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湿式电除尘器泄爆过程的模拟研究

作　者: 杨兴春
导　师: 李强
学　校: 河北科技大学
专　业: 材料工程
关键词: 湿式电除尘器预混燃烧泄爆流场发展数值模拟
分类号: TF088
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本课题来源于河北省科技厅重大技术创新项目。针对50MW以上大型燃气—蒸汽联合循环发电机组的湿式电除尘器内发生的高炉煤气爆炸问题，对其泄爆过程进行了理论分析和数值模拟，通过分析整个过程流场的温度、压强等发展特征，得到了煤气爆炸和泄爆过程的流场状态。根据模拟结果对除尘器泄爆阀的设置进行了优化，验证了湿式电除尘器在高压强、高流速、高爆炸性极端条件下运行的可靠性，为除尘器泄爆装置的设计和安装提供了依据。本文依据流体动力学软件FLUENT首先模拟了高炉煤气在湿式电除尘器内正常情况下的流动状态，并与现场实验进行对比，验证了软件模拟的可行性；然后根据预混气体燃烧中的涡耗散模型，对高炉煤气的爆炸进行了模拟，探索了高炉煤气爆炸的机理，分析了在可燃物CO的浓度、初始压强、当量比和点火位置等影响因素下爆炸的火焰发展特征和流场发展特征，确定了各个因素对爆炸发展的影响；最后根据开口泄爆模型，对泄爆阀在不同直径、数量和位置下的泄爆方案进行了模拟，得到了泄爆过程中压强下降规律，并对泄爆阀在除尘器上的设置提出了优化方案。在爆炸强度模拟中，分析了爆炸燃烧温度和压强的生成和发展规律，得出当量比影响最大，其后依次为CO浓度、初始压强和点火位置。最高温度发展速率达到1.9×10~6K/s，最高压强发展速率最高达到9×10~5KPa/s。在泄爆模拟过程中，研究了湿式电除尘器上泄爆阀直径、个数和位置对泄爆过程的影响。结果表明，增加泄爆阀直径和数量都会提高泄爆的效率，缩短泄爆时间。考虑泄爆阀恢复原位的重复性，最终优化确定采用2个直径D=600mm的泄爆阀，此方案模拟得到的泄爆过程压强发展满足湿式电除尘器极限压强的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题研究背景  8-10
  1.2 湿式电除尘器研究  10
  1.3 泄爆过程研究现状  10-13
  1.4 研究内容及意义  13-14
  1.5 研究路线  14-16
第2章高炉煤气泄爆理论及模拟基础  16-32
  2.1 高炉煤气爆炸燃烧  16-18
    2.1.1 高炉煤气的产生及特点  16
    2.1.2 煤气爆炸机理  16-17
    2.1.3 爆炸的流场特征  17-18
  2.2 爆炸影响因素及特征参数  18-21
    2.2.1 爆炸影响因素  18-20
    2.2.2 爆炸特征参数  20-21
  2.3 泄爆技术  21-23
    2.3.1 泄爆研究  21-22
    2.3.2 泄爆方式  22-23
    2.3.3 泄爆能力评价  23
  2.4 CFD 在泄爆过程的应用  23-25
    2.4.1 计算流体动力学（CFD）基础  23-24
    2.4.2 CFD 在气体爆炸的应用  24-25
  2.5 FLUENT 流场模拟软件  25-30
    2.5.1 几何模型的前处理  25-26
    2.5.2 基本控制方程  26-27
    2.5.3 湍流模型  27-28
    2.5.4 预混气体燃烧理论模型  28-29
    2.5.5 计算方法  29-30
  2.6 本章小结  30-32
第3章电除尘器内部流场模拟及实验验证  32-38
  3.1 流场模型的建立  32-33
    3.1.1 几何模型和网格划分  32
    3.1.2 边界条件  32-33
  3.2 流场模拟结果  33-34
  3.3 流场实验研究  34-36
    3.3.1 实验装置  34-35
    3.3.2 实验过程  35-36
    3.3.3 结果分析  36
  3.4 本章小结  36-38
第4章高炉煤气燃烧爆炸的数值模拟  38-50
  4.1 基本假设  38
  4.2 条件和参数设置  38
  4.3 模拟结果  38-49
    4.3.1 爆炸过程的特征分析  38-43
    4.3.2 爆炸影响因素分析  43-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章泄爆过程的数值模拟  50-60
  5.1 泄爆模拟设置  50-51
  5.2 泄爆流场模拟结果  51-57
    5.2.1 泄爆流场特征  51-54
    5.2.2 影响因素分析  54-57
  5.3 优化后的泄爆效果  57-58
  5.4 本章小结  58-60
结论  60-62
参考文献  62-67
致谢  67

湿式电除尘器泄爆过程的模拟研究

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