第9期 高传峰等：熟料烧结回转窑传热传质数值模型 .1155. 浆从窑尾进入窑内，借助窑体的斜度与熟料烧结窑 料层在移动过程中不断受到逆向流动窑气的加热， 的回转运动，沿图中x轴方向，从窑尾向窑头移动， 温度逐渐升高，经过一系列复杂的物理化学反应，形 形成料层.煤粉及一次风由窑头烧嘴喷入，与二次 成熟料，高温熟料经窑头下料口卸出，换热后的窑 热风混合燃烧形成高温窑气，为回转窑提供能量 气由窑尾排出 烧嘴 窑尾 料层 一（煤粉及 -次风) 密头二次热风 = 下料口 回转淀倾角 (a) b 图1回转窑物理过程示意图.(a)轴向；(b)横截面 Fig I Sketch of physical pmocess n a mtary kih (a)axial (b)cross section 1.2窑内传热过程分析 Qw4 熟料回转窑内的传热过程可从六个方面来描 述：①覆盖窑壁和料床之间的热交换；②裸露窑壁和 料床之间的辐射换热；③裸露窑壁和窑气之间的对 QCLS-EW 流及辐射换热；④料床与窑气之间的对流及辐射换 Qr 密气 热；⑤窑壁外表面和周围空气的对流及辐射换热：⑥ Qo 窑壁由内向外的导热.窑内传热如图2所示，图中 窑壁 Q为换热量；下标中C表示对流换热，R表示辐射换 热，Cd表示导热，G表示窑气，S表示物料，W表示 料层 裸露内壁面，CW表示覆盖内壁面，EW表示外壁面， Qw百 A表示环境空气， 图2回转窑传热过程示意图 1.3窑内传质过程分析 Fig 2 Heat transfer process in a motary kil 在物料的烧结升温过程中，发生了一系列的变 应过程中产生大量的二氧化碳气体，在各反应过程 化·研究表明：首先含水物料进入回转窑后，温度逐 中伴随着大量的热量吸收或释放，对窑气、物料和壁 渐升高，同时伴随着大量的自由水分蒸发进入窑气， 面之间的传热过程产生一定影响，各化学反应方程 即低温区料浆的脱水过程，随着物料温度继续升高 式及吸，放热情况如表1所示7-).窑内的熟料烧 至500℃左右，发生铝矿石结晶水的脱水反应，当物 结反应是表征回转窑实际工作质量好坏的重要依 料温度上升至750℃后，进入高温烧结反应区，该区 据，因此只有更好地控制烧结反应，才能保证氧化铝 段主要发生碳酸钙的分解反应和熟料烧成反应，反 的溶出率山 表1窑内主要化学反应 Table 1 Main reactions in the motary kih 反应 化学方程式 指前因子，如 话化能，Emo)反应热，Hkkg) 游离水蒸发 H20(D→H20(g 3.11g1 27.70 +2251 Ab0gH20=Ab03十H20 +820 结晶水分解（铝矿石） Ab03g2SD2H20=Ab03十2SD2十H20 -933 碳酸钙分解 CeC03=Ce0十C02 1.2×103kmom-2.g1 185.00 +1794 2Ca0+SD2=2Ca0.SDz 1.0X10m3.kg1.s1 240.00 -742 熟料形成反应 Na0+Fe203=Na0+Fe20s 136mm 80.92 -1105 Ab03十N0=Ak03-Na0 1.65X105mim 186.59 -1402第 9期 高传峰等： 熟料烧结回转窑传热传质数值模型 浆从窑尾进入窑内‚借助窑体的斜度与熟料烧结窑 的回转运动‚沿图中 ｘ轴方向‚从窑尾向窑头移动‚ 形成料层．