3 回转窑系统热平衡计算.doc

1、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 0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

2、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：预分解窑基准：1kg 熟料；0平衡

3、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。图 1 物料平衡图 图 2 热量平衡图22.1 物料平衡计算2.1.1 收入项目（1）燃料消耗量mr（kg/kg 熟料）设计新窑或技术改造时，m r 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 sargsL10A式中，m gsL干生料理论消耗量，kg/kg 熟料；A ar燃料收到基灰分含量，% ；a燃料灰分掺入熟料中的量，%；L s生料的烧失量，%。 入窑回灰量和飞损量 fhy)1(fFm式中，m yh入窑回灰量，kg/kg 熟料；m fh出预热

4、器飞灰量， kg/kg 熟料；m Fh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，%。 考虑飞损后干生料实际消耗量 sfhFhgsL10L式中，m gs考虑飞损后干生料实际消耗量， kg/kg 熟料；L fh飞灰烧失量，%。 考虑飞损后生料实际消耗量 sgs10W式中，m s考虑飞损后生料实际消耗量， kg/kg 熟料；W s生料中水分含量，%。 入预热器物料量（kg/kg 熟料）yhsm入 预 热 器 物 料 量（3）入窑系统空气量 燃料燃烧理论空气量 )O0.3(S.267H0.89CarrararLK VLK31m3式中， 燃料燃烧理论干空气量，Nm 3/kg 煤；

5、 燃料燃烧理论干空气量，kg/kg 煤；LKV LKmCar、H ar、S ar、O ar燃料应用基元素分析组成，%。 入窑实际干空气量 rLKykmk293.1V式中，V yk入窑实际干空气量，Nm 3/kg 熟料；m yk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 支出项目（1）熟料量msh1kg（2）废气量 生料中物理水 10swsW84.ssV式中，0.804为水蒸气密度，kg/Nm 3；m ws生料中物理水量，kg/kg 熟料；V ws生料中物理水量，Nm 3/kg 熟料。 生料中化学水 s32gshs

6、 OAl05.m84.ssV式中，m hs生料中化学水量， kg/kg 熟料；V hs生料中化学水量，Nm 3/kg 熟料； 干s32OAl生料中三氧化铝含量，%。 生料分解放出 CO2 气体量10COfhFgssC2 Lm97.4sssO222V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，sC2 sCO2VNm3/kg 熟料；CO 2干生料中 CO2 含量，%。4MgOCsCaOs2 22式中，CaO s、MgO s分别为干生料中 CaO 和 MgO 的含量，% ；M CO2、M CaO、M MgO分别为 CO2、CaO、MgO 分子的相对质量；1

7、.977CO 2 密度，kg/Nm 3。 燃料燃烧生成烟气量（Nm 3/kg 煤）arrCO0187.2V（Nm 3/kg 煤）aryLKrNN0.92（Nm 3/kg 煤）rO)(.2V（Nm 3/kg 煤）aryrH.124W02V（Nm 3/kg 煤）OHrrNrCOfL2222（Nm 3/kg 煤）0/A93.aryKf m式中，V fL燃料燃烧实际烟气量，Nm 3/kg 煤；m fL燃料燃烧实际烟气量，kg/kg 煤。 漏入空气量VLok（Nm 3/kg 熟料） ；mLok （Nm 3/kg 熟料） ；总废气量（Nm 3/kg 熟料）LOKrfsCOhwsf 2Vm（kg/kg 熟料

8、）rfssf 2（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（kJ/kg 熟料）arnet,rrRQ式中，Q net,ar燃料收到基低位发热量， kJ/kg 煤；（2）燃料带入显热Qrm rCrtr（kJ/kg 熟料）式中，C r燃料的比热，kJ/kg；t r燃料入窑温度，。（3）生料带入显热Qs(m gsCs 十 mwsCw)ts（kJ/kg 熟料）5式中，C s、 Cw分别为生料、水的比热， kJ/kg；t s生料入窑温度， 。（4）回灰带入热量Qyhm yhCyhtyh（kJ/kg 熟料）式中，C yh回灰的比热，kJ/kg；

