水泥烧成系统热工计算书

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目录
第一章参数选定.......................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1空气过剩系数Α...................................................................................... 错误！未定义书签。

1.2温度参数 (8)
1.3有关物质量的确定 (12)
1.4入窑生料分解率 (14)
1.5系统表面散热损失Q BSR (14)
1.6旋风筒的分离效率及匹配 (16)
第二章配料方案 (16)
2.1原燃材料化学成份 (16)
2.2煤的工业分析 (17)
2.3熟料率值、热耗设定 (17)
2.4煤耗及煤灰掺入量 (17)
2.5配料计算 (17)
2.6熟料率值及矿物组成 (18)
2.7料耗 (18)
2.8物料平衡表 (19)
第三章系统熟料形成热Q SH的计算 (20)
3.1公式法 (20)
3.2理论计算法 (20)
3.3结论 (26)
第四章燃料燃烧计算 (26)
4.1燃料的元素分析 (26)
4.2燃料的应用基低位发热量 (27)
4.3每KG燃料燃烧空气消耗及烟气组成 (27)
4.4燃料的理论燃烧温度T RS的计算 (30)
第五章生料在预热器系统中的灼烧基平衡 (33)
5.1已知条件 (33)
5.2窑尾飞灰的烧失量L FFH (33)
5.3平衡计算 (34)
5.4出系统飞灰的计算 (36)
5.5各旋风筒进口物料的烧失量 (37)
第六章回转窑系统热工计算 (38)
6.1平衡范围及基准 (38)
6.2物料平衡 (38)
6.3热量平衡 (43)
6.4平衡计算表 (52)
第七章回转窑系统气体量及温度确定 (56)
7.1系统各部位气体量的确定 (56)
7.2系统各部位温度的确定 (59)
7.3系统各部分风量的确定 (76)
第八章悬浮预热器的理论设计 (77)
8.1旋风筒设计所需结构参数 (77)
8.2悬浮预热器结构参数确定 (81)
8.3旋风筒间连接风管设计 (85)
8.4分解炉、混合室设计 (86)
表1-2
其中：δ为输送生料气力提升泵带入空气与理论空气量之比，计算为0.0902。

由表1-2可以得出，日产2000吨RSP窑预热器过剩空气系数是按预热器每上升一级新增漏风量5%来考虑过剩空气系数。

⑷由表1-1求得预热器各部位过剩空气系数的平均值见表1-3
部分厂预热器各部位过剩空气系数的平均值
表1-3
⑸《设计计算书》选定各级旋风筒的过剩空气系数1#为1.30、2#为1.35、3#为1.40，即按预热器每上升一级新增漏风量5%考虑过剩空气系数。

⑹考虑现在生产实际情况，预热器系统漏风量控制在14%以内，其中五级、四级的漏风量各为2.0％；三级、二级的漏风量各为3％；一级双筒漏风量为4.0；确定各级旋风筒的过剩空气系数见表1-4：
预热器的过剩空气系数设定值
表1-4
1.2温度参数
1.21入窑煤粉温度t r
参照《工艺设计》P217，取t r＝40℃。

1.22系统一次空气温度t k1
⑴《工艺设计》P217，t k1=36℃;
⑵《水泥工业热工设备》P124，t k1=30℃。

通常条件下,环境空气温度取20℃,经风机后温度有所提高,故取t k1=30℃。

1.23入炉三次风温度t lsk3
大窑门罩技术的出现，三次风从篦冷机中部转为窑门罩抽取，使入分解炉的三次风温和入窑煅烧的二次风温基本相等，三次风温的提高，有利于分解炉内燃料的燃烧，相应提高了入窑物料分解率。

