1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業直接VS.間接燃燒的回轉窯和干燥器：熱處理的初學者指南本文由以下人員共同撰寫：熱處理專家技術作家一個多世紀以來，旋轉設備已被廣泛接受作為散裝固體的熱處理的優選手段，與固定處理設備相比具有明顯的優勢。當圓柱體旋轉時，翻滾，滑動，提升或淋浴不斷地攪動內部的材料。這些措施確保被加工的材料均勻地暴露于熱源，最終導致相對于靜止過程更高的效率和更短的加工時間。從干燥到煅燒，以及各種放熱和吸熱化學反應，旋轉設備已成為許多工業過程的基石。本文將研究間接和直接旋轉干燥器和回轉窯之間的異同

2、，以及它們之間的選擇。直接旋轉干燥機和旋轉窯雖然旋轉式干燥機和窯爐之間存在一些重疊，但它們通常用于實現明顯不同的目標。該是最常用的“低溫”應用的傳熱裝置，其中所述目標是降低該材料的水分含量。相反，用于所謂的高溫加工應用，其目標是在材料中引起物理變化或化學反應。直接旋轉干燥器和回轉窯都依賴于材料和工藝氣體之間的直接接觸來處理材料。由于旋轉式干燥機在低溫下運行，因此無需對干燥機外殼進行內部排線，因此可以安裝各種內部構件以改善傳熱。最常見的內部形式是提升飛行或“提升器”，其通常是垂直向內朝向汽缸中心線延伸的板鋼。這些升降機用于從床上拾取材料，該材料在汽缸內表面的向上運行面上形成弧形。該材料床的橫截面

3、積通常約為總橫截面積的10。直接燃燒的旋轉干燥器內部構件有效地從這個準轉動的固體床中移除材料，并沿著殼體的內周邊提升材料，然后在內部接近旋轉的最高部分時淋浴或分散材料幕。淋浴簾的密度是旋轉干燥機設計者和操作者的關鍵考慮因素。該設備的效率和有效性部分取決于固體與容器內流動的熱氣體之間存在多少緊密接觸。請參考下面的圖1，圖1回轉窯最典型的是內部帶有耐火材料的碳鋼圓筒。在直燃窯中，熱的燃燒氣體僅與耐火襯里和產品接觸，從而保護容器的鋼結構免受高溫應力。這種設計的結果是產品可以升高到高達約3000F而不會對旋轉容器造成損壞。較高溫度的耐火襯里回轉窯的操作與旋轉干燥器的操作非常相似。主要的區別在于回轉窯的

4、操作不是通過在熱氣流中噴淋材料來定義的，而是形成的材料的電弧可以有意地保持完整并且不分散。傳遞到固體的熱量通常不受對流的支配。熱氣體連續加熱窯殼的內部耐火襯里，當圓筒旋轉時，固體的翻滾床不斷暴露在熱的耐火表面上。由于固體與較熱的表面緊密接觸，因此傳熱是通過傳導進行的。輻射效應也會發生，特別是如果耐火材料在高于1200F的高溫下發光。固體床的表面（朝向窯中心線）也經歷輻射的熱傳遞，因為材料處于熱發光耐火材料的“視野”中。固體的最內表面和流過床的熱氣體之間也存在直接對流。與旋轉干燥器一樣，窯中典型的床負荷約為10。正如人們所預料的那樣，用作分散裝置的直燃式旋轉干燥器可以實現比耐火襯里窯更高的傳熱率

5、。結果是旋轉干燥器每單位體積可以傳遞比回轉窯更多的熱量。間接旋轉干燥機和回轉窯盡管間接燃燒的回轉窯和干燥器與運行中的直燃式旋轉裝置非常相似，但間接燃燒的窯或干燥器與其直接燃燒的對應物不同，因為傳導到加工材料的所有熱量都是進行的（和/或輻射穿過容器殼壁。在間接裝置中，沒有內部氣流作為熱源，因此諸如起升飛行的部件將不會提供可感知的優勢。通過固體與固體和窯的熱內壁之間的傳導之間的傳導將熱量傳遞到固體床。在大多數應用中，殼體被加熱到1200F或更高的溫度，因此殼體和固體之間的輻射也占優勢。由于燃燒產物與正在處理的產品完全隔離，因此發生兩種傳熱機制。熱量通過隔離的熱源傳遞到旋轉殼體的外表面，最常見的是;

