150T转炉(干法除尘)汽化冷却烟道烟气流场的数值模拟
浅谈转炉干法除尘技术的维护
浅谈转炉干法除尘技术的维护莱钢120吨转炉引进的6套煤气干法净化设备具有除尘效率高、综合运行费用低、粉尘回收利用率高等突出优点，在使用中掌握和摸索出一套合适的具体操作维护方法，至今运行良好。
1.干法除尘（LT）流程特点转炉15000C的高温烟气经汽化冷却烟道冷却至8500C进入蒸发冷却器调质到2000C进入有4个电场的圆形电除尘器内进行处理，经风机变频调速和流量跟踪调节，进入切换站进行煤气回收及放散、点燃两状态快速切换，回收的煤气经冷却器喷林冷却，由2000C降至770C送入煤气柜，同时蒸发冷却器内约40～45%的粗粉尘和静电除尘器收集的细粉尘经链式输送机和滑动卸灰阀排出。
2.干法除尘（LT）技术功能2.1冷却系统蒸发冷却器（EC）采用立式塔状结构，锥形进出口，下部连接有出灰口及链式输灰机来收集干固的粗粒灰尘，双层翻板阀出口用氮气密封与大气隔离，其工艺过程是根据转炉送氧冶炼断续操作引起温度、气流快速和急剧变化波动的特点，降低烟气温度和调理烟气性能，其相应的温控器、调节阀、比率控制器等動作均由PLC根据烟气含热量和进出口温度设定的程序来精调控制，通过双介质喷嘴喷水和蒸汽量使转炉热气体全部雾化蒸发以干气体形式离开蒸发冷却器，保证任何情况下烟气不结露、不饱和、壁体不湿润积灰。
2.2 除尘系统静电除尘器（ESP）主要由静电收尘器和沉淀器（EP）组成，壳体采用圆筒结构，靠环型梁之间的外护板连接来传递和承载烟气冲击压力；气流入口设有三层气流分布板，气体柱塞状连续通过中间串联四个电场，每个电场由平行排列的集电极组成并通过除尘器壳体接地，带有绝缘物电加热系统来保持1200C左右恒温，以防止灰尘沉积或者潮湿引起火花击穿；多条放电极呈细线或金属条形状，由绝缘体支撑构成负极，安装在气体通道的中心位置，在高压直流电场作用下使极板间形成电晕放电，带负电气体离子和尘粒朝集电极运动，形成微小电晕电流沉降到电极板表面达到分离，锥形进、出口上分别设置自复式弹簧安全泄爆阀，释放除尘器内爆炸产生的压力和避免极线、极板受损；集电极上的积灰通过侧部锤击振打定时敲击落入积灰斗，由两个以90度角度作往复运动的扇形刮灰器送入螺旋链式输灰机，通过闸阀和双翻板阀排出，双摆止回阀和设备漏风之处用氮气密封，防止氧气吸入避免气体混合爆炸。
转炉汽化冷却烟道移动段水循环问题讨论
转炉汽化冷却烟道移动段水循环问题讨论作者：王子兵赵屾来源：《科技创新与应用》2015年第27期摘要：针对转炉汽化冷却烟道尤其是移动段I段使用寿命低，容易发生事故的问题，对汽化冷却烟道移动段I段正常吹炼期烟气侧传热过程进行了模拟，以热流密度为传递函数对水冷管内水循环状态进行了计算，对水冷管进行了计算分析。
结果表明，现有结构，自然循环设计条件下，正常吹炼期，工质循环速度降低至携带速度以下，移动段I段烟气进口500～600mm 工质汽化点处，工质流速低于携带速度，发生传热恶化，引起水冷管爆管。
关键词：数值模拟；热流密度；自然循环引言某钢厂炼钢车间内现有1座150t转炉，对其实际运行状况调研发现，其汽化冷却烟道移动段水循环方式采用自然循环方式，且移动段烟气进口500～600mm处水冷管发生爆管现象严重（图1），即影响钢产量，又影响运行安全。
1 爆管原因分析通过研究发现，由于移动段采用自然循环，水循环不良引起局部过热损坏，配水管不均匀，水动力不足，上升管、下降管、受热管阻力大，水循环不畅通，冷却效果差，造成汽化冷却烟道移动段冷却水管因水量不足与不均匀而局部过热，不正常的产生破坏。
发生传热恶化，引起管壁温度急剧升高，工质不能及时将管壁冷却，管壁超温发生破裂，引起爆管。
2 烟气侧数值模拟2.1 仿真模型建立以某钢铁厂150t转炉汽化冷却烟道移动段为研究对象，使用ProE软件建立烟道的实体模型（图2）。
并将其作为一个零件导入gambit软件，烟道水冷壁采用六面体网格（图3），使用Sweep 方式划分，计算网格数为524684。
转炉在吹炼过程中，炉气量、温度成份是不断变化的，为确定汽化冷却烟道余热回收的影响因素，首先必须确定烟气量以及烟气成分。
一般情况下，可将转炉烟气看作理想气体的混合物，其成分是一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气。
根据理想气体混合物物性参数的导出方法，我们就可以方便的推导出直接计算烟气物性参数的计算公式，而不必先计算平均烟气成分的物性，再根据实际成分计算修正系数，加以修正。
唐钢150t转炉一次除尘(OG)系统改造
ＳＩ Ｃ ＆ＴＣＮＬＧ Ｃ ＮＥ ＥＨ０ＯＹ Ｅ
