4 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)熱平衡計算

1、回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)熱平衡計算1熱平衡計算基準、范圍及原始數(shù)據(jù)1.1熱平衡計算基準物料基準：一般以1kg熟料為基準；溫度基準：一般以0C為基準；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)計或熱工測定的目的、要求來確定。在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng) 設(shè)計時，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)、或再加冷卻機和煤磨作平 衡范圍。范圍選得大，則進出口物料、氣體溫度較低，數(shù)據(jù)易測定或取得，但往往需要的數(shù) 據(jù)較多，計算也煩瑣。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)確定的計算基準和平衡范圍，取得必要的原始數(shù)據(jù)，這是一項非常重要的工作。計 算結(jié)果是否符合實際情況，主要取決于所選用的數(shù)據(jù)是

2、否合理。對新設(shè)計窯或改造窯來說， 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實際情況、合理地確定各種參數(shù); 對于生產(chǎn)窯來說，主要通過熱工測定取得實際生產(chǎn)中各種參數(shù)。若以窯加窯尾預(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物理化學熱效應(yīng)求得，也可用經(jīng)驗公式計算或直接選定。2物料平衡與熱量平衡計算方法與步驟說明于下：窯型：預(yù)分解窯基準：1kg熟料；0C

3、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物料平衡計算2.1.1收入項目（1）燃料消耗量mr （kg/kg 熟料）設(shè)計新窯或技術(shù)改造時，mr是未知量，通過熱平衡方程求得，己生產(chǎn)的窯，通過熱工測 定得到。（2）入預(yù)熱器物料量干生料理論消耗量100 一 m A amgsL 100-Lars式中，mgsL一干生料理論消耗量，kg/kg熟料；A一燃料收到基灰分含量，%； a一燃料灰分 摻入熟料中的量，%； Ls一生料的燒失量，。入窯回灰量和飛損量m = m門m = m （1 一門）式中，myh一入窯回灰量，kg/kg熟料

4、；m一出預(yù)熱器飛灰量，kg/kg熟料；mFh一出收塵器飛 灰損失量，kg/kg熟料；n-收塵器、增濕塔綜合收塵效率，?？紤]飛損后干生料實際消耗量m = m + m fgsgsLFh 100 Ls式中，mgs考慮飛損后干生料實際消耗量，kg/kg熟料；L飛灰燒失量，?？紤]飛損后生料實際消耗量100ms = mgs 100 Ws式中，ms考慮飛損后生料實際消耗量，kg/kg熟料；Ws生料中水分含量，。入預(yù)熱器物料量入預(yù)熱器物料量=ms+ myh（kg/kg熟料）（3）入窯系統(tǒng)空氣量燃料燃燒理論空氣量V = 0.089C + 0.267H + 0.033（S O ）LKararar arm：K =1

5、.293V；k式中，V一燃料燃燒理論干空氣量，Nm3/kg煤；m 一燃料燃燒理論干空氣量，kg/kg煤； LKLKCar、Har、Sar、Oar一燃料應(yīng)用基元素分析組成，。入窯實際干空氣量Vk =a Vmm k = 1.293V k式中，Vyk入窯實際干空氣量，Nm3/kg熟料；myk入窯實際干空氣量，kg/kg熟料；a窯 尾空氣過剩系數(shù)。漏入空氣量（包括生料送風量）可用系統(tǒng)各處漏風系數(shù)求得。2.1.2支出項目（1）熟料量msh=1kg（2）廢氣量生料中物理水Wm = m -100V _ m ,sws 0.804式中，0.804為水蒸氣密度，kg/Nm3； mws-生料中物理水量，kg/kg熟

6、料；Vws一生料中物理水量，Nm3/kg熟料。生料中化學水mh = 0.00353m - AO；=hs 0.804式中，mhs-生料中化學水量，kg/kg熟料；Vhs-生料中化學水量，Nm3/kg熟料；A12O3 -干 生料中三氧化鋁含量，。生料分解放出CO2氣體量CO Lm s = m 2 一 m - fc% gs 100 Fh 10022.4 m s TOC o 1-5 h z s = m s -= CO,CO2CO2 441.977式中，ms 生料中分解出CO,氣體量，kg/kg熟料；Vs 生料中分解出CO,氣體量，Nm3/kg CO22CO22熟料；CO2干生料中CO2含量，。CO =