⑴济南大学对浩良河水泥有限责任公司2000t/d生产线热工标定：三次风由窑头罩抽取，温度为855℃。

⑵河北太行2000t/d熟料新型干法生产线，三次风取风口从篦冷机热室中部移至窑头罩，三次风温度由740～750℃上升到840～860℃。

⑶济南大学对鲁南水泥有限公司2条2000t/d NSP窑生产线热工标定：入炉三次风温度分别为862℃和854℃。

⑷浙江江山虎球水泥有限公司1000t/d熟料新型干法生产线烧成系统控制参数与控制实例：入炉三次风温分别为850～950℃和900℃。

⑸部分企业的入炉三次风温度见表1-5：
部分企业三次风温（℃）
表1-5-1
⑹德州晶华集团大坝有限公司2500t/d熟料新型干法生产线热工标定：部分水泥厂入炉三次风温：
表1-5-2
分析以上数据：
数据⑸的三次风大部分抽自篦冷机，风温普遍偏低。

其他五组数据，三次风抽自窑头罩，与现工艺生产实际情况相符，故：
3855840860862854900887937878958913901905
888.513
lsk t ++++++++++++=
=
故确定三次风温t lsk3=850℃。

1.24熟料出冷却机时的温度t Sh
⑴由HX 篦冷机图纸提供的参数知，篦冷机出料温度t Sh = 65+环境温度，按夏季温度35℃计，熟料出冷却机温度为t Sh = 65+35=100（℃）。

(2)由《工艺设计》P245表7—30知:篦冷机出料温度为100℃ 因此，取t Sh = 100（℃） 1.25入冷却机空气温度t brk
由《热工系统工程》P389表3-2-28可知，入冷却机空气的温度为环境温度，参照《工艺设计》，考虑到空气是经风机鼓入冷却机，其温度比为环境温度稍高，因此取t brk ＝30℃（ρbrk =1.165Kg/m 3）。

1.26出预热器废气温度t f
设计采用五级悬浮预热器（双一筒），出预热器废气温度根据《新型干法水泥技术原理与应用》P287得部分厂家出预热器废气温度：见下表1-6：
表1-6
结合现在实际生产情况，当设有五级悬浮预热器时，废气温度一般控制在350℃左右，因此，取出预热器废气温度t f=350℃。

1.27系统漏风温度t Lk
由《热工系统工程》P389表3-2-28可知,系统漏风的温度为环境温度,因此取系统漏风温度为通常状况的环境温度即t Lk=20℃。

1.28冷却机余风的温度t bpk
⑴《工艺设计》P218，取t bpk＝220℃。

⑵《水泥》杂志1999№6《预分解窑熟料热耗的影响因素和降低的途径》提供8个厂的余风温度为：238、221、332、206、198、138、250、213，其平均数为224.5℃。

⑶由《热工系统工程》P380得部分厂篦冷机废气温度见表1-7：
部分厂出篦冷机废气温度（℃）
表1-7
综上述取t bpk=220℃。

1.29入预热器生料温度t s
生料入预热器采用提升机，入预热器生料温度按30℃考虑即t s=30℃。

1.210出窑熟料温度t rsh
由《热工系统工程》P437得部分厂出窑熟料温度的平均值为1361.78℃,取t rsh=1360℃,见表1-8。

部分厂出窑熟料温度℃
表1-8
1.211部分分解生料入窑温度t yjs
⑴预分解窑生产工艺的最大特点是约60%的燃料在分解炉内燃烧，一般入窑生料温度可达830～850℃，分解率达90%以上；
⑵由《热工系统工程》P437得部分厂部分分解生料入窑温度，见表1-9：
部分厂部分分解生料入窑温度℃
表1-9
因此，取部分分解生料入窑温度t yjs=800℃。

