畢業(yè)論文高爐出口吸塵罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　高爐出口吸塵罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b&

3、gt;</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求也越來越高，國(guó)家也制定了相對(duì)嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)。高爐煉鐵是鋼鐵生產(chǎn)中的最重要的一環(huán)，但高爐煉鐵煙氣及粉塵排放是大氣環(huán)境惡化的重要原因之一。因此，提高高爐除塵效率是提高環(huán)境質(zhì)量，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境的重要舉措。對(duì)于通風(fēng)除塵系統(tǒng)來說，吸塵罩是其重要部件之一，吸塵罩設(shè)計(jì)的好壞直接影響了除塵效果。由于現(xiàn)有的傘形吸塵罩的吸塵效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到高規(guī)格的要求，本文

4、提出了一種新型的配氣式吸塵罩。配氣主要起了兩個(gè)作用，一是在塵源外形成氣幕，防止粉塵外溢；二是起到卷吸的作用。本文利用ANSYS軟件，對(duì)高爐吸塵罩進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,模擬了不同配氣風(fēng)速和不同配氣氣流角度，得到了配氣式吸塵罩最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，為工程實(shí)際提供理論依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 高爐出口除塵；吸塵罩；數(shù)值模擬</p><p><b>　　Abstract</b>

5、;</p><p>　　With the rapid development of economy and society, people are getting higher and higher requirements on the environment quality, and the state had developed a relatively strict environmental prote

6、ction laws and regulations. Blast furnace iron is the most important part in iron and steel production, but the dust emission of blast furnace is one of the important reasons for the deterioration of air environment. The

7、refore, improving the efficiency of blast furnace dust removal is an important measu</p><p>　　Keywords Export blast furnace dust removal; Numerical simulation; Dust hood</p><p><b>　　目

8、錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 吸塵罩的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 本課題的來源2</

9、p><p>　　1.3 本文主要內(nèi)容4</p><p>　　1.4 本章小結(jié)5</p><p>　　第2章 高爐煉鐵的方法5</p><p>　　2.1 高爐煉鐵的基本原理6</p><p>　　2.2 高爐煉鐵用的原料7</p><p>　　2.3 高爐煉鐵主要工藝設(shè)備簡(jiǎn)介7</

10、p><p>　　2.3.1 高爐本體8</p><p>　　2.3.2 高爐除塵設(shè)備8</p><p>　　2.3.3 高爐鼓風(fēng)機(jī)8</p><p>　　2.3.4 高爐熱風(fēng)爐9</p><p>　　2.3.5 鐵水罐車9</p><p>　　2.3.6 高爐噴吹煤粉9</p>

11、;<p>　　2.5 本章小結(jié)9</p><p>　　第3章 吸塵罩的設(shè)計(jì)與計(jì)算10</p><p>　　3.1 吸塵罩的設(shè)計(jì)原則10</p><p>　　3.2 吸塵罩集氣吸塵機(jī)理10</p><p>　　3.2.1 吸入口氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律10</p><p>　　3.2.2 吹出氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律1

12、1</p><p>　　3.3 傘形吸塵罩的設(shè)計(jì)計(jì)算12</p><p>　　3.3.1 按罩口的平均風(fēng)速設(shè)計(jì)計(jì)算12</p><p>　　3.3.2 按罩口周邊截面的平均風(fēng)速設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　3.3.2 有上升熱氣流的吸塵罩14</p><p>　　3.4 本章小節(jié)14</p>

13、<p>　　第4章 高爐出口吸塵罩?jǐn)?shù)值模擬研究15</p><p>　　4.1 計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)述15</p><p>　　4.2 軟件簡(jiǎn)述15</p><p>　　4.3 高爐出口氣流分布原理16</p><p>　　4.3.1 高爐出口氣流分布狀況分析16</p><p>　　4.3.2 高爐出

14、口煙塵的數(shù)學(xué)模型18</p><p>　　4.4 高爐出口吸塵罩模擬研究19</p><p>　　4.4.1 流場(chǎng)模型及網(wǎng)格劃分19</p><p>　　4.4.2 邊界條件20</p><p>　　4.4.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析20</p><p>　　4.5 本章小節(jié)22</p><

15、p><b>　　結(jié) 論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　謝 辭26</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1吸塵罩的研究現(xiàn)狀</p&

16、gt;<p>　　吸塵罩是除塵系統(tǒng)中主要的構(gòu)件，吸塵罩的設(shè)計(jì)是否合理對(duì)高爐除塵有重要的影響。近年來，隨著環(huán)境法律法規(guī)的制定實(shí)施及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，對(duì)吸塵罩的除塵效果也有了越來越嚴(yán)格的要求。因此，為了滿足高效的除塵要求，吸塵罩的形式也越來越多樣化。按照吸塵罩結(jié)構(gòu)形式的不同,吸塵罩可分為傘形吸塵罩、旁側(cè)吸塵罩和條縫吸塵罩3種形式[1]如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 吸塵罩的形式<

17、/p><p>　　郭蕾、朱新才[2]等人通過已建立的吸塵罩結(jié)構(gòu)模型，改變吸塵罩結(jié)構(gòu)參數(shù)，模擬了不同擴(kuò)展角對(duì)吸塵罩內(nèi)部流場(chǎng)的影響。在郭蕾等人的研究中，在利用FLUENT軟件進(jìn)行模擬時(shí)，選用了歐拉—拉格朗日方法的離散模型，在計(jì)算時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)紊流模型，通過SMPLE算法及二階迎風(fēng)格式對(duì)控制方程進(jìn)行求解，求解時(shí)所采用的理論為氣固兩相流湍流狀態(tài)的動(dòng)量、質(zhì)量和能量守恒方程組的離散化處理。網(wǎng)格劃分時(shí)，網(wǎng)格類型選用三角形。這是因?yàn)槿?/p>

18、角形網(wǎng)格和其他類型的網(wǎng)格相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：可以有效地避免節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)化限制且節(jié)點(diǎn)和單元分布的可控性能較好。提出了當(dāng)吸塵罩的擴(kuò)張角為60°至90°時(shí)，吸風(fēng)罩內(nèi)部速度場(chǎng)分布均勻，無明顯的渦流、回流等現(xiàn)象。</p><p>　　田中偉、左為恒[3]建立了吸塵罩流場(chǎng)模型并確立了邊界條件，應(yīng)用FLUENT軟件模擬了不同罩口風(fēng)速即不同的除塵風(fēng)量條件下吸塵罩的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，并且對(duì)比分析了不同的吸塵罩罩口風(fēng)速

19、對(duì)塵源的控制作用的影響,獲得了理想的數(shù)值模擬結(jié)果。通過該數(shù)值模擬過程，得出了運(yùn)用CFD數(shù)值模擬軟件可以模擬實(shí)際相情況下各種不同參數(shù)的變化，從而獲得較好的除塵效果，滿足節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的要求。</p><p>　　由于傳統(tǒng)吸塵罩的自身存在的缺點(diǎn)，如橫向氣流對(duì)吸塵罩口流場(chǎng)影響，同時(shí)，橫向氣流也增加了吸塵罩的排風(fēng)量，增加了電能消耗。基于此，人們提出了一克服傳統(tǒng)吸塵罩缺點(diǎn)的新型設(shè)備，那就是在吸塵罩吸風(fēng)口處加裝配氣裝置。

