回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)熱平衡計(jì)算

1、word回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)熱平衡計(jì)算1 熱平衡計(jì)算基準(zhǔn)、范圍及原始數(shù)據(jù)1.1 熱平衡計(jì)算基準(zhǔn)物料基準(zhǔn)：一般以1kg熟料為基準(zhǔn)；溫度基準(zhǔn)：一般以0為基準(zhǔn)；1.2 熱平衡范圍熱平衡范圍必須根據(jù)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或熱工測(cè)定的目的、要求來確定。在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，其平衡范圍，可以回轉(zhuǎn)窯、回轉(zhuǎn)窯加窯尾預(yù)熱分解系統(tǒng)、或再加冷卻機(jī)和煤磨作平衡范圍。范圍選得大，那么進(jìn)出口物料、氣體溫度較低，數(shù)據(jù)易測(cè)定或取得，但往往需要的數(shù)據(jù)較多，計(jì)算也煩瑣。因此一般選回轉(zhuǎn)窯加窯尾預(yù)熱分解系統(tǒng)作為平衡范圍。1.3 原始數(shù)據(jù)根據(jù)確定的計(jì)算基準(zhǔn)和平衡范圍，取得必要的原始數(shù)據(jù)，這是一項(xiàng)非常重要的工作。計(jì)算結(jié)果是否符合實(shí)際情況，主要取決于所選用

2、的數(shù)據(jù)是否合理。對(duì)新設(shè)計(jì)窯或改造窯來說，主要是根據(jù)同類型窯的生產(chǎn)資料，結(jié)合工廠具體條件和我國(guó)實(shí)際情況、合理地確定各種參數(shù)；對(duì)于生產(chǎn)窯來說，主要通過熱工測(cè)定取得實(shí)際生產(chǎn)中各種參數(shù)。假設(shè)以窯加窯尾預(yù)熱系統(tǒng)為平衡范圍，一般要取得如下原始數(shù)據(jù)：生料用量、化學(xué)組成、水分、入窯溫度；燃料成分、工業(yè)分析和入窯溫度；一、二次空氣的比例和溫度；空氣過剩系數(shù)、漏風(fēng)系數(shù)；廢氣溫度；飛灰量、灰溫度及燒失量；收塵器收塵效率；窯體散熱損失；熟料形成熱等等。熟料形成熱可根據(jù)熟料形成過程中的各項(xiàng)物理化學(xué)熱效應(yīng)求得，也可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或直接選定。2 物料平衡與熱量平衡計(jì)算方法與步驟說明于下：窯型：懸浮預(yù)熱器窯基準(zhǔn)：1kg熟料；

3、0平衡范圍：窯+預(yù)熱器系統(tǒng)根據(jù)確定的平衡范圍，繪制物料平衡圖和熱量平衡圖，如圖1和圖2所示。 圖1 物料平衡圖 圖2 熱量平衡圖2.1 物料平衡計(jì)算 收入工程1燃料消耗量mrkg/kg熟料設(shè)計(jì)新窯或技術(shù)改造時(shí)，mr是未知量，通過熱平衡方程求得，已生產(chǎn)的窯，通過熱工測(cè)定得到。2入預(yù)熱器物料量 干生料理論消耗量式中，mgsL干生料理論消耗量，kg/kg熟料；Aar燃料收到基灰分含量，%；a燃料灰分摻入熟料中的量，%；Ls生料的燒失量，%。 入窯回灰量和飛損量式中，myh入窯回灰量，kg/kg熟料；mfh出預(yù)熱器飛灰量，kg/kg熟料；mFh出收塵器飛灰損失量，kg/kg熟料；收塵器、增濕塔綜合收塵