1.212入分解炉生料的温度t srl
由工艺流程知：入分解炉生料的温度t srl为C(n
级旋风筒的出料温度。

－1)
由《热工系统工程》P427得部分厂入炉生料温度t srl见表1-10,其平均值为763℃,参照张店厂温度参数设定，取t srl=750℃。

部分厂入分解炉生料的温度℃
表1-10
1.3有关物质量的确定
1.31入冷却机冷空气量V brk：
⑴《水泥厂工艺设计》P245：V brk＝2.1—2.3（Nm3/Kg sh）；
⑵《水泥厂工艺设计》P217：V brk＝2.14（Nm3/Kg sh）；
⑶《计算手册》P198：V brk＝1.6—2.2（Nm3/Kg sh）；
⑷《水泥》1998№10《篦冷机的更新技术》提供: V brk＝2.56（Nm3/Kg sh）；
⑸《水泥厂工艺设计概论》P155：V brk＝2—2.8（Nm3/Kg sh）；
⑹《水泥工业热工设备》P106提出：我国四台预分解设备的篦冷机风量为： 2.58、2.58、2.605、2.468，取平均数为V brk＝2.558（Nm3/Kg sh）；
⑺由《热工系统工程》P380得部分厂篦冷机冷却风量见表3-11。

以上数据的平均值为2.28（Nm3/Kg sh）。

上述企业基本采用第二代篦冷机,本设计拟采用第三代充气梁式篦冷机,其冷却风量较第二代要小,故取V brk=2.1(Nm3/Kg sh)。

篦冷机冷却风量表（Nm3/Kg sh）
表1-11
1.32燃料比
⑴《水泥厂工艺设计》P217指出：回转窑：分解炉＝47:53。

⑵《水泥工业热工基础》P124指出：回转窑：分解炉＝40:60。

⑶《计算手册》P182：当采用AS型窑时,分解炉用燃料占55—65%。

⑷《水泥厂工艺设计概论》P160指出:对于直径3m以下的小窑，因窑的热效率低，分解炉与窑的燃料比为55:45或50:50。

综上述，分解炉与窑的燃料比为取为60:40即m lr：m yr=60：40。

1.33分解炉漏风占分解炉燃料燃烧用理论空气用量的4%。

1.34窑尾飞灰量m yfh
由《热工系统工程》P429得部分厂窑尾飞灰量见表1-12：
部分厂窑尾飞灰量反求值（Kg/Kg sh）
表1-12
由上表取m yfh =0.25（Kg/Kg sh）。

1.35入窑风量比
⑴《工艺设计》取：一次风：二次风：漏风＝29:64:7；
⑵《水泥热工设备》取：一次风：二次风：漏风＝15:80:5；
⑶《计算手册》P176:预分解窑采用篦冷机时,一次风的比例为0.12-0.18；
⑷《计算手册》P176表6—14指出:预分解窑采用篦冷机时的计算取值为0.1-0.5(考虑操作富裕)，取0.15。

综上述：取入窑风量比为：一次风：二次风：窑头漏风＝15:80:5。

1.36分解炉风量比
由《热工系统工程》P359得部分厂的分解炉风量比，见表1-13：
部分厂的分解炉风量比表
表1-13
由上述参数选定知分解炉漏风占分解炉内燃料燃烧用理论空气用量的4%，即送煤风与三次风占分解炉内燃料燃烧用理论空气用量的96%，由此得三者间的比例为：入炉风：三次风：漏风=5:91:4。

1.4入窑生料分解率
由《热工系统工程》P435得部分厂入窑生料分解率，见表1-14：
部分厂入窑生料分解率表1-14
因此参照上表取λ=95%。

1.5系统表面散热损失Q bsr
⒈由《计算手册》P108表4-23知，预热预分解窑向外散热占总热耗量的8-15%（预热预分解窑包括窑体、预热预分解系统、三次风管、篦冷机）；
⒉由《水泥》1998№2《从4台2000t/d预分解窑热工标定来探讨新一代2000t/d预分解窑的技术指标》知部分厂窑系统散热的数据，见表1-15。

⒊由《水泥》1999№6《预分解窑熟料热耗的影响因素和降低途径》载七家工厂窑系统散热占总热支出的比例分别为：10.7%、11.7%、13.4%、
14.2%、18.6%、15.3%、8.77%，平均为13.239%。

