脱硫石膏瞬间气流干燥设备干燥器数值模拟研究

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1、脱硫石膏瞬间气流干燥设备干燥过程数值模拟研究摘要：对原状脱硫石膏进行干燥是脱硫石膏建材生产过程屮一个重要工序，干燥过程中湿物料的传热传质过程对脱硫石膏生产效率的提高至关重耍。现选用瞬间气流干燥设备作为脱硫石的干燥设备，对其竖直等经干燥管内的干燥过程进行研宄，用fluent软件对干燥管内的气固两相流进行数值模拟。通过对管内气固两相流中各流场的分析，阐述了干燥过程中湿物料的传热传质过程及机理，并探讨了各参数对管A气固两相之间的传热效果的影响。燃煤电厂烟气脱硫生产脱硫石行，原状脱硫石—般含有15〜20%的游离水，其含水

2、量比天然石膏高，具有一定的黏结性，在生产过程中容易引起拌料仓结仓、结壁、下料堵塞问题，因此对原状脱硫石膏的干燥是将脱硫石膏资源化利用生产建材的一个重要工序。脱硫石膏干燥的主要FI的是将其游离水含量降低至1%以下，以利于后续加工。目前，在我国脱硫石膏干燥处理中，瞬间气流干燥设备具有热效率高，干燥时间短，节能效果好的优点而得到重视。该设备对糊状物料可直接干燥制成粉状干燥产品，节省了干燥前预处理，干燥后粉碎、筛分等工序；由于干燥速度快，物料受热时间短，不易破坏干燥物料的组分，特别冇利于对热敏性物料的干燥；干燥过程全封闭

3、，无杂质混入，成品质量高，操作环境好。瞬间气流干燥设备组成如图1所示。其主要由加热器、加料器、搅拌破碎系统、分级器、干燥主管、旋风分离器、布袋除尘器、风机等组成。瞬间气流干燥设备（图1所示）是集干燥、粉碎、筛分于一体的新型连续式干燥设备，热空气由入口管以切线方向进入干燥室底部的环隙，并螺旋状上升，同时，物料由加料器定量加入塔内，并与热空气进行充分热交换，较大较湿的物料在搅拌器作用下被机械破碎，湿含量较低及颗粒度较小的物料随旋转气流一并上升，输送至分离器进行气固分离，成品收集包装，而尾气则经除尘装置处理后排空。底座

4、；8.干燥管；9.旋风分离器；10.料仓；11.关风器；12.布袋除尘器；13.关风器;14.引风机生产实践的经验表明脱硫石膏干燥主要集中于干燥管中，其内部既存在热干气体与脱硫石膏颗粒、干燥管壁与热干气体之间的对流换热，又存在脱硫石膏料颗粒与干燥管壁间的接触传热，以及物料颗粒层之间的热传导。由于其传热过程复杂，国内瞬间气流干燥设备屮干燥管的设计和研宂仅仅依靠工程屮來的直接或间接经验数据，因此生产实际中会出现脱硫石膏干燥未完全的现象。干燥管的干燥效率对整个设备的干燥效率有重要的影响。因此，为提高干燥效率，我们重点研

5、宄干燥管内传热过程，并由此建立数学模型，通过Huent软件对瞬间气流干燥设备干燥管内的气固两相流动进行数值模拟，探讨干燥管内气固两相流的各流场分布及热空气温度和速度对干燥效果的影响。对型号SXG-16进行数值模拟研究，其屮干燥管为竖直等径管，总管《度3890mm，直径1500mm。在干燥管内，脱硫石膏的流向是从下往上，与热气流的方向一致。得到。。。。。。，为瞬间气流干燥设备干燥管的优化设计提供理论依据。2数学模型对多项流进行研宄的方法主要有两种，即欧拉-拉格朗日方法与欧拉-欧拉方法。欧拉-拉格朗H方法屮，将求解系

6、统屮存在的相分为两种类型，即连续相和离散相。其屮，连续相为流体相，离散相为流场中的粒子。使用该方法有个前提，即作为第二相的离散相的体积分数应比较低。而欧拉-欧拉方法中，各相均被当作连续介质进行处理。此方法认为，各相均占有一定的体积分数，每相的体积分数之和等于1。结合所参阅的文献与脱硫石膏实际干燥过程，采用欧拉-欧拉方法屮的欧拉模型。2.1欧拉模型介绍2.1.1体积分数%为q相所占的体积分数；V。为q的体积；其中表示各相体积分数之和为1。2.1.2守恒方程质量守恒方程巧为。相的物理密度，为q相的速度动量守恒方程）

7、十▽•一％▽厂+▽•5+（n），其中〜（=尺J是相间动量交换系数。p=p=能量守恒方程q相的能量守恒方程为去kM：）+▽•k）=/警+5•va，+〜为^!相的比焓，为气固两相的热量交换。其余参照文献欧拉模型，本文限于篇幅，不再一一例出。2.2传热描述瞬间气流干燥设备干燥管内脱硫石膏的干燥过程属于气固两相流的范畴，在颗粒流中，采用Gunn提出的传热关联式。两相间的传热由两相间的温差引起：G，MH），是S相（固相）和g相（气相）间的传热系数。与Nu、有失，其关系式为:Nus=(7-10%+)(l+0.7Re了2

8、Pr,/3)+(1.33-2.4%+12a})Re了7Pr,/3C/A是气相的比热容，巧是气相的粘度，4是气相的导热系数，％是气相的体积分数，4是颗粒的直径。3数值模拟为了清楚地了解瞬间气流干燥设备中干燥管内气固两相流的流动及传热情况，我们对干燥管进行了准确的建模，通过Huent软件对干燥管内的干燥过程进行数值模拟。为便于对干燥管内传热过程进行数学描述，模型建立吋做以下简