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唐钢 １ ０ 转 炉 一次 除尘 （ 系统 改造 ｔ ５ ＯＧ）
崔 海龙 苗新 亮 王晶 （ 唐钢第 一钢轧 厂 河北唐 山 ０３ ２ ） ６ ０ ０ 摘 要 ： 章论述 与分析 了１ ０ 转炉一次 除尘 系统存 在的 问题 ， 文 ｔ ５ 进行 了较 为详细 的论 证 与优 化 ， 包括理论 计算 、 测试 及方 案提 出与具体 改 连 ， 终 解 决 了系 统 的 各 方 面 问题 ， 进 行 了 总 结 ， 出 相 关 结 论 。 最 并 得 关键 词 ： 转炉 一次除尘 半干 式蒸发冷却塔 喷淋塔 风机 烟 气量 中图 分类 号 ： １ ＴＧ１ ６ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ７ —３ １２ １ ） ６ ｃ一ｏ ７ ｌ ｌ ９ （ ０ ００ （） ｏ －ｏ ６２ ７ ９ 唐 钢 第 … 钢 轧 厂 转 炉 自２ Ｏ 年 大 修 以 Ｏ８ 来 ， 次 除 尘 系 统 采 用 半 干 式 燕 发冷 却 塔 一 二 文 翻 板 式 喉 口 串联 使 用 生 产 中后 期 系 统 问题 较 大 ， 关参 数 与 工艺 要 求 不 匹配 ， 相 造 成 ＯＧ系统 堵 塞 严 重 ， 气 与 火 焰 大 量 外 烟 溢 ， 此 一 次 除 尘 的 问 题 直 接 影 响 着 公 司 因 生 产 的达 产 达 效 ， 能 满 足 国家 的 环 保 要 不 求 ， 此 急 需 对 一 次 除 尘 系统 进 行 参 数 优 为 选 ， 新 改造 。 ０ ９ ３ 重 自２ ０ 年 月份 开 始 对 ３ 座 ｌ ０ 转炉 一 次 除尘 系 统 彻底 改 造 ， 采 用大 ｔ ５ 并 功率风机， 最终 解 决 了系 统 的 各 方 面 问题 。
锅炉尾部烟道烟气三维流场的数值模拟及均流装置研究
ＣｏＮＴＥＮＴＳＣｈｉｎｅｓｅａｂｓｔｒａｃｔ……………………………………………………………………………………………．．ＩＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ……………………………………………………………………………………………ＩｌｌＮｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ………………………………………………………………………………………………．．Ｖ１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ…………………………………………………………………………………………………１１．１Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ…………………………………………………………………………………………．１１．２Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．…．．．．…．…．…．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．．．．．．．…．．．．．】【１．２．１Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｃｕｒｖｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．．．．１１．２．２Ａｂｒａｓｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｆｌｕｅａｎｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ．．…．……．…．………．．．．４１．２．３Ｍｅｔｈｏｄｓｏｆｆｌｕｉｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ……．………………．…．…．………………．．…………．．６１．３Ｔｅｘｔｕａｌｔａｓｋ…………………………………．．…………………………．………ｉ…．．．…………．．．８２Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｉｅｓｏｆｇａｓ—ｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｃｕｒｖｅｄｆｌｕｅ……９２．１Ｔｕｌ？ｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓｆｏｒｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｆｌｕｅ…………．．