高炉出铁场高效集尘罩的数值模拟研究

摘要

在我国钢铁企业的高炉生产车间里面，烟气污染十分严重；盲目地增加风量造成了严重的能耗问题；对污染源的密闭措施压缩了炉前操作空间，易酿成工业事故。其中以出铁口部位问题最为严重。在工业实体上进行实验研究，不仅耗资巨大，且极为不便。本文运用CFD的方法对高炉出铁场铁口部位的烟气颗粒捕集进行了数值模拟研究，对其炉前操作空间的扩展、烟尘颗粒捕集率的提升以及集尘罩的合理配风与结构优化给出了指导性建议。数值模拟研究的主要内容有：
　　首先，本文模拟与分析了集尘罩抽风量、集尘罩口尺寸、密闭小室高度对高炉出铁场烟气颗粒捕集的影响。分别对这三个影响因素流场特性进行了定性地描述，以及这三个因素对颗粒捕集率的影响趋势分析。结果显示，抽风量大、罩口尺寸宽、密室高度低对烟气颗粒捕集有利，并推荐在罩口尺寸为2.2×2m、密闭小室高2m下，采用72180 m3/h的抽风量对烟气进行捕集。
　　其次，本文模拟研究了气帘在高炉出铁场除尘的应用。通过模拟气帘吹风速度、气帘吹风方式、气帘吹风口位置与长度对颗粒捕集的优化效果。得出吹风风速大、向上吹风的吹风方式、离铁沟近距铁口一定位置的吹风口位置、较长的吹风口长度更有利于气帘对烟气捕集率的优化效果。且在推荐工况下最合适的气帘吹风速度为5m/s，能提升9.14％烟气颗粒捕集率。
　　最后，从流体流动方向、罩内压力损失、下罩口面向上速度流场等方面对各种不同结构的集尘罩进行了模拟与分析。总结出倾斜角度为45°、管道直径与上罩口面宽度更为接近的集尘罩最优。

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1 绪论

1. 1课题研究的背景及意义

1. 2高炉出铁场除尘工艺及烟气特性

1. 3国内烟气治理研究现状

1. 4除尘领域的数值模拟研究状况

1. 5 课题来源及论文研究主要内容

2 模拟方法研究

2.1 CFD软件介绍

2. 2 基本气体流动方程

2. 3 湍流模型

2. 4气固两相流模拟方法

2. 5 离散格式

2.6 “SIMPLEC”算法

2. 7 模型网格的划分

2. 8 本章小结

3高炉出铁场集尘罩的数值模拟

3. 1 含有热源的烟气扩散理论

3. 2 计算模型的构建

3. 3 研究思路

3. 4流场特性的计算结果分析

3. 5颗粒捕集率计算结果分析

3. 6 本章小结

4 气帘在高炉出铁场除尘的应用

4. 1气帘在高炉出铁场除尘上应用的实践与理论基础

4. 2 计算模型设置

4. 3 计算结果分析

4. 4 本章小结

5 集尘罩内部结构的数值模拟

5. 1 计算模型的构建

5. 2 不同罩口倾斜角度的集尘罩

5. 3 不同上罩口宽度的集尘罩流场分析

5. 4 不同管道直径的集尘罩流场分析

5. 5 本章小结

6 结论与展望

6. 1 总结

6. 2本文的创新及特色

6. 3 展望

致谢

参考文献