氧化铝回转窑喷雾干燥塔的数值仿真.pdf

有色金属(冶炼部分)(http://ysyl.bgrimm.cn)
2011年9期
DO1:10.3969/j.iss.1007-7545.2011.09.005
氧化铝回转窑喷雾干燥塔的数值仿真
罗宗山
(长沙有色冶金设计研究院,长沙410011)
摘要:建立了氧化铝回转窑喷雾干燥塔的3D数值模型,应用CFD商业软件 luent对其进行仿真计算。分
析了塔内部温度、速度的分布及颗粒运动轨道与干燥速率。结果表明,于燥塔温度和速度分布较为合理,
干燥带集中发生在中上部;塔内液滴的干燥速度较快,干燥塔的设计能够满足工艺的要求。实际工业应用
表明,该工艺不但能降低建筑成本,也能够节约回转窑能耗
关键词:氧化铝;回转窑;喷雾干燥;烧结; Fluent数值仿真
中图分类号:TF821文献标识码
文章编号:1007-7545(2011)09-0018-04
Numerical Simulation of Spray Dryer Tower in Alumina
Rotary Kiln Sintering
LUO Z
(Changsha Engineering and Research Institute of Nonferrous Metallurgy, Changsha 410011, China)
Abstract: A 3-dimensional numerical model of spray dryer tower was built with the use of the CFD package Fluent
The distributions of temperature, velocity, particles tracks and drying speed inside the tower were anal yzed. The
results show that the distributions of temperature and velocity fields inside the tower are applicable, and the main
drying area is on the top of the tower where the drying speed of liquid droplet is very iast. Industrial applications
show that this technology can reduce the construction cost of rotary kiln and energy consumption
Key words: Alumina; Rotary kiln; Spray dryer; Sintering; Fluent numerical simulation
烧结法和烧结一拜尔混联法常采用的设备是回缩短回转審的长度,减少回转窑辐射散热,并能充分
转窑,投资占车间很大比例。目前的回转密工艺会带利用尾气中的热量。其主要流程如图1所示。
来一些问题:当回转窑内热交换不完全时,处理湿生
本文对一种氧化铝熟料回转審容外喷雾于燥
料的热效率低;当气流与物料间的热交换不完全时,艺流程中的关键设备一干燥塔建立数学模型,并应用
物料在窑内停留时间会变长,从而导致窑身要变长, Fluent商业软件进行仿真计算,分析了温度、速度及
窑的单位产能较低,而进一步加大窑的尺寸和功率不颗粒轨迹的分布。
但会增加设备投资,能耗相应会变大,而且未必能取
到很好作用12
千燥塔仿真模型
窑外喷雾干燥烧结工艺改变了回转窑的加料方
物理模型
式·,通过使用圆盘给料机来实现回转密的加料,取
在容外喷雾烧结法中,干燥塔的作用是将料浆干
代了传统回转窑的生料浆喷雾加料方式。如此可将燥成细小颗粒。氧化铝料浆在常温条件下,以1
回转窑中的物料喷雾干燥带省去,只将干燥颗粒经过2.0MPa的压力经过喷嘴并雾化成细小液滴,液滴再
预热便可进行烧结,可以避免喷雾干燥的一些弊端,以高速进入干燥塔中,在干燥塔顶部,热空气(400℃
基金项目;国家自然科学基金重点项T(60634020);国家自然科学基金面上项目(50874020)
作者简介:罗宗山(1978-),男,工程师
2011年9期
有色金属(治炼部分)(http://ysyl.bgrimm.cn)
合格生料浆
锅炉房
热空气」
喷枪
排空
多干收尘系统
提升机
干料仓
圆盘输料机」[粉煤仓
溶定尾水气「回转」「项
送溶出
图1回转容窑外喷雾干燥烧结工艺流程
图3喷雾干燥塔网格图
Fig 1 Flowchart of proposed rotary
Fig 3 Grid chart of spray drying tower
n sintering
构成3-的
左右)以16m/s左右的速度进入干燥塔,二者在干燥1.3模型求解
中相遇,液滴经高温气体的加热,水分被蒸发,被于燥
在三维 Euler坐标系下采用标准k-e双方程模
的固态颗粒由干燥塔底部排出,其物理原理如图2所型求解动量、能量方程;在 Lagrange坐标系下采用
Flunet软件中的DPM模型和随机轨道理论追踪喷
干燥塔的物理模型基本参数为:干燥塔高度雾液滴的运动;采用PSIC( Particle Source in Cel1l
16.6m;干燥塔直径8m;热空气入口直径2m;废气算法耦合计算连续相干燥气体和离散相喷雾液滴间
出口直径1.25m;固体出口尺寸0.5m
动量、能量和组分;差分方程的求解采用 SIMPLEC
在应用 Fluent进行仿真前,须针对实际的物理算法。
模型建立几何模型,本文应用 Gambit软件建立的干
本文的流场硏究做如下假设:1)忽略任何形式
燥塔的3D几何模型并进行网格划分,最终的非结构的外界扰动,整个喷雾干燥塔壁均匀绝热,对流热交
型网格包含86426个节点,478867个单元,944395换仅在烟气与氧化铝料浆液滴之间进行;2)气流流
个面(图3)。
动过程中,忽略粘性力及重力的影响;3)流体为不可
Exhaust gas
压缩流;4)氧化铝料浆液滴在喷嘴出口处浓度分布
rotary kiln
Solid particle
均匀,愆略液滴之间的相互摩擦和碰撞;5)氧化铝料
Tower wall
浆液滴碰壁即贴壁流下,不再对气相造成影响。
2千燥塔仿真结果及讨论
waste gas
本文在应用 Fluent求解时,采用控制容积法求
解各控制方程,程序在每次总迭代中会对每个自由
度进行收敛测量。能量方程收敛标准为10-6,其余
为10~3。仿真计算中各自由度的收敛测量均能小
于103,计算结果基本满足分析精度,可以认为达
到收敛标准。
图2喷雾干燥塔原理图
根据现场的操作数据,我们设定参数值为:进口
Fig 2 Principle schematic of spray drying tower
料浆压力1.6MPa、进口热风温度650K和进口热
风速度16m/s。通过对上述工艺条件进行数值仿
1.2数学求解模型
真计算,得到干燥塔内部传热和传质状况如图4~
千燥塔内气体和液滴的流动过程控制方程可由所示。图4a显示干