500t方案2热平衡.docx
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500t方案2热平衡
500t/d石灰生产线工艺平衡计算
1.基本要求和条件
1.1500tpdLimePlantProject；
1.2GeographicalData
ØPlantlocationIIIRegion–AtacamaCHILE
ØAltitude（sitelevel）200mabovesealevel
1.3ClimaticData
ØTemperatureAnnualaverage15.0℃
Averageofthehottestmonth:
Max.18.5℃
Averageofthecoldestmonth:
Min.12.5℃
ØRelativehumidity
Annualaverage80%
Averageofthehottestmonth:
Max.78%
Averageofthecoldestmonth:
Min.80%
ØRainfall:
Max.（withinahour/day）5mm
Annualaverage50mm
Numberofrainydays10
ØEarthquakeacceleratedspeedvalueatsiteAo=0.4gconsideringseismiczone3
ØMax.windvelocitiesatsitev=177km/h（consideringopenfield,atheight50m）
ØPrevailingwinddirection：
SouthWest
ØSnowload：
XkN/m2NoSnow
1.4Rawmaterial
ØRawmaterial:
seashell
ØGranulometry:
ØPhysicalcharacters:
Bulkdensity:
1.350t/m3
Humidity:
Minus0.5%
ØLimestonechemicalcomposition:
StandardQuality
HighQuality
Component
%
%
CaO
51,7
53,1
SiO2
4.1
3.3
P2O5
0.1
0.1
Fe2O3
0.3
0.1
Al2O3
0.8
0.1
TiO2
0.0
0.0
MgO
0.4
0.1
K2O
0.2
0.1
SrO
0.0
0.0
SO3
0.5
0.1
Cl
0.1
0.0
Na2O
0.4
0.2
PPC
41.2
42.7
CaCO3
92.4
94.8
1.5Fuel
ØFuel:
Bituminouscoal
ØBasicparameter:
TypicalCoalAnalysis
Typical
Min.
Max.
ASTMTestNr.
Calorificvalue（Btu/lbgar）
10600
10400
D5865
Totalmoisture（wtpercent）
14.2
16.8
D3302
Equilibriummoisture（wtpercent）
11.2
Moistureaddition（wtpercent）
3.0
Ash（wtpercent）
11.2
14.2
D3174
Volatilematter（wtpercent）
31.8
30.5
D3175
Sulfur（wtpercent）
0.65
0.85
D4239C
Hardgroveindex
51
45
D409
NominalTopSize（mm）
50
D4749
Fines<0.5mm（wtpercent）
13
19
Carbon（wtpercent）
61.2
Hydrogen（wtpercent）
4.2
Nitrogen（wtpercent）
1.2
Chlorine（wtpercent）
0.03
Oxygen（wtpercent）
7.32
Mercury（ppm）
0.01
AFT（Centigrade）
2.热平衡
2.1石灰形成热
A.生成1kg石灰干原料消耗量
a）灰份掺入量
GA=q×Ay×S/（Qy×100）=7900×11.2×100/（10600×1.055×2.2×100）
=3.60%
b）原料中CaCO3消耗量
mrCaCO3=（CaOk-CaOAGA）/100×MCaCO3/MCaO
=（89.00-7.73/100×3.6）/100×100/56