6、燃氣或燃油燃燒器定向成在熱燃燒產物中“洗”殼表面。取決于特定單元的尺寸和幾何形狀，可以采用形成陣列的多個燃燒器來避免殼體通過過度局部放熱而局部過熱。可以采用其他熱源，例如電阻加熱元件或熱廢氣或來自隔離源的熱傳遞流體。在使用燃氣或燃油燃燒器的情況下，燃燒產物通過煙囪作為清潔煙道氣排出。在間接燃燒的回轉窯中，無論熱源來自不同的點，殼溫度沿著圓周趨于均勻。毫無疑問，這是由于結構合金的優異導電性。一旦殼體達到工作溫度，熱量將徑向向內流過殼壁到達內表面。第二種傳熱方式是將熱量從內殼表面傳遞到較冷的固體床。傳熱過程最好建模為通過邊界層（殼）的熱通量。請參考下面的圖2，表明間接燃燒旋轉干燥器或回轉窯的典型布

7、置。圖2在燃氣燃燒器是熱源的情況下，殼體的洗滌是主要的，因為它采用輻射和對流模式。因此，從殼內表面到被處理固體的熱傳遞是控制條件。因此，大多數設計和尺寸公式反映：Q = h * A * DT哪里：Q =以Btu / hr轉移的熱量h =傳熱系數Btu / ft2Hr華氏度A =殼體內表面的表面積，單位為ft2DT =固體入口和出口之間的對數平均溫度以及殼表面的最熱和最冷的溫度這種簡單的傳熱方程在間接回轉窯或干燥器的建模中相當準確，無論是作為整個系統還是作為特定區域。表征系統的最準確方法是通過有限元分析，其中分析單元的離散部分。這種徹底的調查很少得到保證，但整個過程最好被視為由在不同溫度下發生的

8、幾個不同階段組成。例如，考慮含有水分的原料，揮發性有機化合物，以及可能在高溫下的吸熱反應。在這樣的系統中，出現了六個單獨的步驟，包括整個單元操作：將總進料加熱至212F，水分容易蒸發。回想一下，沒有載氣可以稀釋放出的水的分壓。水蒸發。將干燥固體加熱至有機物蒸發的溫度。有機化合物的蒸發。將固體加熱至反應溫度。進行吸熱反應。將這樣的整個過程視為不同的步驟變得至關重要，因為每個過程都發生在固定的溫度范圍內。正如人們可能意識到的那樣，這樣的固定溫度允許系統設計者更準確地確定對數平均溫度差，這是整個設計方程中的一個控制變量。直接與間接旋轉窯和旋轉干燥器：對您的應用有何意義？事實上，任何可以在直接燃燒的回

9、轉窯或干燥器中進行的過程也可以在間接加熱的裝置中進行。兩種類型的系統都具有歸因于其操作的固有優點和缺點。作為一般規則，直接燃燒裝置的運行效率更高，并且其資本成本也低于間接裝置。因此，直接發射裝置比間接發射裝置更常見。然而，有許多應用，其中間接單元提供更好的整體經濟性。雖然間接過程是在100多年前構思和使用的，但僅在過去的25年中間接旋轉船才成為廣泛的商業現實。這主要是由于能夠承受更高溫度的結構材料的進步。因此，間接加熱的干燥機和窯爐繼續受到關注，既改善現有工藝又開發新工藝。在許多行業中，間接燃燒單元被用于需要更專業化處理需求的過程設置中。此處列出了間接單元提供更好處理介質的常用設置。細分的固體

10、當待加工的材料由細碎的固體組成時，間接燒制的回轉窯可能是有益的。在直燃式回轉窯中，熱源是以固有速度流動的熱氣體（燃燒產物和空氣產物）。這些氣體可以通過阻力攜帶離散的顆粒。夾帶程度取決于多種因素，例如氣體速度，氣體密度，顆粒密度和形狀。由于夾帶潛力，直接燃燒回轉窯加工精細材料要求設計以允許的氣體速度為中心而不是傳熱要求。間接燃燒的回轉窯不依賴于與熱燃燒氣體緊密接觸的加工材料。直接燃燒的回轉窯通常具有在容器內流動的工藝氣體的質量或體積的100倍，而不是具有相同負荷的間接單元。通常使用間接燃燒回轉窯加工的精細材料的一些例子是炭黑，化學沉淀物，濾餅和精細研磨的固體等。惰性系統間接加熱單元優于直接加熱單

