D0I:10.13374/i.i8sn1001t153.2011.08.021 第33卷第9期 北京科技大学学报 Vol 33 No 9 2011年9月 Journal of Un iversity of Science and Techno lgy Beijing Sep 2011 熟料烧结回转窑传热传质数值模型 高传峰乐恺*姜泽毅张欣欣史彧宏 北京科技大学机械工程学院，北京100083 *通信作者，Email yuckaf色sutb edu cn 摘要建立了窑长为90m的氧化铝熟料回转窑的传热传质数学模型.采用化学动力学方法研究了烧结反应吸、放热对窑 内温度分布的影响，提出了氧化铝与碳酸钠的反应为窑内熟料烧结反应结束的标志.结果表明，熟料反应约在距离窑头85m 处完全结束，各反应速率随温度的升高而增大，喷煤量的增加对预热、烧结带的影响大于其他各带区· 关键词回转窑；传热传质：化学反应：数值模型：烧结 分类号TF806.1:TF802.67 Num ericalm odel of heat and m ass transfer of sintering in an alum ina clinker ro- tary kil GAO Chuan-feng YUE Kai JIANG Zeyi ZHANG Xinxin SHI Yuhong School ofM echanical Engineering University of Science and Technology Beijing Beijng 100083 China Corresponding author Email yueka sutb edu cn ABSTRACT A mathemnaticalmodelwas established to describe camplicated heat and mass transport processes n a 90m-long alm ina clinker motary kiln The effects of heat absorption and release induced by sintering on the temperature distrbution in the motary kiln were studied by using the chen ical dynamn ics method It is suggested that the reaction beween alm ina and sodim carbonate is an end mark of the clinker sintering reaction Research results show that the clinker sintering reaction should complete at the place about 85m away from the kil head The reaction rate increases w ith rising temperature and increasing the pulverized coal has a greater ipact on the pre-heating zone and the calcining zone than on other zones KEY WORDS rotary kilns heat and mass transfes chen ical reactions numericalmodels sintering 回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的回 窑传热传质数值模型4一，预测了窑内窑气、物料和 转圆筒类热工设备，广泛用于冶金、建材、化工和造 壁面的温度分布，利用优化参数的方法，为工业生产 纸等工业领域.烧结法是我国生产氧化铝不可或缺 提供理论依据.但是，作为影响熟料回转窑数值模 的工艺方法之一，它在处理低铝硅比铝土矿方面具 拟主要因素之一的烧结化学反应，在目前已有的研 有一定的技术优势.但是，熟料回转窑是烧结法生 究中还没有具体考虑，同时烧结反应的进行限度是 产氧化铝的主要高耗能设备，窑内高温、复杂的传热 熟料回转窑运行状态的重要评价标准.因此，本文 传质过程和化学反应等限制因素，给回转窑内部烧 从熟料回转窑传热传质研究的角度出发，采用数值 结的热工测试和评价带来了很大的障碍，同时也使 模拟方法，着重分析烧结反应在窑内的进行限度，探 得实验工作很难深入展开·因此，烧结法生产氧化铝 讨窑内温度分布对化学反应的作用以及两者之间的 在理论研究和实验研究方面存在着明显不足-) 关系 近十几年来，随着计算机技术的发展以及其在 1回转窑内物理过程及传热传质分析 工业方面的应用，使得对回转窑的数值模拟工作得 以广泛开展，研究者们主要对窑内的对流传热和辐 1.1回转窑内物理过程分析 射换热理论进行了推导和实验研究，通过建立回转 氧化铝熟料回转窑烧结过程如图1所示.生料 收稿日期：2010-09-25第 33卷 第 9期 2011年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．9 Ｓｅｐ．2011 熟料烧结回转窑传热传质数值模型 高传峰 乐 恺 * 姜泽毅 张欣欣 史彧宏 北京科技大学机械工程学院‚北京 100083 * 通信作者‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｙｕｅｋａｉ＠ｓｕｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 摘 要 建立了窑长为 90ｍ的氧化铝熟料回转窑的传热传质数学模型．