回转窑内的传热

1、回转窑内的传热在燃烧带内，火焰以辐射传热形式(包括对流传热)把火焰中的热量传递给表层物料，以传导传热形式把窑衬和窑皮吸收的热量传给与其接触的物料。前者传递的热量约占整个烧成带传热的90%，后者约占10%。这一带火焰温度最高(约1800)，燃料的燃烧产物中含有大量的CO2，同时含有大量的煤灰、细小熟料等固体颗粒及正在燃烧的灼热的焦炭粒子，且火焰具有一定的厚度，因此火焰具有较强辐射能力。所以在燃烧带内，主要是火焰向物料和窑壁进行辐射传热，其次也有对流和传导传热。首先分析高温火焰以辐射和对流方式传热给窑壁衬料，窑壁衬料随着窑的转动，有时被埋在物料之下，有时又暴露在火焰的周围，并直接接受火焰辐射和对流

2、传给的热量，使其温度升高。当被埋物料之下时，由于温度高于物料温度，并与物料接触，因此又以传导的方式将热量传给物料层的下表面。当暴露时再次受热、升温，随着窑的转动这样周而复始地将热量传给物料，因此窑壁衬料在传热过程中，起到蓄热体的作用。燃烧带内物料的受热情况是，在上表面接受火焰和对流传给的热量，使其温度升高，下表面接受窑壁村料传导传给的热量，使其温度升高。看起来物料层的中心温度似乎较低。但是由于窑的转动，物料不断上下翻动，物料层的温度基本趋于一致。要提高该带的传热速率，须设法提高火焰对窑衬和物料的辐射热量。假设把窑衬和物料视为一个封闭的圆筒形固体，其平均温度为，火焰的平均温度为，则火焰向固体壁面

3、的传热速率可用下式表示即 (6-45) （6-46）式中在假设条件下，火焰向窑衬和物料辐射传热速率，wm2； 火焰与固体壁面的导出黑度； 火焰的黑度； 窑内窑衬与物料的平均黑度。用式(6-41)计算传热速率的数值是困难的，不过通过该式可以大致分析影响该带传热速率的主要因素。(1)火焰的黑度在煤粉燃烧的火焰中，具有辐射能力的物质有三原子气体(CO2、H2O等)、固体颗粒(焦炭粒子、煤灰粒子及其悬浮状态的飞灰、熟料细粒等)的黑度。处于悬浮状态下固体颗粒的总体黑度，与其颗粒的大小在气体中的浓度和辐射的平均行程可用下式表示即 (523) （6-47）式中单位体积气体中粒子的数目，个/m3； 每个粒子的

4、截面积，m2 射线的平均行程，m。火焰的黑度可视为净气体黑度与固体粒子黑度的叠加，又因两部分的辐射相互干扰，应进行校正，因此火焰的黑度可用下式表示，即 （6-48）式中火焰中高温气体的黑度。由于固体粒子的黑度远大于气体，所以火焰的黑度主要决定于固体粒子的黑度。对于煤粉火焰来说，它与煤的种类、燃烧过程及是否向火焰中补充固体颗粒有关。火焰中固体粒子的来源，主要是挥发分分解生成的炭粒子和挥发分逸出后剩下的炭粒子。这些粒子随着燃烧过程的进行，其浓度在不断减少，致使沿火焰长度上火焰黑度有所不同。黑度的最大值一般在燃尽率处(见图6-101)，在该处灼热的粒子浓度最大，是辐射传热速率最高点，也是烧成带的最高

5、温度点，称为火焰的“热点”，是看火操作中要特别注意的地方。火焰中粒子浓度还与煤的性质有关。例如挥发分高的烟煤和挥发分低的贫煤相比较，前者焦炭化学反应能力较强，燃烧较快，火焰中焦炭粒子浓度减少较快；后者则相反，焦炭粒子减少较慢。因而在火焰的同一位置上两者焦炭粒于的浓度不同。火焰的黑度除与固体颗粒的浓度有关外，还与火焰厚度有关，也即与燃烧带直径有关，直径越大，火焰的黑度越大，辐射传热能力越强。当燃烧带挥发分较高的煤粉时，火焰黑度可达0.50.6。有人认为，对于4m以上的回转窑。火焰黑度可近似等于1。火焰的黑度还与固体颗粒的大小有关，颗粒越大(即面积越大)火焰黑度越大，因此回转窑用煤粉也不宜磨得过细

6、。(2)火焰的温度辐射传热速率随温度的四次方而变化，因此提高火焰温度可以很有效地提高辐射传热能力。但是火焰温度的提高，受到窑衬损坏温度的限制，不可能过高，新型干法窑内火焰温度一般在1800左右。(3)窑衬与物料的平均温度 窑衬的温度随着窑的转动，从脱离物料开始，接受火焰传给的热量，温度运渐升高，直至与物料再接触时，达到最高，埋入物料后，把热量以传导的方式传给物料，温度逐渐降低，到离开物料前降到最低(见图6-102)。如此周而复始循环，在一般正常情况下，其平均温度是不变的。此时衬料与物料的平均温度主要决定于物料上表面的温度。物料上表面温度，决定于物料截面上温度均匀性。由于物料上表面接受火焰辐射、

7、对流传热，温度较高，物料下表面接受衬料传导传热，温度也较高，而截面中心温度较低。如果物料的均匀性好，则物料上表面温度越低，接受的传热量越多。入窑后的物料由于重力作用沉积在窑的底部，形成堆积层，随窑的转动料粉开始运动，虽然这时窑尾烟气温度达1000以上，而料层内部的温度低于900，其分解反应将暂时停止。这是因为科层内部颗粒周围被CO2气膜所包裹，气膜又受上部料层的压力。因而使颗粒周围CO2的压力达到latm，料温在其平衡分解温度900以下是难以进行分解的。但处于料层表面的料粉仍能继续分解。 料粉颗粒受气流及窑壁的加热，温度达到900时，料层内部再进行分解反应，直到分解反应基本完成。由于入窑物料分

8、解率为9095，分解量大大减少，因此窑内分解区域大大缩小。回转窑传热分析图如图6-103所示。高温气体以辐射和对流的方式传热给衬料和物料表面(图中的和)，使温度升高，由于窑衬的温度高于物料温度，因此暴露在气体中的窑衬会以辐射的方式透气体传给物料上表面(图中的，这一点与燃烧带不同)，被埋在物料中的窑衬，则以传导的方式传热给物料(图中的)，同时整个窑衬还向外表面周围散失热量。假设气体以对流方式传给窑衬的热量和向周围散失热量近似相等()，根据窑衬的热平衡则有，即窑村吸收热量等于其传出的热量。窑衬在传热过程中实际起了一个蓄热器的作用，间接地把气体热量传给物料，因此若设法提高村料的蓄热能力对传热是有利的。由图也看出，窑内物料获得的热量来自四个方面，即 (6-49)这些热量的大小，除了与它们温度差、传热系数大小有关，传热面积是一个主要的因素。由于物料在窑内的填充系数很小，气体及窑衬与物料接触面积很小，分解带传热能力较差是关键所在。分解带物料传热温差过小，是由于物料堆积在窑筒体的斜下方，窑村表面比烧成带要光滑得多，