…．……．…．…．…………．………．．．９２．１．１Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ．…．．……．…．……………．……．．．．．９２．１．２Ｅｄｄｙｖｉｓｃｏｓｉｔｙｍｏｄｅｌｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ……．…………．…．……．…．．…．……．．．１０２．１．３Ｗａｌｌ．ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｎｅａｒｗａｌｌａｒｅａ……………………………………………．１４２．２Ｆｌｕｅｇａｓ·ａｓｈｔｗｏｐｈａｓｅｍｏｄｅｌｓ…………．……………．．………．…．…………．．…………．１４２．２．１Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇａｓ—ｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗ．………．１５２．２．２Ｇａｓ－ｓｏｌｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｍｏｄｅｌｓａｎｄａｐｐｏｌｉｃａｔｉｏｎ……．．．…．………．．…．………．１５２．３Ｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉｕｍｍｏｄｅｌ…………．…………．……………．……．…．．．．………………．……．．．１６２．４Ｓｕｍｍａｒｙ……………．……………．……．．……．……………．．…．．．．…．…．．…．……．…………．．１７３Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｅｑｕａｌｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｄｔａｉｌｆｌｕｅ．．…．．………．．…．………．１９：；．１Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｌｄｅｌｆｏｒｃｕｒｖｅｄｔａｉｌｆｌｕｅ…．……………．……．．．．…．．…．…．……．…．………１９３．１．１Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕａｔｉｏｎ………………………………………………．．１９３．１．２Ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ……………………………．２１３．１．３Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ……………………………２１３．２Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ．ｔｏ．ｖｅｒｔｉｃａｌｃｕｒｖｅｄｔａｉｌｆｌｕｅ……………………２２３．２．１Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｓａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ………………………………．２３３．２．２Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇａｓ—ａｓｈｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｆｌｉｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ………………………．２４３．２．３Ｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ……………………………．．３１３．２．４Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｍａｓｓｌｏａｄｉｎｇｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ…………………．３４３．２．５Ｅｆ瓷ｃｔｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｒａｔｉｏｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ……………………………３６３．２．６Ｅｆｒｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｎｆｌｏｗｆｉｌｅｄｉｎｔａｉｌｆｌｕｅ……………．３８ｉｉｊ山东大学硕十学位论文摘要电厂锅炉尾部烟道由于转弯以及变截面致使烟道内含灰烟气流的速度场和飞灰颗粒浓度场分布不均，进而造成烟道和换热器的积灰和磨损以及换热器的换热不均等问题，对电厂的安全经济运行造成威胁。
