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、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0为基准；1.2 热平衡围热平衡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围。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围。1.3 原始数据根据确定的计算基准和平衡围，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

2、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。假设以窑加窑尾预热系统为平衡围，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，也可用经历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：预分解窑基准：1kg熟料；0平衡围：窑+预热器系统根据确

3、定的平衡围，绘制物料平衡图和热量平衡图，如图1和图2所示。图1 物料平衡图 图2 热量平衡图2.1 物料平衡计算2.1.1 收入工程1燃料消耗量mrkg/kg熟料设计新窑或技术改造时，mr是未知量，通过热平衡方程求得，已生产的窑，通过热工测定得到。2入预热器物料量 干生料理论消耗量式中，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；收尘器、增湿塔综合收尘效率，%。 考虑飞损后干生

4、料实际消耗量式中，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kg/kg熟料3入窑系统空气量 燃料燃烧理论空气量式中，燃料燃烧理论干空气量，Nm3/kg煤；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；y窑尾空气过剩系数。 漏入空气量包括生料送风量可用系统各处漏风系数求得。2.1.2 支出工程1熟料

5、量msh1kg2废气量 生料中物理水式中，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。 生料中化学水式中，mhs生料中化学水量，kg/kg熟料；Vhs生料中化学水量，Nm3/kg熟料；干生料中三氧化铝含量，%。 生料分解放出CO2气体量式中，生料中分解出CO2气体量，kg/kg熟料；生料中分解出CO2气体量，Nm3/kg熟料；CO2干生料中CO2含量，%。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；1.977CO2密度，kg/Nm3

6、。 燃料燃烧生成烟气量Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤Nm3/kg煤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VLokNm3/kg熟料；mLok Nm3/kg熟料；总废气量Nm3/kg熟料kg/kg熟料3出预热器飞灰量mfhkg/kg熟料2.2 热量平衡计算2.2.1 收入工程1燃料燃烧生成热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QrmrCrtrkJ/kg熟料式中，Cr燃料的比热，kJ/kg；tr燃料入窑温度，。3生料带入显热Qs(mgsCs十mwsCw

7、)tskJ/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，。4回灰带入热量QyhmyhCyhtyhkJ/kg熟料式中，Cyh回灰的比热，kJ/kg；tyh回灰入窑的温度，。5空气带入热量 一次空气带入热量QylkK1VyklCylktylkkJ/kg熟料式中，K1一次空气占总入窑空气量的比例，%；Cy1k一次空气在0ty1k温度的平均比热，kJ/Nm3；ty1k一次空气入窑温度，。 二次空气带入热量Qy2k(1K1)VykCy2kty2kkJ/kg熟料式中，Cy2k二次空气在0ty2k间的平均比热，kJ/Nm3；ty2k二次空气入窑温度，。 漏入空气带入热量QLO

8、KVLOKCLOKtLOKkJ/kg熟料式中，CLOK漏入空气在0tLOK间的平均比热，kJ/Nm3；tLOK漏入空气温度，。总收入热量QzsQzsQrR+ Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QLOK2.2.2 支出工程1熟料形成热kJ/kg熟料式中，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)qqhkJ/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QfVfCftfkJ/kg熟料式中，Cf混合气体的平均比热，kJ/Nm3；tf废气温度，式中，、分别为CO2、O2、H2O、N2在tf温度时的平均比热，kJ/Nm3

9、；、分别为废气中CO2、O2、H2O、N2的量；Nm3/kg熟料。4出窑熟料带走热Qysh1CyshtyshkJ/kg熟料式中，Cysh熟料在0tysh间的平均比热；kJ/kg；tysh出窑熟料温度，。5出预热器飞灰带走热Qfh=mfhCfhtfhkJ/kg熟料式中，Cfh0tfh间飞灰平均比热，J/kg；tfh飞灰温度，。6系统外表散热损失QBkJ/kg熟料总支出热量QzcQzcQshQssQfQyshQfhQB收支热量平衡式：QzsQzc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 QrRmrQnet,arkJ/