9、t yh回灰入窑的温度，。（5）空气带入热量 一次空气带入热量QylkK 1VyklCylktylk（kJ/kg 熟料）式中，K 1一次空气占总入窑空气量的比例，%；C y1k一次空气在 0t y1k 温度的平均比热，kJ/Nm 3；t y1k一次空气入窑温度， 。 二次空气带入热量Qy2k(1 K1)VykCy2kty2k（kJ/kg 熟料）式中，C y2k二次空气在 0t y2k 间的平均比热，kJ/Nm 3；t y2k二次空气入窑温度，。 漏入空气带入热量QLOK VLOKCLOKtLOK（kJ/kg 熟料）式中，C LOK漏入空气在 0t LOK 间的平均比热， kJ/Nm3；t LO

10、K漏入空气温度，。总收入热量 QzsQzsQ rR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QLOK2.2.2 支出项目（1）熟料形成热（kJ/kg 熟料）sh32sh2shsh32k OFe47.Si0.1MgO0.7Al19.7CaO0.23 sh式中， 分别为熟料中各成分百分含量。s32sssh3k FeSigl、（2）蒸发生料中水分耗热Qss(m ws+mhs)qqh（kJ/kg 熟料）式中，q qh入窑生料温度时水的汽化热，kJ/kg 水。（3）废气带走热量QfV fCftf（kJ/kg 熟料）式中，C f混合气体的平均比热，kJ/Nm 3；t f废气温度，f

11、 NOHOOf 2222VVC式中， 、 、 、 分别为 CO2、O 2、H 2O、N 2 在 tf 温度时的平均比热，2C2H22NkJ/Nm3； 、 、 、 分别为废气中 CO2、O 2、H 2O、N 2 的量；Nm 3/kg 熟料。2O2O226（4）出窑熟料带走热Qysh1 Cyshtysh（kJ/kg 熟料）式中，C ysh熟料在 0t ysh 间的平均比热；kJ/kg ；t ysh出窑熟料温度，。（5）出预热器飞灰带走热Qfh=mfhCfhtfh（kJ/kg 熟料）式中，C fh0t fh 间飞灰平均比热，J/kg ；t fh飞灰温度，。（6）系统表面散热损失QB（ kJ/kg 熟

12、料）总支出热量 QzcQzcQ shQ ssQ fQ ysh QfhQ B收支热量平衡式：Q zsQ zc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 QrRm rQnet,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 %10zsh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 s 比表示， s 也称窑的烧成热效率。10rRhs根据单位熟料的燃料消耗量，回转窑的规格尺寸、燃烧

13、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 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。7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

14、化学成分原 料 烧失量 SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 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( )Car Har Sar Nar Oar Aar War60.10 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,ar(kJ/kg)% 25.71 28

15、.36 44.93 1.00 23614（5）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 60（6）入窑风量比(%)一次空气(K 1)：二次空气(K 2)：窑头漏风(K 3)15:80:5；（7）燃料比(%)回转窑(K y):分解炉(K F)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

16、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）系统表面散热损失：460 kJ/kg 熟料；（14）生料水分：0.2；8（15）窑的产量 2000t/d(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

17、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= =1.560-0.401mr（kg/kg 熟料）sargsL10A8.531072r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)=0.0004（kg/kg 熟料）)1(fhFm=0.10.9960.10（kg/kg 熟料）fy 考虑飞损后干生料实际消耗量 rrsfhFhgsL 401.56.8.31024.)401.56.(10 mm（kg/kg 熟料） 考虑飞损后生料实际消耗量（kg/kg 熟料）rrsgs 402.563.120)401.

18、56.(10Wm 入预热器物料量（kg/kg 熟料）rryhs .).3.( mmm入 预 热 器 物 料 量（3）入窑系统空气量 燃料燃烧理论空气量 )O(S0.3.267H0.89CarrararLK V（Nm 2/kg 煤）6.157.9-350.91（kg/kg 煤）61.5.3.LKLKm9 入窑实际干空气量（Nm 3/kg 熟料）rrrFLKyrLKyk 586.240.157.60mmVV （kg/kg 熟料）rm358.293.12. rk其中，入窑一次空气量、二次空气量及漏风量：（Nm 3/kg 熟料）ykyk1yk0.VV（Nm 3/kg 熟料）28K（Nm 3/kg 熟料

