转炉一次除尘新OG系统设计软件开发及应用

曹博文 钱付平 张天 薛沚怡 胡笳 夏勇军

摘要：为提升新OG系统设计效率，基于计算机辅助设计方法，利用Visual Basic 6.0对新OG系统中除尘设备的关键参数进行可视化设计。利用ActiveX Automation二次开发工具实现AutoCAD参数化绘图。在不同工况下，对洗涤塔与环缝文氏管进行参数设计，并输出其主体设计图。建立旋流脱水器数值模拟结果调用窗口，输出其相关特性，为设计提供参考。转炉一次除尘新OG系统设计软件可实现参数化设计、绘图与模拟结果调用功能的集成。

关键词：转炉; 一次除尘; 新OG系统; 参数设计; 软件开发

中图分类号：X757; TP391.77

文献标志码：B

Development and application of design software for

new OG system of converter primary dedusting

CAO Bowen1 QIAN Fuping1 ZHANG Tian1 XUE Zhiyi1

HU Jia2 XIA Yongjun2

（1.School of Civil Engineering and Architecture Anhui University of Technology Maanshan 243002 Anhui China;

2.Anhui Xinchuang Energy Saving & Environment Protection Science &Technology Co. Ltd.

Maanshan 243071 Anhui China）

Abstract：

To improve the design efficiency of new OG system the visual design of key parameters of dedusting equipment in the new OG system is carried out using Visual Basic 6.0 based on computer aided design method. The AutoCAD parametric drawing is achieved using the ActiveX Automation secondary development tools. Under different working conditions the parameter design of washing tower and venturi tube is carried out and the main design drawing is output. The numerical simulation result call window of the cyclone dehydrator is established and its correlation characteristics are output which can provid reference for the design. The simulation result call function is integrated with the parametric design and drawing in the new dedusting OG system design software for converter.

Key words：

converter; primary dedusting; new OG system; parametric design; software development

0 引 言

煉钢生产是钢铁工业的重要环节。我国转炉炼钢的产量占比大于90%，拥有转炉超过600座，节能减排潜力巨大。[12]随着钢铁工业的发展和环保监管的增强，转炉烟气回收技术愈发重要。[3]转炉烟气是转炉炼钢的重要副产物。在转炉吹氧冶炼过程中，高温烟气含有大量一氧化碳和含铁粉尘，是钢铁企业生产活动的重要二次能源。为避免环境污染和能源浪费，有效降低企业炼钢的生产成本，实现负能炼钢，必须确保烟气回收的质量，提升烟气回收率。[47]

目前，新OG系统的参数设计缺少简便快捷的途径，设计人员需要查询大量数据，才能绘制设计图纸。在新OG系统中，主要的除尘设备为喷淋塔和环缝文氏管，除尘设备设计是系统设计的核心。计算机辅助设计是一种高效的设计开发方式，被广泛应用于各行各业，相关学者对此进行大量研究并运用于各个领域。[810]为提高设计效率，急需开发转炉一次除尘新OG系统设计软件，对不同工况下的除尘设备进行参数设计，并自动绘制AutoCAD图纸。同时，作为开放平台，软件应该可以存储和调用旋流脱水器数值模拟结果。

1 新OG系统设计软件开发

1.1 总体设计

基于新OG系统的除尘设备设计理论和旋流脱水器气液分离特性，采用面向对象的设计方法，开发新OG系统设计软件。软件的总体设计示意见图1。

软件的用户界面层分为洗涤塔设计计算、环缝文氏管设计计算和旋流脱水器模拟结果输出3个部分。在设计计算层，用户输入相关的设计参数，利用Visual Basic 6.0进行数据识别，并完成新OG系统除尘设备的热工和几何参数计算。在数据库层，用户可以方便快捷地获取相关设计参数值。利用ActiveX Automation二次开发工具，实现参数化绘图层与设计计算层的对接，AutoCAD根据设计计算结果自动绘制除尘设备主体设计图。在数值模拟结果调用层，直接选择工况可以获得该工况下旋流脱水器数值模拟结果。

1.2 除尘设备参数设计

新OG系统的除尘设备参数设计利用面向对象、可视化窗体编程和模块化编程的理念。根据洗涤塔和环缝文氏管的设计特点，采用不同的控制形式，建立交互对话和显示界面，使用户可以及时了解设计过程。新OG系统的除尘设备参数设计示意见图2。新OG系统除尘设备参数设计功能主要由设计计算模块和参数化绘图模块2个部分组成。根据新OG系统的除尘设备设计计算目标，按参数名称定义各数据表，创建3个数据库实现数据的存储和查询功能，其中包括不同温度下烟气的含湿量数据库、平均定压容积比热容数据库和水蒸气分压力数据库。

设计计算模块包括洗涤塔与环缝文氏管相关参数的设计和计算。在设计过程中，需要确定初始烟气量以及烟气的温度和成分，从而得到不同烟气温度所对应的比热容、含湿量和水蒸气分压力等;此外，还需要确定新OG系统的供水量和环缝文氏管的部分设计参数。计算结果得到洗涤塔直径和高度，以及环缝文氏管喉口直径、收缩管与扩散管的管径和管长、重砣最大外径等几何参数，并确定供水量与液气比等运行参数。

转炉一次除尘新OG系统设计软件参数设计窗口的重要功能是实现洗涤塔与环缝文氏管的参数化自动绘图。参数化绘图是对图形的参数化驱动，即指定或修改图形的参数后，自动完成图形的设计或修改，因此图形的生成和修改速度可以大幅提升。[1112]利用ActiveX Automation实现参数化绘图层与设计计算层对接，采用Visual Basic 6.0创建AutoCAD绘图所需的命令文件，在AutoCAD软件中直接输出洗涤塔和环缝文氏管的主体设计图。