11、元的另一種設置是在惰性環境中進行加工時。例如，大多數含碳固體在高溫下在游離氧存在下燃燒。可以在直燃式旋轉設備中對煤，石油焦，污泥和許多有機固體等可燃產品進行高溫處理，但必須仔細規定以確保安全。必須開發富含燃料或接近精確的化學計量火焰以減少游離氧的存在。這種系統的控制復雜，可能涉及氧氣檢測，防爆門和自動滅火系統。這些廣泛的規定涉及增加的成本和謹慎的許可和保險細節。存在其他應用，其中產品的氧化不會引起爆炸或燃燒風險，但產品的質量可能受到氧化的不利影響。在高溫氧氣存在下形成不希望的氧化物的應用通常最好通過間接加熱的方法進行。一個常見的例子是金屬產品。可能存在其他孤立的情況，其中固體可能在高溫下與氮形

12、成不希望的化合物。在這種情況下，在直接燃燒的回轉窯中幾乎不可能從加工的固體中除去氮組分，但在間接燃燒的回轉窯中相對容易。可控氣氛化學反應間接燃燒單元也用于執行一系列氣體到固體反應。間接單元可以證明在高溫下將固體暴露于氣態化學反應物是理想的，其中反應以加速的速率發生。陶瓷催化劑的“摻雜”可以作為一個實際的例子。可以將這些化學反應物引入直接燃燒的單元中，但是反應物被所需的熱氣體稀釋，作為傳熱介質。在間接單元中，任何使用的反應物都可以通過管道輸入和計量以達到精確的濃度。處理高價值的揮發性產品一些過程的目標是從一些無價值的固體載體中回收高價值的揮發性組分。例如，考慮油頁巖中油的熱分離。這種應用可能最適

13、合間接發射裝置。與可燃材料的情況一樣，可以仔細設計直接燃燒的容器以進行分離，但是分離設備（例如冷凝器）上的負載由于不希望的雜質空氣而大大增加。與這些輔助分離裝置相關的成本可遠遠超過傳熱容器本身的成本。通過在間接燃燒單元中處理這種材料，所需的揮發性產物高度濃縮，并且不會給回收設備帶來不必要的雜質空氣負擔。另一個非常有前途的應用是使用間接燃燒回轉窯有效地從低價值廢物中提取有價值的油，例如廢舊輪胎，石油飽和土壤和石油鉆井廢料（鉆屑）。處理危險廢物存在一系列應用，其中有害成分可以吸附在惰性固體基質上。其實例是用過的活性炭，用于從液體或氣體流中吸附不希望的廢物組分。在這種情況下，可以通過間接燃燒的回轉窯

14、激活“用過的”或用過的碳以便再利用。用完的碳可以保持在高溫下并且吸附的組分將揮發并有效地從碳中解吸，使碳再次準備好吸收危險組分。解吸后，揮發的廢物通過強制通風從系統中排出。來自間接燃燒回轉窯的這種廢氣將裝載有危險的廢物組分，然后可以以高純度冷凝，或者作為濃縮蒸汽流焚燒。這種重新激活固體基質的操作可以在直燃式回轉窯中進行，但廢氣負擔會顯著增加。根據對揮發性化合物的規定，對這種廢氣的處理可能非常昂貴。化學負荷土壤;吸收劑，罐廢物和其他惰性基質非常接近上述條件。間接回轉窯的所有先前應用僅僅是間接回轉窯可能有利的許多情況中的一些。如這些實施例所示，存在無數的應用，其中間接燃燒的回轉窯可以總體上產生更具

15、成本效益的系統。高溫處理應用的開發者必須考慮所有所需輔助設備的成本，運行成本，產品質量要求和其他幾個變量，而不僅僅是主要熱傳遞設備的成本。在評估整體系統方法時，設計人員還必須考慮運營成本因素，如燃料成本，冷卻水，電力，儀表空氣，空氣質量限制以及不合格產品的成本。最近的開發已經用于開發結合直接和間接處理步驟的設備流程圖。已經開發了一些混合設備，其中直接和間接相發生在單個容器中。作為一個例子，考慮將干凈的煙道氣從間接裝置的爐段輸送到直接旋轉干燥器。這種情況可以在一艘船上實現。請參考下面的圖3。圖3在該裝置中，熱煙道氣在初始預干燥部分中非常有效地干燥潮濕的廢碳，并且由于碳含有高水分含量，因此不會發生碳的燃燒。結論旋轉窯和干燥器已成為當今許多工業過程的基礎，與固定設備相比具有明顯的優勢。雖然直接燃燒裝置是主要配置，但耐熱合金的最新進