⒋《热工系统工程》P389载部分厂系统散热数据见表1-16。

上述资料可看出系统表面散热损失占总热支出的比例为：
η=(8+15+9.978+13.239+9.5875)/5 = 11.565 = 11.169%
综上，系统表面散热损失取平均值Q bsr=11%Q ZR（KJ/Kg sh）。

5台2000t/d窑系统散热
表1-15
部分厂系统散热
表1-16
⒌系统散热分布
由《热工系统工程》P389和P433得部分厂系统散热分布，见表1-17：
部分厂系统散热占热支出的百分比（%）
表1-17
由表1-17得各部位散热占系统表面散热的百分比为：
窑体：52.8%、三次风管：8.6%、冷却机：2.8%、预热器：24.6%、炉：11.2%
1.6旋风筒的分离效率及匹配
由《热工系统工程》P447、《计算手册》P191和《悬浮预热和预分解窑技术经验交流会论文集》P81可确定旋风筒的分离效率匹配为η1＞η5＞η4＞η3＞η2，C1最高，一般在95%左右，中间级一般在85—88%，最下级仅次于C1，一般在86-89，由此确定各级旋风筒的目标分离效率为：η1= 95%、η2=85%、η3 = 86%、η4 = 87%、η5 = 88%
第二章配料方案
2.1原燃材料化学成份
原燃材料化学成份
表2-1
2.2煤的工业分析
煤的工业分析
表2-2
2.3熟料率值、热耗设定
KH=0.88±0.02、SM=2.50±0.10、IM=1.50±0.10、Q=800（Kcal/kg sh）
2.4煤耗及煤灰掺入量
⑴煤耗：800/5400=0.1482（kg/kg sh）
⑵煤灰掺入量m A:
m A= 0.1482×20.77%=0.0308（kg/kg sh）
2.5配料计算
①采用四组分配料：石灰石、粘土、铁粉、粉煤灰，配料结果见表4-3
②熟料化学成分:见表4-4
配料计算结果
表2-3
熟料化学成分
表2-4
2.6熟料率值及矿物组成
⑴熟料率值
23232(1.650.35)62.937(1.65 5.1390.35
3.426)
0.889
2.8 2.821.397
CaO A l O Fe O KH SiO 创创=
=
=´-+-+ 2
232321.3972.495
5.1393.426S i O SM A l O Fe O =
==++ 2323 5.139
1.503.426
A l O IM Fe O =
== ⑵熟料矿物组成
C 3S=3.8SiO 2(3KH －2)=3.8×21.374×(3×0.889－2)=54.175 C 2S=8.61SiO 2(1－KH)=8.61×21.397×(1－0.889)=20.427
C 3A=2.65×(Al 2O 3－0.64Fe 2O 3)=2.65×(5.164－0.64×3.422)=7.881 C 4AF=3.04×Fe 2O 3=3.04×3.422=10.403
熟料矿物组成
表2-5
⑶1450℃液相量L y
L y ＝3.0Al 2O 3+2.25Fe 2O 3+MgO=3.0×5.164+2.25×3.422+4.047=27.239 2.7料耗
生产损失P=5%、煤灰掺入量g A =3.08%, (1)理论料耗K T
K T ＝（100－m ar ）÷(100－L s )
式中：L s —生料的烧失量，由配料计算得Ls=35.737％；
K T =(100－m A )÷(100－L s )=(100－3.08)÷(100－35.737) =1.508(kg/kg sh ) (2)料耗K S
K S ＝100K T ÷(100－P) = 100×1.508÷(100－5)=1.587(kg/kg sh ) 式中：P —生产损失，P =5%；
2.8物料平衡表
物料平衡表
表2-6
说明:新型干法窑η=82% 运转时间300天
第三章系统熟料形成热Q sh的计算
熟料形成热是指在一定生产条件下，用某一基准温度（一般是0℃或20℃）的干燥物料，在没有任何物料和热损失的条件下，制成1kg同温度熟料所需要的热量。

