本发明涉及转炉一次除尘og系统参数设计技术领域，更具体地说，涉及一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法。
背景技术：
钢铁行业是国民经济的支柱产业之一，同时也是能源消耗和污染排放的重点行业。转炉一次除尘og(oxygenconvertergasrecovery)系统以低能耗、高净化效率的特点，具有广阔市场前景。
转炉在吹氧冶炼期，产生含有大量一氧化碳和含铁粉尘的高温烟气，如何合理地利用废气中的化学能和显能及含铁粉尘，保证烟气回收的数量和质量，提高煤气回收率，保护环境日益成为人们致力研究解决的重要课题。回收和利用好转炉煤气对于炼钢节能降耗，减轻环境污染意义也十分重大。
转炉一次除尘og系统中，大量的高温含尘煤气与浊环水在高效洗涤塔中进行热质交换，降温后的大颗粒粉尘沉降，经粗除尘的烟气再进入环缝文氏管，气体速度在收缩段不断提高将进入喉口的液体雾化，雾化后的液体在喉口处与气体中的固体颗粒相互作用，使固体颗粒被液体包围并在后续设备中得到分离，在扩散段内气体速度减小，压力得到恢复。
高效洗涤塔与环缝文氏管是转炉一次除尘og系统中的核心设备，其设计直接影响整个系统的性能参数和运行。但高效洗涤塔与环缝文氏管的整体设计是一个相对复杂的过程，计算过程繁琐，设计人员往往是依靠查阅相关资料来获得所需要的大量工艺参数以及绘出复杂的autocad图，导致总体设计效率较低。
经检索，现有技术中还是主要将重点放在og系统的优化上，如中国专利申请号20171012456.8，发明创造名称为：应用于转炉一次除尘新og系统的高效节能节水喷淋系统；中国专利申请号201620183230.0，发明创造名称为：一种转炉一次除尘og系统等申请案均是着眼于og系统的结构设计上。
中国专利申请号201610065305.x，申请日为2016年12月1日，发明创造名称为：一种转炉干法除尘系统的在线建模方法；该申请案首先建立干法除尘系统实时运行数据库，以干法除尘系统实时过程运行数据集合为基础，建立离散的支持向量回归机预测模型，然后将每个粒子的位置向量依次作为支持向量回归机的核函数参数，计算其适应度值，再计算各粒子的当前适应度值，比较各粒子当前适应度值与其本身最好适应度值，若前者优于后者，则适应度值设置为新值；再比较各粒子的当前适应度值与群的最优适应度值，若前者优于后者，则设置当前适应度值为新值；该申请案提高了干法除尘系统的控制精度，但该申请案立足于干法除尘系统的在线建模，并未涉及og系统初期设计，也未解决初期设计过程繁琐的问题。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有设计的不足，提供了一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法；本发明针对除尘og系统中的核心设备高效洗涤塔与环缝文氏管进行参数设计，可以针对不同的工况进行高效洗涤塔与环缝文氏管的参数输入、参数设计计算、参数化绘图和优化、调整，以获得较高的设计效率和最佳参数设计。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法，包括以下步骤：
步骤一、确定高效洗涤塔与环缝文氏管设计参数、og系统运行参数、烟气热物性参数；
步骤二、根据步骤一确定的参数分别建立高效洗涤塔与环缝文氏管参数设计计算的数学模型；
步骤三、调用步骤一确定的参数，分别得到高效洗涤塔以及环缝文氏管的几何参数与运行参数；
步骤四、通过vb连接autocad，autocad自动读取上述几何变量并按照其几何数值建立相应图形变量，绘出高效洗涤塔与环缝文氏管的autocad图纸并导出。
