水泥回转窑物料平衡、热平衡与热效率计算方

水泥工业窑热能平衡4.1.6.1 水泥工业窑热能平衡的基本概念熟料烧成综合能耗 prehensive energy consumption of clinker burning熟料烧成综合能耗指烧成系统在标定期间内，实际消耗的各种能源实物量按规定的计算方法和单位分别折算成标准煤的总和，单位为千克（kg ）。

熟料烧成热耗 heat consumption of clinker burning熟料烧成热耗指单位熟料产量下消耗的燃料燃烧热，单位为千焦每千克（kJ/kg ）。

回转窑系统热效率 heat efficiency of rotary kiln system 回转窑系统热效率指单位质量熟料的形成热与燃料（包括生料中可燃物质）燃烧放出热量的比值，以百分数表示（%）。

根据热平衡参数测定结果计算，热平衡参数的测定按JC/T733规定的方法进行。

窑的主要设备情况及热平衡测定结果记录表参见附录A 。

熟料形成热的理论计算方法参见附录B 4.1.6.2水泥回转窑物料平衡物料平衡计算的X 围是从冷却机熟料出口到预热器废弃出口（即包括冷却机、回转窑、分解炉和预热器系统）并考虑了窑灰回窑操作的情况。

物料基础：1kg 熟料 1.收入部分 （1）燃料消耗量1）固体或液体燃料消耗量+=yr Frr shM M m M …………………………（4-1）式中：m r ——每千克熟料燃料消耗量，单位为kg/kg ； M yr ——每小时如窑燃料量，单位为kg/h ； M Fr ——每小时入分解炉燃料量，单位为kg/h ； M sh ——每小时熟料产量，单位为kg/h 。

2） 气体燃料消耗量ρ=⨯rr r shV m M …………………………………（4-2） 式中：V y ——每小时气体燃料消耗体积，单位为Nm 3/h ；ρr ——气体燃料的标况密度，单位为kg/Nm 3。

ρρρρρρρρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=2222222O 222O C 100m m CO CO m m C H H N H Or CO CO H H N H O ………………………………………………………………………………………………… (4-3)式中：CO 2、CO 、O 2、C m H m 、H 2、N 2、H 2O ——气体燃料中各成分的体积分数，以百分数表示（%）；ρ2CO 、ρCO 、ρ2O 、ρm m C H 、ρ2H 、ρ2N 、ρ2H O ——各成分的标况密度，单位为kg/m 3N,参见附录C 。

（2） 生料消耗量=ss shM m M …………………………………………………… （4-4） 式中：m s ——每千克熟料生料消耗量，单位为kg/kg ；M s ——每小时生料喂料量，单位为kg/h 。

（3）入窑回灰量=yhyhshM m M ………………………………………… （4-5） 式中：m yh ——每千克熟料入窑回灰量，单位为kg/kg ； M yh ——每小时入窑回灰量，单位为kg/h 。

（4）进入系统一次空气量ρ+=⨯1111y k F k kk shV V m M ………………………… （4-6）式中：m 1k ——每千克熟料进入系统一次空气量，单位为kg/kg ；V y1k ——每小时入窑一次空气体积，单位为Nm 3/h ；V F1k ——每小时入分解炉一次空气体积，单位为Nm 3/h ；ρ1K ——一次空气的标况密度，单位为kg/Nm 3。

注：当一次空气用煤磨的放风时，应根据一次空气的成分计算ρ1k 。

22221k 1111k 2222H O1k CO 100k k kCO CO O N CO O N H O ρρρρρρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=…（4-7）式中：1k 2CO 、1k CO 、12k O 、12k N 、1k 2H O ——一次空气中各成分的体积分数，以百分数表示（%）。

（5）进入冷却机空气量LkLk k shV m M ρ=⨯……………………………………（4-8） 式中：m Lk ——每千克熟料入冷却机的空气量，单位为kg/kg ；V Lk ——每小时入冷却机的空气体积，单位为Nm 3/h ；ρk ——空气的标况密度，单位为kg/Nm 3。

（6）生料带入空气量sksk k shV m M ρ=⨯……………………………………（4-9）式中：m sk ——每千克熟料生料带入空气量，单位为kg/kg ；V sk ——每小时生料带入空气体积，单位为Nm 3/h 。

（7）窑系统漏入空气量LOkLOk k shV m M ρ=⨯…………………………………（4-10） 式中：m LOk ——每千克熟料系统漏入空气量，单位为kg/kg ；V LOk ——每小时系统漏入空气体积，单位为Nm 3/h 。

（8）物料总收入1zs r s yh k Lk sk LOk m m m m m m m m =++++++……（4-11）式中：m zs ——每千克熟料物料总收入，单位为kg/kg 。

2. 支出物料（1）出冷却机熟料量1Lsh Lfh m m =-………………………………（4-12）式中：m Lsh ——每千克熟料出冷却机熟料量，单位为kg/kg ； m Lfh ——每千克熟料冷却机出口飞灰量，单位为kg/kg 。

（2）预热器出口废气量f m ff shV M ρ=⨯……………………………（4-13） 式中：m f ——每千克熟料预热器出口废弃量，单位为kg/kg ；V f ——每小时预热器出口废气体积，单位为Nm 3/h ；ρf ——预热器出口废气的标况密度，单位为kg/Nm 3。