采用化学动力学方法研究了烧结反应吸、放热对窑 内温度分布的影响‚提出了氧化铝与碳酸钠的反应为窑内熟料烧结反应结束的标志．结果表明‚熟料反应约在距离窑头 85ｍ 处完全结束‚各反应速率随温度的升高而增大‚喷煤量的增加对预热、烧结带的影响大于其他各带区． 关键词 回转窑；传热传质；化学反应；数值模型；烧结 分类号 ＴＦ806∙1；ＴＦ802∙67 Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇｉｎａｎａｌｕｍｉｎａｃｌｉｎｋｅｒｒｏ- ｔａｒｙｋｉｌｎ ＧＡＯＣｈｕａｎ-ｆｅｎｇ‚ＹＵＥＫａｉ * ‚ＪＩＡＮＧＺｅ-ｙｉ‚ＺＨＡＮＧＸｉｎ-ｘｉｎ‚ＳＨＩＹｕ-ｈｏｎｇ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ * Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｙｕｅｋａｉ＠ｓｕｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎａ90ｍ-ｌｏｎｇａｌｕｍｉｎａ ｃｌｉｎｋｅｒｒｏｔａｒｙｋｉｌｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｅａｔａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｅａｓｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｓｉｎｔｅｒｉｎｇｏｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒｏｔａｒｙｋｉｌｎｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｄｙｎａｍｉｃｓｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｌｕｍｉｎａａｎｄｓｏｄｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅｉｓａｎｅｎｄｍａｒｋ ｏｆｔｈｅｃｌｉｎｋｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｌｉｎｋｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｃｏｍｐｌｅｔｅａｔｔｈｅｐｌａｃｅａｂｏｕｔ85ｍａｗａｙ ｆｒｏｍｔｈｅｋｉｌｎｈｅａｄ．Ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｒａｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｒｉｓｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ‚ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌｈａｓａｇｒｅａｔｅｒｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅ ｐｒｅ-ｈｅａｔｉｎｇｚｏｎｅａｎｄｔｈｅｃａｌｃｉｎｉｎｇｚｏｎｅｔｈａｎｏｎｏｔｈｅｒｚｏｎｅｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｒｏｔａｒｙｋｉｌｎｓ；ｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒ；ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｓ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ 收稿日期：2010--09--25 回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的回 转圆筒类热工设备‚广泛用于冶金、建材、化工和造 纸等工业领域．烧结法是我国生产氧化铝不可或缺 的工艺方法之一‚它在处理低铝硅比铝土矿方面具 有一定的技术优势．但是‚熟料回转窑是烧结法生 产氧化铝的主要高耗能设备‚窑内高温、复杂的传热 传质过程和化学反应等限制因素‚给回转窑内部烧 结的热工测试和评价带来了很大的障碍‚同时也使 得实验工作很难深入展开．因此‚烧结法生产氧化铝 在理论研究和实验研究方面存在着明显不足 ［1－3］． 近十几年来‚随着计算机技术的发展以及其在 工业方面的应用‚使得对回转窑的数值模拟工作得 以广泛开展．研究者们主要对窑内的对流传热和辐 射换热理论进行了推导和实验研究‚通过建立回转 窑传热传质数值模型 ［4－6］‚预测了窑内窑气、物料和 壁面的温度分布‚利用优化参数的方法‚为工业生产 提供理论依据．但是‚作为影响熟料回转窑数值模 拟主要因素之一的烧结化学反应‚在目前已有的研 究中还没有具体考虑‚同时烧结反应的进行限度是 熟料回转窑运行状态的重要评价标准．因此‚本文 从熟料回转窑传热传质研究的角度出发‚采用数值 模拟方法‚着重分析烧结反应在窑内的进行限度‚探 讨窑内温度分布对化学反应的作用以及两者之间的 关系． 1 回转窑内物理过程及传热传质分析 1∙1 回转窑内物理过程分析 氧化铝熟料回转窑烧结过程如图 1所示．生料 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．09．021