镁冶金白云石煅烧振荡式均匀加热U型窑的开发.docx

2012年4月第2期任玲等：镁冶金白云石煅烧振荡式均匀加热U型窑的开发·51·

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镁冶金白云石煅烧振荡式均匀加热U型窑的开发

任玲，夏德宏，赵恒

(北京科技大学热能工程系，北京100083)

[摘要]针对目前镁冶金过程中白云石煅烧时物料煅烧不均匀、热利用率低的问题，结合振荡加热的特点，开发了一种通用型均匀透烧白云石的煅烧设备——双窑筒U型煅烧窑，以弥补传统竖窑和回转窑的不足。采用FLUENT软件对U型窑内流动、传热、燃烧过程进行数值模拟，结果表明U型窑内气体流动均匀，温度分布均匀，有利于白云石物料的均匀煅烧。基于以上研究，设计开发了处理量为300t/d的白云石U型煅烧窑，确定了窑结构及供热形式。

[关键词]镁冶金；白云石；煅烧；U型煅烧窑；振荡加热；均匀加热

[中图分类号]TF822[文献标识码]B[文章编号]1672-6103(2012)02-0051-05

近年来，全球对金属镁的需求量逐年增加。我国为镁生产和出口大国，目前镁的工业生产主要以硅热法为主。在硅热法炼镁中，白云石的煅烧是非常重要的环节，其决定着煅白的质量，将直接影响镁的还原率。而目前白云石煅烧过程中存在着物料煅烧温度不均匀，从而导致物料表面过烧而内部欠烧的问题1-2,其根本原因是没有合理的煅烧加热工艺以及保证加热工艺得以顺利实施的煅烧设备，因此开发新型均匀煅烧白云石的工艺及设备对镁冶炼工业的发展意义重大。

白云石采用不同的设备煅烧，其效果差异较大P3-5。当前煅烧白云石的设备主要有回转窑和竖窑等，回转窑虽能满足白云石对各种煅烧条件的要求，但运营成本较高，热利用率较低；竖窑虽投资少、燃料消耗低，但煅烧温度不均匀，煅白活性低，大大影响了还原工艺中镁的产出率6。因此，开发一种既能保证白云石均匀煅烧，又能达到节能效果的白云石煅烧设备，是目前镁工业发展的迫切需要。

本文开发了一种均匀煅烧白云石的设备——U

[作者简介]任玲(1977一),女，内蒙古赤峰人，博士，讲师，研究方向为热物理传输过程中的理论与实践。

[收稿日期]2011-09-13[修订日期]2011-12-08

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助(No.FRF-AS-10

型窑，采用FLUENT软件对炉内流动、传热和燃烧过程进行数值模拟，对U型窑均匀煅烧白云石的可行性进行分析，并实例开发了处理量为300t/d的白云石U型煅烧窑。

1U型煅烧窑的设计

结合振荡式加热工艺具有对物料均匀加热的特点，开发了能够保证振荡式加热工艺实现的通用型均匀透烧白云石的煅烧设备——U型窑，其工作原理如图1。

燃烧气体—

燃烧气体—燃烧区一

窑筒

窑筒2食

预热区

食食

废气

冷却区一

余

冷却区

-冷却空气

图1U型窑工作原理示意图

该煅烧窑采用双窑筒设计，窑筒截面为矩形，窑筒1和2内装有预煅烧的白云石原料。气体燃料通入到其中一个窑筒内，将窑筒1定义为燃烧筒，窑筒2被定义为非燃烧筒。燃料从窑筒1顶端喷入，并均

·52·中国有色冶金A卷生产实践篇·设备及自动化

匀分布在窑筒的横截面上。高温气体从窑筒顶部经过燃烧区直接与煅烧原料接触，到达底部后通过连接通道从燃烧筒进入非燃烧筒，以相反的方向流动，在非燃烧筒内将热量传递给原料层，甚至能够轻微地煅烧原料。在窑筒2中，高温气体在预热区内预热原料层，为下一个燃烧循环做准备。

一个窑筒从燃烧模式到非燃烧模式的循环形成一个换向周期。燃烧模式相当于振荡加热的加热阶段，非燃烧模式相当于振荡加热的均热阶段。这样通过改变气体进口流向，即供风和供燃料由径向供给改进为竖向供给，燃烧后高温气体与物料在炉内对流换热，并经过2个窑筒交替工作，有效地利用了振荡式加热工艺，理论上能够减小物料截面的温度梯度，实现白云石的均匀透烧，同时也从根本上突破了竖窑直径大型化的限制。下面对U型窑内的流动、传热情况进行模拟分析，以验证U型窑结构的合理性。

2U型窑的数值模拟

以图1所示的U型窑为原型，构造流场区域的几何模型如图2。模型总高8m,两个炉身截面均为2.2m×1.6m;空气进口设在窑筒顶端，尺寸为0.6mx0.4m;在空气进口的一周设置12个煤气进口，通过喷嘴深入到窑筒内部，煤气进口直径为0.1m。

图2物理模型

炉内的网格划分采用结构网格和非结构网格相结合，如图3所示，坐标原点取在窑体底部圆心。

假设白云石颗粒为圆球形，忽略由于温度变化而引起的颗粒密度、粒