链篦机作为链-回-环氧化球团工艺中的三大主机设备之一,其结构和分段是否合理影响着球团的干燥、预热和氧化固结效果,影响回转窑内对球团的焙烧效果,直接决定氧化球团的质量。通过对某球团厂(120万t/a生产线,焙烧工艺)相关参数的调研,对其焙烧系统三大主机(链篦机、回转窑、环冷机)的热平衡进行计算。采用FLUENT软件对链篦机(规格φ4×41m,4段,停留时间约21min)的温度场进行模拟有限元分析。对链篦机干燥Ⅰ段、Ⅱ段与预热Ⅰ段、Ⅱ段中球团的温度变化有了直观的表达。
链篦机主要作用是利用回转窑和环冷机的载热废气对生球进行干燥和预热,含水约9%的合格生球均匀铺到链篦机上(生球厚度约170mm)进入链篦机炉罩后,依次经过抽风干燥Ⅰ段、Ⅱ段、预热Ⅰ段、Ⅱ段进行干燥和预热处理。干燥Ⅰ段、Ⅱ段的热源来自预热Ⅰ段外排气,热风温度较低,用于部分脱去生球中的物理水;预热Ⅰ段的热源来自环冷机Ⅱ段,生球内的物理水几乎全部被脱除;之后干燥球进入预热Ⅱ段,该段热源来自回转窑,同时在预热Ⅱ段炉罩设有燃气烧嘴,以弥补热量的不足。此时在预热Ⅰ段尚未脱除的部分结晶水被脱除,同时磁铁矿发生氧化,碳酸盐得以分解,硫化物也分解和氧化,通过对生球的干燥和预热,球团具备一定强度,可进入回转窑进行深度焙烧。
链篦机球团与热介质的热分析是与时间有关的非稳态过程。热交换主要是发生在气流通过篦板过程中,在热交换的同时,篦板以1.95m/min做平移运动,为使模拟结果更加符合实际工况,在该数学模型中加入滑移网格。另外,球团物料从进入篦板到离开预热Ⅱ段的过程需要21min。为了模拟篦板连续运动的过程,在计算模型中设定料床的长度为3倍实际长度,因此所需要的计算时间最少为42min。
该几何模型具备的特点:对称结构取半模型;计算量小符合链篦机自身特点;物料实现连续输送。
杭州那泰有限元分析公司按照上述几何模型建立网格模型,使用六面体网格和四面体网格对计算域进行网格划分。经过处理后的模型网格数252156个,节点数78652个,采用FLUENT软件中k-ε模型进行计算。
为了分析在模拟条件下,链篦机对料层的干燥预热效果是否达到稳定状态,以下对其中一个稳态(运行1250s)时刻各截面的温度分布做了分析。
从左到右依次为预热Ⅱ段、Ⅰ段与抽风干燥Ⅱ段、Ⅰ段。图中的料层温度沿料层运动方向从右至左温度逐渐升高,沿料层厚度方向各段温度从上到下逐渐降低。
为了分析各加热段分界处的料层温度场分布,以下截取了5个截面位置,这些截面分别是抽风干燥Ⅰ段入口截面,抽风干燥Ⅰ段和抽风干燥Ⅱ段交界面,抽风干燥Ⅱ段和预热Ⅰ段交界面,预热Ⅰ段和预热Ⅱ段交界面和预热Ⅱ段出口截面。
料层此时准备进入链篦机篦床,温度分布与其初始温度20℃接近,料层的最高温度23℃,最低温度为20℃。料层的温度分布按层基本分为上下2个部分,其中上半部分面积稍小,温度稍高,温度差范围在21~23℃之间;下部面积较大,温度稍低,温度稳定在20℃。
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