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
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