回转窑系统热平衡计算

1回转窑系统热平衡计算1热平衡计算基准、范围及原始数据1.1热平衡计算基准物料基准：一般以1kg熟料为基准；温度基准：一般以0℃为基准；1.2热平衡范围热平衡范围必须根据回转窑系统的设计或热工测定的目的、要求来确定。在回转窑系统设计时，其平衡范围，可以回转窑、回转窑加窑尾预热分解系统、或再加冷却机和煤磨作平衡范围。范围选得大，则进出口物料、气体温度较低，数据易测定或取得，但往往需要的数据较多，计算也烦琐。因此一般选回转窑加窑尾预热分解系统作为平衡范围。1.3原始数据根据确定的计算基准和平衡范围，取得必要的原始数据，这是一项非常重要的工作。计算结果是否符合实际情况，主要取决于所选用的数据是否合理。对新设计窑或改造窑来说，主要是根据同类型窑的生产资料，结合工厂具体条件和我国实际情况、合理地确定各种参数；对于生产窑来说，主要通过热工测定取得实际生产中各种参数。若以窑加窑尾预热系统为平衡范围，一般要取得如下原始数据：生料用量、化学组成、水分、入窑温度；燃料成分、工业分析和入窑温度；一、二次空气的比例和温度；空气过剩系数、漏风系数；废气温度；飞灰量、灰温度及烧失量；收尘器收尘效率；窑体散热损失；熟料形成热等等。熟料形成热可根据熟料形成过程中的各项物理化学热效应求得，也可用经验公式计算或直接选定。2物料平衡与热量平衡计算方法与步骤说明于下：窑型：悬浮预热器窑基准：1kg熟料；0℃平衡范围：窑+预热器系统根据确定的平衡范围，绘制物料平衡图和热量平衡图，如图1和图2所示。图1物料平衡图图2热量平衡图22.1物料平衡计算2.1.1收入项目（1）燃料消耗量mr（kg/kg熟料）设计新窑或技术改造时，mr是未知量，通过热平衡方程求得，已生产的窑，通过热工测定得到。（2）入预热器物料量①干生料理论消耗量sarrgsL100100LaAmm式中，mgsL—干生料理论消耗量，kg/kg熟料；Aar—燃料收到基灰分含量，%；a—燃料灰分掺入熟料中的量，%；Ls—生料的烧失量，%。②入窑回灰量和飞损量fhyhmm)1(fhFhmm式中，myh—入窑回灰量，kg/kg熟料；mfh—出预热器飞灰量，kg/kg熟料；mFh—出收尘器飞灰损失量，kg/kg熟料；η—收尘器、增湿塔综合收尘效率，%。③考虑飞损后干生料实际消耗量sfhFhgsLgs100100LLmmm式中，mgs—考虑飞损后干生料实际消耗量，kg/kg熟料；Lfh—飞灰烧失量，%。④考虑飞损后生料实际消耗量sgss100100Wmm式中，ms—考虑飞损后生料实际消耗量，kg/kg熟料；Ws—生料中水分含量，%。⑤入预热器物料量yhsmm入预热器物料量（kg/kg熟料）（3）入窑系统空气量①燃料燃烧理论空气量)O0.033(S0.267H0.089CararararLKVLKLK293.1Vm3式中，LKV—燃料燃烧理论干空气量，Nm3/kg煤；LKm—燃料燃烧理论干空气量，kg/kg煤；Car、Har、Sar、Oar—燃料应用基元素分析组成，%。②入窑实际干空气量yrLKykykmVVykyk293.1Vm式中，Vyk—入窑实际干空气量，Nm3/kg熟料；myk—入窑实际干空气量，kg/kg熟料；αy—窑尾空气过剩系数。③漏入空气量（包括生料送风量）rLKyfLok)(mVVLokLok293.1Vm式中，VLok—窑尾系统漏风量，Nm3/kg熟料；mLok—窑尾系统漏风量，kg/kg熟料；αf—预热器出口过剩空气系数。漏入空气量也可用漏风系数求得。2.1.2支出项目（1）熟料量msh＝1kg（2）废气量①生料中物理水100sswsWmm804.0wswsmV式中，0.804—为水蒸气密度，kg/Nm3；mws—生料中物理水量，kg/kg熟料；Vws—生料中物理水量，Nm3/kg熟料。②生料中化学水s32gshsOAl00353.0mm804.0hshsmV式中，mhs—生料中化学水量，kg/kg熟料；Vhs—生料中化学水量，Nm3/kg熟料；s32OAl—干生料中三氧化铝含量，%。