随着颗粒物排放限值的提高及公众环保意识的逐渐增强,对钢铁行业而言,优化生产工艺流程,改进节能环保设施,实现清洁生产显得至关重要。转炉一次除尘新氧气顶吹转炉煤气回收(Oxygen Converter Gas Recovery,OG)系统具有烟尘排放浓度低、能源利用率高、投资少等优势,具有广阔的应用前景。高效喷淋塔作为转炉一次除尘新OG系统的核心装置之一,其降温除尘性能直接影响到系统的运行效果。因此本文针对高效喷淋塔的喷淋特性进行研究,所得结论对于提高其降温效果以及节能降耗具有重要的理论价值和实际意义。本文首先搭建喷嘴雾化特性实验系统,利用闪光摄影法对雾化场液滴进行取像,通过MATLAB图像处理工具箱对所拍摄的图像进行数字化处理,从中统计出雾化液滴的粒径及液滴数量等参数,讨论不同工况的液滴尺寸分布和索太尔平均直径(Sauter Mean Diameter,SMD)等评价指标,从而研究液滴的分布情况和变化规律;其次建立压力旋流型喷嘴雾化场的几何模型,利用ANSYS FLUENT中离散相模型(Dispersed Phased Model,DPM)进行气液两相流的数值计算,用实验结果验证了数值计算模型的可信性,分析了喷射角度、喷射压力、喷射流量对雾化场SMD和蒸发效率的影响,并研究了两个喷嘴之间的距离对雾化场液滴驻留时间以及气流分布的影响,从而获得适用于新OG系统中高效喷淋塔的最佳雾化参数;最后,建立高效喷淋塔的几何模型,分别对喷淋塔入口段和主体段进行数值计算,讨论不同喷射方向和喷淋层数时塔内气液两相间的速度、温度、湍动能、压力损失等变化规律。结果表明:(1)实验过程中液滴从喷嘴出口喷出后,距离喷嘴的出口越远,液滴直径逐渐减小,液滴数量增多,气液两相之间的接触面积增加;雾化场SMD值随喷嘴流量的增加而增加,当喷嘴流量相同时,喷嘴孔径越小,SMD值越小,雾化效果越好。(2)在一定范围内,随着压力旋流型喷嘴在雾化场中喷射角度的增加,液滴在雾化场中的覆盖面积增加,液滴驻留时间增加,蒸发效率增加,雾化场SMD减小,当喷射角度大于60o时,SMD值减小缓慢;随着喷射压力的增加,液滴蒸发效率增加,雾化场SMD减小,当压力为大于1.0 MPa时,对SMD值的影响较小;随着喷射流量增加,液滴蒸发效率减小,雾化场SMD增加,流量小于0.15 kg/s时,SMD增加幅度偏小。两个喷嘴的水平间距增加,液滴分布面积增加,当喷嘴间距为800 mm左右,截面速度分布较为均匀。(3)当高效喷淋塔入口段喷嘴的喷射方向为顺流喷射时,液滴在入口段的驻留时间最短,采用逆流喷射时驻留时间最长。喷淋塔入口段采用逆流喷射时,出口截面的速度分布较为均匀,降温效果较好,采用组合喷射和顺流喷射出口截面的速度分布均匀性和降温较差。因此,喷射方向采用逆流喷射时烟气的气流分布最佳,换热效果最好。(4)高效喷淋塔主体段的喷淋层数对液滴的驻留时间影响较小;当主体段喷淋层数为三层和四层时,烟气在塔内近壁面处的流速比塔内中部的流速大,喷淋层数为五层时,塔内烟气的速度流场较为均匀,且在中心位置区域内的气流速度在2~4 m/s,速度较小有助于提高气体与液滴的作用时间;随着喷淋层数的增加,塔内平均湍动能逐渐增加,对气流的扰动作用增强;采用不同的喷淋层数对塔内降温效果影响较大,当喷淋层数为五层时,塔内温度梯度变化较大,水蒸气质量分数分布与温度分布相互对应,表明了喷淋层数越多,塔内的持液量越大,塔内的气液接触面积更大;随着喷淋层数的增加,塔内压力损失增加,但三种工况塔内的压力损失均不超过500 Pa。综合以上分析,在正常运行时塔内主体段可设置5个喷淋层。