[发明专利]一种基于热力学机理的氧化锌回转挥发窑高温反应区温度场监测方法

说明书

本发明公开了一种基于热力学机理的氧化锌回转挥发窑温度场监测方法，该方法包括：将窑体沿轴向方向划分为不同区域，所述不同区域中一个区域为高温反应区；确定窑内物料、烟气和窑壁之间的传热方式；根据窑内不同区域发生的多种化学反应，计算焦炭作为还原剂的消耗总量，建立不同区域化学反应放热模型；将窑体划分为切片单元进行分析，建立物料、烟气和窑壁的能量守恒方程；将传热系数、化学反应放热模型代入能量守恒方程；考虑不同区域的化学反应的数值求解方法计算温度场模型，得到高温反应区的温度分布。本发明能根据化学机理建立温度场模型，其得到的温度信息为窑工提供操作指导，实现生产过程中的节能降耗。

技术领域

本发明涉及工业过程建模与监测领域，尤其涉及一种基于热力学机理的氧化锌回转挥发窑高温反应区温度场监测方法。

背景技术

锌的冶炼工业是支撑我国国民经济和国防工业发展的基础原材料产业。世界85％以上的锌产量来自湿法炼锌—矿物经过焙烧、浸出、净化、电解等环节最终生产出锌锭。然而，在矿物浸出环节后剩下的中性浸出渣中仍然含有20％-30％的锌。工业上回收锌的方法是将锌浸出渣与一定比例的焦炭混合，在高温条件下经过一系列复杂的化学反应和挥发过程，分离出混合料中的含锌氧化物，并重新通过湿法炼锌的浸出环节得到锌锭。回转窑因为其良好的混合性能和高效热传导能力，为锌浸出渣的挥发过程提供了最佳反应场景，见图2所示。

氧化锌回转挥发窑是一种典型的高碳排放设备，为锌冶炼过程提供所需的高温反应环境。然而，由于其轴向长度大，内部空间封闭，物理和化学反应复杂，无法监测挥发窑高温反应区的真实温度。窑工根据经验观察窑头区的火焰外观来调整操作参数。在实际生产过程中，由于原料波动、设备性能、生产负荷、工人操作等因素的影响，窑内生产条件波动频繁，所需的窑内反应温度偏差较大。因此人工看火判断温度调节的方法在很大程度上依赖于工人的经验和主动性，随机性非常大。同时，工人观察到的窑头火焰形态特征只能反映窑头区域附近的局部温度信息，异常的窑头火焰形态与高温反应区的温度存在较大的时滞。因而这种操作方式容易导致高温反应区温度控制不准确，能耗过大。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于热力学机理的氧化锌回转挥发窑高温反应区温度场监测方法，旨在解决现有挥发窑的高温反应区温度监测方法监测不准确的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于热力学机理的氧化锌回转挥发窑高温反应区温度场监测方法，其中，包括步骤：

将窑体沿轴向方向划分为不同区域，所述不同区域中一个区域为高温反应区；

确定窑内物料、烟气和窑壁之间的传热方式；

根据窑内不同区域发生的多种化学反应，计算焦炭作为还原剂的消耗总量，建立不同区域化学反应放热模型；

将窑体划分为切片单元进行分析，根据确定的窑内物料、烟气和窑壁之间的传热方式，建立物料、烟气和窑壁的能量守恒方程；

将传热系数、化学反应放热模型代入能量守恒方程，计算温度场模型，得到高温反应区的温度分布。

进一步地，所述将窑体沿轴向方向划分为不同区域，所述不同区域中一个区域为高温反应区的步骤，具体为：将窑体沿轴向方向依次划分为窑头区、高温反应区、窑尾区。

进一步地，所述确定窑内物料、烟气和窑壁之间的传热方式的步骤，具体包括：

烟气与外露窑壁之间的传热Q_g-ew，包括热对流项和热辐射项

烟气与外露物料之间的传热Q_g-es，包括热对流项和热辐射项

外露窑壁与外露物料之间的传热Q_ew-es，包括热辐射项