氧化铬(Cr203)是一种重要的化工原料,被广泛应用于陶瓷、耐火材料、颜料等领域。我国是全球氧化铬主要生产国之一。以2017年计,我国铬矿进口量为1384.05万吨,进口依存度达95%,进口额居世界首位。目前,氧化铬的核心生产工艺为氢氧化铬煅烧分解,回转窑是其主要的煅烧设备,具有产量大、生产连续性好及机械化程度高等优点,但同时普遍存在着耗能高及煅烧不均匀等不足。根据炉窑3类变量关系理论可知,窑体内的气体流动及气固传热过程影响着窑内热工过程,进而影响产品能耗和煅烧质量。因此,强化窑内气固传热过程是解决回转窑能耗和提高煅烧质量的关键。目前有关氢氧化铬煅烧回转窑热工行为的研究尚未见文献报道。基于此,本文借鉴散料煅烧/焙烧回转窑较为完善的一维计算模型理论,运用Matlab进行自编程,建立回转窑一维传热模型,籍此计算窑内轴向传热信息;在此基础上,克服现有2维模型普遍存在的收敛难度高、计算时间长等不足,利用一维模型的计算结果作为定解条件,以UDF的形式编写到Fluent软件中,建立回转窑2维传热模型,藉此计算窑内径向传热信息,与轴向信息共同反映窑内热工过程。主要研究内容及结论:(1)建立了一维结合2维的气固传热数值计算模型。综合考虑气体、物料、窑内壁、窑外壁间的传热过程,自编程建立了回转窑一维轴向传热模型;将一维模拟结果作为定解条件嵌入Fluent软件中,基于欧拉—欧拉双流体模型建立了回转窑2维传热模型。上述模型基本上能描述窑内气固传热过程。(2)窑内气固换热以对流和辐射为主。从窑尾至窑头,对流换热量占比从58.9%降至8.9%;辐射换热量占比从7.3%升至91.1%。预热段、加热段和反应段内,物料温度分别从300 K升至630 K、630 K升至1000 K、1000 K升至1438 K。(3)烟气对物料的加热过程起主要作用。从窑尾到窑头,烟气传递给物料的热量占比从71.5%升至100%;窑内壁传递给物料的热量占比从28.5%降至0%。(4)提出了案例企业煅烧回转窑的两种改造方案:1)现有天然气供给条件下,该回转窑系统最大处理量为3634 t/A,比设计产量提高10.4%,年降低能耗15.6×104 kgce;2)在企业设计产量工况下,天然气需要量比设计值降低7%,年降低能耗 11.2 × 1 04 kgce。