窑尾烟气温度和水蒸汽浓度分布是衡量喷射干燥的重要指标，受料浆粒径和窑尾压力变化的影响较大。由于熟料窑高温封闭的工作环境，窑内各相的热工参数很难进行检测，本文作者应用计算机仿真模拟，研究料浆粒径和窑尾压力变化对喷射干燥基金项目：国家教育部博士点基金奖励项目（20010533009）段窑内温度、水蒸汽浓度分布等参数的影响规律，并对操作参数和工艺参数进行了优化。
数学模型，解析域及网格划分以某厂d4.5m90m氧化铝熟料窑为研究对象。距窑尾30m内为刮料器和扬料板区域，该段物料以雾状喷出，与高温烟气进行强烈的热交换，然后又受到扬料板的作用，以料幕形式与烟气进行热交换，主要脱除料浆中的附着水和结晶水带称为喷射干燥带。其烘干能力对整个窑的性能和指标非常重要，故以这一段为解析区域。考虑刮料器、扬料板及返灰的影响，内径取4.1m，轴向长度方向取30m的窑体再加1.5m窑尾罩，采用先进的多块网格结构及结构化非均匀网格技术，轴向均匀划分为63个网格节点，径向在中心区域因喷枪直径较小，及物料强烈的湍流作用，网格划分较密，其它区域考虑计算成本划分较疏，共6万多单元。横截面和纵截面网格划分如图2所示。
数学模型1）喷射干燥模型在喷射干燥模型中，颗粒的总流动通过追踪小量穿过连续流体的颗粒而建模，各颗粒穿过连续相时被独立地追踪。模型中颗粒包含了一个传质分量和一个传热分量。颗粒是否低于沸点由Antonie方程决定并由式（1）给出式中A、B、C为常数。若蒸汽压p高于气相压力则颗粒沸腾，反之则低于沸点。
当颗粒超过沸点时，质量传递由对流传热支配，表达式如下：当颗粒低于沸点时，质量传递由以下公式给出：式中T为颗粒温度；Q为对流传热；V为蒸发潜热；d是颗粒直径；，D是连续相中质量分数的扩散系数；Sh是谢伍德准数；W和W是水蒸汽和连续相中混合物的分子量，x和x是液滴和汽相中的摩尔分数。当颗粒中所有水分已经蒸发时，传质速度设置为0.
2）边界条件入口速度：假定料浆流量76m34kg/s；烟气速度根据窑内烟气量及烟气温度计出口采用压力边界条件，对于近壁面，沿流动方向采用壁面函数。生料浆初始温度为60，水分含量为36.0%。
计算结果与分析：氧化铝熟料窑喷射干燥段参数的仿真优化可知，物料平均粒径相同时，窑尾负压对喷射干燥段内烟气温度分布有较大影响。负压越大，窑内烟气温度衰减越慢，出窑烟气温度越高；反之，则窑内烟气温度衰减加快，出窑烟气温度降低。窑尾负压为-300Pa时，出窑烟气平均温度为248；负压为-200Pa时，出窑烟气温度降低到215左右。此外，当喷射干燥区域的入口烟气温度相同时，窑尾负压大小对离开该段的固体物料颗粒的温度也有一定影响。负压较大时，由于烟气温度衰减缓慢，所以物料加热速度较均匀；负压较小时，由于烟气温度衰减较快，物料开始加热较慢，而后加热速度增快。
分布的影响。物料平均粒径增加到1mm时，窑内烟气温度衰减较平均粒径为0.1mm时慢，窑尾烟气平均温度上升到264左右。可见物料粒度增加，使换热面积减小，窑内换热效果变差，出窑烟气温度将上升，而物料被加热的温度则降低，平均粒径为1mm的物料在喷射干燥段出口处只被加热到240左右。由于物料温度较低，加重了预热分解带的负担，使预热分解带增长，烧成带相应缩短，影响熟料的产量和质量。
喷射干燥中另一个重要的指标是窑内水蒸汽的浓度分布。为窑内水蒸汽浓度分布计算结果。烟气温度分布相对应，水蒸汽浓度在靠近料浆喷嘴15m处较高，其余区域很低，而且负压较高时，料浆中水分蒸发也较快，相应地，负压较低时，靠近窑尾区域温度相对较低，水蒸汽蒸发区域增长。所以增大窑尾负压，可提高窑尾区域的温度，增强窑尾烘干能力。在相同的窑尾负压下，增大料浆颗粒粒度，将使窑尾的烘干能力降低。当生料浆颗粒粒度增加到1mm，窑内水蒸气浓度急剧减小。
讨论根据以上计算结果可以看出，窑尾负压大小对窑内温度分布和水蒸汽浓度分布影响很大。负压增中国有色金属学报大，窑内抽力增大，过剩空气增多，火焰被拉长，窑内烟气温度衰减减慢，出窑烟气温度升高，余热损失也将增加，但窑尾的烘干能力增强；相反，负压减小，可降低出窑烟气温度，减少余热损失，但燃烧带变短，窑内温度衰减加快，窑尾烘干能力下降，使预热分解带的加热能力也降低。所以必须将窑尾负压控制在合适范围。生产中窑尾负压应在-200-300Pa之间，并根据窑况进行调节。需要加长火焰、提高窑尾温度时可提高负压，相反则减小负压。另外，生料浆的平均粒径大小对窑内温度、水蒸汽浓度分布有一定影响。小粒径有利于降低窑尾烟气温度，减小物料离开烘干带时的含水量，加快物料的升温过程。计算结果显示，窑尾负压相同（-300Pa）情况下，生料浆平均粒径由0.1mm增大到1mm时，窑尾烟气平均温度由248上升到264，窑内烟气中水分浓度显著减小，表明料浆没有得到有效的烘干，加重了预热分解带的负担。
所以料浆的平均粒径应不大于0.1mm.现场的料浆平均粒径一般应控制在0.0970.125mm，12对该窑进行的热工综合测试结果表明，窑尾负压为-300Pa时，窑内过剩空气系数为1.38，窑尾烟气温度为236，与仿真计算结果248相比，两者相差12，这主要是由于测试时测点位置在出窑后10m处，烟气受到窑尾漏风的冷却而温度下降。当窑尾负压为-200Pa时，出窑烟气温度的仿真计算结果为215，窑内过剩空气系数约为1.08左右。生产正常时，合适的窑内空气过剩系数应为1.10.仿真计算结果与热工测试及工程实际基本一致。
结论1）加强窑尾喷射干燥段的换热，减小烟气的出窑温度，能增强窑尾的烘干能力，强化预热分解带的传热和分解过程，提高熟料窑的热效率和产量。
2）生产中窑尾负压应在-200-300Pa之间根据窑况进行调节。需要加长火焰、提高窑尾烘干能力时可提高负压，反之则减小负压。
3）缩小料浆粒径，有利于降低窑尾烟气温度，减小物料离开烘干带时的含水量，加快物料的升温。