20、配氣和原氣流混合形成新的控制氣流，這種吸塵罩又稱為氣幕上吸罩。根據(jù)吸塵罩的作用和構(gòu)造的區(qū)別，可以分密閉罩和半密閉罩等形式。</p><p>　　根據(jù)密封吸塵罩工藝使用要求的不同，主要有局部罩、大容罩和整體罩三種形式。密封吸塵罩需配風(fēng)風(fēng)量小，并且采用密封的形式，可以避免吸塵罩外部氣流對(duì)吸塵罩的影響，大大優(yōu)化了除塵效果。根據(jù)半密閉吸塵罩結(jié)構(gòu)不同，可分為箱式和柜式。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝特點(diǎn)，柜式吸塵罩的排風(fēng)方式分為上排風(fēng)

21、、下排風(fēng)和上下聯(lián)合排風(fēng)。當(dāng)污染源不能完全密閉時(shí)，這時(shí)考慮使用半密封罩，根據(jù)半密封罩的安裝位置的差異，有頂吸式和側(cè)吸式兩種。因?yàn)檫@種吸塵罩的外形形似傘形，故稱為傘形罩。盡管外部吸塵罩的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，但是容易受到外部氣流的干擾。所謂吹吸罩是指在吹氣氣流和吸氣氣流共同作用時(shí)的吸塵罩，主要分為氣幕式吸塵罩和旋風(fēng)式吸塵罩兩大類。吹吸罩有吸風(fēng)量小，控制污染效果好，抗干擾能力較強(qiáng)，不影響工藝操作等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>

22、　　通過改變吸塵罩配的風(fēng)量，能夠有效的控制污染物的擴(kuò)散，進(jìn)而提高除塵效果，降低能耗。當(dāng)今世界，國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)對(duì)二維氣幕上吸罩研究已達(dá)到了較高的水平，但三維氣幕上吸罩的研究水平還比較落后，有待進(jìn)一步發(fā)展。</p><p><b>　　1.2本課題的來源</b></p><p>　　近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展，普遍存在著環(huán)境污染重、能源利用率低等問題，而正是這些問題又嚴(yán)

23、重制約了我國(guó)工業(yè)乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)代化工業(yè)給人類帶來了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)產(chǎn)生了一系列的環(huán)境污染問題，其中煙塵的排放是現(xiàn)代化工業(yè)帶來的重要問題之一。隨著人們對(duì)大氣污染治理問題深入的探究，人們對(duì)固體顆粒、粉塵和煙霧的物理和化學(xué)特性有了比以前更深刻的認(rèn)知。高爐生產(chǎn)的污染物必須做到達(dá)標(biāo)排放是高爐煉鐵環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)的基本要求。新建和改造的高爐環(huán)境保護(hù)治理設(shè)施應(yīng)采用先進(jìn)的技術(shù)、穩(wěn)定的工藝和設(shè)備，使排放的污染物濃度和數(shù)量低于排放標(biāo)

24、準(zhǔn)。</p><p>　　在高爐煉鐵過程中，高爐出口散發(fā)煙塵是鋼鐵廠的主要污染源之一。近人年來，隨著高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展，高爐煉鐵呈現(xiàn)大型化，隨之而產(chǎn)生問題是環(huán)境問題也也越來越突出。如果不采取行之有效的方法捕集和凈化煙塵，將會(huì)對(duì)人類的身體健康和生存環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。因此，為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)，需要提高高爐出口煙塵捕集效率，從而強(qiáng)化除塵效果。</p><p>　　在高爐生產(chǎn)過程中，

25、煙氣粉塵濃度對(duì)人體有重要的影響，當(dāng)煙塵濃度平均低于1mg/m3時(shí)，對(duì)人體不會(huì)造成任何傷害，濃度在1～3mg/m3范圍內(nèi)，對(duì)人體有較輕的危害，高于3mg/m3時(shí)，會(huì)對(duì)人體造成較嚴(yán)重的傷害，煙塵濃度最高允許值為10mg/m3。雖然煙塵不會(huì)對(duì)人體造成直接的傷害，但間接地會(huì)對(duì)呼吸道和眼睛等人體器官會(huì)造成嚴(yán)重的損傷。煙塵粒徑大于10微米的粉塵在空氣中停留時(shí)間較短，通過呼吸作用的凈化，粉塵會(huì)嚴(yán)格的阻斷在肺泡以外。長(zhǎng)時(shí)間的處在這種工作環(huán)境下，工人們會(huì)

26、很容易患有支氣管炎、哮喘和肺氣腫等疾病，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致致癌。當(dāng)煙塵粒徑小于10微米以下時(shí)，煙塵直接進(jìn)入到人的肺部組織，隨著不斷地積累，煙塵沉淀于肺泡中，有可能引起肺組織的慢性纖維化，甚至導(dǎo)致肺心病、心血管病等一系列病變。而且隨著煙塵進(jìn)入人的肺部的還有多種污染物或病菌帶，這些病菌對(duì)人的身體健康會(huì)造成很大的危害。煙塵如果進(jìn)入人的眼睛內(nèi)，會(huì)對(duì)人的眼睛造成較嚴(yán)重的傷害。此外，空氣中漂浮性的煙塵導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備的非正?；p，嚴(yán)重地縮短了生產(chǎn)設(shè)備的使用

27、壽命，大幅度增加了設(shè)備的維護(hù)成本，從而對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)效益產(chǎn)生無法估計(jì)的損失。</p><p>　　高爐煉鐵的主要廢氣排放源有出鐵廠、煤粉設(shè)備爐頂裝料、熱風(fēng)爐和礦焦槽等，主要污染物為煙塵和粉塵及煙氣。污染的主要特點(diǎn)為：</p><p>　　1、高爐產(chǎn)生過程中廢氣生產(chǎn)點(diǎn)較多，產(chǎn)生的粉塵量大，煙氣含塵濃度較高，對(duì)大氣的污染較嚴(yán)重。</p><p>　　2、粉塵具有回收利用價(jià)

28、值。煉鐵廠粉塵含鐵量一般在50%左右，回收后可以作為燒結(jié)原料。</p><p>　　在高爐爐內(nèi)燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，煙氣中并含有的量的固體顆粒，這些煙塵對(duì)人的傷害極大。排到大氣中的煙塵會(huì)與空氣相結(jié)合，當(dāng)人呼吸時(shí)吸入了含有污染物的空氣后，煙塵就會(huì)不斷的在人體內(nèi)積累，危害人的健康。另外，對(duì)于高爐產(chǎn)生的煙塵如果不采取處理措施，這些煙塵就會(huì)擴(kuò)散到大氣中去，對(duì)大氣環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的污染?？紤]到煙塵較嚴(yán)重的危害，就要在高爐煉

29、鐵生產(chǎn)工藝中設(shè)置通風(fēng)除塵系統(tǒng)。通風(fēng)除塵系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可變性，在通風(fēng)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要結(jié)合廠房環(huán)境、生產(chǎn)工藝、設(shè)備情況等眾多因素進(jìn)行綜合考慮。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中通風(fēng)除塵系統(tǒng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。所謂通風(fēng)除塵系統(tǒng)[3]就是利用送風(fēng)機(jī)輸送具有一定速度的風(fēng)，一定速度的風(fēng)在塵源附近形成氣幕，然后利用抽風(fēng)機(jī)將煙塵經(jīng)吸塵罩送人除塵器，經(jīng)除塵后排入大氣或著另作它用。吸塵罩在通風(fēng)除塵系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，

