回转窑内传热及燃烧过程的数值模拟

1、 】38D化工学报第61卷认为料层在滚落状态下,物料活动层内发生的传热有传导与对流。Dhanjal等1的传热仅为辐射传热。Marcio等【123建立的石油焦煅烧回转窑稳态模型中,考虑了气体和料层的流动与传热,挥发分的热解与燃烧,焦炭颗粒燃烧等现象,进一步完善了回转窑煅烧过程的数值模拟。但上述模型均是采用一维轴向模型,且未考虑窑体的转动,具有一定的局限性。本文借助软件Fluent和Matlab对回转窑的传热过程进行数值计算。将回转窑内料层上部气体空间内的气体流动、传热、挥发分和烧损焦炭的燃烧过程等利用F1uent软件进行计算,而料层内的颗粒传热过程采用Matlab计算。1研究对象以河南某炭素厂回

2、转窑作为研究对象,其结构如图1所示,主要参数见表1、表2。2计算假设条件(1在二、三次送风口所在的窑体圆周上每隔30。开一个圆孔作为送风口。假设每隔一定时间有图1回转窑结构示意图Fig.1Structure of rotary kiln表l主要工艺参数Tabk l Main th肿Iogil pa舢e觚12.2712.668.948.58126727.411168一个位置的送风口向窑内送风。这样,送风位置相对于窑体达到了转动效果,即可以在Fluent中利用非稳态模拟过程近似达到窑体转动的效果,如图2所示。图2窑体转动近似Fig.2Approximation of kiln body rotat

3、ion(2石油焦挥发分气体析出规律很复杂,为简化计算,假设挥发分是从料层和气体空间的交界面上析出,且挥发分气体的组成在该交界面上相同,挥发分析出曲线为温度的函数,而温度为窑长的函数。(3假设物料充分混合,物料层厚度保持不变,且在回转窑的任一轴向截面位置物料温度均匀。3数学模型的建立3.1料层数学模型沿轴向取物料层某一微元段y作为研究对象,根据物料相质量守恒和物料相与气体相的能量守恒原理列出微分方程组,并通过求解方程组得到物料的轴向温度分布。(1物料相的质量守恒方程回转窑内传质过程主要包括石油焦中水分的蒸发,挥发分的析出,冲入到气相中的少量碳颗粒。这3种传质过程的数学描述较为复杂,这里将石油焦中

4、所含水分和冲入到气相中而燃烧的少量石油焦颗粒都看作为挥发分的一部分。dm。=一L,l,dy(1式中Z。为料层横截面长度,如图3。(2物料相的能量守恒方程图3料层数学模型中的几何参数示意Fig.3Geometrical variables used in bed model 水泥回转窑 化工学报 口，口缸珂，“撇 第卷 肼 船（化学工程）。， ，优正浼行卯， ，（）： （）： ， 姐 （马爱纯）， （周孑民）， （）： ， （孙志强），“（李旺兴） 眦 口“行船以 ， ，（）： ， 历哪， （）： 缸“ ”“盯删（冶金能源）， 缸“以犯以行 ， 】，（）： ， 肋 丁以细微 ： ，“ ，口 口 诅，（）： 一 ，： ， ， ， ， ： 社 ： （撇缸玎 ， 卵 阳僧 ， ， ， 跏 岛脚一， 帅 （）： 衄口利肘招缸如咒 （）： ， （肖国俊）， （丁学俊）， （陈汉平）， （程尚清）， （骆名文）， （熊用） ， ， ，（）： ， ， 以卯“口 ，岛脚一疗 （韩小良） （冼 麓 （过程工程学报），（）； 开冒，（）： （邱夏陶）， （孟柏庭） 髓 口栉 （有