1、华北理工大学本科毕业论文中期检查报告题目：高炉出口吸尘罩结构优化模拟研究学 院： 冶金与能源学院 专 业： 热能与动力工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 一、 工作任务的进展情况1 高炉炼铁工作原理炼铁过程实质上是将铁从其自然形态矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质 CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法
2、，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的 95以上。炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿） 、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料） ，在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁
3、水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。而高炉炉顶在炼铁期间所散发的烟尘是钢铁厂的主要污染源之一。随着高炉强化冶炼和大型化,如果不采取行之有效的烟气捕集及净化措施,那么,所带来的环境污染将会日趋严重。为降低工人的劳动强度,提高劳动生产率,以及环境保护排放标准的日益严格,迫切需要对高炉炉顶出口的烟尘进行治理。2 吸尘罩的设计原则在工业生产中,从生产设备和辅助设备在工作过程散发出来的含尘气体,如不
4、加以控制,就会污染车间,如不加以处理,就会从车间排放到大气环境,对大气造成污染。为防止粉尘的扩散,就要配置通风除尘系统,把这些粉尘收集起来,然后加以处理和控制。吸尘罩是通风除尘系统中的重要部件。风除尘系统主要有“四大件”组成,即吸尘罩、风管、除尘器、风机。以往设计人员要搞一个通风除尘系统,往往在除尘器设备的选择上考虑较多,而忽视了吸尘罩的作用。吸尘罩在整个通风除尘中处于前沿阵地,它借助通风机在罩口造成一定的吸气速度(负压),有效地将生产过程中散发出来的粉尘吸走。由于工艺条件的限制,生产设备无法进行全密闭,只能把吸尘罩设置在尘源附图 1 吸尘罩的形式近,依靠罩口外吸气流运动,把粉尘全部吸入罩内,
5、使工作地点的空气含尘浓度符合国家标准。吸尘罩的计算是否准确、设计是否合理对整个通风除尘系统的技术经济性能具有重要的影响。按吸尘罩的结构,吸尘罩可分为伞形吸尘罩(a)、旁侧吸尘罩(b)和条缝吸尘罩(c)3 种1,如图 1 所示。本文重点介绍伞形吸尘罩的设计计算，旁侧吸尘罩和条缝吸尘罩的设计计算可供参考。吸尘罩的形式,根据产生尘源的设备、工作环境的要求不同,可以是多种多样的,但无论是哪形式的吸尘罩在设计时都应该遵循通、近、顺、封、便的原则。 通:就是粉尘能畅通地被吸走。通常物料从高处落地时,会向四面散发,此时,粉尘的散发速度称为飞扬速度。物料落点处的粉尘飞扬速度最大。随着粉尘散发距离的增加,达到一
6、定距离后,其散发速度为零。当粉尘散发速度较大时,不容易被捕集。而散发速度达到零时,粉尘被捕集就容易得多了。速度达到零点的那一点称为控制点。在实际工作中,为有效捕集粉尘,应根据尘源周围空气运动的速度、粉尘的有害程度,使吸尘罩在该处造成一个吸收速度(称为控制风速)。要在尘源点造成一定的控制风速,必须有相应的罩口风速(罩口面风速)。对一定形式的吸尘罩,风量愈大,罩口风速愈大,控制风速也愈大,粉尘就容易被捕集。近: 在不妨碍工艺操作的前提下,除尘罩口应尽可能靠近有害物发生源,使污染物的扩散限制在最小的范围内,防止或减少横向气流的干扰,以便在获得足够的吸气速度的情况下减少排气量。顺:在生产中,必须在顺着