7、 CaOs - + MgOs - o-2 MMCaOMgO式中，CaOs、MgOs一分別為干生料中CaO和MgO的含量，%； MCO2、MCaO、MMgO分別為 CO2、CaO、MgO 分子的相對質(zhì)量；1.977CO2 密度，kg/Nm3。燃料燃燒生成煙氣量o = 0.0187C （Nm3/kg 煤）Vr = 0.79Va + 0.008N （Nm3/kg 煤）N2LK yarVr = 0.21（a - 1）V （Nm3/kg 煤）O2y LKVr = 0.112H + 0.0124W （Nm3/kg 煤）h2oyar= V r + V r + V r + V r（Nm3/kg 煤）fL CO

8、2 N2 O2 H2Om= V；k 乂 1.293a +1 - A /100（Nm3/kg 煤）式中，V一燃料燃燒實際煙氣量，Nm3/kg煤；m燃料燃燒實際煙氣量，kg/kg煤。漏入空氣量VLok（Nm3/kg 熟料）；mLok（ Nm3/kg 熟料）；總廢氣量= V + V + V s + V - m + V（Nm3/kg 熟料）f ws hs CO2fL r LOKm = m + m + ms + m -m + m（kg/kg 熟料）fWs hsCO2fL r LOK（3）出預(yù)熱器飛灰量mfh（kg/kg 熟料）2.2熱量平衡計算2.2.1收入項目（1）燃料燃燒生成熱2rR = mr2ne

9、tar（kJ/kg 熟料）式中，4一燃料收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg煤；（2）燃料帶入顯熱Q=mCtr （kJ/kg 熟料）式中，Cr一燃料的比熱，kJ/kg-C； tr一燃料入窯溫度，C。（3）生料帶入顯熱Qs = (mgsCs + mwsCw)ts (kJ/kg 熟料) 式中，Cs、Cw一分別為生料、水的比熱，kJ/kg.C；匕一生料入窯溫度，c?；鼗?guī)霟崃縌yh = %hC心，(kJ姓熟料)式中，Cyh一回灰的比熱，kJ/kg.C； tyh一回灰入窯的溫度，c?？諝鈳霟崃恳淮慰諝鈳霟崃縌ylk=Ki0Cy面(kJ/kg 熟料)式中，K1一一次空氣占總?cè)敫G空氣量的比例，%； Cy1k

10、 一次空氣在0Cty1k溫度的平均比 熱，kJ/Nm3-C； ty1k一次空氣入窯溫度，C。二次空氣帶入熱量QyZkFKgkCyz&k(成炫熟料)式中，Cy2k一二次空氣在0Cty2k間的平均比熱，kJ/Nm3.c； ty2k一二次空氣入窯溫度，c。漏入空氣帶入熱量QLOK = VLOKCLOKtLOK(kJ/kg 熟料)式中，CLOK一漏入空氣在0CtLOK間的平均比熱，kJ/Nm3.C； tLOK一漏入空氣溫度，C。總收入熱量QzsQzs = QrR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QLOK2.2.2支出項目熟料形成熱Q = 32.01CaOk + 17.1

11、9A1 Osh + 27.10MgOsh -21.40SiOsh -2.47Fe Osh (kJ/kg 熟料)sh23223式中，CaOk、Al Osh、MgOsh、SiOsh、Fe Osh 分別為熟料中各成分百分含量。23223蒸發(fā)生料中水分耗熱Qss = (mws+mhs)%h (kJ/kg 熟料)式中，qqh一入窯生料溫度時水的汽化熱，kJ/kg水。廢氣帶走熱量Q=Vf (kJ/kg 熟料)式中，Cf混合氣體的平均比熱，kJ/Nm3.C； tf廢氣溫度，CS * % + 七匕 + ChoVho+ C 凡飛 TOC o 1-5 h z J2222 v 222f式中，C 、C、C 、C 一分

12、別為COoOoHON在t溫度時的平均比熱，kJ/Nm3.C； CO2O2H2O N22222 fV 、V、V 、V 一分別為廢氣中CO、O、HO、N的量；Nm3/kg熟料。CO2O2H2ON22222出窯熟料帶走熱Qysh=1XCyshtysh J 熟料） 式中，Cysh熟料在0Ctysh間的平均比熱；kJ/kg.c； tysh出窯熟料溫度，C。（5）出預(yù)熱器飛灰?guī)ё邿?fh=mfhCfhtfh （kJ/kg 熟料）式中，命一0C加間飛灰平均比熱，J/kg.C； tfh飛灰溫度，C。（6）系統(tǒng)表面散熱損失QB （kJ/kg 熟料）總支出熱量QzcQzc = Qsh + Qss + Qf + Q