3.1公式法
⑴根据国家标准GB4179—84，在不考虑碱的影响时可用下式计算：
Q sh = 1719A+2710M+3201C－2140－247F kJ/kg sh 将有关数据代入得：
Q sh=1719×0.05164+2710×0.04047＋3201×0.6266－2140×0.21374－
247
×0.03422= 1738.334（kJ/kg sh）
⑵日本标准提出的简化式：
Q熟料=2047A+2998C+2457M－306 kJ/kg sh
=2047×0.05164+2998×0.6266+2457×0.04047－306
=1777.68（kJ/kg sh）
3.2理论计算法
3.21以《水泥的制造与应用》熟料形成热的理论计算方法来计算：
计算基准：1Kg熟料、0℃。

1.干原料消耗量的计算
①生成1kg熟料的煤灰掺入量m A：
由前计算得：煤灰掺入量m A=0.0294(kg/kg sh)
② 生成1kg 熟料的生料中CaCO 3消耗量：
3
100
/10056
sh A A CaCO sh CaO CaO m m kg kg -?=?
式中：CaO sh —熟料中CaO 的含量,％；由前述知：CaO sh = 62.937%；
CaO A —煤灰中CaO 的含量,％；由前述知：CaO A = 5.41%；
362.937 5.410.0294100
/ 1.121/10056
CaCO sh
sh m kg kg kg kg -?=
?
③ 生成1kg 熟料的生料中MgCO 3消耗量:
3
84.3
/10040.3
sh A A MgCO sh MgO MgO m m kg kg -?=?
式中：MgO sh —熟料中MgO 的含量,％；由前述知：MgO sh = 4.065%；
MgO A —煤灰中MgO 的含量,％；由前述知：MgO A = 0.91%；
3 4.0650.910.029484.3
/0.0845/10040.3
MgCO sh
sh m kg kg kg kg -?=
?
④ 生成1kg 熟料的生料中高岭土消耗量:
22
2323258
/100102
sh A A A S H sh A l O A l O m m kg kg -?=?
式中：Al 2O 3sh —熟料中Al 2O 3的含量，%;由前述知：Al 2O 3sh = 5.139%;
Al 2O 3A —煤灰中Al 2O 3的含量，%;由前述知：Al 2O 3A = 31.53%;
22 5.13931.530.0294258
/0.1066/100102
AS H sh
sh m kg kg kg kg -?=
?
⑤ 生成1kg 熟料的生料中二氧化硅消耗量:
2
2222260.9/100258
sh A A SiO A S H sh SiO SiO m m m kg kg -状=-?
式中：SiO 2sh —熟料中SiO 2的含量，%;由前述知：SiO 2sh = 21.397%;
SiO 2A —煤灰中SiO 2的含量，%;由前述知：SiO 2A = 49.00%;
221.39749.000.0294260.9
0.10660.1493/100258
SiO sh m kg kg -创=
-?
⑥ 生成1kg 熟料的生料中氧化铁消耗量:
23
2323/100
sh A A
Fe O sh Fe O Fe O m m kg kg -?=
式中：Fe 2O 3sh —熟料中Fe 2O 3的含量，%;由前述知：Fe 2O 3sh = 3.426%;
Fe 2O 3A —煤灰中Fe 2O 3的含量，%;由前述知：Fe 2O 3A = 7.59%;
23 3.4267.590.0294
0.032/100
Fe O sh m kg kg -?=
=
⑦ 生成1kg 熟料主要干物料消耗量之和:
3322223(/)s a CaCO MgCO A S H SiO Fe O sh m m m m m m m kg kg =+++++
式中：m s —生成1Kg 熟料主要干物料消耗量之和；
0.0294 1.1210.08450.10660.14930.032 1.5228/s sh m kg kg =+++++=
⑧ 生成1kg 熟料干物料消耗量：
100
/100s gy sh m m kg kg m
´=
-S
式中：m gy —生成1Kg 熟料物料消耗量，Kg/Kg sh ；
∑m —熟料中其他成分含量之和，由前述知：∑m=3.025；
＝1.5228100
1.5703/100 3.025
gy sh m kg kg ´=
-
2. 吸收热量计算
①物料从0℃加热到450℃吸收热量:
1(4500)/d gy s sh q m C kJ kg =鬃-
式中：q 1—物料从0℃加热到450℃吸收的热量，KJ/Kg sh ；
C s d —干物料在0℃~450℃的平均比热，C s d =1.058（KJ/Kg.℃）； ＝1 1.5703 1.058(4500)747.62/sh q kJ kg =创- ②粘土脱水吸收热量:
粘土原料的主要成分一般是高岭土，因此粘土脱水实际是高岭土的脱水:
2
26690/HH O
A S
sh q m kJ kg =? 式中：m AS HH2O —高岭土的化学结合水，(Kg/Kg sh );
222222
22
020.140.0149/H HH O AS AS H AS H sh AS H M m m m kg kg M ×=?
?
6690—高岭土脱水热效应（KJ/Kg-H 2O ） ＝20.0149669099.681/sh q kJ kg =?
③脱水后物料由450℃加热到600℃吸收量:
（23)(600450)/HH O
gy AS m sh q m m C kJ kg =-鬃-
式中：C m —脱水后物料在450~600℃间的平均比热, C m =1.076（KJ/Kg.℃）
