便利性,取排气罩的最佳距地高度为1.5m;(4)在固定排气罩吸气压力和距地高度下,为了保证对烟尘颗粒的控制效果,排气罩的截面尺寸既不宜过大,也不宜过小。经比较,当下部污染源面的边长为0.4(m)时,确定最佳的排气罩的截面尺寸为L=1.0m。最后,CFD技术优化的最佳排气罩设计为:吸气压力300Pa、距地高度1.5m、截面尺寸为L=1.0m的(b)形排气罩。
[Abstract]:Metallurgical industry is the basic industry of a country, which provides a continuous supply of metal materials for the construction and development of the country. Especially in China, steel is still in demand. According to reports, China has long become the world's largest smelting country. However, compared with the advanced level of the world, the metallurgical industry science and technology of our country is still "big and weak", extensive production will inevitably bring about the reduction of the air quality in the smelting plant. In the smelting process, the metal melt inevitably produces scum due to the impurities in the metal minerals. In the smelting plant, workers need to pull the slag from the molten metal melt out of the melting furnace, and when the slag comes out of the furnace, it will take part in the oxidation reaction and produce a large amount of smoke, which is harmful to the health of the workers. Therefore, how to effectively control and discharge the dust from the slag in the smelting plant is the focus of this paper. In this paper, the physical and dynamic characteristics of smoke and dust are analyzed based on CFD (Computational Fluid Dynamics) technology. The Euler-Lagrangian calculation method is used to calculate the motion of indoor high-temperature smoke and dust under the action of thermal buoyancy and so on. The movement of smoke and dust produced by sanitary incense combustion in indoor air was tested under the existing experimental conditions, and the correctness of CFD method was verified. Finally, the Fluent software is used to simulate and optimize the partial exhaust hood of the upper part of the slag in the smelting plant, and the following important conclusions are obtained: (1) without the interference of transverse air flow, the main results are as follows: (1) without the interference of transverse airflow, The exhaust hood shape (b) has better control effect on smoke and dust particles. (2) the higher the suction pressure is, the better the smoke control effect, but also the more energy consumption, under the fixed exhaust hood height from the ground and the cross-section size, the optimum suction pressure is 300 Pa. (3) under the fixed suction pressure and cross-section size of the exhaust hood, the smaller the exhaust hood to the ground height, the better the control effect on the smoke and dust. However, in order to consider the convenience of the worker's work, the optimum distance between the exhaust hood and the ground is 1.5 m; (4) under the condition of fixed suction pressure and height from the ground, the cross-section size of the exhaust hood should not be too large or too small in order to ensure the control effect of the smoke particles. By comparison, when the edge length of the lower pollution source surface is 0.4 (m), the optimum cross section size of the exhaust hood is 1. 0 m. Finally, the optimum design of exhaust hood based on CFD technology is as follows: suction pressure 300Pa, height 1.5m from ground, (b)-shaped exhaust hood with cross-section size 1.0m.
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X756

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本文编号：2458471