2222f ff 2CO 2O 2N 2H OO N H O 100f f CO f CO CO ρρρρρρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=……（4-14）式中：2f CO 、f CO 、f2O 、f 2N 、f 2H O ——预热器出口废气中各成分的体积分数，以百分数表示（%）。

（3）预热器出口飞灰量m f fhfh shV K M ⨯=………………………………（4-15）式中：m fh ——每千克熟料预热器出口飞灰量，单位为kg/kg ；K fh ——预热器出口废气中飞灰的浓度，单位为kg/Nm 3。

（4）冷却机排出空气量pk m pkk shV M ρ=⨯………………………………（4-16） 式中：m pk ——每千克熟料冷却机排出空气量，单位为千克每千克（kg/kg ）；V pk ——每小时冷却机排出空气体积，单位为标准立方米每小时（m 3/h ）。

（5）煤磨抽冷却机空气量Rk m Rkk shV M ρ=⨯……………………………（4-17） 式中：m Rk ——每千克熟料煤磨抽冷却机空气量，单位为kg/kg ；V Rk ——每小时煤磨抽冷却机空气体积，单位为Nm 3/h 。

（6）冷却机出口飞灰量pk LfhLfh shV K m M ⨯=……………………………（4-18）式中：K Lfh ——冷却机出口废气中飞灰的浓度，单位为kg/Nm 3。

（7）其他支出其他物料支出mqt ，单位为kg/kg 。

（8）物料总支出zc Lsh f f h pk Rk Lfh qt m m m m m m m m =++++++………………（4-19）式中：M zc ——每千克熟料物料总支出，单位为kg/kg 。

3 物料平衡计算结果表1物料平衡计算结果4.1.6.3 水泥工业窑热能平衡计算依据和计算基准 1. 计算依据根据热平衡参数测定结果计算，热平衡参数的测定按JC/T 733 规定的方法进行。

窑的主要设备情况及热平衡测定结果记录表参见附录A 。

2. 计算基准温度基准：0℃；质量基准：1kg 熟料。

4.1.6.4 回转窑系统热平衡计算热平衡X 围见图4-3。

热平衡按GB/T 2587 规定的方法进行计算。

图4-3 热平衡X 围示意图1. 收入热量 （1）燃料燃烧热,rR r net ar Q m Q =⨯……………………………（4－20）式中：rR Q ——每千克熟料燃料燃烧热，单位为kJ/kg ；,net ar Q ——入窑燃料收到基低位发热量，单位为kJ/kg 。

注：采用煤作为燃料时，上式中Q net ，ar 为入窑煤粉收到基低位发热量，不能与原煤收到基发热量混淆。

（2）燃料显热r r r r Q m c t =⨯⨯………………………………（4－21）式中：Q r ——每千克熟料燃料带入显热，单位为kJ/kg ； c r ——燃料比热，单位为kJ/（kg ·℃）； t r ——燃料温度，单位为℃。

（3）生料中可燃物质燃烧热,sR sr net sr Q m Q =⨯………………………………（4－22）式中：sR Q ——每千克熟料生料中可燃物质的燃烧热，单位为kJ/kg ；m sr ——生料中可燃物质含量，单位为kg/kg ；Q net,sr ——生料中可燃物质收到基低位发热量，单位为kJ/kg 。

（4）生料显热s s s s Q m c t =⨯⨯………………………………（4－23）式中：Q s ——每千克熟料生料带入显热，单位为kJ/kg ； c s ——生料的比热，单位为kJ/（kg ·℃）；4s c (0.88 2.9310) 4.1816100ss sW t W-=+⨯⨯+⨯-，W s——生料的含水量，以百分数表示（%）； t s ——生料的温度，单位为℃。

（5）入窑回灰显热yh yh yh yh Q m c t =⨯⨯………………………………（4－24）式中：Q yh ——每千克熟料入窑回灰显热，单位为kJ/kg ； c yh ——入窑回灰的比热，单位为kJ/（kg ·℃）； t yh ——入窑回灰的温度，单位为℃。

（6）一次空气显热11111y k F k kk y k k F k sh shV V Q c t c t M M =⨯⨯+⨯⨯……………（4－25） 式中：Q 1k ——每千克熟料一次空气显热，单位为kJ/kg ；c k ——空气的比热，单位为kJ/（m 3·℃）； t y1k ——入窑一次空气的温度，单位为℃； t F1k ——入分解炉一次空气的温度，单位为℃。

注：当一次空气用煤磨放风时，根据一次空气成分计算c k （入窑）值。

入窑一次空气采用煤磨放风比热计算公式见式（4－29）： c k （入窑）22221k 1k 1k 1k 1k2CO CO 2O 2N 2H OCO c +CO c +O c +N c +H O c =100⨯⨯⨯⨯⨯……（4－26）式中：c k （入窑）——入窑一次空气采用煤磨放风时的比热，单位为kJ/（m 3·℃）；2CO c 、CO c 、2O c 、2N c 、2H O c ——在0～t 1k ℃内，各气体定压平均体积比热，单位为kJ/（m 3·℃）。