（3 1.57030.0149) 1.076150251.042/sh q kJ kg =-创= ④MgCO 3分解吸热量:
3
41420/s
MgCO sh q m kJ kg =? 式中：m S MgCO3—生料中碳酸镁的含量,由前知m MgCO3＝0.0845(KJ/Kg sh )；
1420—MgCO3在600℃时的分解热效应，KJ/Kg-MgCO 3； 40.08451420119.99/sh q kJ kg =? ⑤物料由600℃加热到900℃吸热量：
（22
3
51)(900600)/HH O CO gy AS MgCO m sh q m m m C kJ kg =--鬃-
式中：2
3
CO MgCO m —MgCO 3分解出的CO 2量,Kg/Kg sh ；
2
330.520.520.0845
0.0439/CO s MgCO MgCO sh m m kg kg ==?；
C m1—物料在600—900℃之间的平均比热，C m1=1.189(KJ/Kg.℃)； （5 1.57030.01490.0439) 1.189300539.152/sh q kJ kg =--创= ⑥CaCO 3分解吸收的热量：
3
61660/s
CaCO sh q m kJ kg =? 式中：1660—CaCO 3在900℃时的分解热效应，KJ/Kg-CaCO 3；
6 1.12116601860.86/sh q kJ kg =? ⑦物料由900℃加热到1400℃时吸收的热量：
（222
3
372)(1400900)/HH O CO CO gy AS MgCO CaCO m sh q m m m m C kJ kg =---鬃- 式中：2
3
CO
CaCO m —CaCO 3分解出的CO 2量,Kg/Kg sh ；
22
3
3
3
44.00981.1210.4929/100.09
CO CO s
CaCO CaCO sh CaCO M m
m
kg kg M =?
?
C m2—物料在900℃~1400℃间的平均比热，C m2=1.034（KJ/Kg sh ）; （7 1.57030.01490.04390.4929) 1.034500526.616/sh q kJ kg =---创= ⑧形成液相吸收的热量：
（见GB4179-84)8109/sh q kJ kg =
⑨吸收热量的和：
12345678
747.6299.681251.042119.99539.1521860.86526.6161094253.961/X R sh
q q q q q q q q q kJ kg =+++++++=+++++++= 3. 放出热量计算
①粘土中无定形物质转变成晶体放热:
2290.86
302/s
A S H sh q m kJ kg =创
式中：0.86—偏高岭土(Al 2O 3·2SiO 2)和高岭土(Al 2O 3·SiO 2·2H 2O)分子量
比；
301—脱水高岭土的结晶热,KJ/Kg －AS 2； ＝90.10660.8630227.594/sh q kJ kg =创 ②熟料矿物形成放热量
323410465
610
88105)
/100
sh C S C S C A C A F q kJ kg ????=
式中：C 3S 、465—熟料中C 3S 含量(%)和C 3S 形成放热( KJ/Kg-C 3S)；
由前述知：C 3S ＝54.233％；
C 2S 、610—熟料中C 2S 的含量(%)和C 2S 形成放热( KJ/Kg-C 2S)； 由前述知：C 2S ＝20.449％；
C 3A 、88—熟料中C 3A 的含量(%)和C 3A 形成放热(KJ/Kg-C 3A)； 由前述知：C 3A ＝7.808%； C 4AF 、105—熟料中 C 4AF 含量(%)和C 4AF 形成放热(KJ/Kg-C 4AF)； 由前述知：C 4AF = 10.415％；
＝1054.233465
20.4996107.80888
10.415105)
394.756/100
sh q kJ kg ????=
③熟料由1400℃冷却到0℃时放出的热量：
11(14000)/sh sh q m C kJ kg =鬃-
式中：m sh —熟料量，m sh ＝1Kg ；
C sh —熟料在0~1400℃的平均比热，C sh =1.092(KJ/Kg ·℃)； 111 1.09214001528.8/sh q kJ kg =创= ④CO 2由600℃、900℃冷却到0℃时放出的热量：
（2
2
3
3
212900600)/CO CO CaCO MgCO CO sh q m m C kJ kg =?醋 式中：C CO2—CO 2在0—900℃时的平均比热，C CO2=1.104（KJ/Kg ·℃）；
（＝120.49299000.0439600) 1.104518.924/sh q kJ kg =?创 ⑤水蒸汽由450℃冷却到0℃时放出热量：
213[1.966(4500)2496)/HH O
A S
sh q m kJ kg =?+
式中：1.966—水气的平均比热,KJ/Kg ·℃（见GB4179—84）；
2496—0℃时水的汽化潜热,KJ/Kg-H 2O （见GB4179—84）； 130.0149(1.9664502496)50.372/sh q kJ kg =创+= ⑥放热量和q FR
910111213
27.594394.7561528.8518.92450.3722520.446/FR sh
q q q q q q kJ kg =++++=++++= 4. 熟料形成热：
4253.9612520.4461733.515/sh X R FR
sh
Q q q kJ kg =-=-= 3.22以胡道和主编《水泥工业热工设备》单位熟料形成理论热耗为参考: 用石灰石、粘土、铁粉作原料配制生料，经煅烧后所得熟料的化学成分为：
计算基准：1Kg 熟料；0℃；
热平衡关系示意于图3-1中。