10、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但入窑总热量Qzs随热平衡围不同而变化，因此窑的热效率也可用熟料形成热与燃料燃烧热之s比表示，s也称窑的烧成热效率。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外表热负荷等。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、

11、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；4.060 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SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOSO3其他总和干生料熟 料煤 灰35.880013.2722.4851.603.035.5431.792.093.794.1644.6866.833.620.290.590.680.160.052.200.600.725.95100.00100.00100.00表2 燃料元素分析()CarHar

12、SarNarOarAarWar60.103.960.350.977.9125.711.00表3 工业分析及发热量AarVarF.CarWarQnet,ar(kJ/kg)%25.7128.3644.931.00236145温度表4 温度入预热器生料温度50入分解炉三次空气温度740入窑回灰温度50提升机输送生料漏入空气温度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606入窑风量比(%)一次空气(K1)：二次空气(K2)：窑头漏风(K3)15:80:5；7燃料比(%)回转窑(Ky):分解炉(KF)4

13、0:60；8出预热器飞灰量：0.1kg/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yl.05；分解炉出口L1.15；预热器出口f1.40；其中：预热器漏风量占理论空气量的比例K40.16；提升机喂料带入空气量占理论空气量的比例K50.09；11分解炉及窑尾漏风(包括分解炉一次空气量)占分解炉用燃料理论空气量的比例K60.05；12收尘器和增湿塔综合收尘效率为99.6；13系统外表散热损失：460kJ/kg熟料；14生料水分：0.2；15窑的产量2000t/d(或83.3t/h)。2.1 物料平衡计算2.1.1 收入工程1燃料消耗量mrkg/kg熟料其中，窑头燃料量：

14、Myr=Kymrkg/kg熟料分解炉燃料量：mFr=KFmrkg/kg熟料2生料消耗量、入预热器物料量 干生料理论消耗量=mrkg/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=0.1(1-0.996)=0.0004kg/kg熟料=0.10.9960.10kg/kg熟料 考虑飞损后干生料实际消耗量kg/kg熟料 考虑飞损后生料实际消耗量kg/kg熟料 入预热器物料量kg/kg熟料3入窑系统空气量 燃料燃烧理论空气量Nm2/kg煤kg/kg煤 入窑实际干空气量Nm3/kg熟料kg/kg熟料其中，入窑一次空气量、二次空气量及漏风量：Nm3/kg熟料Nm3/kg熟

15、料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Nm3/kg熟料b分解炉燃料燃烧空气量Nm3/kg熟料c窑尾过剩空气量Nm3/kg熟料d分解炉及窑尾漏入空气量Nm3/kg熟料e分解炉从冷却机抽空气量Nm3/kg熟料kg/kg熟料 提升机喂料带入空气量Nm3/kg熟料kg/kg熟料漏入空气量a预热器漏入空气量Nm3/kg熟料b窑尾系统漏入空气总量Nm3/kg熟料c全系统漏入空气量Nm3/kg熟料kg/kg熟料2.1.2 支出工程1熟料量msh1kg2出预热器废气量 生料中物理水kg/kg熟料Nm3/kg熟料 生料中化学水kg/kg熟料Nm3/kg熟料 生料分解放出CO2气体量kg/

16、kg熟料Nm3/kg熟料 燃料燃烧生成烟气量Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料Nm3/kg熟料kg/kg熟料 烟气中过剩烟气量Nm3/kg熟料kg/kg熟料其中，Nm3/kg熟料kg/kg熟料Nm3/kg熟料kg/kg熟料总废气量mr+1.122mr)+(4.872mr +1.946mrmr +0.021-0.005mr +0.456mr)+0.517mr+0.002mr0.572+11.729mrNm3/kg熟料3出预热器飞灰量kg/kg熟料2.2 热量平衡计算2.2.1 收入工程1燃料燃烧生成热kJ/kg熟料2燃料带入显热Qr = mrCrtr=mr1.154