13、ysh + Qfh + QB收支熱量平衡式：Q =Qzs zc上述熱平衡方程式，為含有一個未知數(shù)mr的一元一次方程式。求解上述方程，即可求得 單位熟料的燃料消耗量mr。1熟料燒成熱耗的計算QrR = mQnetar （kJ/kg 熟料） iK r net,di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門=Qsh X100%Qzs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ns比表示，ns也稱窯的燒成熱效率。門=Qsh X100%rR根據(jù)單位熟料的燃料消耗量，回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格尺寸、燃

14、燒帶長度等，還可計算一些窯的主 要熱工技術(shù)參數(shù)，如窯的發(fā)熱量、燃燒帶容積熱負荷、燃燒帶襯磚斷面熱負荷及表面熱負荷 等。以上熱平衡計算中，將入窯空氣量看成入窯一、二次空氣量之和，實際入窯空氣量應(yīng)是 入窯一、二次空氣量及少量窯頭漏風量組成。設(shè)計計算時，也可確定窯頭漏風系數(shù)，計算窯 漏風量。另外，計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，此 兩項數(shù)量極小，對熱平衡計算結(jié)果無影響。熱平衡計算舉例1原始資料窯型；040 x60 m帶RSP型預(yù)分解窯;生產(chǎn)品種：普通硅酸鹽水泥熟料；物料化學成分，見表1；燃料組成，工業(yè)分析見表2及表3。表1物料化學成分原料燒失量SiO2A】23Fe2

15、O3CaOMgOSO3其他總和干生料35.8813.273.032.0944.680.290.160.60100.00熟料022.485.543.7966.830.590.050.72100.00煤灰051.6031.794.163.620.682.205.95100.00表2燃料元素分析()CHSNOAWararararararar60.103.960.350.977.9125.711.00表3工業(yè)分析及發(fā)熱量AVF.CWQnetarg)%25.7128.3644.931.0023614(5)溫度表4溫度(C)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提升機輸送生料漏入空

16、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60入窯風量比()一次空氣(KJ：二次空氣(K2)：窯頭漏風(K3)=15:80:5；燃料比()回轉(zhuǎn)窯(Ky):分解爐(Kf)=40:60；出預(yù)熱器飛灰量：0.1 kg/kg熟料；出預(yù)熱器飛灰燒失量：35.20%；各處過?？諝庀禂?shù)：窯尾ay=l.05；分解爐出口 l=1.15；預(yù)熱器出口 =1.40；其中：預(yù)熱器漏風量占理論空氣量的比例K4=0.16；提升機喂料帶入空氣量占理論空氣量的比例K5 = 0.09；分解爐及窯尾漏風(包括分解爐一次空氣量)

17、占分解爐用燃料理論空氣量的比例K6=0.05；收塵器和增濕塔綜合收塵效率為99.6%；系統(tǒng)表面散熱損失：460 kJ/kg熟料；生料水分：0.2%；窯的產(chǎn)量 2000t/d(或 83.3t/h)。2計算過程2.1物料平衡計算2.1.1收入項目燃料消耗量mr (kg/kg 熟料)其中，窯頭燃料量：Myr=Kymr (kg/kg 熟料)分解爐燃料量：mFr=KFmr (kg/kg 熟料)生料消耗量、入預(yù)熱器物料量干生料理論消耗量mgsL100一m氣。=100 m刊mr =1.560-0.401m （kg/kg 熟料）100 - L 100 - 35.88rs式中，1一燃料灰分摻入熟料中的量，取10

18、0%。出收塵器飛損量及入窯回灰量mFh = m1-門）=0.1x（1-0.996）=0.0004 （kg/kg 熟料） m = m 門=0.1x0.99620.10 （kg/kg 熟料）考慮飛損后干生料實際消耗量m = m + m -100 、= （1.560 - 0.401m ） + 0.0004 x 100 35.20 = 1.560 - 0.401m gs gsL Fh 100 - Lr100 - 35.88r（kg/kg 熟料）考慮飛損后生料實際消耗量m = m - 100= （1.560-0.401m ） x 100= 1.563 -0.402m （kg/kg 熟料）s gs 100 - W/ 100 - 0.2r 8 8s入預(yù)熱器物料量入預(yù)熱器物料量=m + mh = （1.563-0.402m ） + 0.100 = 1.663-0.402m （kg/kg 熟料）（3）入窯系統(tǒng)空氣量燃料燃燒理