30、吸塵罩的設(shè)計(jì)對(duì)通風(fēng)除塵效果的好壞起著決定性作用。吸塵罩主要作用是將煙塵收集起來，吸塵罩一般位于塵源附近，由于吸力的作用會(huì)在罩口附近形成負(fù)壓。通過壓差的作用，粉塵進(jìn)入吸塵罩內(nèi)。</p><p>　　吸塵罩是在吸氣口氣流運(yùn)行規(guī)律的原理基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的。所謂的吸氣口運(yùn)行規(guī)律就是將吸氣口近視認(rèn)為為一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)吸氣口吸氣時(shí)會(huì)在吸氣口附近形成負(fù)壓區(qū)，由于負(fù)壓區(qū)的存在會(huì)造成一定范圍內(nèi)的空氣流動(dòng)。如果將吸塵罩近視認(rèn)為是一個(gè)吸氣口，

31、那么通過一定的負(fù)壓作用后，就會(huì)在吸塵罩的一定范圍內(nèi)形成空氣流動(dòng)，將粉塵吸進(jìn)吸塵罩內(nèi)。性能較好的吸塵罩能較有效的將塵源所散發(fā)出來的煙塵加以捕集，經(jīng)過管道送至除塵設(shè)備。為了提高煙塵的捕集效果，一般講吸塵罩安置在塵源上方或者附近，并且要保證吸塵罩有足夠的封閉性，吸塵罩內(nèi)要維持一定的負(fù)壓。要想吸塵罩內(nèi)維持一定的負(fù)壓，需要選擇合適的抽風(fēng)量。保持吸氣口處煙塵有足夠的流速，使煙塵從吸塵罩內(nèi)經(jīng)過抽氣口排出，同時(shí)也要防止因抽氣量過大而造成大顆粒粉狀物揚(yáng)起

32、。在工業(yè)生產(chǎn)中，除塵設(shè)備中吸塵罩的使用效果越好，也就意味著越能滿足實(shí)際生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的要求。</p><p>　　1.3本文主要內(nèi)容 </p><p>　　首先，是高爐煉鐵的基本概述，其主要內(nèi)容是高爐煉鐵的工作原理、高爐結(jié)構(gòu)和高爐除塵工藝等內(nèi)容。</p><p>　　其次，是吸塵罩的設(shè)計(jì)及計(jì)算原則，其主要內(nèi)容是吸塵罩的工作原理及尺寸確定方法。</p>

33、<p>　　最后，是對(duì)吸塵罩配氣參數(shù)的數(shù)值模擬，其主要包含以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　1、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，獲得吸塵罩內(nèi)高爐煙氣壓力、吸塵罩外的大氣壓力、高爐煙氣流速等參數(shù)，并確定吸塵罩的結(jié)構(gòu)形狀。</p><p>　　2、建立吸塵罩的數(shù)學(xué)模型，畫出實(shí)體模型</p>

34、<p>　　高爐出口煙塵的流動(dòng)模型為氣固兩相的湍流流動(dòng)，忽略煙塵顆粒間的相互作用。只考慮氣體對(duì)顆粒物的作用，而不考慮顆粒對(duì)氣體的影響采k?ε紊流模型模擬氣相流動(dòng)。</p><p>　　3、利用ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分</p><p>　　利用軟件ICEM CFD劃分網(wǎng)格，根據(jù)模型特點(diǎn)，選用二維殼網(wǎng)格，網(wǎng)格形狀選用三角形，劃分網(wǎng)格的質(zhì)量直接影響計(jì)算時(shí)的收斂性，三角形的網(wǎng)格可以避

35、免結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性限制，網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)和單元分布均會(huì)有較好的可控制性，因而在模擬過程中能較好地處理邊界問題，提高模擬的準(zhǔn)確性。</p><p><b>　　4、進(jìn)行數(shù)值模擬</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，如吸塵罩結(jié)構(gòu)參數(shù)等，利用數(shù)值模擬軟件FLUENT根高爐出口吸塵罩流場(chǎng)進(jìn)行模擬，以期獲得流線非常平滑順暢的流場(chǎng)，這樣可以有效減小配氣量和降低能源

36、消耗。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了近年來通風(fēng)除塵系統(tǒng)中吸塵罩研究狀況，對(duì)比分析了現(xiàn)有各種形式吸塵罩的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也指出現(xiàn)有吸塵罩存在的一些問題，最后對(duì)本課題的來源以及本文主要內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)明介紹。</p><p>　　第2章 高爐煉鐵的方法</p><p>　　2.

37、1高爐煉鐵的基本原理</p><p>　　在自然界中，鐵大多數(shù)都是以氧化物的形式存，如赤鐵礦，磁鐵礦等。高爐鋼鐵冶煉過程事實(shí)上就是將鐵元素從其自然態(tài)——鐵礦石等含鐵化合物中還原出來，并融化成生鐵的過程。在鐵礦石的還原過程中需要有還原劑，為了熔融脈石還需要加入石灰石，在融化渣鐵時(shí)還需要提供足夠的熱量。焦炭是高爐過程中的主要燃料和還原劑。</p><p>　　圖2.1 高爐煉鐵過程</p

38、><p>　　高爐煉鐵過程如圖圖2.1所示，鐵礦石、燃料（如焦炭、煤粉等）及其它原料（如石灰石等）按照一定比例從高爐爐頂送入高爐，并由鼓風(fēng)機(jī)在高爐下部沿爐周的風(fēng)口向高爐爐內(nèi)鼓入熱風(fēng)，焦炭在鼔入得熱風(fēng)中燃燒，焦炭同熱風(fēng)在高溫條件下相互作用生成一氧化碳和氫氣。隨著爐內(nèi)熔煉等過程的進(jìn)行，原料、燃料等會(huì)慢慢的下降，爐料在下降過程中會(huì)與上升的煤氣相遇，先后發(fā)生傳熱、還原、熔化、脫炭等反應(yīng)而生成生鐵。鐵礦石原料中所含的雜質(zhì)會(huì)與加

39、入爐內(nèi)的熔劑相結(jié)合而成爐渣，高爐爐底所生成的鐵水間斷地放出裝入鐵水罐，送往煉鋼廠。在高爐產(chǎn)生鐵水的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的副產(chǎn)品如高爐煤氣和爐渣。高爐渣鐵成分主要是礦石中所含有的不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑，自渣口排出后，經(jīng)水淬處理后全部作為水泥生產(chǎn)原料；產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵設(shè)備除塵后，可作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料，以達(dá)到廢物利用的效果，從而提高燃料利用率。</p><p>　　2.2高爐煉鐵用的原

40、料</p><p>　　隨著高爐煉鐵技術(shù)的不斷發(fā)展，大型化、高利用率、低成本操作、煤比不斷提高和高爐壽命不斷延長(zhǎng)，對(duì)原料的質(zhì)量要求也不斷提高。同時(shí)，隨著用礦資源變化和國(guó)內(nèi)球團(tuán)技術(shù)的發(fā)展，爐料結(jié)構(gòu)也不斷調(diào)整和優(yōu)化。精料是高爐生產(chǎn)順序、指標(biāo)先進(jìn)、節(jié)約能耗的基礎(chǔ)和客觀要求，而我國(guó)貧礦多，富礦少。高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）三部分組成。</p><p>　　高爐對(duì)煉鐵

41、所用原燃料總體要求是：冶煉的渣量要求是小于或等于300kg，爐料成分要穩(wěn)定、粉末均勻冶金性能好，同時(shí)爐料結(jié)構(gòu)要合理。目前國(guó)內(nèi)高爐的燃料以燒結(jié)礦為主，配加一定量的球團(tuán)礦和天然塊礦，因此，對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量控制是高爐精料管理的主要內(nèi)容。良好的焦炭質(zhì)量對(duì)高爐順序穩(wěn)定、高產(chǎn)，良好的爐杠工作，以及提高煤量至關(guān)重要，也是高爐精料的重要內(nèi)容。 </p><p>　　一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，