4、效率，%。 考慮飛損后干生料實(shí)際消耗量式中，mgs考慮飛損后干生料實(shí)際消耗量，kg/kg熟料；Lfh飛灰燒失量，%。 考慮飛損后生料實(shí)際消耗量式中，ms考慮飛損后生料實(shí)際消耗量，kg/kg熟料；Ws生料中水分含量，%。 入預(yù)熱器物料量kg/kg熟料3入窯系統(tǒng)空氣量 燃料燃燒理論空氣量式中，燃料燃燒理論干空氣量，Nm3/kg煤；燃料燃燒理論干空氣量，kg/kg煤；Car、Har、Sar、Oar燃料應(yīng)用基元素分析組成，%。 入窯實(shí)際干空氣量式中，Vyk入窯實(shí)際干空氣量，Nm3/kg熟料；myk入窯實(shí)際干空氣量，kg/kg熟料；y窯尾空氣過剩系數(shù)。 漏入空氣量包括生料送風(fēng)量式中，VLok窯尾系統(tǒng)漏風(fēng)

5、量，Nm3/kg熟料；mLok窯尾系統(tǒng)漏風(fēng)量，kg/kg熟料；f預(yù)熱器出口過剩空氣系數(shù)。漏入空氣量也可用漏風(fēng)系數(shù)求得。 支出工程1熟料量msh1kg2廢氣量 生料中物理水式中，0.804為水蒸氣密度，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。 生料中化學(xué)水式中，mhs生料中化學(xué)水量，kg/kg熟料；Vhs生料中化學(xué)水量，Nm3/kg熟料；干生料中三氧化鋁含量，%。 生料分解放出CO2氣體量式中，生料中分解出CO2氣體量，kg/kg熟料；生料中分解出CO2氣體量，Nm3/kg熟料；CO2干生料中CO2含量，%。式中，CaOs、MgOs分別為干生料

6、中CaO和MgO的含量，%；MCO2、MCaO、MMgO分別為CO2、CaO、MgO分子的相對(duì)質(zhì)量；1.977CO2密度，kg/Nm3。 燃料燃燒生成煙氣量Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤式中，VfL燃料燃燒實(shí)際煙氣量，Nm3/kg煤；mfL燃料燃燒實(shí)際煙氣量，kg/kg煤。 漏入空氣量VLokNm3/kg熟料；mLok Nm3/kg熟料；總廢氣量Nm3/kg熟料kg/kg熟料3出預(yù)熱器飛灰量mfhkg/kg熟料2.2 熱量平衡計(jì)算 收入工程1燃料燃燒生成熱kJ/kg熟料式中，Qnet,ar燃料收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg煤；2燃料帶入顯熱Q

7、rmrCrtrkJ/kg熟料式中，Cr燃料的比熱，kJ/kg；tr燃料入窯溫度，。3生料帶入顯熱Qs(mgsCs十mwsCw)tskJ/kg熟料式中，Cs、Cw分別為生料、水的比熱，kJ/kg；ts生料入窯溫度，。4回灰?guī)霟崃縌yhmyhCyhtyhkJ/kg熟料式中，Cyh回灰的比熱，kJ/kg；tyh回灰入窯的溫度，。5空氣帶入熱量 一次空氣帶入熱量QylkK1VyklCylktylkkJ/kg熟料式中，K1一次空氣占總?cè)敫G空氣量的比例，%；Cy1k一次空氣在0ty1k溫度的平均比熱，kJ/Nm3；ty1k一次空氣入窯溫度，。 二次空氣帶入熱量Qy2k(1K1)VykCy2kty2kkJ

8、/kg熟料式中，Cy2k二次空氣在0ty2k間的平均比熱，kJ/Nm3；ty2k二次空氣入窯溫度，。 漏入空氣帶入熱量QLOKVLOKCLOKtLOKkJ/kg熟料式中，CLOK漏入空氣在0tLOK間的平均比熱，kJNm3；tLOK漏入空氣溫度，。總收入熱量QzsQzsQrR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QLOK 支出工程1熟料形成熱kJ/kg熟料式中，分別為熟料中各成分百分含量。2蒸發(fā)生料中水分耗熱Qss(mws+mhs)qqhkJ/kg熟料式中，qqh入窯生料溫度時(shí)水的汽化熱，kJ/kg水。3廢氣帶走熱量QfVfCftfkJ/kg熟料式中，Cf混合氣體的

