炉口烟尘是焦炉拦焦过程中的主要污染源，集气罩是炉口除尘系统的核心部件，目前焦炉炉口集气罩的设计研究主要是根据以往的工程经验，缺乏理论分析和模拟研究。为了减少焦炉烟尘污染，提高炉口除尘系统的集尘效率，本文以山东某焦化厂的捣固焦炉为例，对拦焦期间炉口烟尘扩散进行了理论分析和实验验证，并且对炉口除尘系统的前端集气罩结构参数进行了仿真分析和模拟研究。
首先，对捣固焦炉拦焦工艺和拦焦过程中的除尘技术进行了分析，确定了炉口烟尘是目前拦焦过程中的主要污染源，然后对炉口除尘系统的主要设备部件：集气罩、矩形风管和引导风机进行了分析比较，并通过 UG软件建立实体模型。
通过对炉口烟尘颗粒物的采样分析，确定了烟气中主要元素和污染空气的化合物，并分析了烟气中所携带的颗粒粒径，确定了较小颗粒的扩散几乎完全随气流而运动。然后通过研究各种扩散理论，确定了以高斯扩散模型为基础进行研究，由于焦炉拦焦过程中炉口烟气的扩散属于近距离污染问题，而且污染源温度较高，因此将炉口烟气的扩散确定为高温浮射流。以点源浮力羽流为模型理论分析了烟气扩散中轴心线上的温度变化，并利用ThermaCAMS65红外热像仪对炉口烟气扩散过程进行了拍摄。根据扩散热像图轴心温度采样分析随着距离的变化情况，在采样的距离范围内，变化情况与理论分析基本拟合，从而验证了模型选用的正确，为下一步研究提供了理论支持。
通过炉口烟气扩散的分析，在进入集气罩之前，热源是扩散的主要动力，而要使烟气进入集气罩内，罩内所形成的负压区域有着重要影响。利用FLUENT软件模拟集气罩内部流场，对模型进行了简化，选择了合适的湍流模型，对计算区域进行网格划分，并确定了合理的边界条件。分析了集气罩的结构参数，比较了矩形风管数量不同，开口面倾斜角度不同和矩形风管位置不同三种情况下，集气罩内部的负压区域变化，以及轴心线上各点的压力。分析结果表明，安置两个矩形风管，开口面倾斜角度在5°左右，或者将矩形风管安置在两侧时，集气罩内所形成的负压区域较好。由于环境空间有限，矩形风管安置在两侧不可取。
通过对集气罩的气相流场分析，改进集气罩结构参数之后，利用FLUENT中的离散模型，对拦焦过程中炉口烟尘进行了气固两相模拟研究。并从现场地面除尘站和炉口附近的烟尘颗粒物进行了采样，分析了颗粒物的粒径大小和颗粒的表面形态，从而确定了模拟仿真颗粒物的参数设置。根据周围环境建立计算区域，按实际情况，以50μm、100μm、150μm和200μm为四种颗粒粒径代表炉口烟尘颗粒分布，进行了模拟仿真和比较分析。研究表明，较小颗粒随气相速度场运动性更好，在集气罩内运动时间较短，而较大颗粒更容易受重力影响而沉降，若进入集气罩内运动时间较长，容易堆积。
- 作 者：
- 李敏
- 学科专业：
- 机械工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 太原理工大学
- 导师姓名：
- 孙桓五
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