AutoCAD自动绘图功能的实现需要完成以下步骤：通过设计计算模块的运行，获得计算结果;由Visual Basic 6.0编写代码，通过ActiveX Automation接口发出绘图命令;AutoCAD程序接收命令并完成预定的绘图操作，从而实现洗涤塔与环缝文氏管设计图的自动绘制[13]。

2 工程应用案例

2.1 软件运行初始参数

假定轉炉烟气量为42 860 Nm3/h（Nm3为标准立方米，表示0 ℃、1个标准大气压下气体的体积），烟气温度为1 600 ℃，经汽化冷却烟道后，出口烟气温度可取950 ℃，烟气净化系统供水温度为38 ℃，转炉出口烟气成分见表1。

进入系统后，显示软件主界面窗口，见图3。选择相应的按钮，可以进入洗涤塔和环缝文氏管参数计算窗口、旋流脱水器模拟结果输出窗口。

2.2 除尘设备参数设计

2.2.1 洗涤塔参数设计

在洗涤塔设计计算时，烟气量、烟气入口温度和供水温度为已知量，烟气出口温度、含湿量和烟气进

出口比热容为未知量。在工程设计中，洗涤塔进出口烟气温度满足一定的对应关系，见图4。软件在功能区提供干气体绝热冷却后的饱和温度曲线。通过连接数据库，用户可以查询、选择各温度下的气体含湿量，见图5。

洗涤塔进出口烟气比热容计算，需要输入转炉出口烟气各成分比例，见图6，其中热量单位选用热力工程常用单位kcal，取1 kcal=4.186 kJ。烟气各成分在不同温度下的比热容通过系统访问数据库提供。完成洗涤塔相关参数的输入后，通过操作界面，用户可以选择相关参数并完成洗涤塔进出口烟气比热容的计算，见图7。

通过数据库查询选择和比热容计算，完成洗涤塔相关参数的输入，可直接得到洗涤塔的参数计算结果，见图8。在设计计算窗口，只需点击“制图”按钮，系统将根据喷淋塔的设计计算结果完成AutoCAD图纸的绘制。根据图8所示设计结果得到的AutoCAD图形见图9。

2.2.2 环缝文氏管参数设计

环缝文氏管设计需要选定一些基本设计参数，因此在环缝文氏管参数设计界面功能区域，提供基本设计参数选用窗口，见图10。出口烟气的水蒸气分压力可以通过访问数据库得到，具体见图5。

与洗涤塔类似，选择环缝文氏管的主要设计参数，即可得到环缝文氏管设计参数的计算结果，见图11。根据环缝文氏管设计计算结果，可完成AutoCAD图形自动绘制，见图12。

2.2.3 设计结果验证

为验证软件设计结果的合理性，将软件计算结果与现场实际运行设备的结构参数进行对比，见表2。虽然设计过程中部分参数选用不同，软件计算结果与实际运行参数之间存在一定偏差，但软件计算得到的结果与实际总体相符，说明软件的设计计算模块合理。

2.3 数值模拟结果输出

由转炉一次除尘新OG系统设计软件的主界面，可以进入旋流脱水器数值模拟结果输出窗口，见图13。其中：τin为气体进口干度;Dd为液滴直径。

旋流脱水器数值模拟窗口的设计基于旋流脱水器气液分离特性研究，通过工况选择直接获得该工况下的数值模拟结果。

（1） 在单一粒径工况下，选择气体进口干度、液滴直径和是否考虑湍流扩散效应3个参数，将得到对应的分离效率和压力损失的计算结果。

（2） 在混合粒径工况下，选择气体进口干度和是否考虑湍流扩散效应2个参数，点击确定按钮将得到对应工况下的分离效率、压力损失、气体出口干度和出口液滴平均粒径的数值计算结果，窗口可以自动调用对应工况下的出口液滴粒径分布直方图。

（3） 在图形输出功能区域，选择相应的按钮将得到旋流脱水器气液分离特性数值模拟的物理模型、网格模型、压力分布云图和速度分布云图。例如，点击物理模型按钮，将弹出几何模型窗口，见图14，由此可以获得所模拟旋流脱水器的具体结构参数。

（4） 窗口菜单栏提供旋流脱水器气液分离的相关特性曲线，包括不同气体进口干度压降对比图、液滴直径与湍流扩散效应对气液分离效率影响曲线、

气体进口干度与湍流扩散效应对分离效率影响曲线、气体进口干度与湍流扩散效应对气体出口干度影响曲线、混合粒径工况下气体进口干度与湍流扩散效应对分离效率和气体出口干度影响曲线。例如，湍流扩散效应对分离效率特性曲线的影响见图15。

3 结束语

转炉一次除尘新OG系统设计软件参数设计以总结设计经验为基础，采用Visual Basic 6.0对洗涤塔和环缝文氏管关键参数进行可视化设计。

利用ActiveX Automation二次开发工具，实现参数化绘图层与设计计算层的对接，AutoCAD根据设计结果自动生成图形文件。用户可以直接观察软件平台上的设计结果，并对其进行修改，以达到最佳的参数设计。

通过数值模拟结果输出窗口，可以直接得到各工况下的数值计算结果。软件界面友好，操作简单，可提高设计效率，为转炉烟气净化系统的参数化设计提供一种新的方法。

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