图3-1 Q sh 计算热平衡示意图
⒈吸收热量：
⑴ 原料由0℃--900℃升温吸热Q 1： 1 1.51 1.0869001475.9/sh Q kJ kg =创=
式中：1.086—生料的比热容，kJ/kg sh .℃；
⑵ CaCO 3、MgCO 3分解及混合料分解共耗热量Q 2：
223
29852458235829580.626624580.0405
23580.05162074.7/sh
Q CaO MgO A l O kJ kg =++=???=
式中：2958—CaCO 3分解产生1kgCaO 所需热量数；
2458—MgCO 3分解产生1kgMgO 所需热量数； 2358—混合料产生1kgAl 2O 3所需热量数；
CaO 、MgO 、Al 2O 3分别为熟料中该组分的百分含量。

⑶ 分解后原料由900℃~1450℃需吸热Q 3： ＝726.43 1.108145010.9789001/sh Q kJ kg =创-创
式中：1.108、0.978—分解后生料在1450℃和900℃时的比热容，kJ/kg sh .℃； 总计吸收热量：
23吸+Q +Q ＝1475.9+2074.7+726.4=42771/sh Q Q kJ kg =
⒉放出热量：
⑴ 1000℃～1400℃范围内矿物形成放出热量： 按Nacken 所提供的数据估算得： 4420/sh Q kJ kg =
⑵ 900℃分解出CO 2及H 2O （汽）得显热Q 5:
523
781.61095664.6781.60.626610950.0405
664.60.0516568.4/sh
Q CaO MgO A l O kJ kg =++=???=
式中：各氧化物系数指每kg 该氧化物所释放得气体量与热容量及温度的乘积。

