环缝洗涤器内物理场的数值模拟和优化研究

摘要

比肖夫塔以良好的顶压控制能力和除尘能力在钢铁冶金行业中得到了广泛的应用。确定合适的塔内压损,对保证较好的除尘效果和较高的吨铁发电量非常关键。本文以企业重点项目“高炉TRT发电系统优化”为工程背景,针对TRT系统运行过程中存在的吨铁发电量较低的问题,在查阅大量文献的基础上,运用现场热工测试和数值仿真技术,对比肖夫塔内气液两相流物理场进行了数值仿真研究,并对操作参数进行了优化。本文主要研究内容和结论有:
　　 (1)对涟钢6号高炉比肖夫塔进行了热工综合测试,测试结果表明,检修后的比肖夫系统除尘效果更佳、高炉顶压较稳定,但压力损失较大,吨铁发电量较低。
　　 (2)以塔内环缝洗涤器为研究对象,建立了环缝洗涤器内气液两相流动的数学模型,并利用该模型进行了仿真研究。仿真结果表明:在环缝入口处,液滴和气体速度较小,进入环缝后,由于环缝面积的减小,速度急速增大,在环缝出口处速度最大。离开环缝,在环缝出口以下区域出现明显的漩涡,气流较紊乱,有利于除尘。由于仿真计算忽略了固体粉尘,预测结果与热工测试结果相比均偏小,平均相对误差约4％,模型基本(或较好地)反应了实际压力变化规律。
　　 (3)运用该数学模型,对不同环缝行程、煤气流量、水气比条件下环缝洗涤器内压力损失进行了数值模拟分析。结果表明:1)环缝行程、煤气流量和水气比对环缝差压有不同程度的影响,其中环缝行程的影响最大,其次为煤气流量,水气比最小;2)环缝行程越小,压力损失越大,环缝行程与压力损失成反比,且小行程下的压力损失减小得更快;3)煤气流量越大,压力损失越大,煤气流量与压降成正比,且小行程下,煤气流量对压降的影响更大;4)水气比与压降成正比,水气比越大,压降越大。5)当环缝行程控制在300-400mm之间,煤气流量控制在3.8×105～3.9×105 Nm3/h之间时,压差略大于30kPa,既可达到满意的除尘效果,又有利于稳定高炉顶压,提高吨铁发电量。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 高炉煤气除尘技术简介

1.2 比肖夫环缝洗涤塔的重要地位和作用

1.3 比肖夫环缝洗涤塔的基本结构与工作原理

1.4 比肖夫环缝洗涤器内气液两相流的研究及其数值模拟

1.5 本文的研究目的、内容及意义

第二章 比肖夫洗涤塔热工综合测试与分析

2.1 测试系统简介

2.2 测试方法与内容

2.2.1 测试原则

2.2.2 测试依据

2.2.3 测试项目

2.3 测试结果及分析

2.3.1 主要测试数据

2.2.2 结果与分析

2.4 小结

第三章 环缝洗涤器的数学模型

3.1 湍流模型

3.1.1 标准k-ε模型

3.1.2 RNG k-ε模型

3.2 多相流模型

3.2.1 连续介质模型

3.2.2 离散相模型

3.3 小结

第四章 比肖夫塔环缝洗涤器的数值模拟

4.1 物理模型与网格划分

4.1.1 物理模型

4.1.2 网格划分

4.2 数学模型的选择

4.2.1 气相控制方程

4.2.2 液滴运动方程

4.3 仿真工况的确定

4.4 边界条件

4.5 数值计算结果及其分析

4.5.1 速度场

4.5.2 压力场

4.5.3 颗粒轨迹

4.6 数值模拟与测试结果的对比分析

4.7 小结

第五章 比肖夫塔操作参数的数值模拟及其优化

5.1 环缝行程对环缝洗涤器差压的影响

5.2 煤气流量对环缝洗涤器差压的影响

5.3 水气比对环缝洗涤器差压的影响

5.4 参数优化建议

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况