19、）ykyk3LO1.5 分解炉从冷却机抽空气量a出分解炉过剩空气量（Nm 3/kg 熟料）rrrLK1 924.0157.6).()( mmVb分解炉燃料燃烧空气量（Nm 3/kg 熟料）rrrFLFr2 .3c窑尾过剩空气量（Nm 3/kg 熟料）rrryLKyrLKy3 12.04.157.60)1()1( mmVmV d分解炉及窑尾漏入空气量（Nm 3/kg 熟料）rrrFLyFrL64 85.)(e分解炉从冷却机抽空气量（Nm 3/kg 熟料）rrrrr4321F3K 10.4.0123.694.32.0 mmmVV （kg/kg 熟料）rrFK57199.m 提升机喂料带入空气量（N

20、m 3/kg 熟料）rrrL5sk 4.067.0V（kg/kg 熟料）rrsks 1652931. m 漏入空气量a预热器漏入空气量（Nm 3/kg 熟料）rrrLK45 985.0167.0mVb窑尾系统漏入空气总量（Nm 3/kg 熟料）rm1785.rr54LO210c全系统漏入空气量（Nm 3/kg 熟料）rrr2LKO1LK 29.170.586.0mmV（kg/kg 熟料）rr941393.m2.1.2 支出项目（1）熟料量msh1kg（2）出预热器废气量 生料中物理水（kg/kg 熟料）rrsws 01.3.102)4.563.1(0 mmW（Nm 3/kg 熟料）rss .8

21、.84.V 生料中化学水（kg/kg 熟料）rrs32gshs 04.17.0.)41.560.(.0OAl035. mm （Nm 3/kg 熟料）rrhss .2.84.1784. mV 生料分解放出 CO2 气体量 42.53.0295648.MgOCaOgCsas2 2 rrfh2gss 142.05.1.1)0.56.1(012 mmLmm （kg/kg 熟料）（Nm 3/kg 熟料）rrsCOsCOs 072.8.97.14297.4222V 燃料燃烧生成烟气量（Nm 3/kg 熟料）rrrarCO 2.0.68.018.2 mm（Nm 3/kg 熟料）rrrrarLKrN 872.

22、49.08.1579N792 mV （Nm 3/kg 熟料）rrrrarOH 56)163.(124W2（Nm 3/kg 熟料）rrrarS 02.35.07.07.2 mmV（Nm 3/kg 熟料）rrrOHfSNrCOr 452.6)0.456.871(22 mV11（kg/kg 熟料）rrrarLKr 704.8)1.2596.7()10/A( mmm 烟气中过剩烟气量（Nm 3/kg 熟料）rrrLfk )(.4)(V（kg/kg 熟料）rrk1853629312. 其中，（Nm 3/kg 熟料）rrkkN 470.2 mV（kg/kg 熟料）rr2.89461.822m（Nm 3/k

23、g 熟料）rrkkO57103.2（kg/kg 熟料）rr9.4.25.0422 mV 总废气量 2222 SOHNCOf V(0.281-0.072 mr+1.122mr)+(4.872mr +1.946mr)+(0.004-0.001mr +0.021-0.005mr +0.456mr)+0.517mr+0.002mr0.572+11.729m r（ Nm3/kg 熟料）（3）出预热器飞灰量（kg/kg 熟料）10.fh2.2 热量平衡计算2.2.1 收入项目（1）燃料燃烧生成热（kJ/kg 熟料）rarnet,rR23614mQ（2）燃料带入显热Qr = mrCrtr=mr1.15460

24、=69.240mr（kJ/kg 熟料）（060时，燃料平均比热 Cr=1.154 kJ/kg）（3）生料带入显热Qs = (mgsCs 十 mwsCw)ts= (1.560-0.401mr)0.878+(0.003-0.001mr)4.18250 = 69.111-17.813mr（kJ/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/kg）（4）入窑回灰带入热量Qyh = myhCyhtyh = 0.1000.83650 = 4.180（kJ/kg 熟料）（050时，回灰平均比热 Cyh =0.836 kJ/kg）12（5）

25、空气带入热量 一次空气带入热量QylkV y1kCylktylk= 0.152.586mr1.29830 = 15.105mr（kJ/kg 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 = 2757.4mr（kJ/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 = 4391.8mr（kJ/kg 熟料）（0740时，空气平均比热 CF3k