42、從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個(gè)過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐

43、渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。</p><p>　　產(chǎn)品指高爐冶煉生鐵，而高爐的產(chǎn)品不只是生鐵，還有錳鐵等，屬于鐵合金產(chǎn)品。錳鐵高爐不參加煉鐵高爐各種指標(biāo)的計(jì)算。高爐煉鐵過程中還產(chǎn)生副產(chǎn)品水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。高爐煉鐵的特點(diǎn)：規(guī)模大，不論是世界其它國(guó)家還是中國(guó)，高爐的容積在不斷擴(kuò)大，如我國(guó)寶鋼高爐是4063立方米，

44、日產(chǎn)生鐵超過10000噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。</p><p>　　2.3高爐煉鐵主要工藝設(shè)備簡(jiǎn)介</p><p>　　高爐煉鐵過程中，煉鐵設(shè)備主要有高爐本體、供料設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、噴吹設(shè)備、煤氣處理設(shè)備和渣鐵處理設(shè)備組成。高爐形狀為豎式圓筒形，本體主要包括爐基、爐殼、爐襯及冷卻設(shè)備和高爐框架或支柱等，高爐的內(nèi)部工作空間叫爐形。高爐煉鐵系統(tǒng)主要有爐體系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、上料

45、系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、煤氣除塵系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)組成。</p><p>　　通常情況下，輔助系統(tǒng)的建設(shè)投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高爐本體建設(shè)投資，一般相差4~5倍。在高爐冶煉過程中，煉鐵各個(gè)系統(tǒng)之間相互配合、相互依賴，在各個(gè)系統(tǒng)共同作用下形成了一個(gè)不間斷、大規(guī)模的高溫冶煉過程。在高爐開爐之后，整個(gè)系統(tǒng)必須不間斷地連續(xù)生產(chǎn)，除了計(jì)劃?rùn)z修和特殊事故暫時(shí)休風(fēng)外，一般要到一代壽命終了時(shí)才停爐。</p><p><

46、b>　　2.3.1高爐本體</b></p><p>　　高爐是一個(gè)豎式的圓筒形爐子，做爐殼時(shí)所選用的材質(zhì)為鋼板，殼內(nèi)為耐火磚所砌成的內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸和死鐵層6部分。高爐煉鐵主要優(yōu)點(diǎn)有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)量大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，這種方法所生產(chǎn)的鐵在世界鐵總產(chǎn)量中處于主導(dǎo)地位。 </p><p>　　2.3.2高爐除塵

47、設(shè)備</p><p>　　所謂的除塵器就是用來收集高爐煤氣中所含煙塵的設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)外大型高爐除塵分為干式和濕式兩大類。用于高爐除塵的常用的除塵器有重力除塵器、離心除塵器、旋風(fēng)除塵器、洗滌塔、文氏管、洗氣機(jī)、電除塵器、布袋除塵器等。</p><p>　　世界上大部分高爐煤氣粗除塵都是選用重力除塵器，重力除塵器是一種造價(jià)低、維護(hù)管理方便、工藝簡(jiǎn)單但除塵效率不高的干式初級(jí)除塵器。近年來，國(guó)內(nèi)

48、部分鋼鐵企業(yè)采用了軸向旋風(fēng)除塵器，其工藝比較復(fù)雜，除塵效率較高，但在生產(chǎn)中曾發(fā)生過除塵器內(nèi)耐磨襯板破碎和脫落，對(duì)生產(chǎn)造成了一定的影響。布袋除塵技術(shù)是利用各種高孔隙率的織布或?yàn)V氈，捕集煙塵中的塵粒高效技術(shù)；其除塵效率在99%以上，阻力損失小，凈煙氣含塵量在低。</p><p>　　2.3.3高爐鼓風(fēng)機(jī)</p><p>　　高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動(dòng)力設(shè)備之一，高爐設(shè)備配套的能力，在一定程度上

49、，取決于鼓風(fēng)機(jī)的能力。高爐鼓風(fēng)機(jī)主要有兩個(gè)作用，一方面是他可以直接提供高爐冶煉過程中所需的氧氣，另一方面它提供了克服高爐料柱阻力所需要的氣體動(dòng)力?，F(xiàn)代大、中型高爐冶煉過程中所采用的鼓風(fēng)機(jī)主要有兩種形式，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式鼓風(fēng)機(jī)和軸流式鼓風(fēng)機(jī)。近年來大容量同步電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的使用也越來越普遍，這種鼓風(fēng)機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)方便，易于維修，投資較少，但耗電量較大。</p><p>　　2.3.4高爐熱風(fēng)爐</p>

50、<p>　　熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。現(xiàn)在高爐所采用的熱風(fēng)爐多為蓄熱式的，熱風(fēng)爐有兩大部分組成——蓄熱室和燃燒室。熱風(fēng)爐的工藝流程為：在熱風(fēng)爐的燃燒期內(nèi)，煤氣燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈺?huì)加熱熱風(fēng)爐燃燒室內(nèi)的隔磚；在送風(fēng)期內(nèi)，隔磚將冷風(fēng)加熱；期間燃燒和送風(fēng)是斷續(xù)、交替完成的。</p><p>　　目前熱風(fēng)爐的主要形式主要有以下幾種：內(nèi)燃式，外燃式，頂燃式。在我國(guó)，主要以內(nèi)

51、燃式為主，約占68.71%。雖然改進(jìn)型的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐克服了傳統(tǒng)內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的的很多缺點(diǎn)，但是，其自身任然有許多問題。為了提高風(fēng)溫，可以通過控制改變煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用經(jīng)過優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長(zhǎng)熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。</p><p><b>　　2.3.5鐵水罐車</b>

52、</p><p>　　鐵水罐車的主要作用是運(yùn)送鐵水，實(shí)現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移，它被放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。</p><p>　　2.3.6高爐噴吹煤粉</p><p>　　高爐噴煤技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，新建或改造的高爐必須加裝噴煤設(shè)備。高爐噴煤是改變高爐用能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高效的節(jié)能措施。高爐噴煤工藝設(shè)施主要包括以下

53、系統(tǒng)設(shè)施：原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、空壓站和輔助設(shè)施等。</p><p><b>　　2.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章分別對(duì)高爐煉鐵的基本原理，煉鐵所需的燃料及煉鐵工藝設(shè)備做了簡(jiǎn)要的介紹，煉鐵原料的好壞決定了生鐵質(zhì)量的優(yōu)劣，煉鐵工藝設(shè)備布置的是否合理對(duì)煉鐵降低能耗有重要影響。</p><p>　　第3章 吸塵罩的設(shè)計(jì)

54、與計(jì)算</p><p>　　3.1吸塵罩的設(shè)計(jì)原則</p><p>　　1、改善煙塵等有害物排放的工藝流程和工作環(huán)境，盡可能多的減少煙塵排放及其人身危害。</p><p>　　2、吸塵罩應(yīng)盡可能的近的靠近塵源并將其封閉起來，防止或減少橫向氣流的干擾。如果封閉時(shí)妨礙工藝操作，可以將其安裝在污染物的側(cè)面，或者是采用風(fēng)量較小的槽形桌面型。</p><p

