焙烧竖炉,是课题组借鉴钢铁球团竖炉提出并在朝阳得以建造的一种钒钛磁铁矿直接提钒焙烧设备,是辽西钒钛磁铁矿直接提钒工艺流程中的核心设备,其决定着焙烧效果,进而影响着后续的浸出、净化富集和沉淀等单元操作。其内焙烧实质是钒钛磁铁矿球团受燃烧产物加热而后被冷却空气冷却的气固传热过程,因此,提升竖炉焙烧效果的关键是改善炉内料层气固传热效果。焙烧竖炉本质是气固颗粒移动床,炉内气固传热可视为稳态传热,数值计算是主要研究手段。目前,有关移动床气固传热数值计算,多集中于冶金和化工领域中,其主要特点:大部分基于局部热力学平衡模型,仅有的基于非平衡模型均将稳态问题近似为非稳态问题;阻力特性系数基于经典Ergun公式,缺乏针对性。焙烧竖炉,其最大难点在于“多进口、多出口”,传热过程复杂。基于此,本文基于FLUENT软件,采用局域热力学非平衡模型,推导基于稳态流动的双能量方程;开展球团阻力特性研究,并以UDF形式编译于FLUENT软件中,藉此开展竖炉内气固传热过程数值计算,进而解决辽西中试炉现场运行的部分热工问题,为后续的中试炉技术改造奠定基础。研究结果表明:(1)炉内气流流动状态临界雷诺数约为2100;湍流流动时,描述炉内气体流动阻力特性的修正Ergun方程为:ΔP/L=500(1-ε)2/ε3μu/d2+2.1(1-ε)/ε3ρu2/d(2)炉内球团温度在焙烧段分布不均,靠近焙烧风进口之处,球团温度较高,而远离进口之处,球团温度较低;设置焙烧风双进口可有效改善焙烧不均;冷却风回折流动使得保温段下部球团温度较低,但依旧满足焙烧要求。(3)在生产可调范围内,随着焙烧风流量的增加、冷却风流量的减小,球团温度升高;随着球团颗粒直径的增加,焙烧段球团温度降低而冷却段球团温度升高,适宜的球团直径0.046m。(4)目前调试工况下,中试炉球团温度整体偏低,可通过调整焙烧风和冷却风的流量解决,无需调整结构参数;现有中试炉基本满足330t(V2O5)/a的设计产能;设置双侧焙烧可改善料层的焙烧均匀性。(5)中试炉设计产能330t(V2O5)/a时的适宜参数:焙烧风流量3500mm3/h,冷却风流量1512m3/h,焙烧时间5.0h;为防止球团过烧,竖炉产能不得低于264t(V205)/a,最低产能的适宜参数:焙烧风流量2800m3/h,冷却风流量1512m3/h。