,1604 北京科技大学学报 第32卷 分数W|=0Wo,SD2质量分数X2|o=Xg 3计算结果与分析 窑气：窑头处视喷入煤粉与二次风已充分接触 混合，窑气温度T==T。喷入燃煤质量流量 选取某氧化铝厂回转窑进行模拟计算，其工况 Fcoul=L-Foour 条件列于表2). 表2回转窑模拟计算工况 Table 2 Numerical calculation panmeters Lm加斜度%u(mmn)T,CWa% X02%空气系数P.【h)0,(kgk)T,C刀% 902.253.5 2 60 36.18 10.8 1.23 59.2 0.156 96065-75 模型数值求解过程，包含了式(7)、式(8)两点 温度分布趋于一致：而外壁面轴向温度分布则相对 边值的常微分方程组与式(9)、式(10)非线性代数 较为平缓，通过比较图2中计算结果和测量值可看 方程组的耦合解算.求解两点边值常微分方程组数 出)，窑外壁面温度分布的计算值与测量值基本 值方法采用四阶龙格库塔法(RK)与线性打靶 吻合 法]；料层能量方程中原项Φ作线性处理：径向热 料浆含水量是影响窑内热过程主要操作参数， 平衡非线性代数方程的解算方法采用牛顿法，计算 含碱料浆烘干实验研究指出，水的质量分数低于 结果见图2，其中包含了回转窑内窑气、料层及窑体 20%时，料浆的理化性能发生转变，由黏性变为塑 内、外壁面轴向温度分布以及料浆中水分、$02组 性，为此，在考察料浆含水量对回转窑热过程影响 分的质量分数变化曲线， 的分析中，以料浆中水的质量分数为20%作为烧结 1400 状态转变依据，即此时回转窑运行工况可视为干法 1200 烧结.在不改变其他参数条件下，随含水量递减条 100- 1000 件下，回转窑内烘干、烧结过程的变化状况计算结果 800 ·回转窑外壁面 温度测试值 如图3和图4所示 6 600 1500 1400 组分H,0质量分数 20 200 1200 料层温度 0- <X2 102030 40506070 8090 100r 1000 窑长m 下① 80 800 ② ③ T,一窑内壁面温度：Tg一窑气温度：T一窑内料层温度：T一窑 曲线科案中水酱矿 60 600 分数 ① 38 外壁面温度：XH0一料层中水的质量分数：XD2一料层中SD2质 0 400 ④ ② 32 量分数 ③ 22 20 200 20 图2氧化铝回转窑内过程数值计算结果 Fig 2 Numerical results of transport processes in the ahm na motary 10 20 30 4050 60 70 80 90 窑长a kiln 图3料浆含水量对料层温度、烘干过程的影响 图2表明：窑长0~40m范围内，料层温度曲线 Fig 3 Effects of moisture content on the surry temperature and dr 较平缓，说明升温速度缓慢，这主要是由于在这一段 ying pmocess 以烘干过程为主，料浆中水分蒸发吸收了大量热量 造成的；窑长40~70m范围内，这一段以熟料高温 图3和图4计算表明，其他工况不变，当料浆中 烧结过程为主，由于烧结反应热需求占整个回转窑 水的质量分数递减至20%时，烘干过程在窑长20m 热支出比例较小，料层温度快速增加，最高温度达到 范围内基本完成，相比原工况缩短了50%，同时料 1286℃，熟料烧成（当X,≤10时）区域集中在窑 层温度相比也提高近200℃，料层最高温度和熟料 长55~78m区域范围内：窑长78~90m范围内，属 出口温度也相应有所增加，但提升幅度相对较小. 于料层冷却带，进入窑头的燃料和二次风被高温熟 由于料层升温速度加快，烧结反应在窑长40~60m 料预热，提高了燃烧温度，窑内燃烧温度达1389℃， 范围内基本完成，相比原工况缩短了15m左右；同 熟料排出温度为1138℃.窑体内、外壁面轴向温度 时，回转窑此时的排烟温度已升高到400℃左右， 分布随着料层与烟气温度分布而变化，窑体内壁面 可见：随喷入料浆含水量的减少，燃料燃烧最高温度 温度分布受到料层温度影响较大，变化趋势与料层 变化较小，但窑气总体平均温度提高，导致排烟热损北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 分数 Ｗ∣ｘ＝0＝Ｗ0‚ＳｉＯ2质量分数 ＸＳｉＯ2∣ｘ＝0＝Ｘ 0 ＳｉＯ2． 