西安建筑科技大学粉体工程研究所自上世纪90年代以来一直致力于大颗粒流化床的研究,以求开发出一种新型的水泥熟料煅烧工艺。本论文研究了水泥生料球中的传热、传质机理,所采用的料球是由石灰石、粘土和焦碳粉料混合制成的黑料球,直径为5-6mm。 用数值模拟研究料球内的传热和分解过程。建立非稳态传热模型来描述碳的燃烧和料球内的传热过程,并建立了质量传递方程来描述石灰石分解和气体扩散过程,两个方程中都包括与热量和质量传递现象耦合的源项,并认为生料球是由粒径为30-60微米的石灰石、焦碳和粘土球形颗粒组成的,各种组分在料球中分布均匀。 用Fortran95语言编写计算程序求解方程,并模拟了料球在不同条件下的分解过程。采用石灰石分解率和焦碳燃烧率为过程特征指标,分析各种因素对料球分解的影响规律。结果表明:对于粒径为5mm,含碳量为5%的料球,在1273K的环境温度下石灰石完全分解需要3.4分钟,焦碳完全燃烧需要11.5分钟。温度、含碳量、环境气流速度和氧气浓度都是影响分解的重要因素,其中温度的影响最为显著。在1173K以上温度时,可忽略CO₂的影响。在30-60μm粒径范围内,石灰石细度和焦碳细度对分解的影响较小。