WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Теплообмен в устройствах систем газоочистки конвертерных газов и усовер шенствование системы водяного охлаждения

На правах рукописи

Полеводова Лариса Альбертовна

Теплообмен в устройствах систем газоочистки конвертерных газов и усовершенствование системы водяного охлаждения

Специальность 05.14.04 Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Череповец 2010

Работа выполнена в Череповецком государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Синицын Николай Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кабаков Зотей Константинович

кандидат технических наук, доцент

Запатрина Наталия Владимировна

Ведущее предприятие: Череповецкий металлургический

комбинат ОАО «Северсталь»

Защита состоится _______ 2010 года в______на заседании диссертационного совета Д 212.297.01 при Череповецком государственном университете по адресу 162600, г.Череповец Вологодской обл., пр. Луначарского, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Череповецкого государственного университета.

Автореферат разослан _________ 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета Никонова Е. Л.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. С освоением промышленных способов получения больших количеств дешевого кислорода (чистотой 99,5%) получили развитие методы производства стали с продувкой кислородом чугуна в конвертерах. Наиболее сложной проблемой является отвод, охлаждение и очистка газов, выделяющихся из кислородного конвертера в периоды кислородных продувок. В месте с технологическим процессом кислородно-конвертерного производства совершенствуются и системы газоочистки кислородных конвертеров. Созданы и надежно работают разнообразные системы газоотводящих трактов, однако процессы отвода, охлаждения и очистки газов продолжают оставаться сложными и требуют значительных затрат труда и энергии.

Проблема защиты окружающей среды от загрязнений приобретает все большую актуальность в связи с активной деятельностью человека в области создания процессов и устройств, которые являются искусственными источниками загрязнений.

Наиболее актуальной задачей снижения вредных твердых выбросов в атмосферный воздух является создание новых и усовершенствование существующих систем очистки выбрасываемых отходящих газов различных технических устройств и, в частности, кислородных конвертеров.

Кислородно-конвертерный способ производства стали обладает многими преимуществами. Недостатком процесса является интенсивное образование запыленного газа. Очистка и предшествующее ей охлаждение газов, выходящих из кислородных конвертеров, продолжает оставаться основной из наиболее сложных проблем. Количество пыли, выносимой из конвертера, достигает 1,5% от металлошихты. Запыленность конвертерных газов достигает 200 г/м. Поэтому очистка газов является обязательной. Допустимое содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, составляет 100 мг/м.

Охлаждение и очистка газов являются составными частями кислородно-конвертерного способа производства стали с продувкой чугуна технически чистым кислородом. Затраты на сооружение установок по охлаждению и очистке газов до санитарных норм, а также на их содержание весьма значительны.

Цель работы. Исследование процесса охлаждения газов в газоотводящем тракте кислородного конвертера и разработка на этой основе технологии, обеспечивающей снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и снижение расхода энергоматериальных ресурсов.

Научная новизна.

  1. Разработана математическая модель движения капли воды в высокотемпературном газовом потоке газоочистки конвертера с учетом прогрева капли и испарения воды.
  2. На основе реализации математической модели с учетом результатов экспериментальных исследований установлен характер влияния размеров капли воды и технических характеристик камеры охлаждения газоочистки конвертерных газов на траектории движения капель и динамику изменения их массы.
  3. Получены соотношения, устанавливающие связь между конструктивными размерами камеры орошения и форсунками.

Практическая ценность.

    1. В результате проведенных исследований разработана программа расчета для оценки и прогнозирования траекторий движения капель воды в высокотемпературном газовом потоке с учетом изменения массы за счет парообразования.
    2. Разработана усовершенствованная методика расчета установки распылителей по сечению камеры орошения системы газоочистки кислородного конвертера.

Достоверность результатов работы подтверждены использованием фундаментальных законов тепломассопереноса, а также сопоставлением полученных результатов с данными других авторов.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований и положения диссертации докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, ОАО «Северсталь», октябрь 2005), 33 Военно-научной конференции молодых специалистов института (Череповец, ЧВИИРЭ,2005г.), IV Всероссийской Научно-технической конференции «Вузовская наука – региону» (Вологда, ВоГТУ, февраль, 2006г.), XX ВНТК «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2007г.).



Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и приложения. Объем диссертации 120 страницы машинописного текста, из них 10 страниц приложений, 56 рисунков.

Содержание работы.

Во введении сформулировано научное содержание проблемы снижения концентрации твердых отходов в газоотводящих трактах кислородных конвертеров, изложена основная задача исследования.

Первая глава посвящена анализу тепловых процессов и методов снижения выбросов пыли в газоотводящих трактах кислородных конвертеров.

Все кислородные конвертеры должны быть оборудованы системами, обеспечивающими охлаждение и очистку конвертерных газов или их продуктов сгорания. Основными аппаратами схем мокрой газоочистки являются скрубберы-охладители, скрубберы Вентури с различного рода сепараторами капель. Принцип мокрой очистки газа основан на контакте запыленного потока с жидкостью. При этом в большинстве случаев, когда температура газа и жидкости различна, пылеулавливанию сопутствуют тепломассообменные процессы. Контакт газа с жидкостью способствует и абсорбции газовых компонентов. Таким образом, с помощью аппаратов мокрого типа решают комплексную задачу: охлаждение, пылеулавливание и в некоторой степени очистку от вредных газообразных примесей. Поверхность контакта газового потока и жидкости в аппарате может быть в виде пленки, пузырьков газа, барботирующего через жидкость, и капель диспергированной жидкости. Наиболее развитой является поверхность капель.

Осаждение частиц на каплях происходит за счет действия многих сил, но основная роль принадлежит инерции. Инерционный эффект захвата каплей частичек пыли лежит в основе процесса кинематической коагуляции. Скорость и эффективность кинематической коагуляции зависит от относительной скорости частиц и капель – прямопропорционально, и обратно пропорционально от отношения их диаметров. Диапазон размеров улавливаемых частиц увеличивается с повышением скорости. Коагуляция может протекать более интенсивно, если частицы или капли несут электрический заряд.

Наиболее благоприятные условия для кинематической коагуляции протекают в горловине трубы Вентури, где относительная скорость частиц достигает 100 м/с и более.

В промышленности, в частности металлургии, широко применяются аппараты, где осаждение частиц происходит на каплях. Распыление жидкости производят с помощью форсунок (форсуночные скрубберы) или за счет энергии турбулентного газового потока (скрубберы Вентури). Форсуночные оросительные скрубберы способствуют охлаждению потока и очистке от крупной пыли размером 10-15 мкм, т.е. подготовке газа к последующей тонкой очистке (рис.1).

Рис.1 Схема первой ступени газоочистки.

– векторы скоростей газа и капли, – угол раскрытия форсунки.

Расчет теплообмена в скруббере основан на уравнении теплового баланса и теплоотдачи от газа к воде. Значительную трудность при этом представляет нахождение объемного коэффициента теплоотдачи, обычно определяемого экспериментально.

Тепло - и массоперенос в распылах осуществляется на поверхности капель. При этом переносимое тепло из ядра газового потока (или из капли) вследствие конвективной диффузии подводится к пограничному слою, окружающему каплю, а оттуда переносится внутрь капли (или ядра газового потока).

Для усовершенствования работы систем газоочистки необходимо проанализировать траектории движения капель воды в высокотемпературном потоке конвертерных газов. Для этого поставлены следующие задачи:

  1. Разработать математическую модель тепловых и аэродинамических процессов движения капель воды в системе газоочистки конвертера, с помощью которой описывается динамика изменения массы капли при ее движении в горячем газовом потоке.
  2. Провести исследования траекторий движения капель воды в системе газоочистки конвертера с учетом прогрева и испарения.
  3. Получить закономерности распыливания капель воды в потоке высокотемпературного газа системы газоочистки конвертеров.
  4. На основе выполненных исследований разработать усовершенствованную инженерную методику расчета подачи воды в систему очистки конвертерного газа. Разработать рекомендации по снижению расхода воды и повышению эффективности охлаждения газов.

