回转窑多种工况模拟仿真的研究.pdf

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1、第27卷第1期有色矿冶Vol_27．№12011年2月NoN—FigRR0USMⅡNGANDMETALLURGYFebruary2011文章编号：1007—967X(2011)Ol一0025一o4回转窑多种工况模拟仿真韵研究支4吉，支0牙q，史玉娟(1．东北大学设计研究院有限公司，辽宁沈阳110013；2．辽宁高科节能热电设计研究院，辽宁沈阳110141)摘要：借助流体力学计算软件对不同结构参数和操作参数的回转窑窑内的热工况进行模拟，通过模拟结果可以了解窑内的燃烧状况、温度分布、气流速度分布以及氧和可燃成分的浓度分布，为回转窑的优化设计提供重要依据。关键词：回转窑；模拟仿真；多

2、种工况中图分类号：TF355．1文献标识码：A内温度更趋于平均，更有利于煅烧质量的提高。1前言本文主要是借助流体力学计算软件对回转窑窑内热工况的不同结构参数和操作参数进行模拟，其中对回转窑进行数值模拟的目的是在炭素煅烧回转窑热工测试的基础上，创建合适的数学物理模型并求解，促进回转窑热工数值模拟研究的发展；通过模拟结果可以了解窑内的燃烧状况、温度分布、气流速度分布以及氧和可燃成分的浓度分布，为回转窑的优化设计提供重要依据；对回转窑操作参数和结构进行改变后的窑内工况进行数值模拟，求得最佳供图1炭素回转窑的基本物理模型风位置以及供风量；考察优化后的窑内工况，在保证产量和质量的前提下，

3、寻求节能途径。3炭素回转窑模型网格的划分整个模拟主要分为三个过程¨：首先对所研究一般来说，数值计算对网格的生成有贴体性、光的回转窑建立几何模型；第二，对求解区域进行网格划分，确定边界条件类型；第三，运用模拟软件进行滑性、合理的疏密分布和正交性的要求[2]。本文为了提高计算精度、保证模拟的效果，回转模拟计算；第四，对于模拟结果进行比较分析。窑模型的网格划分是采用结构化与非结构化相结合2建立炭素回转窑的几何物理模型的方式来进行网格划分的，并对风管区域的网格进建立炭素回转窑的三维结构模型(如图1)，回行了适当的加密，最终网格数为30．1万。转窑模型的基本参数为：4炭素回转窑数学模型的

4、假设条件和窑长：55000mm；窑内径：2300mm；物料厚度：主要控制方程306mm；烟气出口直径：1500mm；一次风进口：200×200mm；二、三次风管内径：170mm。在建立其热工过程的数学模型时，根据回转窑传统的送风方式如图1所示，优点是送风管道的工作特点进行如下假设：布置方便，但回转过程中造成偏心，且高温区集中对(1)假设回转窑的工作过程处于连续、稳定状窑内衬的破坏较为严重；若采用风管分方向送风，即态，即窑内的热工过程视为稳态。将风管分散到窑体的圆周上，就回转窑在回转过程(2)假设物料均匀平铺，且恒处于窑体底部。中的偏心问题可以得到适当的解决，由于送风方向(3)由

5、于物料在窑体内的运动非常复杂，为简的变化使得窑内空气与挥发分的混合更为充分，窑化模型而忽略窑体的转动。收稿日期：2OLO一12—16作者简介：刘吉(198O一)，男，硕士，工程师，从事有色冶金工艺设计工作。有色矿冶第27卷(4)忽略窑体外壁散热损失和窑内衬的传热。(5)假设物料挥发分全部挥发，且与温度成一窑头三二兰二二二二====三二二二兰二二二耋二二二二二二]窑尾定的函数关系(挥发分及其物料的温度在以下的模—／＼二次风管道拟计算过程中采用自定义函数的方法进行设定)。图2回转窑模型风管位置示意图(6)假设物料的炭质烧损为5％。基于上述假设条件，回转窑窑内气体流动、燃烧及传热等热

6、工过程均可用基于守恒定律的微分方程进行描述，主要控制方程为连续性方程、动量方图3回转窑工况8的物理模型程、能量方程、标准k—s湍流模型、组分方程和辐射模型。7多工况模拟结果的对比与分析5回转窑模型的边界类型7．1多工况窑内温度场分析图4为回转窑模拟工况1、工况2和工况3下沿进风口：包括一次风、二次风和三次风入口，选窑长方向平均温度的曲线对比图。由图可以比较取速度入口边界类型，适用于不可压缩性流动问题。出，工况1窑头烟气温度较工况2、3要高些，煅烧带烟气出口：选择压力出口边界类型，该边界条件温度高且集中；工况2窑头处的温度梯度大，工况2只能用于模拟亚音速流动，给定流动出口边界上的

7、的煅烧带温度与工况1时相当，但相对工况1要集静压。中些；工况3窑头处的温度梯度大，并且由于风管间挥发分气体及烧损的固定碳人口：选择质量人距加大，使得煅烧带温度偏低。口边界条件，给定人口边界上的质量流量，且挥发分的析出量和析出温度采用自定义函数进行处理。壁面边界：采用无滑移固壁条件即固体表面上流体的速度和紊流参数为零，在近壁面区采用标准一一壁面函数法。赠6回转窑的模拟仿真工况通过对实际回转窑模拟工况的分析可知，对于一3O一2O-100102030窑内的热工工况影响较大的条件有空气消耗系数、长度