回转干燥窑是有色冶金工厂广泛使用的一种
热工设备。有色冶金过程中,各种物料如精矿、熔剂、固体燃料、各种渣料等等,往往需要干燥后才能入炉,干燥物料的主要设备就是回转干燥窑。
工作过程
回转干燥窑在冶金行业中应用最为广泛,问世已逾百年,尤其在
有色金属生产中占有重要的地位,用来对矿石、精矿、中间产物进行加热脱水处理。我国是世界上使用回转干燥窑数量最多的国家之一,回转干燥窑与其它干燥设备相比,具有许多优点:生产能力大,可连续操作;结构简单,操作方便;故障少,维修费用低;适用范围广,流体阻力小,可以用它干燥颗粒状物料,对于那些附着性大的也很有利,但其使用过程中的高能耗一直是困扰企业的难题。
回转干燥炉由一套传动装置通过小齿轮带动一个直筒上的大齿轮,使之不停地转动,而简体是由两组或更多组托轮支撑,物料从筒体一端进入,从另一端排出,由窑头供给热量或供给白热所需的空气,从而完成干燥或冶炼过程。由于窑内完成的过程不同,处理数量大小不等、窑体的直径和长度差异极大。
回转干燥窑是一个加热设备,燃料及助燃用的一次空气(一般占空气总量的15%-30%)通过窑头烧嘴送入燃烧室,形成高温火焰,放出大量的热量,故燃烧室与窑体之间还有混合室,助燃用的二次空气由冷却筒进入混合室。产生的高温烟气作为干燥物料的热源,通过排风机的抽引成旋转风,沿着回转筒体流动。排出的废气经过收尘净化后排至大气中。为了防止灰尘,回转干燥窑通常在负压下操作。气体在窑内流动时,伴随着燃料的燃烧、物料的干燥,气体的温度、压力和组成都随时在变化。
干燥过程
一般来说干燥可分为两个阶段.即常速干燥阶段和阵速干燥阶段。对于常速干燥阶段.当物料吸水达到饱和时,全部颗粒表面都被湿润.干燥速率取决于表面汽化的速率,即取决于干燥介质的性质(温度、湿度等),而与湿物料性质关系较小。而降速干燥阶段,物料内部水分向表面迁移的速率低于物料表面水分的汽化速率.汽化移向固态内部,此时干燥速率主要取决于物料特性。
根据keey等人的研究,干燥速率和物料含水量近似成比例。krevelen试验证实物料温度对干燥速率有重要影响(近似为三次方关系).通过一系列合理简化后,逆流型回转干燥窑可用一个具有分裂边界条件的四联立非线性
双曲型偏微分方程描述,通过对此PDES数字仿真表明,物料在窑内的状态呈现三个典型区域,热带、干燥带和加热带。
分类
根据传热方法
1.直接传热式
适用于被干燥物料对高温不敏感及不怕烟尘污染的情况。其特点是烟气与被烘干的物料直接接触,热效率高,流体阻力小。
2.间接传热式
适用于被干燥物料对高温气体敏感或怕烟尘污染,或易扬尘的粉状物料的烘干。其特点是烟气与物料不直接接触,传热效率及烘干效率比较低,己经很少使用。
3.复合传热式
适用于不能与高温气体接触,不怕污染的烘干。其特点是高温烟气不与物料相接触,温度降低后的烟气则与物料直接接触,热效率介于上述二者之间,流体阻力较大。
按干燥窑内物料与气体的流动方向
1.顺流式
物料与气流的运动方向一致,物料与烟气由同一端进入回转干燥窑窑体内,含水分较多的物料与温度高、湿度低的气体首先接触,此时物料温度很快上升到气体的湿球温度,而烟气与物料表面水汽的浓度差较大。由于两者温差较大,热交换急剧,所以干燥的速度很快。随着物料和烟气在窑内不断前进,干燥不断进行,物料的水分会逐渐减少,同时温度会逐渐升高,而烟气的温度会逐渐降低,同时湿度会逐渐升高。
2.逆流式
物料与气流在窑内的运动方向相反,湿物料和高温低湿的气体分别由两端进入窑内且相向流动。将要烘干的物料与温度、湿度低的气体接触,而进入窑内的湿物料则与温度低、湿度高的气体接触,这样造成了开始干燥速度不太快而降速阶段干燥速率不太慢的现象,因此在整个过程中干燥速率比较均匀。
一般工业上所烘干的原料,都不希望温度过高,有的温度过高时会发生晶化而失去活性,有的会失去化学结合水,降低其可塑性,有的会燃烧,失去挥发分,这些变化对生产都不利,甚至是危险的,因此一般不用逆流式干燥窑。
提高效率方法
回转窑干燥能力的强化,在进料性质一定的情况下,主要从下述三个方面采取措施:
在提高炉温(包括炉头、炉尾)对产品质量、操作没有影响的前提下,可以适当提高,强化生产。例如冰晶石干燥时,炉尾温度高达320℃,干燥操作仍然正常。但必须指出,随着炉温的升高,废气温度也随着上升,意味着热损失增加,燃料消耗增大。因此,片面地用提高炉温来强化生产的办法,并不一定是最经济的。如Na2SiF6采用回转窑干燥,由于有热分解现象,要求料温不超过150℃,炉头温度不超过400℃,对炉温有严格限制,就不宜采用提高炉温的办法来强化生产。
增大物料与烟道的接触表面,对提高产能有显著效果。在干燥炉内,物料随窑身转动,沿炉壁抬升一定高度便向下滑动,同时缓慢地向前推进,物料分散情况是很不好的,因而大大地限制了热气流与物料的接触机会,处料层里面的料,其周围的水蒸汽不易被带走,降低了干燥速度。同时,物料受热不均,容易产生局部过热现象,对受热分解的物科是不利的。在炉内安装各种形式的翻料扳,就是为了解决这一问题。有些干燥炉从炉尾到炉头的长度上都安装有翻料板,使用良好,并取得了一定的效果。炉内安装翻料板相当普遍,如水泥窑,萤石干燥窑,氧化铝烧成窑、干燥窑等。氟化盐生产因为窑短和被干燥物质的腐蚀性,安装翻料板尚有困难,故未采用。有翻料板的回转窑,因为翻料板把物料扬起,随炉尾废气带走的粉尘量大大增加,不过收尘技术的进步,可以克服这一不足。