转炉烟气净化回收系统优化与工程实践

论文摘要

国内钢厂采用传统的转炉烟气除尘与煤气回收系统已不能够满足环保、节能减排与“负能炼钢”的要求。对系统进行优化改造势在必行，高性能的系统意味着低排放、高煤气回收率以及能耗的降低带来的经济效益。本文以“理论分析计算——数值模拟仿真优化——现场调试实验验证”为主线。针对转炉湿法除尘与煤气回收的特点，从除尘机理和控制策略两方面入手对决定系统分级除尘效率和煤气回收量的关键元件——调径文氏管进行了分析研究和优化设计。从湿法除尘原理出发分析了喉口速度与水气比对分级除尘效率的影响，以国家排放要求为目标，设计核算能够满足排放要求的值。以设计结果为基础，使用CFD软件对调径文氏管进行数值模拟，分析连续相烟气在可调文氏管内的流动情况，确立了能够降低能耗和调节稳定的优化结构。以优化结构为基础，数值模拟连续相烟气与离散相水滴在调径文氏管内相互耦合情况，分析不同水气比工况下，轴向喷水与径向喷水模式的压力损失与液滴加速情况，得出轴向喷水较径向喷水系统能耗小、液滴加速效果好，可达到很好的除尘效果。通过研究分析建立了炉口微差压液压伺服控制系统数学模型。通过和现场操作工人的合作，设计了以微差压差值及微差压差值变化为输入的二维模糊控制器，并生成输入输出查询表将其存入计算机中调用。使用MATLABSimulink软件对常规PID与模糊控制两种控制策略进行了仿真对比分析，仿真结果表明模糊控制鲁棒性强，能够对转炉煤气回收这一典型非线性、时变、强干扰、难于建立精确模型的系统取得良好的控制效果。通过现场调试试验，验证理论分析及仿真结果的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 转炉烟气净化与回收技术国内外发展现状
• 1.2.1 转炉烟气除尘与回收技术
• 1.2.2 转炉烟气湿法除尘与回收存在的问题
• 1.3 课题研究的意义与主要研究内容和方法
• 第2章 转炉烟气净化与回收系统分析与设计优化
• 2.1 转炉烟气净化与回收工艺参数设计
• 2.1.1 烟气生成量计算与烟气组分分析
• 2.1.2 烟气净化与回收主要设备参数设计
• 2.1.3 烟气湿法除尘机理研究
• 2.2 转炉烟气除尘效率分析研究
• 2.2.1 湿法除尘器分级除尘效率经验公式
• 2.2.2 文氏管分级除尘效率分析研究
• 2.3 转炉烟气关键除尘设备除尘效率设计计算
• 2.3.1 一级文氏管除尘效率设计计算
• 2.3.2 调径文氏管分级除尘效率设计计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 烟气净化回收系统中调径文氏管数值模拟与优化
• 3.1 调径文氏管文氏管功用与能耗分析
• 3.2 调径文氏管流场有限元分析
• 3.2.1 调径文氏管流场三维建模
• 3.2.2 流场数学模型的基本方程
• 3.2.3 流场的网格划分与处理
• 3.2.4 确定初始与边界条件与数值计算
• 3.3 调径文氏管连续相烟气流场数值模拟研究
• 3.3.1 最大烟气量工况下数值模拟分析
• 3.3.2 不同工况下烟气流场数值模拟分析
• 3.4 调径文氏管结构优化与数值模拟分析研究
• 3.4.1 压力损失分析研究与模型结构优化
• 3.4.2 调径文氏管优化模型数值模拟分析
• 3.4.3 调径文氏管优化模型不同工况下压力损失分析
• 3.4.4 矩形与圆形调径文氏管数值模拟对比研究
• 3.4.5 保持喉速工况下流量与压力损失分析
• 3.5 调径文氏管液气耦合优化数值模拟研究
• 3.5.1 轴向喷水气液耦合数值模拟分析
• 3.5.2 轴向喷水与侧面径向喷水气液耦合分析
• 3.5.3 不同喷水量下压力损失与烟气流量分析
• 3.5.4 固定烟气量与喷水量工况下开口角度与压力损失分析
• 3.6 现场系统能耗与烟尘排放量数据分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 转炉烟气回收电液伺服控制系统仿真研究
• 4.1 炉口微差压检测与传输设计
• 4.2 电液伺服控制系统设计
• 4.3 基于 MATLAB\Simulink 的系统仿真模型
• 4.3.1 电液伺服系统仿真模型
• 4.3.2 转炉烟气回收系统数学模型
• 4.3.3 转炉烟气回收系统数学传递函数模型
• 4.4 电液伺服控制仿真分析
• 4.4.1 系统 PID 参数整定
• 4.4.2 常规 PID 控制效果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 转炉烟气净化与回收模糊控制技术研究
• 5.1 模糊控制器的设计
• 5.1.1 模糊控制的组成原理
• 5.1.2 确定模糊控制器的结构
• 5.1.3 模糊语言变量及输入、输出隶属函数设计
• 5.1.4 模糊控制器的控制规则
• 5.2 基于 MATLAB\Simulink 的系统仿真模型
• 5.2.1 基于模糊工具箱控制器设计
• 5.2.2 系统 Simulink 仿真模型
• 5.2.3 模型模糊控制系统阶跃响应仿真分析
• 5.3 现场调试试验及分析
• 5.3.1 实验结果分析
• 5.3.2 炉口微差压传感器数据分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介