9、平均比熱，kJ/Nm3；tf廢氣溫度，式中，、分別為CO2、O2、H2O、N2在tf溫度時(shí)的平均比熱，kJ/Nm3；、分別為廢氣中CO2、O2、H2O、N2的量；Nm3/kg熟料。4出窯熟料帶走熱Qysh1CyshtyshkJ/kg熟料式中，Cysh熟料在0tysh間的平均比熱；kJ/kg；tysh出窯熟料溫度，。5出預(yù)熱器飛灰?guī)ё邿酫fh=mfhCfhtfhkJ/kg熟料式中，Cfh0tfh間飛灰平均比熱，J/kg；tfh飛灰溫度，。6系統(tǒng)外表散熱損失QBkJ/kg熟料總支出熱量QzcQzcQshQssQfQyshQfhQB收支熱量平衡式：QzsQzc上述熱平衡方程式，為含有一個(gè)未知數(shù)mr的

10、一元一次方程式。求解上述方程，即可求得單位熟料的燃料消耗量mr。熟料燒成熱耗的計(jì)算 QrRmrQnet,arkJ/kg熟料在所有的熱量支出中，只有熟料形成熱量是真正消耗于熟料形成的熱量，因此回轉(zhuǎn)窯的熱效率應(yīng)為熟料形成熱與入窯總熱量之比值但入窯總熱量Qzs隨熱平衡范圍不同而變化，因此窯的熱效率也可用熟料形成熱與燃料燃燒熱之s比表示，s也稱窯的燒成熱效率。根據(jù)單位熟料的燃料消耗量，回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格尺寸、燃燒帶長(zhǎng)度等，還可計(jì)算一些窯的主要熱工技術(shù)參數(shù)，如窯的發(fā)熱量、燃燒帶容積熱負(fù)荷、燃燒帶襯磚斷面熱負(fù)荷及外表熱負(fù)荷等。以上熱平衡計(jì)算中，將入窯空氣量看成入窯一、二次空氣量之和，實(shí)際入窯空氣量應(yīng)是入窯一、二

11、次空氣量及少量窯頭漏風(fēng)量組成。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，也可確定窯頭漏風(fēng)系數(shù)，計(jì)算窯漏風(fēng)量。另外，計(jì)算中還忽略了空氣中帶入的水分、飛損飛灰脫水及CO2分解耗熱兩項(xiàng)，此兩項(xiàng)數(shù)量極小，對(duì)熱平衡計(jì)算結(jié)果無影響。熱平衡計(jì)算舉例1、原始資料：1窯型；4.060 m帶RSP型預(yù)分解窯；2生產(chǎn)品種：普通硅酸鹽水泥熟料；3物料化學(xué)成分，見表1；4燃料組成，工業(yè)分析見表2及表3。表1 物料化學(xué)成分原 料燒失量SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOSO3其他總和干生料熟 料煤 灰35.880013.2722.4851.603.035.5431.792.093.794.1644.6866.833.620.290.590.680

12、.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 工業(yè)分析及發(fā)熱量AarVarF.CarWarQnet,ar(kJ/kg)%25.7128.3644.931.00236145溫度表4 溫度入預(yù)熱器生料溫度50入分解爐三次空氣溫度740入窯回灰溫度50氣力提升泵輸送生料空氣溫度50入窯一次空氣溫度30熟料出窯溫度1360入窯二次空氣溫度950廢氣出預(yù)熱器溫度370環(huán)境溫度30飛灰出預(yù)熱器溫度330入窯、分解爐燃料溫度606入窯風(fēng)量比(%

