回转窑系统热平衡计算

1、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

2、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：

3、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。2.1物料平衡计算2.1.1收入项目（1）燃料消耗量mr （kg/kg 熟料）mr是未知量，通过热平衡方程求得，已生产的窑，通过热工测设计新窑或技术改造时, 定得到。（2）入预热器物料量 干生料理论消耗量mgsL100 mAa100 Ls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，。 入窑回灰量和飞损量myhmfhmFh口巾（1）式中，myh 入窑回灰量，kg/kg熟料

4、；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，。 考虑飞损后干生料实际消耗量100 LmmgsmgsLmFh 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，% 考虑飞损后生料实际消耗量msmgs100 Ws式中，ms考虑飞损后生料实际消耗量,kg/kg熟料；Ws生料中水分含量，% 入预热器物料量入预热器物料量ms myh ( kg/kg熟料)(3) 入窑系统空气量 燃料燃烧理论空气量Vlk0.089C ar 0.267Har 0.033(Sar Oar)mLK"1.293Vlk

5、式中，VLK 燃料燃烧理论干空气量，Nm3/kg煤；mLK 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，。 入窑实际干空气量Vy kykVLK my rmyk 1.293Vy k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；a窑 尾空气过剩系数。 漏入空气量(包括生料送风量)VLok( fy)VLK mrmLok1.293VLok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

6、msh= 1kg(2) 废气量 生料中物理水lwsWsms_100Vwsmws0.804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，Nm 3/kg熟料。 生料中化学水mhs 0.00353mgs AI2O；mhs0.804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；Al 2O；干生料中三氧化铝含量，% 生料分解放出CO2气体量mCO2mgsCO2100mFh100VO?s 22.4mCO244smCO21.977式中，mCO2 生料中分解出CO2气体量，kg/kg熟料；也。2 生料中分解

7、出CO2气体量,Nm3/kg 熟料；CO2干生料中CO2含量，。s M CO2s M CO2CO2 CaOsMgOs 亠M CaOM 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。 燃料燃烧生成烟气量vC°2 0.0187Car（ Nm3/kg 煤）VN20.79Vlk y 0.008Nar（ Nm3/kg 煤）0.21（ y 1）Vlk（ Nm3/kg 煤）V；。0.112Hy 0.0124Wt（ Nm3/kg 煤）VfL Vd W V； Vi

8、。（ Nm3/kg 煤）mfL Vlk 1.293 y 1 Aar/100（Nm3/kg 煤）式中，VfL 燃料燃烧实际烟气量，Nm3/kg煤；mfL燃料燃烧实际烟气量，kg/kg煤。 漏入空气量VLok（ Nm3/kg 熟料）；mLok （ Nm3/kg 熟料）；总废气量Vf Vws Vhs VCsO2 VfL mr VLOK （Nm3/kg 熟料）mf mws mhs msCO2 mfL mr mLOK （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，Qne

9、t,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 一次空气带入热量Qylk = KlVyklCylktylk （ kJ/kg 熟料）式

10、中，Ki 一次空气占总入窑空气量的比例，%； Cyik一次空气在0 Ctyik温度的平均比 热，kJ/Nm3 C； ty1k一次空气入窑温度，C。 二次空气带入热量Qy2k = （1 K1）VykCy2kty2k （ kJ/kg 熟料）式中，Cy2k二次空气在0Cty2k间的平均比热，kJ/Nm3 C； ty2k二次空气入窑温度，C。 漏入空气带入热量Qlok = Vlok CLOKtLOK （kJ/kg 熟料）式中，Clok漏入空气在0CtLOK间的平均比热，kJNm3C； tLOK漏入空气温度，C。 总收入热量 QzsQzs= QrR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy

11、2k + QLOK2.2.2 支出项目（ 1 ）熟料形成热式中，CaOk、AI2O?、MgOsh、SiO；h、Fe?。？一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/NmCfVf 式中，Cco2、Co2、Ch2o、Cn2 分别为 C02、02、H20、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

12、；Nm3/kg 熟料 出窑熟料带走热Qysh= 1 Xyshtysh （ kJ/kg 熟料）式中，Cysh熟料在0Ctysh间的平均比热；kJ/kg C； tysh出窑熟料温度，C。 出预热器飞灰带走热 Qfh=mfhCfhtfh （kJ/kg 熟料）式中，Cfh0Ctfh间飞灰平均比热，J/kg C； tfh飞灰温度，C。 系统表面散热损失Qb （kJ/kg 熟料）总支出热量QzcQzc= 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

