高炉渣粒化发动机的性能及动力学分析

发布时间：2020-10-31 13:02

　　 针对目前高炉渣粒化处理过程中余热回收利用率低,水资源消耗大,设备维修工作量大的问题,设计一种新型的高炉渣粒化和余热回收的装置,简称为高炉渣粒化发动机。对高炉渣粒化发动机设计和仿真,对高炉渣粒化开发应用具有重大的指导意义。本文提出高炉渣粒化发动机的工艺流程,确定了高炉渣粒化发动机的组成及工作原理,粒化发动机由六大部分组成,对离心加速器、水爆粒化器、叶轮做功、螺旋输送装置和做工转子的构造原理进行详细的阐述,确定高炉渣粒化发动机的总体方案;根据粒化发动机的工作原理,建立离心加速器结构参数数学模型和水爆粒化器的结构参数模型。结合实际工况,确定合理的结构参数;根据结构参数,采用ug软件进行建模,确定离心加速器和水爆粒化器的三维模型;最后根据安装位置和要求,对粒化发动机的其他各零部件结构设计和装配,建立结构合理的高炉渣粒化发动机的虚拟样机。根据高炉渣粒化发动机的工艺流程,确定高炉渣粒化发动机的工艺参数。首先建立渣处理生产率的物理模型,确定渣处理生产率Q与旋转角速度ω、熔渣流动距离R和管道截面积A之间的关系式,在选取合适的参数确定高炉渣生产率;然后分析水爆反应渣和水的换热过程,建立了渣和水的换热的热平衡方程,导出了水和渣换热中耗水量的公式;最后根据小直齿轮和大直齿轮啮合传动关系,建立叶轮转矩和转子力矩的转矩关系式,确定了转子力矩和发动机功率等参数公式,用于高炉渣粒化发动机性能的计算。建立中离心加速器的渣道出口压力和转速的物理模型,导出了渣道出口压力和转速的公式,确定了渣道出口压力与转速关系;基于fluent软件对离心加速器出口压力进行仿真,确定离心加速器的合理转子转速;最后分析转子转速和渣道截面高宽比对出口压力的影响,优化离心加速器模型,使熔渣在流动过程中不会产生回流现象,保证了熔渣流动的合理性。先分析高炉渣与水对流换热过程,导出了水爆反应渣和水的换热时间关系式,确定水爆反应时产生的蒸汽量,计算水爆反应后腔内的工作压力,用于比较离心加速器的出口压力,判断是否回流;最后建立水爆反应腔内水、渣和水蒸气的体积模型,用于水爆反应腔内容积的计算,确保不会因为容积过小,导致气体膨胀对零部件寿命产生影响。通过分析叶轮转矩与转子力矩的转矩关系,确定叶轮转矩和转子力矩的大小关系式;建立叶轮仿真模型,分析不同叶轮形状对转子力矩的影响,选择合理的叶轮形状;然后基于fluent软件对叶轮转矩仿真分析,确定可行的叶轮转矩的大小;根据叶轮转矩和转子力矩的大小关系式,确定合理的转子力矩,用于确定高炉渣粒化发动机的性能。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF30
【部分图文】：

图 1-1 底滤法工艺流程图1-高炉；2-抓斗吊车；3-冲渣器；4-水溢流；5-贮料斗；6-粒化器；7-冲洗空气入口；8-水出口(2) 因巴法因巴法是由西德玛和 PW 公司共同开发的渣处理系统。因巴法的工艺流程为：高炉渣由渣道进入，经过高压水冲压使熔渣进入沟道，然后流入方形管、渣水分配器和缓冲槽，使高炉渣掉落到滚筒过滤器，滚筒过滤器发生转动，高炉渣在离心力作用下，被甩到滚筒过滤器上部，在高炉渣被甩过程中，进行脱水粒化处理。最后利用带传动把高炉渣运送至水槽中[6]，如图 1-2 所示。因巴法工艺流程布置连接性较好，在转筒的离心力的作用下，过滤效果好，产生的水蒸汽释放后比较分散，设备中含有冷却装置，对水蒸气进行冷却回收，有利于对环境的保护。但是整个设备比较庞大，保养和维修不方便。而且滚筒进行旋转时，渣粒飞溅，使得渣粒乱入，导致装置磨损和堵塞。

图 1-2 因巴法工艺流程图1-冲制箱；2-沟道；3-水槽；4-分配器；5-转鼓过滤器；6-缓冲槽；7-集水槽；8-热水池；9-冷却塔；10-冷却池；11-皮带机；12-收集槽（3）图拉法图拉法工艺流程主要包括高炉渣粒化处理和冷却水冷却处理。高炉渣冷却处理后在进行脱水，最后把渣粒输送出去[7]。高炉排渣时，炉渣经过渣道进入粒化轮上，在发动机的带动下，粒化轮发生高速转动，高炉渣发生碰撞，产生粒化，并被甩向挡渣板；高炉渣粒化后，按抛物线的轨迹发生运动时被冷却水冷却；然后高炉渣被甩向挡渣板后与其发生碰撞，发生二次粒化，两次粒化后，使得渣粒更加细匀。最后高炉渣进入脱水转鼓时进行水淬冷却，形成水渣[8]。脱水转鼓是一层过滤网，由不锈钢材料制作而成，转鼓的下方浸没在热水槽中，在转鼓内部，圆周方向由一个个均匀排列的叶片式筛板组成，转鼓发生转动

图 1-3 图拉法工艺流程图1-熔渣道；2-粒化器；3-排气管；4-脱水器；5-热水槽；6-传送机；7-收集槽（4）拉萨法拉萨法是在日本福山钢铁厂用 1 号 2400m3的高炉基础上，第一次用拉萨法进行对高温炉渣粒化处理[11]。高炉渣通过渣道进入到冲制箱内，进入后与箱内的高压水碰撞，发生水淬，水淬后的水渣在渣粒分离槽内进行压缩，压缩后由泵输送至脱水槽内，在脱水槽内脱完水后，运送出去，而脱水槽内脱下的水流入到沉淀池，以便循环利用。整个系统中含有冷却塔，并设有液面调整泵来调控分离槽的水位[12]，如图 1-4 所示。11213
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本文编号：2863979