窑气：窑头处视喷入煤粉与二次风已充分接触 混合‚窑气温度 Ｔｇ∣ｘ＝Ｌ ＝Ｔｇ‚喷入燃煤质量流量 Ｆｃｏａｌ∣ｘ＝Ｌ＝Ｆ 0 ｃｏａｌ． 3 计算结果与分析 选取某氧化铝厂回转窑进行模拟计算‚其工况 条件列于表 2 ［17］． 表 2 回转窑模拟计算工况 Ｔａｂｌｅ2 Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｌ／ｍ ｒ1／ｍ 斜度／％ ω／（ｒａｄ·ｍｉｎ－1） Ｔｓ／℃ Ｗ0／％ Ｘ0 ＳｉＯ2／％ 空气系数 Ｐｓ／（ｔ·ｈ－1） Ｆ0 ｃｏａｌ／（ｋｇ·ｋｇ－1 物料 ） Ｔｇ／℃ η／％ 90 2∙25 3∙5 2 60 36∙18 10∙8 1∙23 59∙2 0∙156 960 65～75 模型数值求解过程‚包含了式 （7）、式 （8）两点 边值的常微分方程组与式 （9）、式 （10）非线性代数 方程组的耦合解算．求解两点边值常微分方程组数 值方法采用四阶龙格--库塔法 （Ｒ-Ｋ）与线性打靶 法 ［18］；料层能量方程中原项 Φｓ作线性处理；径向热 平衡非线性代数方程的解算方法采用牛顿法．计算 结果见图 2‚其中包含了回转窑内窑气、料层及窑体 内、外壁面轴向温度分布以及料浆中水分、ＳｉＯ2 组 分的质量分数变化曲线． Ｔｗ－窑内壁面温度；Ｔｇ－窑气温度；Ｔｓ－窑内料层温度；Ｔｋｗ－窑 外壁面温度；ＸＨ2Ｏ－料层中水的质量分数；ＸＳｉＯ2－料层中 ＳｉＯ2质 量分数 图 2 氧化铝回转窑内过程数值计算结果 Ｆｉｇ．2 Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅａｌｕｍｉｎａｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ 图 2表明：窑长 0～40ｍ范围内‚料层温度曲线 较平缓‚说明升温速度缓慢‚这主要是由于在这一段 以烘干过程为主‚料浆中水分蒸发吸收了大量热量 造成的；窑长 40～70ｍ范围内‚这一段以熟料高温 烧结过程为主‚由于烧结反应热需求占整个回转窑 热支出比例较小‚料层温度快速增加‚最高温度达到 1286℃‚熟料烧成 （当 ＸＳｉＯ2≤10 －3时 ）区域集中在窑 长 55～78ｍ区域范围内；窑长 78～90ｍ范围内‚属 于料层冷却带‚进入窑头的燃料和二次风被高温熟 料预热‚提高了燃烧温度‚窑内燃烧温度达 1389℃‚ 熟料排出温度为 1138℃．窑体内、外壁面轴向温度 分布随着料层与烟气温度分布而变化．窑体内壁面 温度分布受到料层温度影响较大‚变化趋势与料层 温度分布趋于一致；而外壁面轴向温度分布则相对 较为平缓．通过比较图 2中计算结果和测量值可看 出 ［17］‚窑外壁面温度分布的计算值与测量值基本 吻合． 料浆含水量是影响窑内热过程主要操作参数． 含碱料浆烘干实验研究指出 ［19］‚水的质量分数低于 20％时‚料浆的理化性能发生转变‚由黏性变为塑 性．为此‚在考察料浆含水量对回转窑热过程影响 的分析中‚以料浆中水的质量分数为 20％作为烧结 状态转变依据‚即此时回转窑运行工况可视为干法 烧结．在不改变其他参数条件下‚随含水量递减条 件下‚回转窑内烘干、烧结过程的变化状况计算结果 如图 3和图 4所示． 图 3 料浆含水量对料层温度、烘干过程的影响 Ｆｉｇ．3 Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｓｌｕｒｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｄｒ- ｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ 图 3和图 4计算表明‚其他工况不变‚当料浆中 水的质量分数递减至 20％时‚烘干过程在窑长 20ｍ 范围内基本完成‚相比原工况缩短了 50％‚同时料 层温度相比也提高近 200℃‚料层最高温度和熟料 出口温度也相应有所增加‚但提升幅度相对较小． 由于料层升温速度加快‚烧结反应在窑长 40～60ｍ 范围内基本完成‚相比原工况缩短了 15ｍ左右；同 时‚回转窑此时的排烟温度已升高到 400℃左右． 可见：随喷入料浆含水量的减少‚燃料燃烧最高温度 变化较小‚但窑气总体平均温度提高‚导致排烟热损 ·1604·