13、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-C； tf废气温度，CQshQzs100%CcO2 Vco2 Co2Vo2 Ch2oVh2O Cn2Vn2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QshQrR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

14、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CO2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；40 X60 m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SiO2A1 2O3Fe2O3CaOMgOSO3其他总和干生料35.8813.273.032.0944.680.290.160.6

15、0100.00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( )CarHarSarN arOarAarW ar60.103.960.350.977.9125.711.00表3工业分析及发热量AarV arF. CarWarQn et,ai(kJ/kg)%25.7128.3644.931.0023614(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

16、度950废气出预热器温度370环境温度30飞灰出预热器温度330入窑、分解炉燃料温度60（6）入窑风量比（） 次空气（Ki）:二次空气（K2）:窑头漏风（K3）= 15:80:5;（7）燃料比（）回转窑（Ky）:分解护（Kf） = 40: 60;（8） 出预热器飞灰量：0.1 kg/kg熟料；（9） 出预热器飞灰烧失量：35.20%;（10） 各处过剩空气系数：窑尾a = 1.05 ;分解炉混合室出口a= 1.15;预热器出口a= 1.40;其中：预热器漏风量占理论空气量的比例K4 = 0.16 ;气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例K5= 0.09，折合料风比为19.8 kg/Nm 3

17、（11） 分解炉及窑尾漏风（包括分解炉一次空气量）占分解护用燃料理论空气量的比例K6 = 0.05;（12） 收尘器和增湿塔综合收尘效率为99.6 %;（13） 熟料形成热：1736.9 kJ/kg熟料；（14） 系统表面散热损失：460 kJ/kg熟料；15）生料水分：0.2%;（16）窑的产量 2000t/ 日（或 83.3t/h）。2.1物料平衡计算2.1.1收入项目（1）燃料消耗量mr （kg/kg 熟料）其中，窑头燃料量：Myr=Kymr （kg/kg 熟料）分解炉燃料量：mFr=KFmr （kg/kg 熟料）（2）生料消耗量、入预热器物料量 干生料理论消耗量mgsL100 mr A

18、ara100 Ls= 100 25.7 1 m100 35.88=1.560-0.401mr(kg/kg 熟料)式中，a燃料灰分掺入熟料中的量，取100% 出收尘器飞损量及入窑回灰量mFhmfh(1) =0.1 总-0.996)=0.0004 (kg/kg 熟料)myh mfh =0.1 0996" 0.10 （kg/kg 熟料） 考虑飞损后干生料实际消耗量mgsmgsLmFh100 Lfh100 Ls(1.560 0.401mr)0.0004100 35.20100 35.881.560 0.401mr（kg/kg 熟料） 考虑飞损后生料实际消耗量msmgs100100 Ws(1.

19、560 0.401mr)100100 0.21.563 0.402mr ( kg/kg 熟料) 入预热器物料量入预热器物料量ms myh （1.563 0.402mr） 0.100 1.663 0.402mr（kg/kg 熟料）3）入窑系统空气量 燃料燃烧理论空气量VLK0.089C ar 0.267H ar 0.033 （Sar Oar）0.089 60.10 0.267 3.96 0.033 （0.35 - 7.91） 6.157 （kg/kg 煤）mLK 1.293VLK 6.157 1.293 7.691 （kg/kg 煤） 入窑实际干空气量Vyky kVLK myry kVLK K

20、Fmr 1.05 6.157 0.40mr 2.586mr （ Nm3/kg 熟料）myk 1.293Vyk 1.293 2.586mr （kg/kg 熟料） 其中，入窑一次空气量、二次空气量及漏风量：Vy1k K1Vyk 0.15Vy k（ Nm3/kg 熟料）Vy2k K2Vyk 0.80Vy k（ Nm3/kg 熟料）VLOK1K3Vyk 0.05Vyk（Nm3/kg 熟料） 分解炉从冷却机抽空气量a. 出分解炉过剩空气量V1 （ L 1）VLK mr （1.15 1） 6.157mr 0.924mr（Nm3/kg 熟料）b 分解炉燃料燃烧空气量V2 VLK mFr VLKKFmr 6.