煤粉及一次风由窑头烧嘴喷入‚与二次 热风混合燃烧形成高温窑气‚为回转窑提供能量． 料层在移动过程中不断受到逆向流动窑气的加热‚ 温度逐渐升高‚经过一系列复杂的物理化学反应‚形 成熟料．高温熟料经窑头下料口卸出‚换热后的窑 气由窑尾排出． 图 1 回转窑物理过程示意图．（ａ）轴向；（ｂ）横截面 Ｆｉｇ．1 Ｓｋｅｔｃｈｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎａｒｏｔａｒｙｋｉｌｎ：（ａ） ａｘｉａｌ；（ｂ） ｃｒｏｓｓ-ｓｅｃｔｉｏｎ 1∙2 窑内传热过程分析 熟料回转窑内的传热过程可从六个方面来描 述：①覆盖窑壁和料床之间的热交换；②裸露窑壁和 料床之间的辐射换热；③裸露窑壁和窑气之间的对 流及辐射换热；④料床与窑气之间的对流及辐射换 热；⑤窑壁外表面和周围空气的对流及辐射换热；⑥ 窑壁由内向外的导热．窑内传热如图 2所示．图中 Ｑ为换热量；下标中 Ｃ表示对流换热‚Ｒ表示辐射换 热‚Ｃｄ表示导热‚Ｇ表示窑气‚Ｓ表示物料‚Ｗ 表示 裸露内壁面‚ＣＷ表示覆盖内壁面‚ＥＷ表示外壁面‚ Ａ表示环境空气． 1∙3 窑内传质过程分析 在物料的烧结升温过程中‚发生了一系列的变 化．研究表明：首先含水物料进入回转窑后‚温度逐 渐升高‚同时伴随着大量的自由水分蒸发进入窑气‚ 即低温区料浆的脱水过程．随着物料温度继续升高 至 500℃左右‚发生铝矿石结晶水的脱水反应‚当物 料温度上升至 750℃后‚进入高温烧结反应区‚该区 段主要发生碳酸钙的分解反应和熟料烧成反应‚反 图 2 回转窑传热过程示意图 Ｆｉｇ．2 Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎａｒｏｔａｒｙｋｉｌｎ 应过程中产生大量的二氧化碳气体‚在各反应过程 中伴随着大量的热量吸收或释放‚对窑气、物料和壁 面之间的传热过程产生一定影响‚各化学反应方程 式及吸、放热情况如表 1所示 ［7－9］．窑内的熟料烧 结反应是表征回转窑实际工作质量好坏的重要依 据‚因此只有更好地控制烧结反应‚才能保证氧化铝 的溶出率 ［1］． 表 1 窑内主要化学反应 Ｔａｂｌｅ1 Ｍａｉｎｒｅａｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｒｏｔａｒｙｋｉｌｎ 反应 化学方程式 指前因子‚ｋ0 活化能‚Ｅ／（ｋＪ·ｍｏｌ－1） 反应热‚Ｈ／（ｋＪ·ｋｇ－1） 游离水蒸发 Ｈ2Ｏ（ｌ）→Ｈ2Ｏ（ｇ） 3∙11ｓ－1 27∙70 ＋2251 结晶水分解 （铝矿石 ） Ａｌ2Ｏ3·Ｈ2Ｏ＝Ａｌ2Ｏ3＋Ｈ2Ｏ － － ＋820 Ａｌ2Ｏ3·2ＳｉＯ2·Ｈ2Ｏ＝Ａｌ2Ｏ3＋2ＳｉＯ2＋Ｈ2Ｏ － － -933 碳酸钙分解 Ｃａ2ＣＯ3＝Ｃａ2Ｏ＋ＣＯ2 1∙2×103ｋｍｏｌ·ｍ－2·ｓ－1 185∙00 ＋1794 2ＣａＯ＋ＳｉＯ2＝2ＣａＯ·ＳｉＯ2 1∙0×107ｍ3·ｋｇ－1·ｓ－1 240∙00 -742 熟料形成反应 Ｎａ2Ｏ＋Ｆｅ2Ｏ3＝Ｎａ2Ｏ·Ｆｅ2Ｏ3 136ｍｉｎ－1 80∙92 -1105 Ａｌ2Ｏ3＋Ｎａ2Ｏ＝Ａｌ2Ｏ3·Ｎａ2Ｏ 1∙65×106ｍｉｎ－1 186∙59 -1402 ·1155·