转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔喷淋特性研究

发布时间：2020-08-06 18:31

【摘要】：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2~4 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。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X757
【图文】：

流程图,OG系统,流程,汽化冷却

图 1.2 第四代 OG 系统流程炉一次除尘净化系统是在 1969 年由德国鲁奇和蒂森钢铁 LT（Lurgi-Thyssen）法[21]。图 1.3 为 LT 干法流程图，转气通过汽化冷却烟道和蒸发冷却塔进行冷却，再通过风机，最后通过煤气冷却器二次降温，进而回收利用。使用 L的粉尘浓度降至 15 mg/m3左右，比湿法除尘系统的除尘效力损失小，日常维护较为方便。但干法除尘比湿法除尘的时的耗电量较大以及系统维护问题难以解决，使干法除尘没有得到普遍应用[22-24]。汽化冷却烟道蒸发冷放散塔

直方图,粒径分布,液滴,直方图

噜缱煲旱蔚姆植挤段Ы洗螅嘈鄲行绉涑袒峒跣　＆韧?2.3 喷射角度示意图2.4.2 流量特性流量特性与喷嘴的类型、喷嘴的介质、喷嘴的孔径和压力等相关。对于相同类型的喷嘴，其流量特性和喷嘴的孔径以及压力大小有关。2.4.3 液滴平均直径喷嘴雾化所形成的雾滴粒径大小不均匀，因此选择合适的评价液滴粒度分布的参数很重要[68]。液滴平均直径是喷嘴雾化性能的主要参数之一，常见喷嘴液滴平均直径的表现形式有：线性平均直径 D10、面积平均直径 D20、体积平均直径 D30、容积-表面平均直径 D32（SMD）等，它们的评定方式如表 2.2。大多数学者使用 SMD 来对压力旋流型喷嘴雾化特性进行评价分析[69-73]，根据 SMD 的定义可知该值反映的是液滴体积与总表面积之间的比值。SMD 值越小，相同体积下的液体表面积越大，雾化效果更好。本研究采用 SMD 来对喷嘴雾化场的液滴分布特性进行分析。

粒径分布曲线,液滴

30maxmin30DDdN 容积-表面积平均直径（SMD）D32maxminmaxmin3322=DDDDD dNDD dN 热质交换计算，质量运输，燃烧反应（注：式中，D 为的液滴粒径，μm；N 为直径为 D 的液滴数）2.4.4 液滴尺寸分布喷嘴雾化会形成大量的液滴，液滴粒径的尺寸分布可以用来描述喷嘴液滴雾化的均匀程度，其中最简单的方法是用直方图来表示[74]，如图 2.4 所示，横坐标为液滴直径，纵坐标是在直径为 D-△D/2 至 D+△D/2 范围内液滴的相对数量，若△D 取值越小，表示误差越小，当△D 值趋向于 0 时，直方图即为反应液滴尺寸分布曲线图，如图 2.5 所示。

【参考文献】