更进一步地，步骤一确定的高效洗涤塔设计参数包括进、出口的烟气温度t1、t2；环缝文氏管设计参数包括环缝文氏管收缩角α1和扩散角α2的值、环缝文氏管空喉口气体的速度值vt与最小截面处气体的速度值vt'、环缝文氏管的水气比l、环缝文氏管入口与出口处的温度tgj、tgp；og系统运行参数包括初始烟气量v0、系统的浊环水温度twj、烟气成分比例；烟气的热物性参数包括高效洗涤塔进出口烟气的比热值c1、c2与出口烟气含湿量d2、环缝文氏管出口处烟气的水蒸气分压力值pb。
更进一步地，步骤二建立数学模型时，先确定高效洗涤塔以及环缝文氏管需得到的几何参数与运行参数，其中几何参数包括高效洗涤塔空塔的传热容积vt、空塔直径d0、塔传热有效高度h以及环缝文氏管空喉口直径dt'、收缩管与扩散管的管径d1、d2与管长l1、l2、砣的最大外径；运行参数包括高效洗涤塔水气比l、喷水量w1、烟气与水接触时间t以及环缝文氏管排水温度twp、喷水量w1。
更进一步地，步骤二中建立的高效洗涤塔的数学模型为：
v0[c1t1+d1(595+0.46t1)]+w1cstj＝v0[c2t2+d2(595+0.46t2)]+w1+v0(d1-d2)cstp
其中，v0为初始烟气量，t1为进口温度，t2为出口温度，tj为供水温度，tp为排水温度，c1、c2分别为洗涤塔进、出口烟气的比热，cs为水的比热，d1、d2分别为洗涤塔进、出口饱和烟气含湿量，求得洗涤塔所需供水量w1。
更进一步地，高效洗涤塔结构参数设计在计算烟气与水的传热量qt及平均对数温差δt的基础上进行：
qt＝vf(c1+d1cg)(t1-t2)+q
其中，cg为水蒸气比热，q为烟气传递于水的热量，当出口烟气仍未达饱和时，其值为零。
更进一步地，高效洗涤塔的有效传热容积vt为：
式中，k为容积传热系数；
高效洗涤塔的空塔直径d0为：
v1为空塔内烟气的平均计算流量，v为烟气在塔内的流速；
高效洗涤塔的传热有效高度h：
烟气与水的接触时间即为：
更进一步地，步骤二中建立的环缝文氏管的数学模型为：
v0(cp1tgj+f1i1)+w1cstwj＝v0(cp2tgp+f2i2)+w2cstwp
其中，tgj、twj为烟气及水的初温，tgp、twp为烟气及水的终温，v0为初始烟气量；w1，w2为供水量和排水量；cp1，cp2为进入与排出烟气中的定压比热；cs为水的比热；f1，f2为进入与排出烟气中的含湿量；i1，i2为进入与排出烟气中水蒸气热焓。
更进一步地，环缝文氏管空喉口直径为：
式中，voc为环缝文氏管出口的饱和烟气量；vt'为环缝文氏管空喉口气体速度；
收缩管或扩散管的管径dn，对应地，收缩管或扩散管的管长ln为：
式中，αn为环缝文氏管收缩角或扩散角，vn为环缝文氏管入口或出口处的气体速度，可近似取相对应进口或出口烟气量。
更进一步地，针对不同的烟气温度，建立水蒸气分压力、含湿量、烟气平均定压容积比热三个数据存储数据库以供调用。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法，以visualbasic为主要开发工具，将转炉一次除尘og系统关键参数设计的复杂计算过程在计算机中进行，对转炉一次除尘og系统中的核心设备高效洗涤塔与环缝文氏管关键参数进行可视化设计，设计者可以在软件平台上直接观察到设计结果，并可对其进行修改，以实现最佳参数设计；
(2)本发明的一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法，对数据进行整合，根据高效洗涤塔与环缝文氏管的结构特点和运行特点，并结合长期的数据分析和经验总结，确定了高效洗涤塔与环缝文氏管设计参数、og系统运行参数、烟气热物性参数，并根据该确定的参数来建立高效洗涤塔与环缝文氏管参数设计计算的数学模型，该模型不仅简单，减小了运算复杂度，提高了计算机辅助设计的效率，且能够体现高效洗涤塔与环缝文氏管结构、运行特点，具有很强的实用性；