③生料分解放出CO2气体量100100COfhFh2gssCO2Lmmm4977.14422.4sCOsCOsCO222mmV式中，sCO2m—生料中分解出CO2气体量，kg/kg熟料；sCO2V—生料中分解出CO2气体量，Nm3/kg熟料；CO2—干生料中CO2含量，%。MgOCOsCaOCOs222MgOCaOCOMMMM式中，CaOs、MgOs—分别为干生料中CaO和MgO的含量，%；MCO2、MCaO、MMgO—分别为CO2、CaO、MgO分子的相对质量；1.977—CO2密度，kg/Nm3。④燃料燃烧生成烟气量arrCO0187.02CV（Nm3/kg煤）aryLKrNN008.079.02VV（Nm3/kg煤）LKyrO)1(21.02VV（Nm3/kg煤）aryrOH0.0124W0.112H2V（Nm3/kg煤）rOHrOrNrCOfL2222VVVVV（Nm3/kg煤）100/A1293.1aryLKfLVm（Nm3/kg煤）式中，VfL—燃料燃烧实际烟气量，Nm3/kg煤；mfL—燃料燃烧实际烟气量，kg/kg煤。⑤漏入空气量VLok（Nm3/kg熟料）；mLok（Nm3/kg熟料）；总废气量LOKrfLsCOhswsf2VmVVVVV（Nm3/kg熟料）LOKrfLsCOhswsf2mmmmmmm（kg/kg熟料）（3）出预热器飞灰量mfh（kg/kg熟料）2.2热量平衡计算2.2.1收入项目（1）燃料燃烧生成热arnet,rrRQmQ（kJ/kg熟料）式中，Qnet,ar—燃料收到基低位发热量，kJ/kg煤；5（2）燃料带入显热Qr＝mrCrtr（kJ/kg熟料）式中，Cr—燃料的比热，kJ/kg·℃；tr—燃料入窑温度，℃。（3）生料带入显热Qs＝(mgsCs十mwsCw)ts（kJ/kg熟料）式中，Cs、Cw—分别为生料、水的比热，kJ/kg·℃；ts—生料入窑温度，℃。（4）回灰带入热量Qyh＝myhCyhtyh（kJ/kg熟料）式中，Cyh—回灰的比热，kJ/kg·℃；tyh—回灰入窑的温度，℃。（5）空气带入热量①一次空气带入热量Qylk＝K1VyklCylktylk（kJ/kg熟料）式中，K1—一次空气占总入窑空气量的比例，%；Cy1k—一次空气在0℃～ty1k温度的平均比热，kJ/Nm3·℃；ty1k—一次空气入窑温度，℃。②二次空气带入热量Qy2k＝(1—K1)VykCy2kty2k（kJ/kg熟料）式中，Cy2k—二次空气在0℃～ty2k间的平均比热，kJ/Nm3·℃；ty2k—二次空气入窑温度，℃。③漏入空气带入热量QLOK＝VLOKCLOKtLOK（kJ/kg熟料）式中，CLOK—漏入空气在0℃～tLOK间的平均比热，kJNm3·℃；tLOK—漏入空气温度，℃。总收入热量QzsQzs＝QrR+Qr+Qs+Qyh+Qylk+Qy2k+QLOK2.2.2支出项目（1）熟料形成热sh32sh2shsh32kOFe47.2SiO40.12MgO10.72OAl19.71CaO01.23shQ（kJ/kg熟料）式中，sh32sh2shsh32kOFeSiOMgOOAlCaO、、、、—分别为熟料中各成分百分含量。（2）蒸发生料中水分耗热Qss＝(mws+mhs)qqh（kJ/kg熟料）式中，qqh—入窑生料温度时水的汽化热，kJ/kg水。（3）废气带走热量Qf＝VfCftf（kJ/kg熟料）式中，Cf—混合气体的平均比热，kJ/Nm3·℃；tf—废气温度，℃fNNOHOHOOCOCOf22222222VVCVCVCVCC6式中，2COC、2OC、OH2C、2NC—分别为CO2、O2、H2O、N2在tf温度时的平均比热，kJ/Nm3·℃；2COV、2OV、OH2V、2NV—分别为废气中CO2、O2、H2O、N2的量；Nm3/kg熟料。