21、157 0.60mr 3.694 mr （ Nm3/kg 熟料）c. 窑尾过剩空气量V3 （ y 1）VLK myr （ y 1）VLKKymr 0.05 6.157 0.40mr 0.123mr（Nm3/kg 熟料）d. 分解炉及窑尾漏入空气量V4 K 6VLK mFr （ y 1）VLK K Fmr 0.05 6.157 0.60mr 0.185mr（Nm3/kg 熟料）e. 分解炉从冷却机抽空气量VF3KV1V2V3V40.924mr3.694mr0.123mr0.185mr4.310mr （Nm3/kg 熟料）mF3K 1.293 VF2K 1.293 4.310 mr 5.573mr

22、 （ kg/kg 熟料） 气力提升泵喂料带入空气量3Vsk K5Vlk mr 0.09 6.167mr 0.554m（Nm/kg 熟料）msk 1.293 Vsk 1.293 0.554mr 0.716mr （kg/kg 熟料） 漏入空气量a 预热器漏入空气量V K4Vlk mr 0.16 6.167mr 0.985m（ Nm3/kg 熟料）b. 窑尾系统漏入空气总量VLOK2 V4 V5 0.185mr 0.985mr 1.170mr （Nm3/kg 熟料）c. 全系统漏入空气量VLOK VLOK1 VLK2 0.05 2.586mr 1.170mr 1.299mr （Nm3/kg 熟料）m

23、LOK 1.293 Vlok 1.293 1.2994mr 1.680mr （kg/kg 熟料）2.1.2支出项目（1）熟料量msh= 1kg（2）出预热器废气量 生料中物理水mws ms W （1.563 0.402口）竺 0.003 0.001mr （kg/kg 熟料）100 100Vws0.003 0.001mr 0.004 0.001mr （Nm3/kg 熟料）0.8040.804 生料中化学水mhs 0.00353mgs Al 2O； 0.00353 （1.560 0.401口）3.03 0.017 0.004mr （kg/kg 熟料）mhs0.8040.017 0.004m0.80

24、40.021 0.005mr （ Nm3/kg 熟料） 生料分解放出CO2气体量CO2CaOsM CO2M CaOMgOsM CO2MgOmCO2mgsCO2100mFh五44.68 4456（1.5600.401mr）0.29 上435.4240.335.421000.000435.201000.5520.142mr（kg/kg 熟料）VCO2smCO222.4smCO2441.9770.552 0.142m1.9970.281 0.072mr （Nm3/kg 熟料） 燃料燃烧生成烟气量vCo2 0.0187CaEr 0.0187 60.10mr 1.122m（Nm3/kg 熟料）VN20.

25、79Vlkymr 0.008Narmr 0.79 6.157mr 0.008 0.97g 4.872mr （Nm3/kg 熟料）Vj。0.112Hym- 0.0124Warmr （0.112 3.96 0.0124 1.0）mr 0.456mr （Nm3/kg 熟料）VSO0.7Carmr 0.007 0.35mr 0.002mr （Nm3/kg 熟料）Vr VCO Vn； VSO Vh；o （1.122 4.872 0.456 0.002）mr 6.452 （Nm3/kg 熟料）25 7 1mr（miLK 1 Aar/100）mr （7.961 1）m 8.704m（Nm3/kg 熟料）10

26、0 烟气中过剩烟气量Vk （ a 1）Vlkmr （1.40 1） 6.157mr 2.463m（Nm3/kg 熟料）mk 1.293 Vk 1.293 2.463m3.185mr （kg/kg 熟料）其中，VN 0.79Vk 0.79 2.463mr 1.946g （Nm3/kg 熟料）2828mN2 V：1.946mv 2.433mr （kg/kg 熟料）22 22.422.4V： 0.21Vk 0.21 2.463mr 0.571g （Nm3/kg 熟料）mOVOk 卫2 0.517 卫20.739m（kg/kg 熟料）22 22.422.4 总废气量Vf Vc°2 Vn2 V

27、H2O V°2 Vs°2=（0.281-0.072mr+1.122mr）+（4.872mr +1.946mr）+（0.004-0.001mr +0.021-0.005mr +0.456mr）+0.517mr+0.002mr=0.572+11.729mr （kg/kg 熟料）（3）出预热器飞灰量mfh 0.100 （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QrRmrQnet,ar 23614m(kJ/kg 熟料)(2)燃料带入显热Qr = mrCrtr=mrX1.154 60=69.240mr （kJ/kg 熟料）（060°C时，熟