55、>　　3、吸塵罩安裝的位置和排氣方向。通過研究煙塵發(fā)生機(jī)理，考慮煙塵的飛散方向、速度和臨界點(diǎn)等因素，合理布置吸塵罩口安裝位置。如吸塵罩采用側(cè)型或上蓋型等形式，會(huì)使工作人員無法進(jìn)入污染源與吸塵罩之間的開口處，比空氣密度大的氣體可在下方吸引。</p><p>　　4、決定吸塵罩口周圍的環(huán)境條件。側(cè)面封閉的吸塵罩和四周全部自由開放的吸塵罩相比，其除塵效果要好的多。因此，在不影響工藝操作的前提下應(yīng)將塵源的四周封閉起

56、來，盡量少吸入未污染的空氣。</p><p>　　5、防止吸塵罩周圍的流場(chǎng)出現(xiàn)紊流現(xiàn)象。假如捕集點(diǎn)附近流場(chǎng)的紊流對(duì)控制風(fēng)速有影響，那么就不能提供更大的控制風(fēng)速，這時(shí)就會(huì)使吸塵罩喪失正常的吸塵作用。</p><p>　　6、吸塵罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能的便于操作，便于檢修。</p><p>　　7、在生產(chǎn)中，必須在順著粉塵飛濺的方向設(shè)置罩口正面對(duì)著含塵氣流的吸塵罩，使吸塵

57、罩充分利用含塵氣流的動(dòng)能，以提高捕集效果。</p><p>　　3.2吸塵罩集氣吸塵機(jī)理</p><p>　　集氣吸塵罩罩口氣流運(yùn)動(dòng)方式有兩種[4]：一種是吸氣口氣流和吸入流動(dòng)，另二是吹氣口氣流和吹出流動(dòng)。對(duì)集氣吸塵罩多數(shù)的情況是吸氣口吸入氣流。</p><p>　　3.2.1吸入口氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律</p><p>　　兩端均敞開的管口就是一個(gè)最

58、簡(jiǎn)單的吸氣口，當(dāng)吸氣口一端吸氣時(shí)，就會(huì)在另一端管口附近形成負(fù)壓。管口周圍空氣會(huì)從四周經(jīng)管口流入管內(nèi)，形成吸入氣流或匯流。當(dāng)管口橫截面面積較小時(shí)，可將這種氣流視為“點(diǎn)匯”。此時(shí)，形成以吸氣管口為中心的徑向流線。</p><p>　　由于通過每個(gè)等速面的吸氣量相等，假定點(diǎn)匯的吸氣量為Q，等速面的半徑分別為r1和平r2，相應(yīng)的氣流速度為和，則有</p><p><b>　　（3.1）&

59、lt;/b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Q——吸氣氣體流量，m3/s;</p><p>　　——球面1和2上的氣流速度，m/s。</p><p>　　——球面1和球面2的半徑，m。</p><p><b>　?。?.2）</b>&l

60、t;/p><p>　　由公式3.1可見，點(diǎn)匯外某一點(diǎn)的空氣流速與該點(diǎn)至吸氣口距離的平方成反比。因此在設(shè)計(jì)集氣吸塵罩時(shí)，應(yīng)盡量減少罩口距污染源的距離。</p><p>　　若在吸氣口的四周加上檔板，吸氣范圍將減少一半，其等速面為半球面，則吸氣口聽吸氣量為</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p><

61、b>　　式中符號(hào)同前。</b></p><p>　　比較公式3.1和3.2可以看出，在同樣距離上造成同樣的吸氣速度時(shí)，吸氣口吵設(shè)擋板的吸氣量比加設(shè)檔板時(shí)大1倍。因此在設(shè)計(jì)外部集氣罩時(shí)，應(yīng)盡量減少吸氣范圍，以便增強(qiáng)控制效果。</p><p>　　事實(shí)上，吸氣口具有一定的尺寸大小，氣體流動(dòng)也會(huì)受到阻力作用。因吸氣作用形成的氣體流動(dòng)的行事面不是球面形而是橢球面形。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)

62、，繪制了吸氣區(qū)內(nèi)氣流流線和速度分布，直觀地表示了吸氣速度和相對(duì)距離的關(guān)系。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，吸氣口氣流速度分布具有以下特點(diǎn)。</p><p>　　1、 吸氣口附近等速面近似與吸氣口平行，隨離吸氣口距離x的增大，逐漸變成橢圓面，而在1倍吸氣口直徑d處已接近為球面。因此，當(dāng)x/d＞1時(shí)可近似當(dāng)作點(diǎn)匯，吸氣量Q可按公式3.1、公式3.2計(jì)算。當(dāng)=1時(shí)，該點(diǎn)氣流速度已大約降至吸氣口以速的7.5％。當(dāng)＜1時(shí)，根據(jù)氣流衰減規(guī)律則

63、不同。 </p><p>　　2、對(duì)于結(jié)構(gòu)一定的吸氣口，不論吸氣口風(fēng)速大小如何，其等速面形狀大致相同。而吸氣口結(jié)構(gòu)形式不同，其氣流衰減規(guī)律則不同。</p><p>　　3.2.2吹出氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律</p><p>　　具有一定流速的空氣從孔口噴出，在孔口處形成一股氣流，這種氣流稱為吹出氣流或射流。根據(jù)空間界壁對(duì)射流約束情況的不同，射流可分為自由射流

64、（吹向無限空間）和受限射流（吹向有限空間）；根據(jù)射流內(nèi)部溫度廠的變化情況，射流可分為等溫射流和非等溫射流；在設(shè)計(jì)熱設(shè)備上方集氣吸塵罩和吹吸式集氣吸塵罩時(shí)，均要應(yīng)用空氣射流的基本理論。</p><p>　　等溫圓射流是自由射流中的常見流型[5]。圓錐的頂點(diǎn)稱為極點(diǎn)，圓錐的半頂角a稱為射流的擴(kuò)散角。射流內(nèi)的軸線速度保持不變半等于吹出速度v0的一段，稱為射流核心段。由吹氣口核心被沖散的這一段稱為流起始面對(duì)。以起始段的端

65、點(diǎn)O為頂點(diǎn)，吹氣口為底邊的錐體中，射流的基本性質(zhì)（速度、溫度、濃度等）均保持不變。</p><p>　　3.3傘形吸塵罩的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　傘形形式的吸塵罩一般會(huì)安裝在煙塵的正上方，飛揚(yáng)的煙塵并不具備自主進(jìn)入到吸塵罩內(nèi)的能力，即煙塵并不能自發(fā)地流向吸塵罩內(nèi)。如果要想把吸塵罩下方的煙塵吸走,就必須用抽風(fēng)機(jī)在在吸塵罩口形成一定負(fù)壓，即在煙塵的飛揚(yáng)處造成一定的上升速度，以便將煙塵吸入

66、罩內(nèi)。因此,確定吸塵罩的吸氣量大小是吸塵罩結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)鍵。只有準(zhǔn)確地確定了吸塵罩吸氣量，才能合理、高效地進(jìn)行整個(gè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以下是兩種傘形吸塵罩結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。</p><p>　　3.3.1按罩口的平均風(fēng)速設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　要想確定傘形吸塵罩的吸氣量,吸塵罩的罩口風(fēng)速的確定是吸塵罩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù),在各種不同的工作情況下要想取得較好的吸塵效果,其罩口風(fēng)速選定很關(guān)

67、鍵[6]。對(duì)同一吸塵罩在同一工況下,吸塵罩罩口的中心部分風(fēng)速和罩口邊緣部分風(fēng)速也不相同,有時(shí)也會(huì)相差很大。</p><p>　　吸風(fēng)量的計(jì)算公式如下:</p><p>　　Q=3600AVp （3.4）</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　Q———