26、=1.377kJ/Nm3） 提升机喂料空气带入热量Qsk = VskCsktsk = 0.554 mr1.29950 = 35.983mr（kJ/kg 熟料）（050时，空气平均比热 Csk =1.299 kJ/Nm3） 系统漏风带入热量QLOK = VLOKCLOKtLOK = 1.299mr1.29830 = 50.595（kJ/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+69.240mr+(69.111-1

27、7.813mr)+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 sh32sh2shsh32k OFe47.Si0.1MgO0.7Al19.7CaO0.23 shQ= 32.0166.83+17.195.54+27.100.59-21.4022.48-2.473.79= 1760（kJ/kg 熟料）（2）蒸发生料中水分耗热Qss = (mws+mhs)qqh = (0.003-0.001mr+0.017-0.004mr) 2380 = 47.60-11

28、.9mr（kJ/kg 熟料）（50时，水的汽化热 qqh = 2380 kJ/kg 水）（3）废气带走热量 fSOOHNCOf )( 22222 tCVCVV = (0.281+1.050mr)1.921+6.818mr1.319+(0.025+0.450mr)1.550+0.517mr1.370+0.002mr1.965370=214.06+4595.3mr（kJ/kg 熟料）13（0370时，各气体平均比热 =1.921 kJ/Nm3； =1.319 kJ/Nm3； =1.550 2CO2NCOH2CkJ/Nm3； =1.370 kJ/Nm3； =1.965kJ/Nm3）2OC2S（4）出

29、窑熟料带走热量Qysh1 Cyshtysh = 11.0781360 = 1466.1（kJ/kg 熟料）（01360时，熟料平均比热 Cysh=1.078 kJ/kg）（5）出预热器飞灰带走热量Qfh=mfhCfhtfh = 0.1000.895340 = 30.43（kJ/kg 熟料）（0340时，飞灰平均比热 Cfh=0.895J/kg）（6）系统表面散热损失QB = 460（kJ/kg 熟料）总支出热量 QzcQzc = QshQ ssQ fQ yshQ fhQ B= 1760+(47.60-11.9mr)+(214.06+4595.3mr)+1466.1+30.43+460= 397

30、8.2+4583.4mr（kJ/kg 熟料）收支热量平衡式QzsQ zc73.291+30916mr = 3978.2+4583.4mr求得：m r = 0.1483（kJ/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QrRm rQnet,ar = 236140.1483 = 3502.0（kJ/kg）熟料烧成热效率= 50.26%10.3527610rRsh窑的发热能力Qyr=MyrQnet,ar = KymrGQnet,ar = 0.40.148383.

31、310323614 = 11.67107（kJ/h）燃烧带衬砖断面热负荷11.4710 6（kJ/m 2h）272yr6.385.014iADq14表 5 物料平衡表（kg/kg 熟料）收 入 项 目 数量 % 支 出 项 目 数量 %(1)燃料消耗量 0.148 4.31 (1)熟料量 1 29.30(2)入预热器生料量 1.605 46.79 (2)出预热器飞灰量 0.100 2.93(3)入窑实际干空气量 0.496 14.46 (3)出预热器废气量(4)分解炉抽空气量 0.826 24.08 生料中物理水量 0.003 0.09(5)提升机喂料漏入空气量 0.106 3.09 生料中化

32、学水量 0.016 0.47(6)系统漏入空气量 0.249 7.26 生料分解 CO2 量 0.531 15.56燃料燃烧理论烟气量 1.291 37.83烟气中过剩空气量 0.472 13.83合 计 3.430 100.00 合 计 3.413 100.00表 6 热量平衡表（kJ/kg 熟料）收 入 项 目 数量 % 支 出 项 目 数量 %(1)燃料燃烧热 3502.0 75.17 (1)熟料形成热 1760.0 37.79(2)燃料显热 10.3 0.22 (2)蒸发生料水分耗热 45.8 0.98(3)生料带入热 66.5 1.43 (3)废气带出热量 895.5 19.23(4)回灰带入热 4.2 0.09 (4)熟料带出热量 1466.1 31.48(5)入窑一次空气带入热 2.2 0.05 (5)飞灰带出热量 30.4 0.65(6)入窑二次空气带入热 408.9 8.78 (6)系统散热损失 460.0 9.88(7)入分解炉空气带入热 651.3 13.98(8)提升机喂料漏风带入热 5.3 0.11(9)系统总漏风带入热 7.5 0.16合 计 4658.2 100.00 合 计 4657.8 100.00