=1.584kg/kg-lime
因业主提供资料不全，上式中某些数据来源经验所得：
成品石灰中CaO含量按89％选取，灰分化学分析参考下表数据。
项目
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
总和
%
45.28
26.92
15.16
7.73
0.25
95.34
c）原料中CaCO3含量
0.517/0.56×100%=92.32%
d）干原料消耗量
mdr=mrCaCO3/0.9232=1.716kg/kg-lime
B.生成1kg石灰吸收热量
a）干物料从0℃加热到900℃时吸收的热量
Q1=mdrCdr（900-0）=1.716×0.993×（900-0）=1533.589kJ/kg-lime
b）碳酸钙分解吸收热量
Q2=mrCaCO3×425×4.18=1.584×1776.5=2813.976kJ/kg-lime
c）分解物料从900℃加热到1200℃时吸收的热量
Ø原料中CO2消耗量
mrCO2=mrCaCO3×MCO2/MCaCO3=1.578×44/100=0.695kg/kg-lime
Ø吸收热量:
Q3=（mrCaCO3-mrCO2）Cm（1200-900）
=（1.584-0.695）×0.897×（1200-900）=239.230kJ/kg-lime
d）总吸收的热量
q=1533.589+2813.976+239.230=4586.795kJ/kg-lime
C.生成1kg石灰放出热量
a）石灰从1200℃冷却到0℃时放出的热量
Q’1=mkCk（1200-0）=1×0.8445×（1200-0）=1013.4kJ/kg-lime
b）CO2从900℃冷却到0℃时放出的热量
Q’2=mrCO2CCO2（900-0）=0.695×1.071×（900-0）=669.910kJ/kg-lime
c）总放出热量
q’=1013.4＋671.84=1683.31kJ/kg-lime
D.石灰形成热
q0=q-q’=4586.795-1683.31=2903.485kJ/kg-lime
2.2热平衡计算基准
1）物料基准：
1kg石灰
2）温度基准：
0℃
3）海拔：
200m
2.3热平衡范围：
回转窑+预热器系统，具体见下图：
2.4热平衡用燃料：
燃煤（见前表）。
2.5选定参数
1）窑型：
Φ4×90m回转窑;
2）产量：
20.83t/h；
3）温度：
①入预热器生料温度：
40℃；②入窑一次空气温度：
15.0℃；③入窑二次空气温度：
2000C；④环境温度：
15.00C；⑤入窑燃料温度：
450C；⑥提升机送生料空气温度：
400C；⑦石灰出窑温度：
10000C；⑧废气出预热器温度：
7500C；⑨飞灰出预热器温度：
7400C；
4）入窑风量比（%）：
一次空气k1:
二次空气k2:
窑头漏风k3=15:
80:
5；
5）出窑尾飞灰量：
0.15kg/kg-lime；
6）出窑尾飞灰烧失量：
42%；
7）系统漏风：
按燃料燃烧理论所需空气量的5％选取；
8）窑尾冷却器和除尘器综合除尘效率99.9%；
9）石灰形成热：
2903.485kJ/kg-lime；
10）原料水分：
0.5%；
11）热耗：
7900KJ/kg-lime。
2.6物料平衡计算
1）收入项目
A.燃料消耗量
mr＝7900/10600/1.055/2.2=0.321kg/kg-lime
B.原料消耗量
a）干原料理论消耗量
mgsl=（100-GA）/（100-I）=（100-3.60）/（100-41.2）=1.639kg/kg-lime
b）出袋除尘飞灰损失量
mFh=mfh（1-η）=0.15（1-0.999）=0.00015kg/kg-lime
c）考虑飞灰损失后干原料实际消耗量
mgs=mgsl+mFh（100-Lfh）/（100-Ls）=1.639+0.00015（100-42）/（100-41.2）
=1.640kg/kg-lime
d）考虑飞损后生料实际消耗量
ms=mgs100/（100-Ws）=1.640×100/（100-0.5）=1.648kg/kg-lime
C.窑头入窑系统空气量
a）燃料燃烧所需理论空气量
V1＝0.089Car+0.267Har+0.033（Sar－Oar）
=0.089×61.2+0.267×4.2+0.033（0.65-7.32）=6.348Nm3/kg-f
