非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法技术

本发明专利技术涉及非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法，将钛白回转窑沿轴向分为多个计算段，计算初始段为回转窑固体物料入料端或固体物料出料端；将初始段作为第1计算段，第1计算段的计算结果作为第2计算段的输入值进行计算，依此类推，完成所有计算段的计算，得到回转窑轴向上固体物料的温度分布；每个计算段的计算包括固体物料、固体物水份蒸发、固体物反应、气体物料、反应热、能量平衡计算，求出回转窑轴向上相应位置T

【技术实现步骤摘要】
非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法


[0001]本专利技术属于钛白粉生产
，尤其涉及一种非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法。

技术介绍

[0002]金红石型钛白粉具有广泛的用途，其生产工艺包括氯化法和硫酸法。对于硫酸法生产钛白粉工艺，偏钛酸在回转窑中的煅烧过程是一个重要生产环节。钛白煅烧回转窑内，含水固体物质偏钛酸在回转窑的转动驱动下，从装料端向出料端流动；燃烧室产生的高温烟气从回转窑出料端进入回转窑，与偏钛酸逆流流动，从装料端流出，烟气流动过程中加热偏钛酸；偏钛酸在回转窑中完成脱水、脱硫、晶相转变及晶粒长大等四个过程。回转窑内固体物料轴向温度场分布对金红石型钛白的晶型转变及晶粒尺寸等技术指标取到决定性作用。由于回回转窑在封闭状态下运行，现有技术无法对回转窑内部烟气量和固体物料量、烟气和固体物质温度场等参数精确监测。为了提高钛白煅烧回转窑的工艺控制精度，需要对钛白煅烧回转窑内固体物料轴向温度进行预测。
[0003]专利公开号CN104495919A，公布了一种金红石型钛白煅烧温度调节方法及自动控制方法，通过某一产量条件下的晶型转化带的设定温度和检测值进行对比，根据二者的差值进行煤气流量调节，从而实现晶型转化带的温度控制。该方案在硫酸法生产钛白转窑温度控制方面能够取得积极作用，但转窑温度场仍处于未知状态，且对晶型转化带无法准确定位。该专利技术在控制模型部分缺乏实质性内容，在转窑内部温度控制方面，不足之处显而易见。
[0004]专利公开号CN104495920A，公布了一种钛白粉煅烧工艺中晶体转变带温度的调节方法，基于转窑产量和温度控制表，对晶型转化带进行温度调节。该专利技术能够对钛白转窑煅烧起到积极作用，但钛白转窑煅烧过程的难点在于准确的温度控制，不同生产调节下，转窑内部各煅烧段可能出现向前和向后移动的现象，即晶型转化带不易确定，工艺控制难度大，无法实现转窑温度场预测和准确控制。
[0005]综上所述，在硫酸法钛白生产工艺中，由于回转窑处于连续封闭运行状态，偏钛酸的煅烧过程主要受温度的影响，对钛白煅烧回转窑整个温度场进行检测既不科学也不经济，对钛白煅烧回转窑轴向温度场进行计算分析，得出温度场分布规律，对温度控制合理性提供依据，并通过窑尾输入的固体物料量、转速、窑头入口烟气流量温度等参数的调整进行优化，提高钛白产品质量，需要进行回转窑内固体物料轴向温度分布进行计算。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法，实现金红石型钛白煅烧回转窑轴向温度进行检测。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法，将钛白回转窑沿
轴向分为多个计算段，计算初始段为回转窑固体物料入料端或固体物料出料端；将初始段作为第1计算段，第1计算段的计算结果作为第2计算段的输入值进行计算，依此类推，完成所有计算段的计算；每个计算段的计算按如下步骤进行：
[0009]1)确定回转窑炉体参数、回转窑入口固体物料、烟气出口物料参数：
[0010]回转窑炉体参数包括回转窑内、外半径；
[0011]回转窑入口固体物料参数包括：偏钛酸温度、偏钛酸成分及含量；
[0012]烟气出口物料参数包括：烟气成分、温度；
[0013]2)固体物料计算：
[0014]固体物料成分包括：自由水、TiO(OH)2、TiOSO4·
H2O、TiOSO4、锐钛型TiO2和金红石型TiO2；每个段固体物物料量变化：
[0015]N
out
(i)＝N
in
(i)
‑ꢀ△
N(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]式(1)中，N为物质的量，单位为摩尔；i为固体物质种类，取值为6；i＝1至i＝6分别代表水、TiO(OH)2、TiOSO4·
H2O、TiOSO4、锐钛型TiO2和金红石型TiO2；下标in和out表示输入和输出；
△
N为物料变化量，i取1时
△
N(i)表示水的蒸发量；i取2～6时分别表示TiO(OH)2、TiOSO4·
H2O、TiOSO4、锐钛型TiO2和金红石型TiO2物质的变化量，其中
△
N(5)＝
‑△
N(6)，i种固体物质单位为摩尔；
[0017]3)固体物水份蒸发计算：
[0018]对输入量进行判断，若N
in
(1)＝0，则
△
N(1)＝0；若Nin(1)>0；
[0019]对固体物质温度进行判断：
[0020]T
s
<373.15，
△
N(1)＝0；T
s
＝373.15，
△
N(1)＝Q
z
/h
潜
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]式(2)中，T
s
为固体物温度，单位为K；Q