Во второй главе приводится вывод и обоснование математической модели тепловых и аэродинамических процессов в высокотемпературном потоке газа системы газоочистки кислородного конвертера. Движение капель в газовом потоке описывается уравнением движения частиц переменной массы В.М. Мещерского:

,

где - сумма всех сил, действующих на каплю в газовом потоке, - масса капли, изменяющаяся во времени: ; - начальный диаметр капли; - плотность воды; - скорость движения капли, - время.

На каплю, движущуюся в газовом потоке, действует сила аэродинамического сопротивления и сила тяжести :

;

,

где - коэффициент аэродинамического сопротивления капли; - площадь миделева сечения частицы (капли); - плотность газового потока; - соответственно скорости движения капли и газового потока, - вектор ускорения свободного падения (рис.2).

Рис.2. Схема к расчету траектории движения капли воды в газовом потоке.

– радиус капли; – векторы скоростей газа и капли; – силы аэродинамического сопротивления, тяжести и инерции соответственно; – время; – внешний радиус приведенной пленки.

Движение одиночной капли воды в проекциях в двухмерной системе координат задается уравнениями:

(1)

где - проекции скорости движения капли; - проекции газового потока; - коэффициент аэродинамического сопротивления капли, определяемый в зависимости от значения критерия Рейнольдса:

при (область Стокса) ;

при (переходная область) (формула Шелла-Клячко);

при (автомодельная область) ;

при (закритическая область) .

Математическая модель прогрева капли воды с учетом испарения.

В начальный момент времени при во всех точках капли одинаковая температура Вводим допущение о сферической форме капли с радиусом Капля после попадания в газоход начинает прогреваться за счет лучистого и конвективного теплообмена.





Сначала идет прогрев капли, но как только температура ее поверхности достигнет температуры фазового перехода воды, резко интенсифицируется испарение влаги с возникновением фронта испарения, который по мере прогрева капли перемещается к ее центру. Этот процесс происходит в условиях неоднородного поля температур по сечению капли. Поэтому прогрев капли описывается нестационарным уравнением теплопроводности с переменными коэффициентами температуропроводности, зависящими от температуры, и переменными граничными условиями.

Для сферической изотропной частицы (капли) процессы прогрева с изменением агрегатного состояния воды можно описать следующими уравнениями (Bi>0,1):

на стадии прогрева до температуры поверхности 100°С:

(2)

при

на стадии испарения:

при ,

где - текущая температура; - текущая координата; - текущая координата фронта испарения; - коэффициент теплопроводности капли; - теплота парообразования; - плотность теплового потока на поверхности капли; - теплоемкость капли, - текущий размер капли; - начальный размер капли.

Начальное условие: ,

где - начальная температура капли.

В качестве граничных принимаем условия, учитывающие лучистый и конвективный теплообмен капли с потоком газа:

при прогреве капли:

;

при r=0 ;

;

при испарении капли:

(3)

при 0 < ;

;где - коэффициент теплоотдачи конвекцией; - температура потока, обтекающего частицу (каплю); - степень черноты газового потока; - коэффициент Стефана-Больцмана; - степень черноты воды; - температура поверхности капли; - изобарная теплоемкость пара; - плотность потока пара с поверхности капли; F - площадь поверхности капли.

Система уравнений (2)-(4) может быть решена только численно. При решении этой системы уравнений применяется метод контрольного объема, в котором рассматриваемое тело разбивается на несколько концентрических объемов конечных размеров. В каждом объеме выбирается узловая точка (узел). Теплоемкость всего вещества, находящегося в объеме, считается сосредоточенной в узловой точке. Узловые точки соединяются друг с другом теплопроводящими стержнями с термическим сопротивлением теплопроводности стенки толщиной, равной расстоянию между узлами и площадью, равной площади контакта объемов. Крайние узлы обмениваются теплотой с окружающей средой. В результате использования метода контрольного объема вместо системы дифференциальных уравнений получается система линейных уравнений с трехдиагональной матрицей. Эта система может быть решена методом прогонки.

Уравнение теплового баланса для капли с учетом прогрева, испарения жидкости и перегрева пара (Вi<0,1):

при прогреве:

(5)

при испарении:

(5)

где .

