回转窑内物料运动与传热特性分析

论文摘要

石油焦煅烧是预焙阳极和石墨制品生产的主要工序之一。煅烧石油焦是通过在回转窑里的高温加热,排除其中的水分和挥发份,提高碳质原料的密度、导电性、机械强度及化学稳定性。回转窑煅烧石油焦具有产能大,投资少,对原料的适应性较广,产品质量容易控制,易于实现生产过程的自动化控制等优点。目前国内较大型的生产工厂均采用回转窑作为石油焦的煅烧设备。煅烧质量的好坏直接影响产品的质量,如何提高石油焦在回转窑内的煅烧质量问题,越来越受关注。因此,为提高石油焦煅烧质量和煅烧过程热效率,本文通过对回转窑横截面内颗粒运动与传热过程进行数值分析与模拟及简单的惰性物料加热试验,对影响窑内颗粒混合及其传热的各项因素进行了分析。本文以分析回转窑横截面内颗粒流动特性为基础,结合颗粒流相关理论及其解法的分析,对加拿大卑诗大学A.A.Boateng教授所建立的回转窑床态特性分析模型进行分析,并将此模型应用在直径为0.2~2.5m四个不等的工业窑炉横截面床态特性分析中,分别计算得到了不同窑型在不同转速条件下的表面活动层厚度及不同厚度处的颗粒流流速分布。其次,在对国内国际相关研究进行综述的基础上,针对对回转窑内传热途径、各个环节传热机理特征及料床内的颗粒传热特性进行了分析计算,着重探讨了筒体回转对各项传热系数的影响,对窑内高温条件下的传热过程有了更深层次的了解。最后,在热态实验台架上进行初步的传热分析,如在不同加热温度下的在不同转速条件下出料量出料温度分析、各稳态工况外壁面温度分布、稳态工况下窑壁温度与窑内物料温度分布解析及出口10cm处料床表面温度分布等,对该台架的传热特性有了深入的认识,并为下一步实施石油焦在该台架的热解实验进行了初步的准备工作。传输和传热特征研究显示:作为一个慢加热速率的反应器,但回转窑反应器具有广泛的进料适应性及良好物料混合特征等特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 石油焦概述
• 1.2 石油焦煅烧过程概述
• 1.3 问题的提出及研究意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本课题的研究任务和内容
• 2 回转窑横截面内的料床床态特性
• 2.1 回转窑料床
• 2.2 回转窑横截面内床态分析
• 2.3 滚落床态（Rolling）
• 2.4 横截面内料床流动行为的实验研究
• 2.5 滚落状态下回转窑活动层内颗粒流速度与深度
• 2.6 本章小结
• 3 物料颗粒在回转窑横截面内的运动特性模拟
• 3.1 颗粒流
• 3.2 A.A. Boateng 模型描述
• 3.3 模拟计算结果
• 3.4 本章小结
• 4 回转窑横截面内传热特性分析
• 4.1 回转窑内的传热模式和途径
• 4.2 回转窑内各对流和辐射换热系数
• 4.3 料床复合导热系数
• 4.4 本章小结
• 5 外热式回转窑传热特性实验研究
• 5.1 实验过程
• 5.2 数据分析
• 5.3 外热式回转窑一维传热模型验证
• 5.4 回转窑床态划分及轴向不同位置处活动层厚度计算
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结及对后续工作的建议
• 6.1 全文总结
• 6.2 对后续工作的建议
• 致谢
• 参考文献