冶金粉尘灰压球烘干特性及链式烘干机干燥数值模拟研究

发布时间：2020-07-02 16:17

【摘要】：含碳球团转底炉直接还原工艺是目前处理冶金粉尘较为合理的技术,而干燥是球团进入转底炉还原前必不可少的环节,球团的干燥过程直接影响球团的质量和产量,同时,干燥过程是球团生产的主要耗能环节,因此,改善球团的干燥过程有利于实现球团生产过程的节能降耗,提高产品的产量和质量。本文采用实验与数值模拟相结合的手段,研究球团干燥特性及链式烘干机干燥工艺的影响因素,对球团链式烘干机的设计、调试及生产均具有实际意义。以某厂冶金粉尘灰含碳球团为研究对象,建立单个含碳球团干燥过程数学模型。在模型中考虑了球团干燥过程中传热、传质、孔隙率和物性参数的变化,并搭建了含碳球团干燥实验平台,实验中测定了含碳球团的失重变化,实验结果和模型计算吻合较好,说明建立的单球模型是可靠的。计算结果表明:球团干燥特性表现为:球团干燥过程主要分为升速干燥和降速干燥两个阶段,没有出现恒速干燥阶段,且升速干燥阶段较短。同时分析了风温、风速、球团含湿量、球团直径等对球团干燥的影响,发现风温、风速对于球团的干燥影响较大,风温越高,球团干燥速率越大,干燥时间越短,风温由150℃提高到250℃,干燥时间缩短近一半,风温在200℃以上,风速超过1m/s时,球团干燥效果较好;而球团直径和湿含量虽然也影响干燥过程,但效果不明显。因此,实际干燥过程一般通过调节风速和风温来缩短干燥时间,提高干燥效率。以单个含碳球团干燥数学模型为基础,建立了链式烘干机干燥过程的多料层数学模型。在模型中不仅考虑了含碳球团干燥过程的传热、传质、孔隙率和物性参数的变化,还考虑了机速以及球团层之间水分的凝结、热量的耗散等因素。控制方程的离散采用隐式差分法,离散方程的求解采用交替方向隐式算法,并利用球团厂提供的实际生产数据对模型进行了验证,结果表明:各段中模拟值与生产检测值之间的最大误差不超过10%,说明模型适用于生产实际。对链式烘干机模型求解表明:鼓风段中,料层温度随着其高度的增加而减小,湿度则随着高度的减小而逐渐减小;抽风段中,料层温度随高度的增加而增大,湿度则随着料层高度的增加而逐渐减小,至抽风段结束时,基本完成了干燥的任务。并对干燥过程的风温、风速以及链式烘干机篦床移动速度等参数进行了优化,优化后鼓风段的球团温度与优化前较为接近,而抽风段球团温度升高53K,干燥速率提高了12.5%。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF046.6
【图文】：

干燥速率曲线,球团

这一过程分为三个阶段，如图1.2 所示。第Ⅰ阶段，当含有大量水分的球团与干燥介质接触时，介质通过球团表面的边界层把热传递给球团，球团表面温度上升，球团内水分蒸发，蒸发速率随表面温度升高而加快。热量转移与水分蒸发达到平衡时，球团表面温度保持定值。第Ⅱ阶段。干燥的水分在球团表面均匀蒸发，球团内部水分在毛细力作用下向球团表面扩散，这一阶段的干燥速度保持不变。第Ⅲ阶段，当球团表面的干燥速度大于球团内部水分向外扩散的速度时，干燥前沿(蒸发面)便向球团内部迁移。这时产生的水蒸气要穿过干燥的毛细孔才能逃到球团表面。因此随干燥前沿的向内推移，这一阶段的干燥速度不断下降，直到毛细水蒸发完毕。当球团的湿含量下降到平衡水分时，干燥过程结束。图 1.2 干燥速率曲线[23]Fig. 1.2 The drying rate curve球团在干燥过程受表面气化和内部扩散控制，球团的干燥速度往往受较慢的速度所控制。表面汽化控制是指干燥时，水分在球团表面蒸发的同时，球团内部的水分能迅速地扩散到球团表面，使表面保持潮湿，干燥速度就取决于球团表面上水分汽化的速度。在表面汽化控制阶段，干燥介质的热量通过球团表面边界层传导给球团，蒸发的水蒸汽透过边界层到达干燥介质中，只要球团表面保持足够的潮湿，蒸发的速度就可按一般的水面汽化计算。这时干燥速度只受干燥介质的温度、流速以及球团湿含量的影响，而与物料本身无关[39]。内部扩散就是球团中的水分通过扩散渗透作用和毛细管作用，由球团内部迁移到球团表面。所谓内部扩散控制是指干燥时，内部扩散速度较表面汽化速度小，干燥速度由内部扩散速度所决定，球团表面水分蒸发后，内部水分不能及时到达球团表面，表面出现干壳，蒸发面移向球团内部。干燥速度受物料

烘干机,链式,结构示意图,料层

1 绪论干燥时间较长，在整个干燥过程中工艺操作条件(如干燥介质流速、温度及湿度等)能保持恒定的场合。链式烘干机由若干个相互独立的干燥室构成，每个干燥室是一个独立控制的加热箱体，在生产中通过对每个单元的干燥室进行控制，从而使整个干燥过程处于一个稳定的工作状态，在工业生产中为提高生产效率一般采用厚料层操作，其料层厚度一般在 150~200mm，而在生产中，一般通过从上而下抽风操作进行干燥，在抽风时，由于料层较高，抽风操作会造成下层料水分增加，使料层过湿，在干燥时，会导致球团粉化严重，甚至严重时会造成料层塌陷，因此在工业生产中，一般在抽风干燥段前加上一段鼓风干燥，对下层球团水分进行预干燥，从而减少料层粉化。本文以某厂链式烘干机为原型进行建模分析，其中机宽 2.4 米，长 28.9米(有效长度 24 米)，其中鼓风干燥段 9m，抽风干燥段 15m，料层高度 200mm。

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