28、料平均比热 Cr=1.154 kJ/kg C）（ 3）生料带入显热Qs = （mgsCs 十 mwsCw）ts=（1.560-0.401mr） >0.878+（0.003-0.001mr） 4182 50 = 69.111-17.813rir （kJ/kg 熟料）（050C时，水的平均比热 Cw =4.182 kJ/kg C；干生料水平均比热 Cs=0.878 kJ/kg C）（ 4）入窑回灰带入热量Qyh = myhCyhtyh = 0.100 0.836 50 = 4.180 （kJ/kg 熟料）（050C 时，回灰平均比热 Cyh =0.836 kJ/kg C）（ 5）空气带入热量

29、 一次空气带入热量Qylk = Vy1kCylktylk= 0.15 2.586mr X1.298 B0 = 15.105mr （kJ/kg 熟料）（030C时，空气平均比热 Cy1k =1.298 kJ/Nm3 C） 入窑二次空气带入热量Qy2k = Vy2kCy2kty2k = 0.80 2>586mr X1.403 .50 = 2757.4mr （kJ/kg 熟料）（095C 时，空气平均比热 Cy2k =1.403 kJ/Nm3 C ） 入分解炉三次空气带入热量QF3k = VF3kCF3ktF3k= 4.310mrX.377 X40 = 4391.8mr （kJ/kg 熟料）（

30、0740C时，空气平均比热 CF3k=1.377kJ/Nm3 C） 气力提升泵喂料空气带入热量Qsk = VskCsktsk = 0.554 mrX.299 X0 = 35.983mr （kJ/kg 熟料）（050C时，空气平均比热 Csk =1.299 kJ/Nm3 C） 系统漏风带入热量Qlok = VLOKCLOKtLOK = 1.299mrX.298 X0 = 50.595 （ kJ/kg 熟料）（030C 时，空气平均比热 Clok =1.298 kJ/Nm3 C）总收入热量 QzsQzs = QrR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QF3k+ Qsk

31、+ QLOK= 23614mr+69.240mr+（69.111-17.813mr）+4.180+15.105mr+2757.4mr+4391.8mr+335.983mr+50.595mr=73.291+30916mr （kJ/kg 熟料）2.2.2 支出项目（ 1 ）熟料形成热Qsh 32.01CaOk 17.19Al 2Os3h 27.10MgO sh 21.40SiOs2h 2.47Fe2Os3h= 32.01 6X6.83+17.19 5X.54+27.10 0X.59-21.40 2X2.48-2.47 3X.79= 1760（ kJ/kg 熟料）（ 2）蒸发生料中水分耗热Qss =

32、 （mws+mhs）qqh = （0.003-0.001mr+0.017-0.004m） 2380 = 47.60-11.9mr （ kJ/kg 熟料） （50C时，水的汽化热qqh = 2380 kJ/kg水）（3）废气带走热量QfZe CO2 VN2CN2 VH2OCH2O VO2CO2 VSO2CSO2 ） tf=（0.281+1.050mr） >1.921+6.818mrXl.319+（0.025+0.450mr） >1.550 +0.517mrXl.370+0.002mrXl.965 370=214.06+4595.3mr （kJ/kg 熟料）（0370C时，各气体平均比

33、热 Ceo2 =1.921 kJ/Nm3 ;C； Cn2 =1.319 kJ/Nm3 ;C； Ch2o =1.550kJ/Nm3 ：C； Co2 =1.370 kJ/Nm3 C； Cso2 =1.965kJ/Nm3 C）（4）出窑熟料带走热量Qysh= 1 >Cyshtysh = 1 >078 >360 = 1466.1 （kJ/kg 熟料）（01360C 时，熟料平均比热 Cysh=1.078 kJ/kg C）（5）出预热器飞灰带走热量Qfh=mfhCfhtfh = 0.100 0.895 >40 = 30.43 （kJ/kg 熟料）（0340C 时，飞灰平均比热 Cfh=0.895J/kg C ）（6）系统表面散热损失Qb = 460 （kJ/kg 熟料）总支出热量QzcQzc = Qsh+ Qss