7、粉尘飞溅的方向设置罩口正面对着含尘气流的吸尘罩,使吸尘罩充分利用含尘气流的动能,以提高捕集效果。 封:就是在不影响操作和生产的前提下,吸尘罩应尽可能将尘源包围起来。这样有利于用较少的抽风量达到收尘效果。 便:就是吸尘罩的结构设计应便于操作,便于检修。 通、近、顺、封、便这五个方面是一个整体,不可分割,但也常常发生矛盾,尤其是近、顺、封与便更是常发生矛盾。当吸尘罩和尘源设置太近时,操作往往不方便。所以,设计过程也是正确处理这些矛盾的过程。 3 伞形吸尘罩的设计计算伞形吸尘罩常安装在粉尘源的上方,飞扬的粉尘场不具有浮力,因而不会自动流向吸尘罩内。如果想把罩下方的粉尘抽走,就必须用风机在罩口形成一定
8、负压,即在粉尘的飞扬处造成一定的上升风速,以便将粉尘吸入罩内。因此,必须确定这种吸尘罩的吸气量。只有准确地确定了吸尘罩的吸气量,才能准确地进行整个除尘系统的设计,达到理想的除尘效果。下面介绍两种伞形吸尘罩的设计计算方法。3.1 按罩口的平均风速设计计算要确定伞形吸尘罩的吸气量,吸尘罩的罩口风速是设计中的关键数据,不同的工作状况下要取得比较好的吸尘效果,其罩口风速相差很大。对同一吸尘罩在同一工况下,罩口的中心部分风速和罩口边缘部分风速也不相同,有时也会相差很大。根据经验,表 1 列出了橡塑工厂中常用的罩口平均风速。吸风量的计算公式如下:Q=3600A1式中:Q吸尘罩吸风量, /h;m3A罩口面积
9、, ; m2罩口平均风速,m/s。1罩口面积的计算方法:矩形罩口:A=LW其中:L=l+0.5hW=w+0.5h圆形罩口:A=R2其中:R=r+0.25h式中:L罩口的长度,m;W罩口的宽度,m;l设备或粉尘源的长度,m;w设备或粉尘源的宽度,m;h设备或粉尘源至罩口的距离,m;R罩口的半径,m;r设备或粉尘源的半径,m。通过公式可以看出,罩口速度 不变,要减少吸风量 Q,就要减少罩口面积 A。1由于设备或粉尘源的长度 l 和宽度 w 也不变,故要减少吸风量 Q,实际上是要减小设备或粉尘源至罩口距离 h。因此,在满足工艺操作的前提下,应尽量减小设备或粉尘源至罩口的距离 h。实验证明,罩口风速的
10、分布与罩的扩张角有关。扩张角越小,风速分布越均匀。扩张角小于 60时,罩口中心部分风速、边缘部分风速与平均风速十分接近;扩张角大于 60时,罩口中心风速与平均风速之比值随扩张角的增大而显著增大。3.2 按罩口的平均风速设计计算计算公式如下:Q=3600Gh 2式中: Q吸尘罩吸风量, /h; m3G罩口周边长,m;对矩形罩口,G=2LW;对圆形罩口,G=2R; 罩口周边截面上的平均风速 m/s,视具体情况而定,一般取20.22m/s。上述两种计算方法可根据实际情况选择使用，也可同时采用。4 吸尘罩结构参数的确定及模型的建立4.1 吸尘罩结构参数的确定吸尘罩吸风量为 112500 /h，罩口风速
11、为 1.3 /s(一般取 0.22m/s)，吸3 2尘罩悬挂高度为 1.6m，可以计算出罩口直径： 4.8m，吸尘罩长度一般取管径的 3 倍。假设高炉炉顶烟尘温度为 1100 ，高炉炉顶烟尘密度为 60 ，高炉炉顶压力为 /30.23MPa。4.2 吸尘罩模型的建立图 2 吸尘罩二维模型示意图吸尘罩的二维模型如图 2 所示，经配气入口流入的空气经过配气出口流出经过，由于空气挡板的作用，会在吸尘罩的下方的边缘处形成气幕，以防止烟尘向四周扩散。从而提高烟尘捕集效果，改善空气质量。二、 未按计划完成工作任务的原因由于没有较好的、熟练地掌握网格划分技术，至今未能画出高质量的网格。另外，在学习 FLUNET 软件时花费的时间过少，因此不能独立的完成一些简单的数值模拟工作。三、 下一步工作计划学习使用 ANSYS ICEM CFD 及 FLUENT 软件,掌握好网格划分技术及数值模拟应用软件。通过查阅文献，向老师及相关人员等请教，获取模拟时所需要的边界条件。学生签字：年 月 日