(3)本发明的一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法，抓住转炉一次除尘og系统的两大核心设备----高效洗涤塔与环缝文氏管进行设计，在保证了设计得到的og系统运行性能满足要求的同时，也在很大程度上减轻了og系统的设计复杂度；尤其在设计环缝文氏管的参数时，考虑了高效洗涤塔的参数设计对其的影响，也更加符合系统运行的实际情况，参数设计结果更加准确；
(4)本发明的一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法，其设计vb连接autocad，通过调用autocad软件，autocad自动读取设计结果并把设计结果直接输出，实现了参数设计、出图一体化，具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明中转炉一次除尘og系统关键参数计算机辅助设计的结构原理示意框图；
图2为本发明中高效洗涤塔的结构示意图；
图3为本发明中环缝文氏管的结构示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
参看图1，本实施例的一种转炉一次除尘og系统参数计算机辅助设计方法，主要针对转炉一次除尘og系统的两大核心设备----高效洗涤塔与环缝文氏管进行设计，高效洗涤塔和环缝文氏管的关键结构参见图2和图3，本实施例实现高效洗涤塔与环缝文氏管的设计计算与参数化绘图，并根据设计结果进行优化和调整。本实施例主要包括以下过程：
首先根据高效洗涤塔与环缝文氏管的结构特点和运行特点，并结合长期的数据分析和经验总结，确定高效洗涤塔与环缝文氏管设计参数、og系统运行参数、烟气热物性参数；其中高效洗涤塔设计参数包括进、出口的烟气温度t1、t2；环缝文氏管设计参数包括环缝文氏管收缩角α1和扩散角α2的值、环缝文氏管空喉口气体的速度值vt与最小截面处气体的速度值vt'、环缝文氏管的水气比l、环缝文氏管入口与出口处的温度tgj、tgp；og系统运行参数包括初始烟气量v0、系统的浊环水温度twj、烟气成分(主要为co、co2、n2、o2)比例；烟气的热物性参数包括高效洗涤塔进出口烟气的比热值c1、c2与出口烟气含湿量d2、环缝文氏管出口处烟气的水蒸气分压力值pb。
建立数学模型时，先结合高效洗涤塔与环缝文氏管参数设计理论，分别确定高效洗涤塔以及环缝文氏管需得到的几何参数与运行参数，其中几何参数包括高效洗涤塔空塔的传热容积vt、空塔直径d0、塔传热有效高度h以及环缝文氏管空喉口直径dt'、收缩管与扩散管的管径d1、d2与管长l1、l2、砣的最大外径；运行参数包括高效洗涤塔水气比l、喷水量w1、烟气与水接触时间t以及环缝文氏管排水温度twp、喷水量w1。
根据确定的参数分别建立高效洗涤塔与环缝文氏管参数设计计算的数学模型；通过调用上述高效洗涤塔与环缝文氏管设计参数、og系统运行参数、烟气热物性参数，分别得到高效洗涤塔以及环缝文氏管的几何参数与运行参数。
再通过vb连接autocad，autocad自动读取上述几何变量并按照其几何数值建立相应图形变量，绘出高效洗涤塔与环缝文氏管的autocad图纸并导出。本实施例还包括参数优化、调整步骤，设计人员可根据优化目标，调整相应的设计参数，修改设计模型，用以获得最佳的高效洗涤塔与环缝文氏管设计模型。且针对不同的烟气温度，建立了水蒸气分压力、含湿量、烟气平均定压容积比热三个数据存储数据库以供调用。
本实施例中高效洗涤塔的设计计算，根据初始烟气量v0、进口温度t1、出口温度t2，确定供水温度tj与排水温度tp，可得洗涤塔所需供水量w1，所建立高效洗涤塔数学模型如下：
即：v0[c1t1+d1(595+0.46t1)]+w1cstj＝v0[c2t2+d2(595+0.46t2)]+w1+v0(d1-d2)cstp