转炉干法除尘工艺中煤气回收的分析与研究
转炉干法除尘工艺中煤气回收的分析与研究发布时间：2022-09-01T12:21:39.265Z 来源：《科技新时代》2022年2月3期作者：李桂军曹先锋张欢民[导读] 在科技的引领下，转炉干法除尘工艺得到优质运用李桂军曹先锋张欢民山东钢铁集团日照有限公司 276800摘要：在科技的引领下，转炉干法除尘工艺得到优质运用，该系统的煤气回收效果至关重要。
本文将通过具体项目描述，简述干法除尘的工艺原理，在此基础上，强调煤气再利用的价值，并结合煤气回收的影响因素，提出煤气回收改进措施。
借此保证转炉煤气的二次利用，为节能降耗、绿色减排作出科学规划。
关键词：煤气回收；工艺研究；转炉干法除尘引言：研究发现，转炉在吹炼过程中，由于多方面因素影响，将难以抑制粉尘生成，在生产阶段会有大量烟气跑出，而这些烟气对人员健康影响大，同时还会造成环境失衡，基于此，需采用煤气回收可行性措施，从源头提高转炉性能，保证煤气的回收率。
实践证明，可借助煤气干法净化比较稳妥，在该方法指引下可搭建完善的回收系统，为工业生产提供保障，消除环境污染隐患。
1转炉干法除尘系统转炉干法除尘思想较为先进，主要是处理含尘气体，这些气体主要是在烟气降温阶段形成，也有一些是在净化冶炼过程中存在。
通过深入研究发现，转炉干法除尘在集中处理含烟气体的同时，还可以将气体回收（一氧化碳气体），应用价值较高。
该系统设计原理如下：转炉高温烟气（干法系统中）通常可达到1 400 C -1 600C ，在加工阶段经汽化冷却烟道冷却，此时会触发烟气温度骤降，在1400C -1600C 基础上降为800 C-1 000 C。
在此期间，经过蒸发冷却器设备，实现烟气直接冷却[1]。
在冷却期间，喷水量可合理参照转炉烟气的含热量（重要参数）进行精准控制，在具体的降温操作中，对烟气实施调质处理，在有效措施保障下，改变粉尘比电阻特性，完成高效地捕集粉尘操作。
2项目介绍日照公司炼钢厂为实现节能减排，针对210吨转炉实际的烟气回收情况进行了优化，采用煤气干法净化的科学思路，打造出了高效的回收系统工艺，为提高转炉煤气回收率作出了表率。
八钢150t转炉干法除尘泄爆的研究与实践
八钢150t转炉干法除尘泄爆的研究与实践作者：刘兴海苏磊来源：《山东工业技术》2013年第09期【摘要】本文通过对电除尘器泄爆原因的分析，结合本公司炼钢工艺实际运行情况，从炼钢工艺和电除尘器运行控制两个方面考虑，制定了防止电除尘器泄爆的有效措施，使年平均泄爆控制在0.5次每月。
【关键词】电除尘器；泄爆；吹氧量0 前言宝钢集团八钢公司（简称“八钢”）新建150t转炉首次采用干法除尘系统，自2012年8月投产至今已有9个月时间，从开始阶段泄爆故障较多到如今泄爆次数完全可控，已实现3个月无泄爆目标，从中总结出一定的经验，确保系统的稳定运行。
1 转炉干法除尘工艺图1所示转炉炼钢过程中产生含有大量粉尘、煤气的高温烟气从炉口进烟罩，此时有部分空气混入，使炉气中部分CO燃烧生成CO2，同时带入部分N2，此时烟气的主要成分为：粉尘、CO、CO2、N2、O2等，烟气温度在1500℃左右，烟气在风机吸引力下经烟罩进入烟道，以柱塞流的方式运行到到蒸发冷却器（EC），此时烟气温度在800℃左右，蒸发冷却器内设置了若干个喷嘴，喷嘴的作用就是利用低压蒸汽把水雾化成雾状喷入蒸发冷却器内，对烟气进行降温和除尘，使EC出口烟气温度在300℃左右，同时，烟气中将有45%左右的灰尘沉淀在蒸发冷却器底部形成“粗灰”，粗灰由输灰系统送至粗灰仓进行再利用。
经过除尘、降温后的烟气进入静电除尘器（EP），由直流高压形成电场吸附烟气中剩余的灰尘（细灰），收集了细灰的静电除尘器由输灰系统送至细灰仓。
而烟气经过静电除尘器除尘后灰尘含量可降至15mg/m3以下。
合格的烟气在ID风机的引导下由液压切换站选择回收和放散。
2 泄爆的定义电除尘器内部一氧化碳达到其爆炸极限，发生爆炸，使电除尘器内部压力迅速超过泄爆阀所允许承受的最大压力，迫使泄爆阀迅速打开，烟气外泄，就造成了电除尘器泄爆。
电除尘器入口和出口各安装有四个泄爆阀，允许承受的最大压力为2.5Kpa，当电除尘器内部压力超过2.5Kpa后，泄爆阀就会打开，使电除尘器内部压力外泄，对电除尘器起到保护作用。
