回转窑系统热平衡计算.docx

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回转窑系统热平衡计算

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0C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；0C

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。

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

myh二mfh

mFh二mfh（1-）

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；厂收尘器、增湿塔综合收尘效率，％。

3考虑飞损后干生料实际消耗量

mgs二mgsLmFh

100f

100-Ls

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

ms=mgs

100

100-Ws

5入预热器物料量

入预热器物料量=msmyh（kg/kg熟料）

（3）入窑系统空气量

1燃料燃烧理论空气量

VLK=0.089Car0.267Har0.033（Sar-Oar）

mLK=1.293Vlk

3

式中，Vlk—燃料燃烧理论干空气量，Nm/kg煤；Elk—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

myk=l.29GVyk

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；矽一窑尾空气过剩系数。

3漏入空气量（包括生料送风量）

VLok--y）VLKg

mLok-1.293VLok

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；a—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

mws

Ws

100

ws

Vws

0.804

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

mhs=0.0035沁AJO；

mhs

Vhsd

0.804

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；Al2O3—干生料中三氧化铝含量，％。

3生料分解放出CO2气体量

sCO2Lfh

mco2=mgs--mFh一

100100

式中，md—生料中分解出CO2气体量，kg/kg熟料；vC^—生料中分解出CO2气体量，Nm3/kg

熟料；CO2—干生料中CO2含量，%

CO2二CaOsM

M

CO2

MgOs

MCO2

CaO

MgO

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

VC°2=0.0187Car（Nm3/kg煤）

3

Vj=0.79VL；Qy+0.008Nar（Nm/kg煤）

VO2=0.21（%-1）VlK（Nm3/kg煤）

Vi?

。

=0.112Hy0.0124War（Nm3/kg煤）

VfL二VCo2VjVO2V」。

（Nm/kg煤）

mfL二Vlk1.293：

y1-Aar/100（Nm3/kg煤）

式中，VfL—燃料燃烧实际烟气量，Nm3/kg煤；m^—燃料燃烧实际烟气量，kg/kg煤

5漏入空气量

VLok（Nm3/kg熟料）；

3亠

mLok（Nm/kg熟料）；

总废气量

s3

Vf二VwsVhsVco2VfLmrVlok（Nm/kg熟料）

mf^mwsmhsmC-m^m「mL°K（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

QrR=mrQnet,ar（kJ/kg熟料）

式中，Qnet,ar—燃料收到基低位发热量，kJ/kg煤；

（2）燃料带入显热

Qr=mrCrtr（kJ/kg熟料）

式中，Cr—燃料的比热，kJ/kg°G；tr—燃料入窑温度，°C。

（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，C。

（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，C。

（5）空气带入热量

1一次空气带入热量

Qyik=KiVykiCyiktyik（kJ/kg熟料）

式中，Ki—一次空气占总入窑空气量的比例，%；Cy1k—一次空气在0C〜tylk温度的平均比热，kJ/Nm3C；ty1k—一次空气入窑温度，C。

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0C〜ty2k间的平均比热，kJ/Nm3C；ty2k—二次空气入窑温度，C。

3漏入空气带入热量

Qlok=VlokClokLok（kJ/kg熟料）

式中，Clok—漏入空气在0C〜tLOK间的平均比热，kJNm3C；tLOK—漏入空气温度，C。

总收入热量Qzs

Qzs=QrR+Qr+Qs+Qyh+Qylk+Qy2k+QLOK

2.2.2支出项目

（1）熟料形成热

Qsh=32.01CaOk+17.19AI2O；h+27.10MgOsh—21.40SO；h—2.47Fe2O；h（kJ/kg熟料）式中，CaOk、AJO；'MgOsh、SO；h、F^O?

—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/Nm3C；tf—废气温度，C式中，CcO、CO、C^o、c%—分别为C02、02、H2O、N2在tf温度时的平均比热，kJ/Nm3:

C；

Vco2、Vo2、Vh2o、Vn2—分别为废气中C02、02、H20、N2的量；Nm3/kg熟料。

（4）出窑熟料带走热

Qysh=1X^yshtysh（kJ/kg熟料）

式中，Cysh—熟料在0C〜tysh间的平均比热；kJ/kgC；tysh出窑熟料温度，C。

（5）出预热器飞灰带走热

Qfh=mfhCfhtfh（kJ/kg熟料）

式中，Cfh—0C〜tfh间飞灰平均比热，J/kgC；tfh—飞灰温度，C。

（6）系统表面散热损失

Qb（kJ/kg熟料）

总支出热量Qzc

Qzc=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

=直100%

Qzs

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n比表示，n也称窑的烧成热效率。

s=殂100%

QrR

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C02分解耗热两项，此

两项数量极小，对热平衡计算结果无影响。

热平衡计算举例

1、原始资料：

（1）窑型；①40X60m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

SiO2

A12O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

其他

总和

干生料

35.88

13.27

3.03

2.09

44.68

0.29

0.16

0.60

100.00

熟料

0

22.48

5.54

3.79

66.83

0.59

0.05

0.72

100.00

煤灰

0

51.60

31.79

4.16

3.62

0.68

2.20

5.95

100.00

表2燃料元素分析（％）

Car

Har

Sar

Nar

Oar

Aar

War

60.10

3.96

0.35

0.97

7.91

25.71

1.00

表3工业分析及发热量

Aar

Var

F.Car

War

Qnet,a（kJ/kg）

%

25.71

28.36

44.93

1.00

23614

（5）温度

表4温度（C）

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