=2.038Nm3/kg-lime
b）考虑过剩空气系数所需的实际空气量
V2=αVa＝1.15×2.038＝2.343Nm3/kg-lime
其中：
Ø一次空气量：
V3=2.343×0.15=0.351Nm3/kg-lime
Ø二次空气量（为系统热风利用，非收入项目）
V4=2.343×0.8＝1.874Nm3/kg-lime
Ø漏入空气量
V5＝2.343×0.05＝0.1172Nm3/kg-lime
D.窑尾提升机喂料带入空气量
V6=0.015V1=0.015×2.038＝0.031Nm3/kg-lime
E.系统漏风
V7=0.05V1=0.05×2.038＝0.102Nm3/kg-lime
F.石灰冷却用风量
Ø出二级冷却器粉尘含量为100g/Nm3。
Ø一级和二级旋风冷却筒表面散热
q1=α1F（t1-t0）/20833+α2F（t2-t0）/20833
=〔84.05×71.35×（205-15）+60.63×71.35×（115-15）〕/20833
=75.458kJ/kg-lime
Ø一级和二级连接管道表面散热
q2=α’1F’（t’1-t’0）/20830+α2F’（t’2-t’0）/20833
=〔77.78×71.59×（225-15）+60.63×71.59×（115-15）〕/20833
=76.964kJ/kg-lime
Ø热平衡计算：
ClfV8Tlf+CrlTrl+0.05V8×15Clf=1.05CrfV8Trf+CllTll+CfcMfcTfc+q1+q2
0.895×1000+1.296V8×15+0.75×1.296V8=1.307×1.05V8×155+0.786×80+0.810×100/1000×170+75.458+76.964
由此推出：
V8=3.46Nm3/kg-lime
2）支出项目
A.石灰：
msh=1kg
B.窑尾排出废气量
a）生料中物理水含量
V’1＝Wms/（100-W）/0.805=0.5×1.648/99.5/0.805
=0.01Nm3/kg-lime
b）生料分解放出CO2
V’2=Ls/（100-Ls）/1.977=41.2/58.8/1.977=0.354Nm3/kg-lime
C）燃料燃烧生成烟气量
V’3＝（0.89Qy/1000+1.65）mr
=（0.89×10600×1.055×2.2/4.18/1000+1.65）×0.321
=2.211Nm3/kg-lime
d）燃料燃烧过剩空气量
V’4＝αV1mr＝0.15×6.348×0.321＝0.3056Nm3/kg-lime
e）系统漏风量窑尾排出
V’5＝V7+V5－0.05V8=0.102+0.1172－0.05×3.46＝0.046Nm3/kg-lime
f）总废气量
Vz＝V’1+V’2+V’3+V’4+V’5＝2.9266Nm3/kg-lime
C.出预热器飞灰量
mFh=0.150kg/kg-lime
D.去煤磨热风（漏风考虑10％）
QRF＋QLF＋QSM＋QMW＝QMF＋QGM＋QSQR＋QSQ
1.309VRF×190＋1.296×0.1VRF×15+1.34×0.321×15+4.182×0.321×14.2/85.8×15＝1.301×[1.1VRF-（14.2/85.8×0.321-1.5/98.5×0.321）×1000/18×8.314×273/（1.01×105）]×95+（1.34×0.321×85+4.182×1.5/98.5×0.321×85）+2380×0.321×（14.2/85.8-1.5/98.5）+（14.2/85.8×0.321-1.5/98.5×0.321）×1.8119×95
由此推算：
VRF＝1.257Nm3/kg-lime
E.窑头冷却系统排出空气
Vp＝V8-V4-VRF＝3.46－1.874－1.257＝0.329Nm3/kg-lime
F.窑头结皮料
从反应釜篦子上部出来物料为窑系统非正常状态时窑内筒体粘结料，故忽略不计。
2.7热平衡计算
1）收入项目
A．燃料燃烧生成热
QrR=Qymr=10600×1.055×2.2×0.321=7897.43kJ/kg-lime
B.燃料带入显热
Qr=Crtrmr=1.34×45×0.321=19.36kJ/kg-lime
C.原料带入热量
