高炉渣离心粒化机理及规律

发布时间：2017-09-17 16:22

  本文关键词：高炉渣离心粒化机理及规律

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【摘要】：钢铁冶炼过程中会产生大量的高炉渣,其温度介于1450-1550oC之间,属于高品位热源。目前,高炉渣主要是采用水淬处理,即用水直接喷淋高炉渣来实现急冷。水淬处理可以获得高玻璃体含量的高炉渣,其可以用作水泥生产的原材料。然而,水淬法会引起水资源浪费、环境污染等不利影响,并且无法回收高炉渣所蕴含的高品位热能。鉴于此,人们提出了干式热回收工艺对高炉渣进行处理。该工艺需先将熔渣破碎成颗粒,再采用空气冷却高炉渣以实现余热回收。在诸多干式热回收工艺中,离心粒化热回收技术具有结构简单、操作方便等优势,因而被认为是最具前景的高炉渣处理方案。该技术首先采用旋转的粒化器将高炉渣制成细小均匀的颗粒,再利用空气与渣粒进行热交换,最后获得高温空气。在整个技术流程中,颗粒尺寸对于热回收环节至关重要,细小的高炉渣颗粒具有较大的比表面积,这于换热是有利的。因此研究粒化过程中运行工况、流体物性以及粒化器结构对制粒的影响,探索开发新型结构的粒化器对于实现该技术的工业化应用具有重要意义。针对离心粒化热回收工艺的可行性论证不充分、离心粒化机理认识不清晰等问题,本文对高炉渣离心粒化热回收技术可行性及离心粒化机理展开研究,主要研究内容和结论如下:(1)高炉渣离心粒化热回收工艺的可行性分析,本文采用了全生命周期评价的方法,获得了采用该工艺处理高炉渣时带来的能源消耗、资源消耗、环境影响、经济效益等重要参数,并与底滤法、因巴法、图拉法、拉萨法等四种常见的水淬工艺进行了对比分析。结果表明,离心粒化热回收工艺有助于降低能源和资源消耗,对环境影响小,且经济性更好。因而,将该工艺用于高炉渣处理是可行的,这是未来高炉渣处理技术的主要发展方向。(2)高炉渣离心粒化机理的实验研究,首先通过冷态实验分别研究了运行工况、流体物性以及粒化器结构等因素对粒化效果的影响。结果表明,在粒化过程中,转速对液丝形成、液滴形成影响极为显著,而流量仅对液丝形成过程有重要影响。当流体粘度增大时,粒化模式将从滴状分裂过渡到丝状分裂,最后到膜状分裂。高粘度流体粒化后形成的液滴尺寸更大,并且其从丝状分裂过渡到膜状分裂的临界流量更大。采用转杯粒化器可抑制膜状分裂的发生并有助于减小粒化液滴尺寸。针对高炉渣离心粒化中“渣棉”形成问题,本文采用松香石蜡混合物作为高炉渣的模拟工质进行了热态实验,研究了粒化产物的形成规律,分析探讨了“渣棉”形成机理,热态实验结果表明,丝状物(即“渣棉”)的形成主要是由液丝的冷却凝固所导致的。粒化工质温度降低、流量减小或粒化器转速升高均会导致丝状物增多。最后采用了组合式机械破碎粒化器进行了“渣棉”破碎的初步实验。(3)高炉渣离心粒化过程的数值模拟,本文采用了数值计算方法对高炉渣离心粒化过程进行了三维模拟,研究发现,高炉渣在粒化器边缘处液膜厚度与粒化液滴尺寸呈正相关关系,因此可通过研究液膜厚度变化情况来间接反映粒化效果。在此基础上,为提高计算效率,采用二维数值模拟研究了转杯粒化器表面液膜流动特性。结果表明,当转杯粒化器内倾角介于40-60o,深度介于10-12 mm之间时形成的液膜厚度较薄。提出粒化器型线函数的概念,采用二维数值模拟研究了异型结构粒化器表面液膜厚度变化规律。模拟结果表明,当采用非线性函数型粒化器时,与等直径平盘粒化器相比,正弦型粒化器可有效减小液膜厚度高达80%。粒化器结构对液膜厚度的作用机制在于流体在粒化器表面的运动轨迹长度,理论分析表明,流体运动轨迹长度越长,液膜的厚度越薄。
【关键词】：高炉渣 全生命周期评价 离心粒化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X757
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-32
• 1.1 前言10-11
• 1.2 高炉渣的性质及处理工艺11-13
• 1.2.1 高炉渣性质及其应用11-13
• 1.3 高炉渣处理工艺研究现状13-17
• 1.3.1 高炉渣水淬处理工艺13-14
• 1.3.2 高炉渣干式热回收工艺14-17
• 1.4 高炉渣离心粒化技术研究现状17-24