z
为用于蒸发水的热量，单位为焦耳；h
潜
为水的汽化潜热，单位为焦耳/摩尔；下标in表示输入；
[0022]4)固体物反应计算：
[0023]对于固体物质2～6，对输入量进行判断
[0024]若N(i)＝0，则
△
N(i)＝0；
[0025]若N(i)>0，单个计算段内物质化学反应转化率计算：
[0026][0027]式(3)中，T
s
为固体物质出口温度，单位为K；ζ为转化率，A、E、n取值：A2＝4.1
×
103，E2＝45，w2＝3；A3＝5.0
×
103，E3＝75，w3＝0.5；A4＝5.0
×
103，E4＝230，w4＝0.3；A5＝1.7
×
103，E5＝491，w5＝0.67；
[0028]△
N(6)＝
‑1×△
N(5)；
[0029]5)气体物料计算：
[0030]每个计算段内气态物质包括：H2O、O2、SO2、N2、CO2，气体物质物料量变化：
[0031]G
in
(j) ＝G
out
(j) +
ꢀ△
G(j)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0032]式(4)中，G为气体物质的量，单位为摩尔；j为气体物质种类，j取值为5，j＝1至j＝5分别代表H2O、O2、SO2、N2、CO2，
△
G为气体物质的量的变化量，单位为摩尔；
△
G(1)＝
△
N(1)+
△
N(2)+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非连续钛白煅烧回转窑固体物料轴向一维温度场计算方法，其特征在于，将钛白回转窑沿轴向分为多个计算段，计算初始段为回转窑固体物料入料端或固体物料出料端；将初始段作为第1计算段，第1计算段的计算结果作为第2计算段的输入值进行计算，依此类推，完成所有计算段的计算；每个计算段的计算按如下步骤进行：1)确定回转窑炉体参数、回转窑入口固体物料、烟气出口物料参数：回转窑炉体参数包括回转窑内、外半径；回转窑入口固体物料参数包括：偏钛酸温度、偏钛酸成分及含量；烟气出口物料参数包括：烟气成分、温度；2)固体物料计算：固体物料成分包括：自由水、TiO(OH)2、TiOSO4·
H2O、TiOSO4、锐钛型TiO2和金红石型TiO2；每个段固体物物料量变化：N
out
(i)＝N
in
(i)
‑ꢀ△
N(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，N为物质的量，单位为摩尔；i为固体物质种类，取值为6；i＝1至i＝6分别代表水、TiO(OH)2、TiOSO4·
H2O、TiOSO4、锐钛型TiO2和金红石型TiO2；下标in和out表示输入和输出；
△
N为物料变化量，i取1时
△
N(i)表示水的蒸发量；i取2～6时分别表示TiO(OH)2、TiOSO4·
H2O、TiOSO4、锐钛型TiO2和金红石型TiO2物质的变化量，其中
△
N(5)＝
‑△
N(6)，i种固体物质单位为摩尔；3)固体物水份蒸发计算：对输入量进行判断，若N
in
(1)＝0，则
△
N(1)＝0；若Nin(1)>0；对固体物质温度进行判断：T
s
<373.15，
△
N(1)＝0；T
s
＝373.15，
△
N(1)＝Q
z
/h
潜
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，T
s
为固体物温度，单位为K；Q
z
为用于蒸发水的热量，单位为焦耳；h
潜
为水的汽化潜热，单位为焦耳/摩尔；下标in表示输入；4)固体物反应计算：对于固体物质2～6，对输入量进行判断若N(i)＝0，则
△
N(i)＝0；若N(i)>0，单个计算段内物质化学反应转化率计算：式(3)中，T
s
为固体物质出口温度，单位为K；ζ为转化率，A、E、n取值：A2＝4.1
×
103，E2＝45，w2＝3；A3＝5.0
×
103，E3＝75，w3＝0.5；A4＝5.0
×
103，E4＝230，w4＝0.3；A5＝1.7
×
103，E5＝491，w5＝0.67；
△
N(6)＝
‑1×△
N(5)；5)气体物料计算：每个计算段内气态物质包括：H2O、O2、SO2、N2、CO2，气体物质物料量变化：G
in
(j) ＝G
out
(j) +
ꢀ△
G(j)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式(4)中，G为气体物质的量，单位为摩尔；j为气体物质种类，j取值为5，j＝1至j＝5分别代表H2O、O2、SO2、N2、CO2，
△
G为气体物质的量的变化量，单位为摩尔；
△
G(1)＝
△
N(1)+
△
N(2)+
△
N(3)，
△
G(2)＝0.5
×△
N(3)，
△
G(3)＝
△
N(3)，
△
G(4)和
△
G(5)为0；下标in和out表
示输入和输出；6)反应热计算：Q
r
＝∑
△
N(i)
×
h(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式(5)中，i的取值范围为2～5，Q
r
为总化学反应热，单位为焦耳；h(i)为第i个反应的反应热，单位为焦耳/摩尔；7)能量平衡计算：能量平衡计算包括固体物能量平衡、气体物质能量平衡、回转窑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天赋，闫东阳，马光宇，艾铖珅，徐伟，孙守斌，王东山，赵俣，刘常鹏，王向锋，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：