Для определения коэффициентов теплоотдачи в области значений применим формулу А.П.Сокольского и Ф.А.Тимофеевой:

.

При значениях для сферических частиц в газовой среде можно использовать формулу Д.Н.Вырубова:

.

Для критерий Нуссельта принимается равным 2.

Результаты расчета траектории движения капель воды в газовом потоке сравнивали с результатами траекторий движения капель воды в безвоздушной среде и экспериментальными данными исследования распылов в эвольвентной форсунке. Погрешность не превышает 5,5%.

Результаты численного расчета траектории движения капли во время кипения воды сравнивали с результатами, полученными при расчетах по закону Б.Н.Срезневского. Относительная погрешность расчета не превышает 0,3%.

Разработанная математическая модель описывает процессы теплообмена капли воды при ее движении в высокотемпературном газовом потоке с учетом фазовых переходов. Математическая модель теплообмена капли воды учитывает ее прогрев с учетом градиента температур, а также испарение капли при ее движении в высокотемпературном газовом потоке системы газоочистки кислородного конвертера.

В третьей главе приведены исследования теплообмена капель воды в системе газоочистки конвертера.

Для определения траекторий движения частиц численно решалась система уравнений теплового и материального баланса на стадии прогрева и кипения и уравнений движения.

На рис.3 представлена схема к расчету траектории движения капель воды с учетом изменения их массы в начальный момент времени. Ось направлена вдоль стенок канала.

Рис.3. Схема к расчету траектории движения капель.

– векторы скоростей газа и капли;- угол вылета капли; – проекции вектора скорости на оси координат;

– конечная точка траектории.

При расчете диапазон начальных скоростей частиц и газа задается исходя из условия диспергирования материала и расхода газа через охладитель.

Угол вылета капель варьируется в пределах от 0° до180°, скорость вылета капель варьируется в пределах от 1до 70, начальный диаметр капель принимается от 0,00005м до 0,001м.

Результатом расчета по программе является совокупность данных, которые затем могут быть использованы для построения траекторий движения капель распыленной жидкости в высокотемпературном потоке газа.

Характерные траектории движения капли жидкости приведены на рис.4. Диаметр капли при различных углах вылета. В процессе движения капля прогревается и испаряется. Высота камеры равна 2,45м. Векторы направлены в противоположные стороны. Векторы и совпадают; - шаг по времени при расчете движения капли, с; - шаг по времени при расчете прогрева капли, с.

 Траектории движения капель при различных углах между векторами и; =-95

Рис.4. Траектории движения капель при различных углах между

векторами и; = 10м/с; W=30м/с.

ряд 1 –; ряд 2 – ; ряд 3 – ;

 На рис.5 представлены траектории движения капель при противоположном-102

На рис.5 представлены траектории движения капель при противоположном направлении векторов , При этом изменяется начальная скорость капли . С увеличением начальной скорости капли увеличивается длина прямолинейного участка траектории.

 Траектории движения капель при противоположном направлении векторов ;-105

Рис. 5. Траектории движения капель при противоположном направлении векторов ; при : ряд 1 – = 20м/с; ряд 2 – = 40м/с;

ряд 3 – = 80м/с; ряд 4 – = 60м/с; при : ряд 5 – = 50м/с; ; =0,0005м; =1000°С; ; .

На рис.6 представлены траектории движения капель для случая, когда векторы направлены в одну сторону и совпадают с вектором силы тяжести. Угол между траекторией вылета капли и вертикалью изменяется от . Длина прямолинейных участков различна.

 Траектории движения капель при совпадении направлений векторов и-121

Рис.6. Траектории движения капель при совпадении направлений векторов и различных углах между векторами ;

=0,0005 м; ; ; 30м/с; ряд 1 – = /2; ряд 2 – = /3; ряд 3 – = /4; ряд 4 – = /6.

На рис.7 представлена зависимость отклонения движения капли размером от осевой линии форсунки на расстоянии L от среза при различных углах между векторами . Углы вылета=и.