上式中，c1、c2分别为洗涤塔进出口烟气的比热，cs为水的比热，d1、d2分别为洗涤塔进出口饱和烟气含湿量。
在洗涤塔内用循环水冷却未饱和高温烟气时，烟气在热焓不变的情况下进行增湿降温，高效洗涤塔相关结构参数计算需要在计算烟气与水的传热量qt及平均对数温差δt的基础上进行：
qt＝vf(c1+d1cg)(t1-t2)+q
式中，cg为水蒸气比热，q为烟气传递于水的热量，因此当出口烟气仍未达饱和时，其值为零。
由上述烟气与水的传热量qt及平均对数温差δt即可得到高效洗涤塔的有效传热容积vt：
式中，k为容积传热系数。
上述高效洗涤塔的结构参数主要为空塔直径d0、传热有效高度h以及烟气与水的传热时间t，由空塔内烟气的平均计算流量v1与烟气在塔内的流速v可计算得出空塔直径d0的值：
由上述高效洗涤塔的有效传热容积vt以及空塔直径d0可得到高效洗涤塔的传热有效高度h：
烟气与水的接触时间即为高效洗涤塔传热有效高度h与烟气在塔内流速v之比：
上述高效洗涤塔的参数设计很大程度上影响着环缝文氏管的参数设计，例如高效洗涤塔出口处烟气温度决定着环缝文氏管进口处的烟气温度。关于环缝文氏管的设计计算，本实施例建立在烟气进出口热量平衡的基础上，即烟气进入的热量qgj、进入的烟气中含蒸发水分的热量qgj'以及水进入的热量qwj与烟气排出的热量qgp、水排出的热量qwp以及自气体中冷凝水分的热量qwp'相平衡，再根据烟气及水的初温tgj、twj以及终温tgp、twp，建立环缝文氏管数学模型如下：
qgj+qgj'+qwj＝qgp+qwp+qwp'
即：v0(cp1tgj+f1i1)+w1cstwj＝v0(cp2tgp+f2i2)+w2cstwp
上式中v0为初始烟气量；w1，w2为供水量和排水量；cp1，cp2为进入与排出烟气中的定压比热；cs为水的比热；f1，f2为进入与排出烟气中的含湿量；i1，i2为进入与排出烟气中水蒸气热焓。
环缝文氏管关键几何参数主要为dt'、收缩角α1、收缩管管径d1与管长l1、扩散角α2、扩散管管径d2与管长l2等方面，空喉口直径的计算方程为：
voc为环缝文氏管出口的饱和烟气量，其中f为环缝文氏管出口烟气中的含湿量，t为环缝文氏管出口处烟气的温度，pb为环缝文氏管出口处的负压；vt'为环缝文氏管空喉口气体速度。
环缝文氏管收缩管管径、管长的计算方法与扩散管管径管长的计算方法相类似，以下用dn表示收缩管或扩散管的管径，而ln则表示相对应的管长：
上式中αn为环缝文氏管收缩角或扩散角，vn为环缝文氏管入口或出口处的气体速度，可近似地取相对应进口或出口烟气量。
本实施例中初始烟气量为转炉出口的烟气流量，高效洗涤塔入口温度是由转炉出口与汽化冷却烟道决定的，其进出口烟气的比热是由烟气温度及其各成份比例决定的，环缝文氏管入口温度是由高效洗涤塔出口烟气的温度决定的。
本实施例基于visualbasic6.0平台构建，系统结构基于对话框设计而成。将转炉一次除尘og系统关键参数设计的复杂计算过程在计算机中进行，对转炉一次除尘og系统中的核心设备高效洗涤塔与环缝文氏管关键参数进行可视化设计，设计者可以在软件平台上直接观察到设计结果，并可对其进行修改，以实现最佳参数设计。抓住转炉一次除尘og系统的两大核心设备----高效洗涤塔与环缝文氏管进行设计，在保证了设计得到的og系统运行性能满足要求的同时，也在很大程度上减轻了og系统的设计复杂度；尤其在设计环缝文氏管的参数时，考虑了高效洗涤塔的参数设计对其的影响，也更加符合系统运行的实际情况，参数设计结果更加准确。在此基础上，通过调用autocad软件，把设计结果直接输出，并可在autocad软件上完成其他任务，实现了参数设计、出图一体化，具有很高的实用价值。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。