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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.08.014 第30卷第8期 北京科技大学学报 Vol.30 No.8 2008年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2008 新型氧化铝矿浆烧成炉内热过程的数值模拟 娄东明)冯俊小2) 刘向军)孙培梅) 1)中国矿业大学化学与环境工程学院，北京1000832)北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要在了解氧化铝矿浆干燥，烧成工艺及设备的基础上，针对中国铝业股份有限公司中州分公司开发的一种新的氧化铝 矿浆干燥和烧成炉，建立了矿浆干燥、烧成炉内气固两相流的流动传热以及烧成过程的数学模型，就干燥、烧成炉运行参数及 各几何参数进行优化计算，得出了炉内气固两相流动的速度场、温度场、压力场以及颗粒干燥和烧成反应时间，并分析讨论了 喷口位置、喷口速度、颗粒雾化粒径等参数对氧化铝矿浆干燥、烧成工艺的影响 关键词氧化铝：矿浆；喷雾干燥：烧成炉；数值模拟 分类号TF821 Numerical simulation of the thermal process in a new type of aluminum oxide ore pulp calcination furnace LOU Dongming,FENG Junxiao,LIU Xiangjun2).SUN Peimei) 1)School of Chemical and Environmental Engineering.China University of Mining and Technology,Beijing 100083.China 2)School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACI On the basis of the masteries for the aluminum oxide ore pulp drying and calcination.a mathematical model was devel- oped for simulating the process of heat transfer and the calcination of two-phase flow in a new type furnace designed by Zhongzhou Branch Company,China Aluminium Corporation Limited.The fields of velocity.temperature and pressure of the two"phase flow and the reaction time were gained by optimizing calculation under the condition of different operational parameters and geometric parame- ters.The effect of vent position.velocity and atomization particle diameter on the drying and calcination technology of aluminum ox- ide ore pulp was discussed. KEY WORDS aluminum oxide:ore pulp:pulverization drying:calcination furnace:numerical simulation 目前，国内外氧化铝矿浆干燥烧成工艺主要有 氧化铝矿浆干燥、烧成过程进行了大量理论和实验 回转窑和流态化焙烧两种山，回转窑结构简单，维 研究，对其结构和工艺参数作了优化改进，为该技术 护方便，设备标准化，产品破碎率低，但热效率低，投 的工业应用提供了理论依据和技术支持 资大，窑衬的磨损使产品中SiO2含量增加，直接影 1新型氧化铝干燥烧成装置及工艺过程 响成品质量2).流态化法有沸腾闪速煅烧和循环 沸腾煅烧两种，具有热耗低，产能高，维修费用少，占 新型矿浆干燥、烧成装置主要由热烟气发生炉、 地面积小，产品质量好等优点，已逐渐取代回转窑煅 烧成段和干燥段组成，燃料采用发生炉煤气，设计干 烧5- 燥和烧成能力为1~1.5th1.设备的构成、工艺布 中国铝业股份有限公司中州分公司科技人员在 置及其基本尺寸如图1所示，氧化铝矿浆干燥和烧 吸收国内外先进技术的基础上，经过潜心研究，开发 成过程主要分为原料制备、矿浆输送、雾化干燥、反 出了一种氧化铝矿浆干燥和烧成新工艺，并且建成 应烧成等过程，工艺流程见图2. 了新型的矿浆干燥、烧成实验炉，本文对实验炉内 收稿日期：2007-07-01修回日期：2007-10-05 作者简介：娄东明(1965一)，男，博士研究生：孙培梅(1945一)，女，教授，博士生导师，E-mail:spm1688@eyou-com新型氧化铝矿浆烧成炉内热过程的数值模拟 娄东明1） 冯俊小2） 刘向军2） 孙培梅1） 1） 中国矿业大学化学与环境工程学院北京100083 2） 北京科技大学机械工程学院北京100083 摘 要 在了解氧化铝矿浆干燥、烧成工艺及设备的基础上针对中国铝业股份有限公司中州分公司开发的一种新的氧化铝 矿浆干燥和烧成炉建立了矿浆干燥、烧成炉内气固两相流的流动传热以及烧成过程的数学模型就干燥、烧成炉运行参数及 各几何参数进行优化计算得出了炉内气固两相流动的速度场、温度场、压力场以及颗粒干燥和烧成反应时间并分析讨论了 喷口位置、喷口速度、颗粒雾化粒径等参数对氧化铝矿浆干燥、烧成工艺的影响． 关键词 氧化铝；矿浆；喷雾干燥；烧成炉；数值模拟 分类号 TF821 Numerical simulation of the thermal process in a new type of aluminum oxide ore pulp calcination furnace LOU Dongming 1）FENG Junxiao 2）LIU Xiangjun 2）SUN Peimei 1） 1） School of Chemical and Environmental EngineeringChina University of Mining and TechnologyBeijing100083China 2） School of Mechanical EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT On the basis of the masteries for the aluminum oxide ore pulp drying and calcinationa mathematical model was developed for simulating the process of heat transfer and the calcination of two-phase flow in a new type furnace designed by Zhongzhou Branch CompanyChina Aluminium Corporation Limited．T he fields of velocitytemperature and pressure of the two-phase flow and the reaction time were gained by optimizing calculation under the condition of different operational parameters and geometric parameters．T he effect of vent positionvelocity and atomization particle diameter on the drying and calcination technology of aluminum oxide ore pulp was discussed． KEY WORDS aluminum oxide；ore pulp；pulverization drying；calcination furnace；numerical simulation 收稿日期：2007-07-01 修回日期：2007-10-05 作者简介：娄东明（1965—）男博士研究生；孙培梅（1945—）女教授博士生导师E-mail：spm1688＠eyou．com 目前国内外氧化铝矿浆干燥烧成工艺主要有 回转窑和流态化焙烧两种［1］．回转窑结构简单维 护方便设备标准化产品破碎率低但热效率低投 资大窑衬的磨损使产品中 SiO2 含量增加直接影 响成品质量［2—4］．流态化法有沸腾闪速煅烧和循环 沸腾煅烧两种具有热耗低产能高维修费用少占 地面积小产品质量好等优点已逐渐取代回转窑煅 烧［5—7］． 中国铝业股份有限公司中州分公司科技人员在 吸收国内外先进技术的基础上经过潜心研究开发 出了一种氧化铝矿浆干燥和烧成新工艺并且建成 了新型的矿浆干燥、烧成实验炉．本文对实验炉内 氧化铝矿浆干燥、烧成过程进行了大量理论和实验 研究对其结构和工艺参数作了优化改进为该技术 的工业应用提供了理论依据和技术支持． 1 新型氧化铝干燥烧成装置及工艺过程 新型矿浆干燥、烧成装置主要由热烟气发生炉、 烧成段和干燥段组成燃料采用发生炉煤气设计干 燥和烧成能力为1～1∙5t·h —1．设备的构成、工艺布 置及其基本尺寸如图1所示．氧化铝矿浆干燥和烧 成过程主要分为原料制备、矿浆输送、雾化干燥、反 应烧成等过程工艺流程见图2． 第30卷 第8期 2008年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．8 Aug．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．08．014