裕华120吨转炉干法除尘技术要求
裕华120吨转炉干法除尘武安市裕华钢铁有限公司2014年1月1转炉一次烟气净化系统工艺流程点燃放散［转炉"汽化冷却烟道］-＞ 蒸发冷却器-＞干式电除尘器"除尘风机~＞切换站~＞$ $ $ 粗灰输送机细灰输送机变频电机$ $外运。
储灰仓（车间内） 储灰仓（车间外）一外运煤气冷却器^ ［煤气柜］2设计原则1） 蒸发冷却器喷雾系统可根据烟气参数进行精确的自动调节控制； 2） 除尘器具有优异的极配形式，良好的安全防爆性能和可靠的输灰系统； 3） 回收与放散有效、快捷、安全的切换； 4） 回收煤气含尘浓度v 10mg/Nm 3,放散气体含尘浓度＜ 15mg/Nnm （双联操作＜ 20mg/Nrn ）;5） 节能措施：ID 风机配有变频调速装置， 风机的运行与氧枪的升降连锁， 氧枪下降时,风机高速运转；氧枪提升时，风机低速运转。
6） 噪音控制：在ID 风机后设计消音器，消除风机运行时产生的机械与动力噪音。
3干法除尘工艺参数及系统组成3.1转炉炼钢基本条件转炉座数： 1 转炉公称容量： 转炉平均产钢水量： 转炉最大炉产钢水量： 转炉最大铁水装入量： 冶炼周期： 脱碳速度：最大炉气量： 最大烟气量： 炉气温度： 烟气含尘浓度：3. 2与烟气净化相关的技术参数120t 108t 110t120t28~35min ,其中吹氧 13min最大 0.5%/min 平均 0.3%/min70000Nm3/h 92000Nm3/h 1450~1600 C . 80 〜150g/m 31）转炉烟尘成分见表2-1烟气粒度燃烧期叩，回收期。
叩。
转炉炉气采用未燃法处理，煤气回收。
活动烟罩行程500mm以炉口为基准，上升最大行程500mm3）烟气净化系统参数最大烟气量（a =02时）：92000Nm3/h3.3煤气柜设计压力煤气柜设计压力3.8kPa3.4干法除尘系统技术要求3.4.1烟气冷却系统3.4.1.1 汽化冷却烟道干法除尘厂家提出对汽化冷却烟道尾段设计的技术要求，使冷却烟道出口烟气温度控制在设计范围内（~900C）;包括以下几方面内容：1）合理设计尾部烟道结构形式，有利于烟气进入蒸发冷却器后，流体场分布均匀，提高蒸发冷却器容积利用率，保证蒸发冷却器的运行效果。
150T转炉课程设计说明书
内蒙古科技大学冶金工程课程设计说明书150t氧气转炉设计学生姓名班级学号指导老师冶金工程学院年月日目录1转炉物料平衡与热平衡计算---------------------------------------------------------11.1原始数据选取---------------------------------------------------------------------11.2未加废钢和合金的物料平衡计算---------------------------------------------31.3热平衡计算-----------------------------------------------------------------------91.4加废钢和合金的物料平计算--------------------------------------------------12 2转炉炉型设计----------------------------------------------------------------------------152.1转炉炉型选择--------------------------------------------------------------------152.2转炉炉容比与高宽比-----------------------------------------------------------152.3转炉主要尺寸确定--------------------------------------------------------------152.4转炉炉体结构图-----------------------------------------------------------------18 参考文献-------------------------------------------------------------------------------------21转炉物料平衡与热平衡计算物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程的产物（如钢水、炉渣、炉气、烟尘等）之间的平衡关系。
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150T转炉（干法除尘）汽化冷却烟道烟气流场的数值模拟