 Зависимость отклонения траектории движения капли размеромот осевой-137

Рис.7. Зависимость отклонения траектории движения капли размеромот осевой линии форсунки при различных углах

между векторами и ;

ряд 1 – ; ряд 2 – .

Наиболее простым приближением при описании поля скоростей внутри цилиндрической камеры является модель движения газа с одинаковой скоростью по всему сечению. Для определения траекторий движения капель численно решалась система уравнений (1) – (5).

При численном исследовании по разработанной математической модели определялись максимальные отклонения траектории движения капли (рис.8). При этом рассчитывалось количество испаренной влаги. Варьировались следующие параметры процесса: размер и начальная скорость капли, угол вылета, температура и скорость газа.

В исследованном диапазоне скоростей и температур газового потока влияние скоростей газового потока и капли существенно по сравнению с влиянием температуры при одних и тех же условиях.

На рис.8 показано влияние начальной скорости капли, скорости и температуры газового потока на максимальное отклонение капли с учетом характерных диапазонов изменения параметров.

 Расчет траектории максимального отклонения капли. Ряд 1 – W = 30, ;-146 Рис.8. Расчет траектории максимального отклонения капли.

Ряд 1 – W = 30, ; ряд 2 – W = 20, ;

ряд 3 – W = 10, ; ряд 4 – W = 20, ;

ряд 5 – W = 10, ; ряд 6 – W = 30, ;

ряд 7 – W = 20, ; ряд 8 – W = 10, .

При построении графиков использовалась функциональная зависимость:

где x – максимальная координата траектории, y – длина камеры, начальная скорость капли, – угол вылета капли.

В результате получена формула расчета максимального отклонения траектории капли по оси оx:

(6)

где x – максимальная координата траектории, L – длина стенки канала в направлении оси оy, – радиусы капель, – скорости газа и капли, длина канала L=2,45м, радиусы капель м, м, скорость газа изменялась в пределах скорость капли изменялась от 5 до 25.

При расчете влияния начальной скорости капли, скорости и температуры газового потока на максимальное количество испаренной воды функциональная зависимость выглядит так:

,

где – максимальная убыль массы капли, – начальная масса капли, – начальная скорость капли.

На рис.9 показано влияние начальной скорости капли, скорости и температуры газового потока на максимальное количество испаренной воды.

 Расчет максимального количества испаренной воды. Ряд 1 – W = 30, ;-177

Рис.9. Расчет максимального количества испаренной воды.

Ряд 1 – W = 30, ; ряд 2 – W = 20, ;

ряд 3 – W = 10, ; ряд 4 – W = 20, ;

ряд 5 – W = 10, ; ряд 6 – W = 30, ;

ряд 7 – W = 20, ; ряд 8 – W = 10, .

Обработка данных дает формулу расчета относительного изменения массы капли:

(7)

где – максимальная убыль массы капли, кг, – начальная масса капли, кг, – начальная скорость газа и капли, , – число Старка, 0,002Sk0,02; – постоянная Стефана-Больцмана, Т – температура газа, К, r – радиус капли, м, – коэффициент теплопроводности капли, . Радиус капли изменяется м, температура газа изменяется в пределах К. Относительная погрешность не превышает 12%.

Для исследования траекторий движения капель воды в потоке газа создана математическая модель, включающая уравнение движения тела переменной массы, уравнение прогрева капли до температуры кипения и уравнение кипения воды. В результате моделирования движения и тепломассообмена капель воды в потоке газа получены математические зависимости для оценки координат частиц в наиболее отдаленных точках их возможных траекторий, а также расчет убыли массы за счет испарения.

Результаты моделирования применимы при конструировании систем водяного охлаждения конвертерных газов.

В четвертой главе представлена усовершенствованная методика расстановки распылителей, позволяющая снизить расход воды и повысить эффективность охлаждения газов.