68、吸塵罩吸風(fēng)量,m3/h；</p><p>　　A———罩口面積, m2；</p><p>　　Vp———罩口平均風(fēng)速,m/s。</p><p>　　罩口面積的計(jì)算方法:</p><p><b>　　矩形罩口:A=LW</b></p><p><b>　　其中:</b><

69、;/p><p>　　L=l+0.5h （3.5）</p><p>　　W=w+0.5h （3.6）</p><p><b>　　圓形罩口:A=πR</b></p><p>　　其中:R=r+0.25h</p><p

70、><b>　　式中:</b></p><p>　　L———吸塵罩罩口的直徑,m；</p><p>　　W———吸塵罩罩口的寬度,m；</p><p>　　l———煙塵的長(zhǎng)度,m；</p><p>　　w———煙塵的寬度,m；</p><p>　　h———煙塵源至罩口的距離,m；</p&

71、gt;<p>　　R———吸塵罩罩口的半徑,m；</p><p>　　r———設(shè)備或粉塵源的半徑,m。</p><p>　　通過公式3.5、3.6可以得出,當(dāng)吸塵罩罩口速度 不變時(shí),要想減少進(jìn)入吸塵罩內(nèi)的吸風(fēng)量Q,則必須減少吸塵罩罩口的面積A。由于煙塵源的長(zhǎng)度l和寬度w數(shù)值不變,故要想減少吸風(fēng)量Q,就必須要減小煙塵源至吸塵罩罩口距離h。因此,在滿足工藝安全要求操作的前提下,應(yīng)

72、盡量減少煙塵源至吸塵罩罩口的距離h。實(shí)驗(yàn)表明,吸塵罩罩口風(fēng)速的分布與吸塵罩罩口的擴(kuò)張角度有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明：吸塵罩罩口擴(kuò)張角越小,吸塵罩內(nèi)風(fēng)速分布越均勻。當(dāng)吸塵罩罩口擴(kuò)張角小于60°時(shí),罩口中心部分風(fēng)速、邊緣部分風(fēng)速與平均風(fēng)速十分接近；當(dāng)吸塵罩罩口擴(kuò)張角大于60°時(shí),吸塵罩罩口中心風(fēng)速與平均風(fēng)速的比值會(huì)隨隨擴(kuò)張角的增大而顯著增大。</p><p>　　3.3.2按罩口周邊截面的平均風(fēng)速設(shè)計(jì)

73、計(jì)算</p><p><b>　　計(jì)算公式如下:</b></p><p>　　Q=3600Gh （3.7）</p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　Q———吸塵罩吸風(fēng)量, m3/h；</p><p>　

74、　G———吸塵罩罩口周邊長(zhǎng),m;對(duì)矩形罩口,G=2LW;對(duì)圓形罩口,G=2πR； </p><p>　　———吸塵罩罩口周邊截面上的平均風(fēng)速m/s,根據(jù)具體的環(huán)境情況取值,一般取0.2～2m/s。</p><p>　　在計(jì)算吸塵罩結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，上述兩種方法均可以采用。</p><p>　　3.3.2有上升熱氣流的

75、吸塵罩</p><p>　　熱源的存在會(huì)增大煙塵擴(kuò)散的壓力和速度，煙塵會(huì)在熱源的作用下向上運(yùn)動(dòng),吸塵罩常設(shè)計(jì)為傘形罩,這種傘形罩一般高懸在發(fā)熱設(shè)備的上方如圖3.1所示。 </p><p>　　圖3.1 高懸罩工作原理圖</p><p>　　當(dāng)吸塵罩罩口距塵源高度為h≤1.5或h＜1m時(shí)稱為低懸罩，吸塵誘導(dǎo)空氣量可以忽略不計(jì)；當(dāng)吸塵罩罩口距塵源高度為h＞1.5的罩稱為

76、高懸罩。由于高懸罩h較大，需要的誘導(dǎo)空氣量也越大，帶入空氣氣體體積也愈大，那么吸塵罩內(nèi)抽風(fēng)量必然愈大。</p><p>　　應(yīng)該特別注意的是，為了使除塵效果達(dá)到最優(yōu)化，無論是高懸罩還是低懸罩,在不影響生產(chǎn)工作人員操作的前提下，應(yīng)在吸塵罩罩邊上懸掛擋風(fēng)板，至少應(yīng)在來風(fēng)方向懸掛一面擋風(fēng)板，這是一個(gè)至關(guān)重要的問題。否則，即使吸塵罩罩設(shè)計(jì)得十分正確、合理，也同樣不能達(dá)到預(yù)期的收塵效果。</p><p&

77、gt;<b>　　3.4 本章小節(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了通風(fēng)除塵系統(tǒng)中吸塵罩的設(shè)計(jì)原則、集氣機(jī)理和吸塵罩的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算以及有上升熱氣流吸塵罩的吸氣特性，吸塵罩的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算主要根據(jù)吸塵罩的吸風(fēng)量計(jì)算吸塵罩的罩口直徑，吸塵罩高度一般為吸塵罩罩口直徑的一半。</p><p>　　第4章 高爐出口吸塵罩?jǐn)?shù)值模擬研究</p><p&g

78、t;　　4.1 計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)述</p><p>　　在流體力學(xué)的研究中，根據(jù)研究方法的不同可分為實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)、理論流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)。17世紀(jì)，在英國(guó)和法國(guó)奠定的實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的基礎(chǔ)；18和19世紀(jì)，理論流體力學(xué)逐漸在歐洲發(fā)展起來；20世紀(jì)初，計(jì)算流體力學(xué)基本概念被提出。</p><p>　　計(jì)算流體力學(xué)[7]（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱CFD）以流

79、體力學(xué)為基礎(chǔ)，以數(shù)值計(jì)算為工具，通過求解三大控制方程或附加方程，即連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程來獲得相關(guān)參數(shù)，對(duì)流動(dòng)問題進(jìn)行分析的方法。CFD可以看做是在流動(dòng)基本方程控制下對(duì)流體流動(dòng)的數(shù)值模擬，通過過這種數(shù)值模擬,我們可以得到極其復(fù)雜問題的流場(chǎng)內(nèi)各個(gè)位置上的基本物理量(如速度、壓力、溫度、濃度等)的分布,以及這些物理量隨時(shí)間的變化情況,確定旋渦分布特性、空化特性及脫流區(qū)等。相比理論流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，計(jì)算流體力學(xué)主要優(yōu)點(diǎn)有：費(fèi)用低、

80、成本低和周期短，可以考察流動(dòng)的細(xì)微結(jié)構(gòu)及發(fā)展過程，限制假設(shè)少、應(yīng)用范圍廣等。</p><p>　　根據(jù)不同行業(yè)特點(diǎn)及具體情況,較為常用的CFD模擬軟件有Phoenies、CFX和FLUENT，本文主要利用軟件FLUENT對(duì)吸塵罩吸塵情況進(jìn)行數(shù)值模擬。</p><p>　　4.2 FLUENT軟件簡(jiǎn)述</p><p>　　FLUENT軟件[8]是一個(gè)工程運(yùn)用的CFD軟