Qs=（mgsCs+mwsCw）ts=（1.64×0.854+1.648×0.5/100×4.182）×45
=64.58kJ/kg-lime
D.空气带入热量
a）入窑一次空气带入热量
Q3=C3t3V3=1.298×15×0.351=6.834kJ/kg-lime
b）提升机喂料空气带入热量
Q6=C6t6V6=1.298×15×0.031=0.604kJ/kg-lime
c）系统漏风带入热量
Q5=C5t5（V5+V7）=1.298×15×（0.1172+0.102）=4.268kJ/kg-lime
d）石灰冷却用风量带入热量
Q7=C7t7V7=1.298×15×3.46=67.366kJ/kg-lime
E.总收入热量
Qzk=QrR+Qr+Qs+Q3+Q6+Q5+Q7
=8060kJ/kg-lime
2）支出项目
a）石灰形成热
Qsh=2903.485kJ/kg-lime
b）蒸发原料中水分耗热
Qss=mwsqqh=1.648×0.5/100×2380=19.611kJ/kg-lime
c）废气带走热
Qft=VpCfttft+mhChth=1.309×0.329×200+0.820×30/1000000×200
=86.137kJ/kg-lime
Qfm=VyCfmtfm=1.309×1.257×190=312.628kJ/kg-lime
Qfw=（（Vco2Cco2+VN2CN2+VH2OCH2O+VO2CO2+VsO2CSO2）tf
=（（0.354+0.321×61.2×22.4/100/12/1000）×2.0325+2.673×0.79×1.336+20×4.2×0.321×22.4/100/4/10/1000×1.594+0.05×6.348×0.321×0.21×1.405+22.4×0.65×0.321/100/32/1000×2.095）×750
=2524.88kJ/kg-lime
d）出窑石灰带走热
Qysh=1×Cshtsh=1×0.786×80=62.88kJ/kg-lime
e）出预热器飞灰带走热
Qfh=mfhCfhtfh=0.15×0.962×750=108.225kJ/kg-lime
f）系统表面散热损失
Ø窑体表面散热
Q1=αF（t-t0）/20830=101.61×1206.96×（335-15）/20830=1884.04kJ/kg-lime
Ø一级和二级旋风冷却筒表面散热
Q2=α1F（t1-t0）/20830+α2F（t2-t0）/20830
=〔84.05×71.35×（355-15）+60.63×71.35×（305-15）〕/20830
=158.11kJ/kg-lime
Ø总散热损失：
Q=2042.15kJ/kg-lime
g）支出总热量
Qzr=Qsh+Qss+Qft+Qfm+Qfw+Qysh+Qfh+QB
=8060kJ/kg-lime
3）收支平衡
由Qzk、Qzr值知：
Qzk=Qzr
4）熟料烧成热效率
Ηs=Qsh/QrR×100%=2903.48/8060×100=36%
物料平衡表（Nkg/kg-lime）
收入项目
数量
%
支出项目
数量
%
燃料消耗量
0.321
石灰量
1
入预热器生料量
1.648
出预热器飞灰量
0.15
入窑实际干空气量
0.605
原料中物理水量
0.008
提升机带入空气量
0.04
原料分解CO2量
0.695
石灰冷却风量
4.474
燃料燃烧理论烟气量
2.863
系统漏风
0.132
燃料燃烧过剩空气量
0.395
系统漏风窑尾排出
0.059
去煤磨热风
1.625
窑头冷却系统排出空气
0.425
合计
7.220
100
合计
7.220
100
热平衡表（kJ/kg-lime）
收入项目
数量
%
支出项目
数量
%
燃料燃烧热
7897.43
石灰形成热
2903.48
燃料显热
19.10
蒸发生料水分耗热
19.611
生料带入热
64.58
窑头排出废气带走热
86.137
入窑一次空气带入热
6.834
至煤磨热风带走热
312.628
提升机送料带入热
0.604
窑尾排出废气带走热
2524.88
系统总漏风带入热
4.268
石灰带出热
62.88
石灰冷却用风带入热量
67.37
飞灰带出热
108.22
系统散热
2042.15
合计
8060
合计
8060
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