回轉(zhuǎn)窯的物料化學(xué)反應(yīng)過(guò)程研究

回轉(zhuǎn)窯被廣泛應(yīng)用于各種干燥、焚燒、混合、加熱、鍛燒、熔渣、氣固反應(yīng)等工藝過(guò)程中。目前回轉(zhuǎn)窯在工業(yè)上最主要的應(yīng)用是水泥窯，但是隨著對(duì)危險(xiǎn)廢物處理處置的日益發(fā)展，回轉(zhuǎn)窯的焚燒工藝逐步成為了危險(xiǎn)廢棄物處理的最終方法：凡經(jīng)回收、減量化后，不宜直接進(jìn)行填埋的危險(xiǎn)廢棄物都可以通過(guò)焚燒法來(lái)進(jìn)行處理，而回轉(zhuǎn)窯因其寬廣的物料適應(yīng)性、靈活的操作調(diào)節(jié)性等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為危險(xiǎn)廢物焚燒處理采用最多的爐型之一。在實(shí)際中采用回轉(zhuǎn)焚燒爐處理危險(xiǎn)廢物，要求有較大床層厚度。

在各種回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器中，物料的化學(xué)反應(yīng)程度是由平均停留時(shí)間mtr(mean residence time)、停留時(shí)間分布rtd(residence time distribution)和物料體積流率mvf(mean volume flow)決定的。在鍛燒工業(yè)中mtr和mvf直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量;在固體廢棄物焚燒及熱解中，mrt直接關(guān)系到二次污染的排放(有害廢棄物的焚毀程度)和能源回收率。固體平均停留時(shí)間mrt是回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器的一個(gè)重要參數(shù)，它不僅直接決定著窯內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱以及氣固相間的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，也是回轉(zhuǎn)窯工業(yè)過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要依據(jù)。在不同的工業(yè)過(guò)程中，mtr的變化范圍也很大，可以通過(guò)改變回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速、傾角和給料率來(lái)調(diào)節(jié)。

國(guó)外的研究大部分是關(guān)于水泥、冶金、化工等工業(yè)中回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料平均停留時(shí)間mtr的。國(guó)外 在1927年用水泥回轉(zhuǎn)窯作了大量關(guān)于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料停留時(shí)間的試驗(yàn)，并正式發(fā)表了 篇關(guān)于回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、傾角與床層厚度、停留時(shí)間之間的關(guān)系的文章。后來(lái)，在sulllivan測(cè)定的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 們基于以下假設(shè)發(fā)展了一套模型:滾動(dòng)床層中的顆粒隨回轉(zhuǎn)窯做圓周運(yùn)動(dòng)，然后以薄層的方式滾落回床層表面。國(guó)外研究者在后來(lái)的研究中發(fā)現(xiàn)，提出了經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式在給定試驗(yàn)條件范圍以外是無(wú)效的，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)無(wú)空氣流動(dòng)時(shí)，用sulllivan的表達(dá)式計(jì)算出的結(jié)果比實(shí)際值低10%~60%。另外，固體顆粒的物料特性也是影響rtd和mrt的重要因素之一。有研究明，固體物料顆粒在內(nèi)壁光滑、無(wú)內(nèi)構(gòu)件及出口擋板的水平回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的平均停留時(shí)間是回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)以及物料特性的函數(shù)，同時(shí)還與進(jìn)出口物料料位的高度差有關(guān)。在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與顆粒的特性、回轉(zhuǎn)窯的尺寸、傾角、轉(zhuǎn)速以及物料床層厚度等有關(guān)。