干法除尘蒸发冷却器烟气冷却机理研究进展

钢铁行业是自治区四大支柱产业之一,但是产生的环境污染已经制约社会经济的可持续发展。干法除尘蒸发冷却技术以其热交换效率高,能耗少、利于环保的特点在钢铁行业转炉和电炉等工业生产过程中得到普遍应用。以包钢转炉生产为例,该技术可将转炉烟气含尘量降到10mg/m3以下,回收煤气可直接送给用户使用,且除尘干灰含铁成分含量高,可就近压成球团块返回转炉作为代替矿石的原料,降低了转炉的工序消耗,同时省去湿法除尘系统的污水处理和污泥处理设施及大量用水,系统耗电比湿法除尘系统大大降低,节能效果显著,解决了湿法除尘系统污泥压滤、运输过程中产生二次污染的问题。蒸发冷却器是该技术的关键设备,其工作过程复杂,为受传热和传质控制的,在多相内部始终存在着质量、动量和能量的传递以及相互作用的多相湍流的物理过程。关键部件(喷嘴)及核心技术基本由国外引进,国内在对其进行合理结构设计及保持高效运行在理论和技术上都是个难题,除增加系统投资外,也不利于节能环保。国内济南钢厂开展该领域设计工作,通过现场运行调试,摸索管理经验,文献资料大多开展空调领域蒸发冷却的实验及模拟研究,很少见到有关工业除尘领域中基于蒸发冷却和除尘一体的理论研究的资料。目前国内只有极少的高校开展该领域的研究工作,其中内蒙古科技大学金光、牛永红、武文斐等进行了蒸发冷却器三维建模及数值模拟研究,得到了塔内流体流动与传热的三维流场,取得了初步进展。随着计算机技术及计算流体动力学CFD理论的发展和成熟,使用CFD技术来进行对蒸发冷却器内多相流动、传热和传质数值模拟研究得到迅速发展,已成为当前国际上本领域研究的学术前沿和热点问题。但目前国内对该领域进行的仿真研究工作仅处于起步阶段,由内蒙古科技大学金光副教授主持的内蒙古高校科学研究项目《转炉干法除尘蒸发冷却器冷却机理研究》(NJ09085)课题立足自治区经济发展特色,将深入研究蒸发冷却过程机理,优化蒸发冷却器结构和喷水参数,对系统节能降耗,解决环境污染,消化吸收发达国家先进技术,开发具有自主知识产权的技术及装备有特殊的现实意义。课题展开对蒸发冷却器内冷却机理及喷水量优化的数值模拟研究,在烟气、雾化水滴及烟尘粒子多相流的质量、动量和能量相互作用机理的综合研究,取得的成果也必将在该领域具有一定的学术参考价值。