活性石灰回转窑-传热

                            第四章、传    热

 

所谓传热：是指热量自一个物体传递到另一个物体，或自一个物体的这一部份传递到另一部份的过程。

根据传热原理，物体之间的传热方式有传导传热、对流传热和辐射传热三种。即：

1、  热量从某一种部份传到与之相邻的部份的传热方式叫传导传热；

它与导热系数、热传递时间、内外温度差、传热面积、传热层厚度等因素有关。

2、  由于流体运动过程中发生相对位移而引起的热量传递叫对流传热；

影响对流传热的因素有：流体的种类，液体、气体、蒸汽。流体的性质重度、比热、导热系数、粘度。流体的运动方式，自然运动或强制运动，传热壁形状、位置和大小等。

3、  借助热射线传递热量的过程叫辐射传热。

它是由热能部份转变成辐射能。这个转变过程主要取决于温度，温度越高辐射出的能量越大。凡是绝对零度以上的物体都能辐射出热量，也可以得到热量。最终是低温物体从高温物体上得到了热量。

在煅烧活性石灰的回转窑系统内，热量交换的过程一般包括：

1、  火焰烟气对物料表面的辐射传热。

2、  火焰烟气对物料表面及窑壁的对流传热。

3、  窑壁对物料表面的辐射及传导传热。

4、  物料颗粒之间及颗粒内部的传导传热。

在回转窑煅烧系统中，物料在竖式预热器内的传热，是靠吸收气流中的热，以对流传热方式进行的。物料在回转窑内，主要是靠吸收火焰的辐射热进行分解及烧成的。这也是石灰煅烧过程中较重要的传热方式。

通过窑体的转动，促使物料不断地翻落滚动，可以达到强化物料与气流之间传热的目的。这是回转窑较之其它窑型相比，所特有的优点之一。而冷却器的熟料与空气之间的换热，是以对流的形式进行的。这时的热量交换已成为散热传热。

为此，在活性石灰的煅烧过程中，根据带竖式预热器的回转窑的性能特点，按传热方式的不同，在煅烧系统内，已基本上形成或划分出了预热、烧成和冷却三个煅烧工艺阶段，它们通常被称之为三个煅烧阶段或三个煅烧工作带。实际上也就是三个不同的传热表现阶段。而在一般的回转窑中，各煅烧阶段通常会被划分为：预热、分解、烧成和冷却四个阶段。

在煅烧过程中，对回转窑内所谓三带的划分，应根据煅烧工艺要求而设定，也就是说，在回转窑内，对三带的划分是没有严格的界限要求的。

由于活性石灰有粒度和活性性能的要求，结合回转窑内较为复杂的热交换过程。在对回转窑的选择上，一般多以短而粗的窑型为主。如44×4.2m窑型，50×4.2m窑型等。这是因为，物料在回转窑内的填充率（填充系数）通常是比较低的，一般在8 %左右。它们能接受到的辐射传热面、与烟气的传热接触面都比较小。当窑尾烟气温度达到1000℃左右时，传热方式以辐射为主，对流、传导为辅。物料的最高受热点在物料的表面。又因衬砖的传导传热，物料的最低受热点，却是料层的中间部分。

根据传热的原理来分析回转窑内，衬砖对物料传热的影响因素有：

1、  已暴露的衬砖表面直接向物料进行辐射换热。

2、  末暴露的衬砖表面，首先以导热方式，将蓄积的热量传递给物料。

3、  其次是与固体颗粒间的辐射换热和对流层导热。

由于衬砖内外表面存在温度差，热量从外表面传至内表面，并以辐射和对流方式向周围介质散热。与此同时，在回转窑的传热、换热过程中，热量的损失也是较大的。其中，废气余热和回转窑筒体散热，是传热过程中造成热量损失的两个主要的因素。

根据石灰的煅烧需要和回转窑的煅烧特性，为了提高热效率，有效地利用废气余热。在回转窑的进料端，采用竖式预热器装置。通过废气余热，对物料进行煅烧前期的换热、蓄热准备（烘干、预热、预分解）。使物料进入回转窑后，能够在较短的时间内，与热烟气进行并完成强烈的热量交换。这个传热过程，以烟气的对流传热为主。

随着物料在窑内不断地向前翻滚移动，石灰颗粒开始接触火焰的辐射传热。在火焰辐射温度的作用下，物料的性质发生了化学反应。这就是通常所说的，物料从石灰石被煅烧成了石灰。

为了保证石灰的活性性质，对煅烧后的活性石灰来说，因为它具有快烧急冷的特性要求。当被烧成的石灰从离开了火焰辐射区开始，石灰的传热状态即开始发生改变，从接受气流的对流传热，窑衬、颗粒间的传导传热、火焰的辐射传热转变成向外扩散放热。晶体结构即将发生变化。

为了防止出窑后的石灰熟料在高温下发生晶体结构改变，对出窑后石灰的冷却，应在短时间内完成。竖式冷却器是比较理想的冷却容器。高热石灰在冷却器内停留约30分钟，即可在强烈的热交换中被冷却至100℃以下，从而有效地防止了晶体继续长大。这个热量交换的过程，是以散热为主的。机械风吹出和带走物料所含的热，热量通过对流传热加热空气。

对传热效果的表现，在热工理念中是以温度来体现的。所谓温度，它是表示物体冷热程度的物理量。

当物质放出一定的热或吸入到一定的热时，这个热的反应便能产生出一个量度单位（℃）。而对温度的表示结果，通常是以测量仪表来反映的。

温度有华氏温度（F）、摄氏温度（℃）和开氏温度（K）。其中，摄氏温度（℃）是目前常用的，但在国际准规定中，通常采用的是开氏温度（K）表示，开氏温度也叫绝对温度。它是把摄氏温度零下273℃作为起点的，被称之为绝对零度的温度。

如果将摄氏温度用t表示，绝对温度用T表示，则摄氏温度和绝对温度的关系是：T = t + 273.16 K

在使用或工程计算中,由于一般都采取忽略小数点后的数值，所以，常规的表现关系式被定为：T = t + 273 K。按测量方式的不同，温度测量仪表的形式可分为：接触式和非接触式两种。

根据不同的测量接触方式，测量原理又可分为：热电，温差，热敏，光学，比色等。

例如，热电偶是根据热电效应原理工作的，它的测温方式是通过与气流的接触，将吸收到的热能转变成电能后，通过仪表反映出温度指数的。