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0前言 石灰是一种用途广泛、功能多样的物质。它应用在钢铁生产、建筑工程、石油化工、轻工业和农业等多个行业中。目前钢铁工业石灰用量占石灰总用量的50%以上，所以研究石灰生产及石灰性质都要针对钢铁生产对石灰的要求展开。 当前世界上钢铁工业用石灰的生产设备主要有套简式竖炉（R.S.O和D.S.O）、顺流蓄热式竖炉（麦尔兹炉）横流式竖炉（K.H.D）、国井式竖炉、回转窑、流化床煅烧炉和混合烧竖窑等，综合比较混合烧竖窑设备投资少、生产成本低、炉子管理较容易，但生产石灰活性度低、围体燃料残余灰分处理困难、生产率低、风帽漏灰等，混合烧竖窑是目前我国钢铁工业石灰生产的主要设备。如何改进混合烧竖窑使其能克服存在的缺点，从而为钢铁生产提供高质量的石灰是我国石灰生产中有待研究的主要科研课题之一。 本文针对混合烧竖密存在的问题建立了计算机仿真数学模型。通过计算机模拟研究出了不同风帽下的石灰窑内气体流动状态。 这一模拟结果符合安钢生产实践。同时通过模拟探讨了风帽改造的方向和途径。 1.2模拟方素 本课题采用计算机模拟的方法对混合烧石灰窑进行了计算机模拟研究。在IBM-PC486上模拟了安钢石灰窑曾经使用过的3种风帽下，炉内气流分布以及风帽顶部开孔共6种情况，每1种方案占用CPU约3.0小时。 2模拟结果及讨论 2.1风帽漏灰分析 三种风帽下气体流动状况见图1。
图1风帽在石灰窑内气体流动情况 2.1.1日本风帽漏灰分析 从图1可见这种风帽在下部有卷吸存在，下降到该部位的石灰粉末一部分被带进风帽，形成了风帽漏灰。这种风帽漏入的石灰主要是石灰粉末。 2.1.2第一代改进风帽漏灰分析 由气体流动状况可见这种风帽没有卷吸存在，但实际生产中仍然存在漏灰现象，主要是因为风帽上下挡灰沿搭接不够，受石灰料柱侧压力作用使下降到风增边沿的部分块状石灰漏入风幅内。 2.1.3现有风帽漏灰分析 从图1可见这种风帽没有卷吸存在，又由于风帽上下挡灰沿搭接较长，故这种风帽没有漏灰现象。 1数学模型 1.1数学模型 通用方程（1)
2.2竖炉石灰窑气流分布特征 2.2.1竖炉内气体流动场的基本认识 气体从风帽出来后，沿风帽的方向先流向竖炉炉墙。在炉子下部形成一个回流，即气流由炉墙四周向上达到一定高度后再分成两部分，一部分继续向上并且扩张，随竖炉高度气流逐步变得均匀，但一般仍是四周多中心弱。另一部分向炉子中心集中并向下回旋，构成一个回旋区。其高度可达4～6m。 2.2.2三种风帽气体流动场的变化 从图1中（a）、（b）、（c）三种情况比较可见，虽然三种风帽都存在一个回流区，但回流区的大小和强弱是不同的。日本风帽回流区较长，但回流强度不大：第一代改进风帽回流区长且回流强度大；现有风帽回流区相对较小且回流强度弱。 2.2.3分布特征对竖炉石灰窑生产的影响 风帽放在炉子中心，是希望有较发达的中心气流，但实际上达不到。入炉气流通过风帽首先是流向炉墙四周然后才向上回旋，在风帽上方冷却带和燃烧带中形成了回流。炉内气流均匀主要靠竖炉高度上气流扩散，所以在200～250m3的竖炉料柱高度在20m左右才能保证气流均匀。可见竖炉直径不能太大，只能是细而高的形状，不可能变矮胖，也不可能提高生产率。风帽的气流分布决定了这种竖炉的缺陷。只能通过风帽的改造，才能建造大而效率高的竖炉。 这种气流回旋的存在会使燃烧带变成V型且中心变厚，其原因是入炉冷风从炉子四周进入冷却带、这一区城氧气充足，碳燃烧相对较快，燃烧带较高且较薄，同时这部分石灰煅烧后冷却良好其活性度高，由于回流的存在，导致炉子中心部位碳燃烧供氧不足，把燃烧带拉向风帽，而且这一区域回流气体温度高，煅烧后得不到迅速冷却，会有足够的时间再结晶，这部分石灰活性度低。[2] 2.3风帽顶部开口后气流分布特征及分析 2.3.1气流分布的变化 在三种风帽顶部分别开孔后炉内气流分布见图2
图2风帽顶部开孔时石灰窑内气体流动情况 从图2（a）、（b）、（c）中可见，对日本风帽和现有风帽由于回流较弱，开孔后中心气流打通，形成了两个小回流，而第一种改过风帽由于回流强，开孔气流发展到一定高度后被压制，中心气流没有打通，可包这种风帽要发展中心气流还需进一步扩大中心孔。 2.3.2新的气流分市对竖炉生产的影向 中心打通的这种气流分布会使燃烧变成W型且中心相对变薄，其原因是入炉冷却风分别从炉子四周及中心进入冷却带，使这些区域氧气充足碳燃烧相对较快，燃烧带较高且较薄，同时这些部分石灰煅烧后冷却良好其活性度高。并且由于大回流破碎成小回流，回流区明显地缩小了，使得整体燃烧带变薄，冷却性能得到改善，从而提高了混合烧竖窑石灰的活性度。 2.3、3中心开孔要注意的问题 中心开孔发展了中心气流、但带来了漏灰问题，必须采取相应的措施加以解决。 3结论 改变现有竖炉石灰窑进风方案，减少以至消除冷却带和燃烧带中的回旋区，从而提高竖炉石灰窑生产石灰的活性度；通过改善中心气流加强中心冷却，使燃烧带适当上移并且减薄：在改善坚窑石灰需内气流分布的基础上提高鼓风速度，从而提高其生产率。 参考文献 [1]马智明，石灰技术，中国科学技木出版社. [2]]. Yagi,H. Nogami and P.R. Austin. 1995. [3]CHen Yisheng He Yruduっ.MS.MM'96. [4]王应时、范维登、周方行、徐旭常。燃烧过程中数值计算。冶金工业出版社。 |
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