摘要:对转炉汽化冷却烟道进行建模,然后进行了数值模拟,得到了烟道内的速度场和温度场分布,为深入了解研究汽化冷却烟道内的烟气流动与传热提供了方便。
关键词:汽化冷却烟道烟气流场数值模拟
汽化冷却烟道是转炉炼钢尾气处理的重要设备,它起着收集,输送与冷却烟气,导流等多方面的作用。
目前,转炉烟道的使用寿命很不理想,上段烟道的使用寿命一般为6年,下段烟道约为2～3年。
在使用寿命期内,事故率高,经常需要检修,不仅检修工作量大,而且在安全生产上也是一大隐患[1]。
研究发现,热负荷过大的过热损坏,热疲劳,烟气冲刷腐蚀等问题是目前转炉汽化冷却烟道使用中所存在的主要问题,同时,蒸发冷却器内经常结垢,这与烟道的降温导流有一定关系。
汽化冷却烟道实质是余热锅炉,烟道有水冷管排列而成,烟气自转炉出来,以10m/s的速度直接进入烟道,水冷管内水吸热蒸发带走一部分热量,产生的蒸汽进入汽包可供生产生活使用,同时烟气温度降低到确保蒸发冷却器不被高温烟气损坏,到烟道尾端时大约可把烟气由1500℃左右降到800℃～1000℃,然后烟气进入蒸发冷却器进行初次除尘[2]。
本文结合国内某钢厂150T转炉汽化冷却烟道结构特点,在进行了一定的简化和假设的基础上,建立了汽化冷却烟道的物理模型,应用CFD的方法对烟道内的烟气流场进行数值模拟分析。
1 物理模型的建立及方法
模拟对象按照烟气的流动方向取汽化冷却烟道的炉口固定端,可移动端,中Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ段,以及末段烟道,整个流场在X方向跨度为18.5m,Y方向跨度为11.5m,Z方向跨度为35.5m,烟道直径入口处3.7m,中段及以后为恒定的3.05m,示意图如图1所示。
转炉炼钢分为前中后三期。
前期为吹氧期,随着铁水的燃烧,温度逐渐升高,烟气流量逐步增大,吹炼中期烟气量烟气温度流速达到最大。
我们取烟气量最大的冶炼中期为研究对象,模拟是三维稳态定常运动。
在划分网格时采用分段划分,规则段采用六面体网格,不规则段采用四面体不规则网格,共划分为网格288867个网格单元。
由于其运动过程压力变化较小,在选择求解器时选择非耦合求解,在湍流模型的选择上,选用标准的模型。
方程的离散采用一阶迎风格式,压力场和速度场的耦合采用SIMPLE算法。
在多相流模型的选择上,我们选择可用于模拟有强烈耦合的各相同性多相流和各相以相同速度运动的多相流的混和模型[3]。
2 模拟结果及分析
图2为Z方向上速度场分布图。
由此我们可以看到烟气在烟道拐角处速度变化显著,内侧速度增大,致使烟道内侧冲刷严重易坏,外侧速度减小,直管段处变化不大,烟道末端经过经过两个小拐角和一个180°的大拐角后烟气紊流严重,速度大小分布不均。
因此在喷嘴的布置上可以适当的调配,即在速度大的区域多布置喷头,速度小的区域反之。
也可在喷水量的大小上作适当的调控,速度大的区域增大喷雾量,小的区域减小喷雾量。
这样能够迅速控制蒸发冷却器内的温度,充分利用蒸发冷却器的长度,防止由于未蒸发的水滴吸附灰尘附着在壁面上形成结垢现象,影响炼钢生产。
图3为Z方向上温度场分布图。
由此我们可以看到烟气进入到汽化冷却烟道时温度为1700k左右,在汽化冷却烟道内与水冷壁管发生热交换,温度逐渐降低,靠近壁面处由于对流换热和辐射换热双重作用温度下降比管道中心处快,同时在拐角处由于速度的影响,温度场也发生较大变化,靠近拐角处温度下降的快。
在烟道出口处温度总体降到1200k左右,但是沿管径的截面上温度场分布不均,内侧温度低外侧较高。
出口处的温度场分布基本上和速度场温和,速度大对应高温度速度小对应低温度,入口处和末端拐角内侧区域局部过热可导致烟道过热损坏,这与实际情况相符。
3 结语
通过对150T转炉汽化冷却烟道内烟气流场的数值模拟,得到汽化冷却烟道内烟气流动的温度场和速度场,发现烟道内部流场分布不均,局部速度过大,出口处烟气流速紊乱不均,这对后面蒸发冷却器内的喷雾除尘影响较大。
本模拟为喷雾喷嘴的布置提供了一定的依据,为进一步研究烟道尺寸的大小,走向等参数对冷却效果的影响规律提供依据。
汽化冷却烟道内烟气流动与传热复杂,随着计算机技术的发展和CFD理论的成熟,将来对汽化冷却烟道进行更深层次和更全面的研究,对汽化冷却烟道的设计使用具有重要的意义。
参考文献
[1] 林庚,倪文,韩剑宏,等.炼钢转炉高温烟气粉尘处理研究[J].中国矿业,2007,16(5):95～100.
[2] 王艳英.钢铁厂的汽化冷却及汽化冷却设计[J].应用科学,2008(2):119～121.
[3] 江帆,黄鹏.Fluent高级应用与实例分析[J].清华大学出版社,2008:184～196.。