17、60=69.240mrkJ/kg熟料060时，燃料平均比热Cr=1.154 kJ/kg3生料带入显热Qs = (mgsCs十mwsCw)tsmrmr)4.18250 = 69.111-17.813mrkJ/kg熟料 050时，水的平均比热Cw=4.182 kJ/kg；干生料水平均比热Cs=0.878 kJ/kg4入窑回灰带入热量Qyh = myhCyhtyh = 0.1000.83650= 4.180kJ/kg熟料050时，回灰平均比热Cyh=0.836 kJ/kg5空气带入热量 一次空气带入热量QylkVy1kCylktylk= 0.152.586mr1.29830=15.105mrkJ/k

18、g熟料030时，空气平均比热Cy1k=1.298 kJ/Nm3 入窑二次空气带入热量Qy2k = Vy2kCy2kty2k = 0.802.586mr1.403950 = 2757.4mrkJ/kg熟料0950时，空气平均比热Cy2k=1.403 kJ/Nm3 入分解炉三次空气带入热量QF3k = VF3kCF3ktF3k= 4.310mr1.377740 = 4391.8mrkJ/kg熟料0740时，空气平均比热CF3k=1.377kJ/Nm3 提升机喂料空气带入热量Qsk = VskCsktsk = 0.554 mr1.29950 = 35.983mrkJ/kg熟料050时，空气平均比热C

19、sk=1.299 kJ/Nm3 系统漏风带入热量QLOK= VLOKCLOKtLOK = 1.299mr1.29830 = 50.595kJ/kg熟料030时，空气平均比热CLOK=1.298 kJ/Nm3总收入热量QzsQzs = QrR+ Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QF3k+ Qsk+ QLOK = 23614mr+69.240mrmr)+4.180+15.105mr+2757.4mr+4391.8mr +335.983mr+50.595mr = 73.291+30916mrkJ/kg熟料2.2.2 支出工程1熟料形成热= 32.0166.83+17.19

20、5.54+27.100.59-21.4022.48-2.473.79= 1760kJ/kg熟料2蒸发生料中水分耗热Qss = (mws+mhs)qqhmr+0.017-0.004mr) 2380 = 4mrkJ/kg熟料50时，水的汽化热qqh = 2380 kJ/kg水3废气带走热量 = (0.281+1.050mr)1.921+6.818mr1.319+(0.025+0.450mr)1.550+0.517mr1.370+0.002mr1.965370=214.06+4595.3mrkJ/kg熟料0370时，各气体平均比热=1.921 kJ/Nm3；=1.319 kJ/Nm3；=1.550

21、kJ/Nm3；=1.370 kJ/Nm3；=1.965kJ/Nm34出窑熟料带走热量Qysh1Cyshtysh = 11.0781360 = 1466.1kJ/kg熟料01360时，熟料平均比热Cysh=1.078 kJ/kg5出预热器飞灰带走热量Qfh=mfhCfhtfh = 0.1000.895340 = 30.43kJ/kg熟料0340时，飞灰平均比热Cfh=0.895J/kg6系统外表散热损失QB = 460kJ/kg熟料总支出热量QzcQzc = QshQssQfQyshQfhQBmr)+(214.06+4595.3mr)+1466.1+30.43+460 = 3978.2+4583.4mrkJ/kg熟料收支热量平衡式QzsQzc73.291+30916mr = 3978.2+4583.4mr求得：mr = 0.1483kJ/kg熟料即烧成1 kg熟料需要消耗0.1483 kg燃料。求得燃料消耗后，即可列出物料平衡表表5和热量平衡表表6，并计算一些主要热工技术参数。熟料单位烧成热耗QrRmrQnet,ar = 236140.1483 = 3502.0kJ/kg熟料烧成热效率= 50.26%窑的发热能力Qyr=MyrQnet,ar = Kymr