Распыливанием называют процесс дробления струи или пленки жидкости на большое число капель и распределение их в пространстве (объеме аппарата). Устройства, обеспечивающие дробление жидкости, называют распылителями, а поток капель – распылом. Сформировавшуюся систему капель жидкости, покинувшей распылитель, принято называть газожидкостным факелом или факелом распыла. Распад жидкости зависит от режима ее истечения. При малой относительной скорости жидкости и окружающего газа после распылителя образуется сплошная струя или пленка. При увеличении скорости струя начинает распадаться на отдельные капли, а длина сплошного участка сокращается. При дальнейшем увеличении скорости дробление происходит в непосредственной близости от распыливающего устройства. Этот режим и принято считать распыливанием.

Траектории движения отдельных капель при распыле из форсунок показаны на рис.10 и 11.

 Траектории движения капель воды навстречу потоку газа при угле-207

Рис.10. Траектории движения капель воды навстречу потоку газа

при угле вылета ;

ряд 1 – =10м/с; ряд 2 – = 50м/с.

 раектории движения капель воды навстречу потоку газа при угле-211

Рис.11 Траектории движения капель воды навстречу потоку газа

при угле вылета ;

ряд 1 – =20м/с; ряд 3 – = 40м/с;

ряд 4 – = 60м/с; ряд 5 – = 80м/с; ряд 6 – = 10м/с.

Движение капель осуществляется навстречу высокотемпературному потоку газа под углами, равными и . Начальные скорости капель изменяются от 10 до 80 м/с. Диаметр капель равен . Анализ траекторий капель показывает, что имеется прямолинейный начальный участок. Длина этого участка зависит от начальной скорости капли и угла вылета из распыливающего устройства.

На рис.12 и 13 представлена зависимость начального прямолинейного участка траектории движения капли от вектора скорости капли при различных углах вылета капли.

 Прямолинейные участки траекторий движения капель в зависимости от-221

Рис.12. Прямолинейные участки траекторий движения капель

в зависимости от начальной скорости при ;

ряд 1– = 10м/с; ряд 2 – = 50м/с.

 Прямолинейные участки траекторий движения капель в зависимости от-226

Рис.13. Прямолинейные участки траекторий движения капель

в зависимости от начальной скорости при ;

ряд 1 – = 20м/с; ряд 2 – = 40м/с; ряд 3 – = 60м/с;

ряд 4 – = 80м/с; ряд 5 – =10м/с.

Для семейства прямолинейных траекторий движения капель получена зависимость (=17%):

,

где Н – проекция траектории движения капли на вертикальную ось (ось факела распыла), м; – угол вылета капли в распылах; - начальная скорость капли медианного диаметра, м/с.

Проведенные исследования прямолинейных траекторий движения капель позволяют точно определять величину Н, гарантирующую полное перекрытие сечения газохода жидкостным факелом.

На рис. 14 и 15 представлены кривые распределения капель по диаметрам в газовом потоке при спутном движении в зависимости от начальной скорости капель и разных скоростях газового потока. По оси оx показаны максимальные прямолинейные траектории вылета капель определенного размера, м, по оси оу для функции R, % – процент таких капель, для функции (), % - процент капель определенного размера, прямолинейные траектории вылета которых меньше максимальной. Функция (R, %) распределения капель по радиусу орошения при начальной скорости капли V=25м/с, и скорости газа W=30м/с имеет вид: , где x – максимальная траектория вылета капли (рис.14).

 Кривые распределения капель по радиусу факела орошения. = 25м/с,-240

Рис.14. Кривые распределения капель по радиусу факела орошения.

= 25м/с, W = 30м/с;

ряд 1 – график функции R, %;

ряд 2 – график функции (100-R), %.

 Кривые распределения капель по радиусу факела орошения. = 5м/с, W =-242

Рис.15. Кривые распределения капель по радиусу факела орошения.

= 5м/с, W = 10м/с;

ряд 1 – график функции R, %;

ряд 2 – график функции (100-R), %.

Анализ траекторий движения капель воды показывает, что распределение капель неравномерное - процентное содержание капель определенного размера увеличивается к центру факела. Это происходит с увеличением скорости газового потока и уменьшением начальной скорости капель.