13、)一次空氣(K1)：二次空氣(K2)：窯頭漏風(fēng)(K3)15:80:5；7燃料比(%)回轉(zhuǎn)窯(Ky) :分解護(hù)(KF)40:60；8出預(yù)熱器飛灰量：0.1 kg/kg熟料；9出預(yù)熱器飛灰燒失量：35.20；10各處過?？諝庀禂?shù)：窯尾yl.05；分解爐混合室出口L1.15；預(yù)熱器出口f1.40；其中：預(yù)熱器漏風(fēng)量占理論空氣量的比例K40.16；氣力提升泵喂料帶入空氣量占理論空氣量的比例K50.09，折合料風(fēng)比為19.8 kg/Nm311分解爐及窯尾漏風(fēng)(包括分解爐一次空氣量)占分解護(hù)用燃料理論空氣量的比例K60.05；12收塵器和增濕塔綜合收塵效率為99.6；13熟料形成熱：1736.9 kJ/k

14、g熟料；14系統(tǒng)外表散熱損失：460 kJ/kg熟料；15生料水分：0.2；16窯的產(chǎn)量2000t/日(或83.3t/h)。2.1 物料平衡計(jì)算 收入工程1燃料消耗量mrkg/kg熟料其中，窯頭燃料量：Myr=Kymrkg/kg熟料分解爐燃料量：mFr=KFmrkg/kg熟料2生料消耗量、入預(yù)熱器物料量 干生料理論消耗量=mrkg/kg熟料式中，a燃料灰分摻入熟料中的量，取100%。 出收塵器飛損量及入窯回灰量=0.1(1-0.996)=0.0004kg/kg熟料=0.10.9960.10kg/kg熟料 考慮飛損后干生料實(shí)際消耗量kg/kg熟料 考慮飛損后生料實(shí)際消耗量kg/kg熟料 入預(yù)熱器

15、物料量kg/kg熟料3入窯系統(tǒng)空氣量 燃料燃燒理論空氣量 kg/kg煤kg/kg煤 入窯實(shí)際干空氣量Nm3/kg熟料kg/kg熟料其中，入窯一次空氣量、二次空氣量及漏風(fēng)量：Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料 分解爐從冷卻機(jī)抽空氣量a出分解爐過剩空氣量Nm3/kg熟料b分解爐燃料燃燒空氣量Nm3/kg熟料c窯尾過?？諝饬縉m3/kg熟料d分解爐及窯尾漏入空氣量Nm3/kg熟料e分解爐從冷卻機(jī)抽空氣量Nm3/kg熟料kg/kg熟料 氣力提升泵喂料帶入空氣量Nm3/kg熟料kg/kg熟料 漏入空氣量a預(yù)熱器漏入空氣量Nm3/kg熟料b窯尾系統(tǒng)漏入空氣總量Nm3/kg熟料c全系統(tǒng)漏入空氣

16、量Nm3/kg熟料kg/kg熟料 支出工程1熟料量msh1kg2出預(yù)熱器廢氣量 生料中物理水kg/kg熟料Nm3/kg熟料 生料中化學(xué)水kg/kg熟料Nm3/kg熟料 生料分解放出CO2氣體量kg/kg熟料Nm3/kg熟料 燃料燃燒生成煙氣量Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料 煙氣中過剩煙氣量Nm3/kg熟料kg/kg熟料其中，Nm3/kg熟料kg/kg熟料Nm3/kg熟料kg/kg熟料 總廢氣量mr+1.122mr)+(4.872mr +1.946mrmr +0.021-0.005mr +0.456mr)+0.517mr+0.00

17、2mr 0.572+11.729mrkg/kg熟料3出預(yù)熱器飛灰量kg/kg熟料2.2 熱量平衡計(jì)算 收入工程1燃料燃燒生成熱kJ/kg熟料2燃料帶入顯熱Qr = mrCrtr=mr1.15460=69.240mrkJ/kg熟料060時(shí)，熟料平均比熱Cr=1.154 kJ/kg3生料帶入顯熱Qs = (mgsCs十mwsCw)tsmrmr)4.18250 = 69.111-17.813mrkJ/kg熟料 050時(shí)，水的平均比熱Cw =4.182 kJ/kg；干生料水平均比熱Cs =0.878 kJ/kg4入窯回灰?guī)霟崃縌yh = myhCyhtyh = 0.1000.83650 = 4.18