（4）出窑熟料带走热Qysh＝1×Cyshtysh（kJ/kg熟料）式中，Cysh—熟料在0℃～tysh间的平均比热；kJ/kg·℃；tysh——出窑熟料温度，℃。（5）出预热器飞灰带走热Qfh=mfhCfhtfh（kJ/kg熟料）式中，Cfh—0℃～tfh间飞灰平均比热，J/kg·℃；tfh—飞灰温度，℃。（6）系统表面散热损失QB（kJ/kg熟料）总支出热量QzcQzc＝Qsh＋Qss＋Qf＋Qysh＋Qfh＋QB收支热量平衡式：Qzs＝Qzc上述热平衡方程式，为含有一个未知数mr的一元一次方程式。求解上述方程，即可求得单位熟料的燃料消耗量mr。熟料烧成热耗的计算QrR＝mrQnet,ar（kJ/kg熟料）在所有的热量支出中，只有熟料形成热量是真正消耗于熟料形成的热量，因此回转窑的热效率应为熟料形成热与入窑总热量之比值%100zsshQQ但入窑总热量Qzs随热平衡范围不同而变化，因此窑的热效率也可用熟料形成热与燃料燃烧热之ηs比表示，ηs也称窑的烧成热效率。%100rRshsQQ根据单位熟料的燃料消耗量，回转窑的规格尺寸、燃烧带长度等，，还可计算一些窑的主要热工技术参数，如窑的发热量、燃烧带容积热负荷、燃烧带衬砖断面热负荷及表面热负荷等。以上热平衡计算中，将入窑空气量看成入窑一、二次空气量之和，实际入窑空气量应是入窑一、二次空气量及少量窑头漏风量组成。设计计算时，也可确定窑头漏风系数，计算窑漏风量。另外，计算中还忽略了空气中带入的水分、飞损飞灰脱水及CO2分解耗热两项，此两项数量极小，对热平衡计算结果无影响。7热平衡计算举例1、原始资料：（1）窑型；Φ4.0×60m带RSP型预分解窑；（2）生产品种：普通硅酸盐水泥熟料；（3）物料化学成分，见表1；（4）燃料组成，工业分析见表2及表3。表1物料化学成分原料烧失量SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOSO3其他总和干生料熟料煤灰35.880013.2722.4851.603.035.5431.792.093.794.1644.6866.833.620.290.590.680.160.052.200.600.725.95100.00100.00100.00表2燃料元素分析(％)CarHarSarNarOarAarWar60.103.960.350.977.9125.711.00表3工业分析及发热量AarVarF.CarWarQnet,ar(kJ/kg)%25.7128.3644.931.0023614（5）温度表4温度（℃）入预热器生料温度50入分解炉三次空气温度740入窑回灰温度50气力提升泵输送生料空气温度50入窑一次空气温度30熟料出窑温度1360入窑二次空气温度950废气出预热器温度370环境温度30飞灰出预热器温度330入窑、分解炉燃料温度60（6）入窑风量比(%)一次空气(K1)：二次空气(K2)：窑头漏风(K3)＝15:80:5；（7）燃料比(%)回转窑(Ky):分解护(KF)＝40:60；（8）出预热器飞灰量：0.1kg/kg熟料；（9）出预热器飞灰烧失量：35.20％；（10）各处过剩空气系数：窑尾αy＝l.05；分解炉混合室出口αL＝1.15；预热器出口αf＝1.40；其中：预热器漏风量占理论空气量的比例K4＝0.16；气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例K5＝0.09，折合料风比为19.8kg/Nm3（11）分解炉及窑尾漏风(包括分解炉一次空气量)占分解护用燃料理论空气量的比例K6＝0.05；（12）收尘器和增湿塔综合收尘效率为99.6％；（13）熟料形成热：1736.9kJ/kg熟料；（14）系统表面散热损失：460kJ/kg熟料；（15）生料水分：0.2％；（16）窑的产量2000t/日(或83.3t/h)。82.1物料平衡计算2.1.1收入项目（1）燃料