Орошаемые поверхности находятся на расстоянии L от форсунки. Как показывает анализ, в исследуемом диапазоне параметров газового потока зависимость радиуса орошения поверхности каплями медианного диаметра от начальной скорости капли для прямолинейных траекторий в спутном потоке имеет вид :

м,

где - начальная скорость вылета капли медианного диаметра, - угол вылета капли.

Характеристики траекторий движения капель позволяют определить габариты факела на заданном расстоянии h от распылителя.

К ним относятся корневой угол факела , диаметр факела на расстоянии h и дальнобойность факела. При вертикальном факеле за дальнобойность принимают высоту , на которую поднимается не менее 99% всей жидкости.

На рис. 16 и 17 представлены кривые плотности орошения при различных скоростях вылета капель, скорости газового потока и температуре газа 1000°С, показывающие зависимость плотности орошения сечения газохода от длины прямолинейной траектории вылета капли. По оси оx показаны максимальные прямолинейные траектории вылета капель определенного размера, м, по оси оу – плотность орошения такими каплями, %. Как показывает анализ, плотность орошения по радиусу орошаемой поверхности практически не меняется.

Рис.16. Кривые плотности орошения.

Скорость газового потока W = 10м/с; скорость капли = 5м/с.

Рис.17. Кривые плотности орошения.

Скорость газового потока W = 30 м/с; скорость капли = 25 м/с.

Разработана методика определения радиуса факела распыла на расстояние L от форсунки, предложена функциональная зависимость.

Разработана методика определения изменения массы капли на расстоянии L от форсунки, предложена функциональная зависимость.

Разработана инженерная методика расчета расположения форсунок по сечению камеры орошения, позволяющая более полно перекрыть сечение газоотводящего тракта системы газоочистки кислородного конвертера и повысить эффективность охлаждения высокотемпературного конвертерного газа.

Заключение.

  1. Разработана математическая модель тепломассообмена капли воды, движущейся в системе газоочистки кислородных конвертеров с учетом ее прогрева и испарения и перегрева пара, при этом учитывается теплообмен конвекцией и излучением при Bi 0,1 и Bi>0,1.
  2. Разработана программа расчета траекторий движения капель воды в системе газоочистки кислородного конвертера с учетом Bi 0,1, Bi>0,1и при переходе значения Bi>0,1 на значение Bi0,1 для различных условий внешнего теплообмена.
  3. В результате исследований тепломассообмена капли воды, проведенных по математической модели, установлены закономерности траекторий движения капель воды в системе газоочистки кислородных конвертеров в зависимости от размера капель и параметров окружающей среды.
  4. Получены закономерности расчета конструктивных характеристик камеры орошения от конструктивных и технологических параметров форсунок.
  5. Разработана усовершенствованная методика расчета распределения форсунок по поперечному сечению камеры орошения системы газоочистки кислородного конвертера. Разработаны рекомендации по повышению эффективности и снижению расхода воды при охлаждении газов в системе газоочистки кислородных конвертеров.
  6. Результаты работы переданы на ЧерМК ОАО «Северсталь» для использования на системах газоочистки кислородных конвертеров с целью снижения концентрации твердых вредных выбросов в отходящих газах кислородных конвертеров и снижения расхода охлаждающей воды.

Основные научные результаты опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

  1. Полеводова, Л.А. Расчет траекторий движения капли воды с учетом фазовых переходов в системе газоочистки кислородного конвертера. / Н.Н.Синицын, Л.А. Полеводова. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - Воронеж, ВГТУ - 2007.- т.3 - №6 - С.160-164.

Статьи и материалы конференций:

  1. Синицын, Н.Н. Расчет температуры шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Энергосбережение в теплоэнергетических системах: Материалы международной научно-технической конференции. - Вологда, 24-26 апреля 2001.- С.51-54.
  2. Синицын, Н.Н. Температурное поле шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Энергосбережение в теплоэнергетических системах: Материалы Международной научно-технической конференции – Вологда: ВоГТУ, 24-26 апреля 2001.- С.54-55.
  3. Синицын, Н.Н. Аналитическое исследование температурного поля шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции. – Череповец: ЧГУ, 2001. - С.65-67.
  4. Синицын, Н.Н. Математическая модель температурного поля шаровой оболочки из замасленной окалины [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // «Северсталь» - пути к совершенствованию: Материалы научно-технической конференции молодых специалистов и инженеров. – Череповец: ОАО «Северсталь», 2001. - С.96-97.
  5. Синицын, Н.Н. Аналитическое моделирование температурного поля шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н.Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г Козлова, В.Н. Козлов // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции. – Череповец: ЧГУ, 2001 - С.68-70.
  6. Синицын, Н.Н. Математическая модель температурного поля шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Череповец: ЧГУ, - 2000. - 10с. - Деп. в ВИНИТИ 29.12.00, №3329-ВОО.
  7. Синицын, Н.Н. Математическая модель температурного поля шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Череповец: ЧГУ, 2000.- 18с. - Деп. в ВИНИТИ 29.12.00, №3328 -ВОО.
  8. Синицын, Н.Н. Температурное поле шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Энергосбережение в теплоэнергетических системах: Материалы Международной научно-технической конференции – Вологда: ВоГТУ, 24-26 апреля 2001.- С.54-55.
  9. Синицын, Н.Н. Аналитическое исследование температурного поля шаровой оболочки при граничных условиях первого и третьего рода [Текст] / Н.Н. Синицын, И.П. Дьячкина, Л.А. Полеводова, С.Г. Козлова, В.Н. Козлов // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции. – Череповец: ЧГУ, 2001. - С.65-67.
  10. Полеводова, Л.А. Расчет траектории движения капли в межроликовом пространстве при охлаждении сляба в зоне вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок [Текст] / Л.А. Полеводова.// Материалы 33 Военно-научной конференции молодых специалистов института.- Череповец, ЧВИИРЭ, -2005.- С.7-8.
  11. Полеводова, Л.А Математическая модель прогрева капли воды в межроликовом пространстве машины непрерывного литья заготовок [Текст] / Л.А. Полеводова // Материалы 33 Военно-научной конференции молодых специалистов института. – Череповец: ЧВИИРЭ, - 2005. - С.8-9.
  12. Синицын, Н.Н. Исследование теплообмена капли воды в высокотемпературном потоке газа системы газоочистки кислородного конвертера [Текст] / Н.Н.Синицын, Л.А. Полеводова. // Вузовская наука – региону: материалы IV Всероссийской науч.-техн. конф. – Вологда: ВоГТУ, февраль, - 2006 – С.121-124.
  13. Синицын, Н.Н. Исследование теплообмена при распределении жидкости в системе конвертера [Текст] / Н.Н. Синицын, Л.А. Полеводова. // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: материалы Междунар. науч.-техн. конф., октябрь 2005г., посв. 50-летию ОАО «Северсталь»: в2ч.;ч.2 – Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2006.- С.181-184
  14. Синицын, Н.Н. Математическая модель теплообмена при конденсации влаги на движущихся в газовом потоке частицах пыли [Текст] / Н.Н.Синицын, Л.А. Полеводова. // Вузовская наука – региону: материалы IV Всероссийской науч.-техн. конф. – Вологда: ВоГТУ, февраль, - 2006 – С.124-125.
  15. Полеводова, Л.А. Исследование траекторий движения капли воды с учетом фазовых переходов в системе газоочистки кислородного конвертера [Текст] / Н.Н.Синицын, Л.А. Полеводова. // Вести высших учебных заведений Черноземья.- Липецк,- 2006 - С.88-92.
  16. Полеводова, Л.А. Результаты исследования траекторий движения одиночных капель воды с учетом их массы в системе газоочистки кислородного конвертера [Текст] / Н.Н.Синицын, Л.А. Полеводова. // Вестник ЧГУ.- 2007.- №3 – С.121-125.
  17. Синицын, Н.Н. Расчет траекторий движения капель воды в первой ступени системы газоочистки кислородного конвертера [Текст] / Н.Н. Синицын, С.В. Егоренкова, Л.А. Полеводова. // Информационные технологии в науке, проектировании и производстве: Материалы Всероссийской научно-технической конференции - Нижний Новгород - 20 апр. - 2007. - С.1-5.


 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.