• 1.4.1 离心粒化原理17-18
• 1.4.2 粒化器结构18-20
• 1.4.3 离心粒化技术研究进展20-24
• 1.5 高炉渣颗粒热回收系统24-29
• 1.5.1 固定床余热回收系统24-26
• 1.5.2 移动床余热回收系统26-28
• 1.5.3 流化床余热回收系统28-29
• 1.6 本文主要内容29-32
• 1.6.1 已有研究不足29-30
• 1.6.2 本文的研究工作及创新性30-32
• 2 高炉渣离心粒化热回收工艺的可行性分析32-50
• 2.1 全生命周期评价的基本概念32-33
• 2.2 全生命周期评价主要方法和步骤33-36
• 2.3 高炉渣处理工艺评价目标及范围确定36-37
• 2.4 高炉渣处理系统LCA清单分析37-40
• 2.4.1 高炉渣生产37-38
• 2.4.2 高炉渣处理38-39
• 2.4.3 高炉渣干燥39-40
• 2.5 高炉渣处理系统全生命周期影响评价40-48
• 2.5.1 能源及资源消耗40-42
• 2.5.2 环境影响42-45
• 2.5.3 经济性分析45-47
• 2.5.4 敏感性分析47-48
• 2.6 本章小结48-50
• 3 离心粒化机理实验研究50-98
• 3.1 实验系统及方法50-52
• 3.1.1 实验系统及装置50-51
• 3.1.2 数据处理方法51-52
• 3.2 离心粒化过程分析52-56
• 3.2.1 液丝形成53
• 3.2.2 液滴形成53-55
• 3.2.3 液丝形成对液滴形成的影响55-56
• 3.3 运行工况对粒化特性的影响56-60
• 3.3.1 运行工况对离心粒化过程的影响56-58
• 3.3.2 粒化因素分析及实验关联式58-60
• 3.4 流体物性对粒化特性的影响60-70
• 3.4.1 甘油/水混合工质物性60-61
• 3.4.2 粒化演变及分析61-62
• 3.4.3 粘度对液滴形成的影响62-64
• 3.4.4 粘度对液丝形成的影响64-66
• 3.4.5 粘度对临界流量的影响66-68
• 3.4.6 粒化关联式及类比分析68-70
• 3.5 粒化器结构对粒化特性的影响70-82
• 3.5.1 粒化器结构对粒化模式的影响72-75
• 3.5.2 粒化器结构对液滴尺寸的影响75-78
• 3.5.3 粒化器结构对液滴尺寸的影响78-80
• 3.5.4 粒化器选择及设计80-82
• 3.6 离心粒化特性的热态实验研究82-95
• 3.6.1 实验装置及工质83-84
• 3.6.2 粒化过程84-87
• 3.6.3 丝状物形成机制87-89
• 3.6.4 运行工况对粒化产物形成规律的影响89-92
• 3.6.5 组合式机械破碎粒化器性能92-95
• 3.7 本章小结95-98
• 4 高炉渣离心粒化特性的数值模拟98-124
• 4.1 离心粒化过程的三维数值模拟98-107
• 4.1.1 模型与方法98-101
• 4.1.2 高炉渣离心粒化性能101-104
• 4.1.3 粒径关系式对比评价104-105
• 4.1.4 液膜厚度与液滴尺寸的关系105-107
• 4.2 不同转杯表面高炉渣液膜流动特性的数值模拟107-115
• 4.2.1 模型与方法107-110
• 4.2.2 粒化器表面液膜分布对比110-111
• 4.2.3 粒化器结构对液膜厚度的影响111-114
• 4.2.4 粒化器结构对液膜影响的机理分析114-115
• 4.3 异型结构粒化器表面液膜流动特性115-121
• 4.3.1 线性结构粒化器表面液膜特性116-120
• 4.3.2 非线性结构粒化器表面液膜特性120-121
• 4.4 本章小结121-124
• 5 结论与展望124-128
• 5.1 全文总结124-125
• 5.2 后续工作展望125-128
• 致谢128-130
• 参考文献130-140
• 附录140-141
• A 作者在攻读硕士学位期间发表及撰写的论文140
• B 攻读硕士学位期间参研的科研项目140-141
• C 攻读硕士学位期间获奖目录141

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6 刘谭t，

本文编号：870436