81、件,針對(duì)每一種不同的流動(dòng)物理問題的特點(diǎn),采用適合于它的數(shù)值計(jì)算方法，以期在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度方面達(dá)到最佳,可以計(jì)算流場(chǎng)、導(dǎo)熱和化學(xué)反應(yīng)等問題。其思想實(shí)際上就是做很多模塊,這樣只要判斷是哪一種流場(chǎng)和邊界就可以拿已有的模型來計(jì)算。大部分情況下,所測(cè)對(duì)象的變化趨勢(shì)能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出來,但是具體量的大小不能精確顯示。要精確測(cè)定必須依靠實(shí)驗(yàn)手段。FlUENT的作用主要體現(xiàn)在縮短設(shè)計(jì)過程,減少實(shí)驗(yàn)室測(cè)定試驗(yàn)的數(shù)目,減少產(chǎn)品開發(fā)成本等方面。<

82、/p><p>　　FLUENT[9]是一個(gè)用于模擬和分析復(fù)雜幾何區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)與傳熱現(xiàn)象的專用軟件。FLUENT提供了靈活的網(wǎng)格特性，可以支持多種網(wǎng)格，可以自由選擇使用結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來劃分復(fù)雜的幾何區(qū)域。它提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效；同時(shí)也支持混合網(wǎng)格。也可以利用FLUENT提供的網(wǎng)格自適應(yīng)特性在求解過程中根據(jù)所獲得的計(jì)算結(jié)果來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。</p><p

83、>　　4.3 高爐出口氣流分布原理</p><p>　　4.3.1高爐出口氣流分布狀況分析</p><p>　　高爐出口吸塵罩吸收煙塵示意圖如圖4.1所示，配氣式吸塵罩配氣的主要作用有兩個(gè)，一是在塵源附近形成氣幕，防止粉塵外溢；二是起到卷吸煙塵的作用。下文中將分別討論高爐出口煙塵自由擴(kuò)散，無配氣吸塵罩和配氣式吸塵罩煙塵吸收效果。</p><p>　　圖4.1

84、高爐出口吸塵罩示意圖</p><p>　　在沒有吸塵罩作用時(shí)，高爐出口煙氣自由擴(kuò)散模型[10]如圖4.2所示。高爐出口煙氣自由擴(kuò)散的模擬結(jié)果如圖4.3所示，從圖中可以看出煙塵從高爐出口出來后向四周擴(kuò)散。</p><p>　　圖4.2 高爐出口煙氣模型</p><p>　　圖4.3 高爐出口煙氣自由擴(kuò)散模擬</p><p>　　為了能夠較好的捕

85、集煙塵，在高爐出口處加裝了吸塵罩，加裝吸塵罩后的煙塵捕集模型如圖4.4所示。利用模擬軟件對(duì)高爐出口煙塵捕集情況進(jìn)行數(shù)值模擬，選取二維對(duì)稱結(jié)構(gòu)為數(shù)值模擬模型，模擬結(jié)果如圖4.5所示。從圖中可以看出，從高爐出口出來的煙塵并沒有都進(jìn)入到吸塵罩內(nèi)，一部分煙塵逃逸到了吸塵罩，因此，這時(shí)達(dá)不到環(huán)境保護(hù)除塵要求。為了減輕煙塵逃逸情況，提高煙塵捕集效果，需要加裝配氣裝置。配氣有兩個(gè)作用，一是在高爐出口外形成氣幕以防止煙塵外溢，二是通過配氣的卷吸作用提高

86、煙塵的捕集效果。</p><p>　　圖4.4 高爐出口煙塵捕集模型</p><p>　　圖4.5 高爐出口煙塵捕集模擬</p><p>　　由于除塵設(shè)備的入口斷面往往要比高爐出口截面大很多，也就是說煙氣由煙道進(jìn)入除塵設(shè)備時(shí)有一個(gè)面積擴(kuò)散比很大的喇叭口。如果除塵設(shè)備入口處不安裝配氣裝置，則氣流勢(shì)必造成如下流動(dòng)狀態(tài)：即中間流速大，流線稠密；周圍流速小，流線稀??；煙塵會(huì)

87、向四周擴(kuò)散。如果在除塵設(shè)備入口處裝上配氣裝置,則會(huì)迫使氣流重新分布，在高爐出口處形成氣幕，使稀稠差距懸殊的流線趨于均勻,因而氣流充滿整個(gè)空間。</p><p>　　4.3.2高爐出口煙塵的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　從高爐出口到除塵設(shè)備入口,煙塵的流動(dòng)過程涉及到氣固兩相的湍流流動(dòng)。對(duì)氣固兩相湍流流動(dòng)中的氣體運(yùn)動(dòng)按粘性、穩(wěn)定等溫流動(dòng)看待[11]。對(duì)兩相湍流中煙塵顆粒的流動(dòng)采用顆粒軌跡模型處

88、理,即假設(shè)煙塵顆粒項(xiàng)是離散項(xiàng),氣相與煙塵顆粒固相存在速度與溫度滑移,顆粒沿軌跡運(yùn)動(dòng),其各個(gè)參數(shù)的變化可沿軌跡跟蹤,顆粒作用于流體的質(zhì)量、動(dòng)量、能量等量地均布于氣相內(nèi)。計(jì)算的理論根據(jù)是求解湍流氣固兩相流動(dòng)的動(dòng)量、質(zhì)量守恒微分方程組[12],經(jīng)時(shí)間平均化處理后,各守恒方程的通用形式可表示為</p><p>　　+ = + + (4.1)</p><p>　　公式4

89、.1式中: ρ為氣相或顆粒固相的時(shí)均密度；?為時(shí)均通用因變量；V為氣相或顆粒固相在j方向的時(shí)均速度；S?氣相本身的源項(xiàng)；Sρ? 為氣固兩相相互作用產(chǎn)生的源項(xiàng)。</p><p>　　4.4 高爐出口吸塵罩模擬研究</p><p>　　4.4.1流場(chǎng)模型及網(wǎng)格劃分</p><p>　　利用軟件SolidWorks建立高爐出口吸塵罩結(jié)構(gòu)模型,取二維除塵罩的一個(gè)截面作為研究

90、對(duì)象，其中吸塵罩入口至高爐出口的距離為0.6m，由第三章根據(jù)煙塵量可計(jì)算出吸塵罩的罩口半徑為2.3m，配氣出口直徑為0.35m，吸塵罩出口直徑為0.5m，如圖4.6所示。考慮到流場(chǎng)的對(duì)稱性，為了降低網(wǎng)格劃分的復(fù)雜性和減少數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)的計(jì)算量，截取高爐出口吸塵罩模型的右半部分作為數(shù)值模擬的研究對(duì)象，二維流場(chǎng)幾何模型如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.6 高爐出口吸塵罩結(jié)構(gòu)示意圖</p>&l

91、t;p>　　圖4.7 高爐出口吸塵罩模型</p><p>　　利用網(wǎng)格劃分軟件ANSYS ICEM CFD對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)， 采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中的三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響收斂性，使用三角形網(wǎng)格可以消除結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性限制，節(jié)點(diǎn)和單元分布的可控性好，因而能較好地處理邊界。</p><p><b>　　4.4.2邊界條件</b>&l

92、t;/p><p>　　邊界條件可以如圖4.8所示，AE邊為流場(chǎng)的軸心線，可以設(shè)為對(duì)稱邊界；BD和GI邊分別設(shè)為無滑移的壁面邊界條件；AB代表吸塵罩出口，由于AB、GF和HF邊界上的速度和壓力均為未知的情形[13]，故均設(shè)置為自由出流邊界條件；EH代表高爐出口，可設(shè)為速度邊界條件；DG代表配氣出口，可設(shè)為速度入口邊界條件。</p><p>　　圖4.8 吸塵罩的邊界條件</p>&