18、0kJ/kg熟料050時(shí)，回灰平均比熱Cyh =0.836 kJ/kg5空氣帶入熱量 一次空氣帶入熱量QylkVy1kCylktylk= 0.152.586mr1.29830 = 15.105mrkJ/kg熟料030時(shí)，空氣平均比熱Cy1k =1.298 kJ/Nm3 入窯二次空氣帶入熱量Qy2k = Vy2kCy2kty2k = 0.802.586mr1.403950 = 2757.4mrkJ/kg熟料095時(shí)，空氣平均比熱Cy2k =1.403 kJ/Nm3 入分解爐三次空氣帶入熱量QF3k = VF3kCF3ktF3k= 4.310mr1.377740 = 4391.8mrkJ/kg熟料

19、0740時(shí)，空氣平均比熱CF3k =1.377kJ/Nm3 氣力提升泵喂料空氣帶入熱量Qsk = VskCsktsk = 0.554 mr1.29950 = 35.983mrkJ/kg熟料050時(shí)，空氣平均比熱Csk =1.299 kJ/Nm3 系統(tǒng)漏風(fēng)帶入熱量QLOK = VLOKCLOKtLOK = 1.299mr1.29830 = 50.595kJ/kg熟料030時(shí)，空氣平均比熱CLOK =1.298 kJ/Nm3總收入熱量QzsQzs = QrR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QF3k+ Qsk+ QLOK = 23614mr+69.240mrmr)+

20、4.180+15.105mr+2757.4mr+4391.8mr +335.983mr+50.595mr = 73.291+30916mrkJ/kg熟料 支出工程1熟料形成熱= 32.0166.83+17.195.54+27.100.59-21.4022.48-2.473.79= 1760kJ/kg熟料2蒸發(fā)生料中水分耗熱Qss = (mws+mhs)qqhmr+0.017-0.004mr) 2380 = 4mrkJ/kg熟料50時(shí)，水的汽化熱qqh = 2380 kJ/kg水3廢氣帶走熱量 = (0.281+1.050mr)1.921+6.818mr1.319+(0.025+0.450mr)

21、1.550+0.517mr1.370+0.002mr1.965370=214.06+4595.3mrkJ/kg熟料0370時(shí)，各氣體平均比熱=1.921 kJ/Nm3；=1.319 kJ/Nm3；=1.550 kJ/Nm3；=1.370 kJ/Nm3；=1.965kJ/Nm34出窯熟料帶走熱量Qysh1Cyshtysh = 11.0781360 = 1466.1kJ/kg熟料01360時(shí)，熟料平均比熱Cysh=1.078 kJ/kg5出預(yù)熱器飛灰?guī)ё邿崃縌fh=mfhCfhtfh = 0.1000.895340 = 30.43kJ/kg熟料0340時(shí)，飛灰平均比熱Cfh=0.895J/kg6系

22、統(tǒng)外表散熱損失QB = 460kJ/kg熟料總支出熱量QzcQzc = QshQssQfQyshQfhQBmr)+(214.06+4595.3mr)+1466.1+30.43+460 = 3978.2+4583.4mrkJ/kg熟料收支熱量平衡式QzsQzc73.291+30916mr = 3978.2+4583.4mr求得：mr = 0.1483kJ/kg熟料即燒成1 kg熟料需要消耗0.1483 kg燃料。求得燃料消耗后，即可列出物料平衡表表5和熱量平衡表表6，并計(jì)算一些主要熱工技術(shù)參數(shù)。熟料單位燒成熱耗QrRmrQnet,ar = 236140.1483 = 3502.0kJ/kg熟料燒成熱效率= 50.56%窯的發(fā)熱能力Qyr=MyrQnet,