电容层析法研究磷石膏颗粒在旋风筒中的流化行为

摘要

磷石膏是湿法磷酸生产所产生的固体废物，其处理的主要方式是露天堆放，不仅大量占用土地，同时还会对周围生态环境造成严重污染。而磷石膏资源化利用的重要途径之一是采用窑外预分解技术分解磷石膏并制酸联产水泥。旋风预热窑是该工艺过程中重要的气固反应单元，其中旋风筒的功能是气固分离、提高气固之间换热效率以及磷石膏分解率，并将预热好的物料收集起来送入下个工序，因此要求旋风筒换热快速、气固分散均匀以及分离效率高。受旋风筒内复杂的三维湍流旋流流场的影响,磷石膏在其中的运动规律极为复杂。实际生产过程中，由于原料配比不合理、系统漏风、分离器内部三维流场不明确等多种因素，很容易造成旋风筒内部堵塞等问题。本文采用电容层析法研究磷石膏颗粒在旋风筒中的流化行为，分析磷石膏颗粒在旋风筒中浓度分布的情况，并采用多项式拟合的方法对磷石膏颗粒在旋风筒中径向浓度分布数据进行拟合，从而为对旋风筒进行结构改进、尺寸优化以及提高其分离效率提供条件。
　　首先，由成像系统得到不同条件下磷石膏颗粒在两个截面上的实时在线分布图像，发现磷石膏颗粒在两个截面上的分布均呈现出外高内低的趋势，并且由于旋风筒入口处不对称的原因导致截面1上磷石膏颗粒分布也具有不对称性。其次对系统采集到的相关数据进行分析，分别得到磷石膏颗粒在两个截面上的浓度时均值以及其径向浓度分布图，分析得到在两个截面上，磷石膏颗粒沿径向浓度分布趋势大致相同，在r/R<0.6时，浓度变化变化很小，但当r/R>0.6时，浓度开始有所变化，并且随着半径的增加很快增大，曲线变得很陡，在靠近壁面处浓度达到最大值，而形成了中心“稀相区”以及靠近壁面的“密相区”。当风速一定时，随着固气比的增大，磷石膏颗粒在旋风筒中断面颗粒平均浓度增大。当固气比一定时，随着风速的增大，磷石膏颗粒在旋风筒中断面颗粒平均浓度呈逐渐减小的趋势。轴向上，截面1处磷石膏颗粒的平均浓度时均值、径向分布上浓度值都比截面2大，且呈现出轴向从上到下磷石膏颗粒浓度逐渐减小的趋势。并且固气比在一定的范围内只影响磷石膏颗粒在旋风筒中的浓度的数值大小，对磷石膏浓度分布趋势并无太大影响。但分离效率会随着固气比的增大而增大，但当固气比增大到一定值以后，分离效率有所下降，当固气比在2kg/m3～3kg/m3之间时分离器的性能达到最佳。
　　针对磷石膏颗粒在旋风筒中截面1和截面2上的浓度分布情况及采集到的数据，运用了MATLAB软件中多项式拟合方法拟合，对得到的图像以及所得结果的相关性进行讨论，得到了磷石膏颗粒在两个截面上的浓度分布的经验关联式，拟合曲线与实验值的拟合效果很好，相关性都达到99％，可以为旋风筒的结构优化、提高旋风筒分离效率、气固换热效率以及磷石膏分解率提供参考依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 磷石膏制酸联产水泥工艺进展

1.3 旋风筒研究进展

1.4 气固两相浓度场研究方法简介

1.5 曲线拟合

1.6 研究目的与意义

1.7 本研究的内容

第二章 实验装置

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 实验工况设计

2.4 实验步骤

2.5实验参数的测量与计算

第三章 电容层析法研究磷石膏颗粒在旋风筒中的流化行为

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.3本章小节

第四章 磷石膏颗粒径向浓度分布的曲线拟合

4.1 数学模型选择

4.2 MATLAB曲线拟合结果分析

4.3本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