93、lt;p>　　除塵設(shè)備所處理煙氣為氣固兩相流[14]，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型描述湍流模型,用SIMPLEC算法計(jì)算氣相速度場(chǎng)，采用FSRT模型Lagrange法計(jì)算顆粒場(chǎng)特性，然后將計(jì)算得出的顆粒場(chǎng)與氣相場(chǎng)耦合，直到得出滿意的結(jié)果為止，這是一種計(jì)算氣固兩相流動(dòng)的行之有效的數(shù)值模擬方法。</p><p>　　4.4.3數(shù)值模擬結(jié)果及分析</p><p>　　首先，運(yùn)用FLUENT軟件

94、，分析不同的配氣速度對(duì)吸塵罩捕集煙塵效果的影響。為簡(jiǎn)化計(jì)算[15]，氣體設(shè)為理想氣體，高爐出口煙氣流速為2 m/s，煙氣溫度為1200K。在模擬過程中，分別取用不同的配氣風(fēng)速進(jìn)行模擬，所取風(fēng)速分別為6m/s、8 m/s、10 m/s和12 m/s，模擬結(jié)果分別如下圖4.9所示。</p><p>　　6m/s模擬結(jié)果圖 8m/s模擬結(jié)果圖

95、 </p><p>　　10m/s模擬結(jié)果圖 12m/s模擬結(jié)果圖 </p><p>　　圖4.9 不同配氣風(fēng)速下數(shù)值模擬結(jié)果圖</p><p>　　當(dāng)配氣風(fēng)速為6m/s時(shí)，如圖4.9所示，吸塵罩的進(jìn)口處形成漩

96、渦，且漩渦靠近配氣出口的位置。這說明煙塵并未完全進(jìn)入吸塵罩內(nèi)，即會(huì)有部分煙塵逸散到空氣中去。漩渦的產(chǎn)生有兩個(gè)原因，一是配氣氣流的作用，二是高爐出口煙塵的作用[16]。當(dāng)配氣風(fēng)速為8m/s時(shí)，與配氣風(fēng)速為6m/s時(shí)相比，從圖4.9中可以得出漩渦變小且向吸塵罩入口方向移動(dòng)，此時(shí)煙塵的逃逸現(xiàn)象會(huì)減弱，除塵效果會(huì)變好。當(dāng)配氣風(fēng)速為10m/s時(shí)，漩渦向吸塵罩內(nèi)移動(dòng)，此時(shí)逃逸的煙塵會(huì)被配氣形成的氣幕所阻斷，吸塵罩的煙塵捕集效果明顯提高。當(dāng)配氣風(fēng)速為

97、12m/s時(shí)，漩渦變大，在漩渦產(chǎn)生過程中配氣氣流起主導(dǎo)作用。盡管此時(shí)煙塵捕集效果與10m/s相比沒有明顯變化，但送風(fēng)機(jī)的耗能會(huì)明顯增加。隨著配氣風(fēng)速的增加，配氣氣流對(duì)漩渦的產(chǎn)生起主導(dǎo)作用。此時(shí)，盡管除塵效果較好，但配氣氣流風(fēng)速的增加會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)耗能的增加。因此，可以得出配氣的最佳風(fēng)速在10m/s左右。</p><p>　　其次，再分析不同的吸塵罩配氣氣流的方向?qū)ξ鼔m罩吸塵效果的影響。圖 4.10為配氣出口的角度分

98、別為10°，30°和50°時(shí)，配氣速度為10m/s下吸塵罩的煙氣流動(dòng)情況。</p><p>　　10°模擬結(jié)果圖 30°模擬結(jié)果圖 </p><p>　　50°模擬結(jié)果圖

99、 </p><p>　　圖4.10 不同配氣氣流方向下數(shù)值模擬結(jié)果</p><p>　　在配氣風(fēng)速均為10m/s的條件下，配氣氣流角度為30°時(shí)與配氣氣流角度10°相比，漩渦上移。也就是說，在高爐出口外形成了氣幕，有效地阻止了煙塵外逸

100、，提高了煙塵捕集效果。配氣氣流角度為50°時(shí)與配氣氣流角度為30°時(shí)相比，漩渦變大且向配氣出口方向移動(dòng)。此時(shí)，配氣氣流在漩渦的產(chǎn)生過程中起主導(dǎo)作用，配氣造成的能源損耗要比配氣氣流角度為30°時(shí)大的多。因此，配氣氣流的最佳角度為30°。</p><p>　　盡管本文已經(jīng)對(duì)吸塵罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)和配氣參數(shù)做了詳盡的研究，但在數(shù)值模擬的過程中邊界條件的選取和參數(shù)的設(shè)定與實(shí)際運(yùn)行工況相比

101、，存在著或多或少的差異。因此，本文所提出的結(jié)果：最佳風(fēng)速在10m/s和配氣氣流的最佳角度為30°，還有待進(jìn)一步優(yōu)化。</p><p><b>　　4.5 本章小節(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了計(jì)算流體力學(xué)及FLUENT軟件，其次講述了高爐出口氣流流動(dòng)特性，在有吸塵罩與無吸塵罩時(shí)煙塵擴(kuò)散的區(qū)別。最后，模擬了吸塵罩在有配氣存在情況下，不同配氣風(fēng)速和

102、不同配氣氣流角度對(duì)吸塵罩吸塵效果的影響。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文利用FLUENT軟件，模擬了高爐出口煙氣在不同配氣風(fēng)速及不同配氣氣流角度條件下配氣式吸塵罩內(nèi)部流場(chǎng)特性，根據(jù)本文的研究?jī)?nèi)容，主要得到了以下結(jié)論：</p><p>　　1、吸塵罩配氣氣流風(fēng)速和配氣入口角度對(duì)吸塵罩吸塵效果有較明顯的影響，

103、在10m/s時(shí)配氣氣流角度為30°吸塵效果最佳。</p><p>　　2、通過數(shù)值模擬軟件FLUENT對(duì)高爐出口煙塵流場(chǎng)進(jìn)行模擬，避免了實(shí)驗(yàn)研究過程復(fù)雜性，節(jié)省了搭建試驗(yàn)臺(tái)所需的財(cái)力和時(shí)間，降低了產(chǎn)品開發(fā)階段的成本。</p><p>　　3、高爐出出口除塵罩的設(shè)計(jì)以及除塵風(fēng)量的確定,主要還是參考以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),往往由于除塵參數(shù)的設(shè)計(jì)不合理而影響除塵效果或者引起不必要的能源浪費(fèi),而

104、利用FLUENT數(shù)值模擬同實(shí)際相結(jié)合可以模擬各種參數(shù)下吸塵罩內(nèi)流場(chǎng)的變化,從而獲得較好的除塵效果,滿足能源消耗和環(huán)境保護(hù)的要求,值得在高爐除塵系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。</p><p>　　配氣式吸塵罩是一種除塵效率高、電能消耗少的新型吸塵罩，根據(jù)本文的研究?jī)?nèi)容，認(rèn)為還可以進(jìn)行以下內(nèi)容的研究：</p><p>　　1、在配氣氣流管道中加裝擋風(fēng)板，用以均布配氣氣流。配氣氣流管道中的擋風(fēng)板可以改變氣流運(yùn)

105、動(dòng)方向，有效地調(diào)節(jié)配風(fēng)風(fēng)量。</p><p>　　2、選用不同的配氣氣流出口外壁形狀，優(yōu)化配氣氣流出口流場(chǎng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李志華. 通風(fēng)除塵系統(tǒng)中吸塵罩的設(shè)計(jì)與計(jì)算[A]. 特種橡膠制品, 2005.</p><p>　　[2] 郭蕾, 朱新才, 鄧星. 布袋

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