⑶ 1450℃熟料所含的显热Q 6： ＝1606.66 1.10814501/sh Q kJ kg =创
总计放出热量：
56放+Q +Q ＝420+568.4+1606.6=25954/sh Q Q kJ kg =
则，熟料形成理论热耗为
吸放＝427725951682/sh sh Q Q Q kJ kg =-=-
3.3结论
取理论计算法与公式法计算所得结果的平均数作为热工计算基准： Q sh =1735（kJ/kg sh ）
第四章 燃料燃烧计算
4.1燃料的元素分析
计算基准:1kg sh 、0℃
由于厂方未提供燃料的元素分析, 可参照有关资料设定。

设煤工业分析的样品是在分析基状态取样，生产中即用此状态的煤，其应用基与分析基相同。

参照《水泥的制造和应用》P211表6—5，设定煤的元素分析结果见表4-1。

煤的可燃基元素分析
表4-1
上述结果换算为应用基,见表4-2
煤的应用基元素分析
表4-2
4.2燃料的应用基低位发热量
燃料的应用基低位发热量按济南大学《热工过程与设备》提供公式计算:
3391030109()2533964.9231030 3.442109(8.6820.391)25 1.0124625(/)(y
y y y y y
DW Q C H O S W kJ kg =+---=⨯+⨯-⨯--⨯=合5882KCal/kg)
计算结果较厂供煤高，故燃料可用。

4.3每kg 燃料燃烧空气消耗及烟气组成
基准：100kg 燃料；列计算表4-3，如下：
表4-3
⒈ 1kg 燃料燃烧所需的理论空气消耗量：
006.011100
22.4/)
10021
6.412 1.2938.291/)
rlk rlk rlk k V kg G V kg γ⨯⨯=⋅=⨯=3＝
＝6.412(Nm (kg 式中：γk —空气的标态密度，γk =1.293（kg/Nm 3）； ⒉ 1kg 燃料燃烧的实际空气消耗量：
⑴ 窑头1kg 燃料燃烧的实际空气消耗量：
003100 1.15 6.4127.374(/)
7.374 1.2939.534(/)
tsk rlk tsk tsk
k V V Nm kg G V kg kg αγ=⋅=⨯==⋅=⨯=
⑵ 分解炉1kg 燃料燃烧的实际空气消耗量：
003300 1.16 6.4127.438(/)
7.438 1.2939.617(/)
lsk rlk lsk
lsk
k V V Nm kg G V kg kg αγ=⋅=⨯==⋅=⨯=
式中：γk —空气的标态密度，γk =1.293（kg/Nm 3）。

⒊ 1kg 燃料燃烧的理论烟气生成量：
0329.836
22.4 6.683(/)100
Ly V Nm kg =
⨯＝ ⒋ 1kg 燃料燃烧实际烟气生成量： ⑴ 窑头燃料燃烧实际烟气生成量
0334.131
22.47.645(/)100
tsy V Nm kg =
⨯=； ⑵ 分解炉内燃料燃烧实际烟气生成量：
0334.417
22.47.709(/)100
lsy V Nm kg =
⨯=； ⒌ 烟气含量组成
根据表6-3计算1kg 燃料产生烟气含量组成，见下表4-4：
表4-4
⒍ 烟气密度:
222224418643228
22.4100
y CO H O SO O N ρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
⨯
理论值：
318.1344 5.95180.046403275.8828
1.3536(/)2
2.4100y kg Nm ρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
⨯＝
窑内:
315.8544 5.20180.0464 2.643276.2728
1.3454(/)2
2.4100tsy kg Nm ρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
⨯＝
分解炉:
315.7244 5.16180.0464 2.803276.2928
1.3450(/)2
2.4100
lsy kg Nm ρ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
⨯＝
4.4燃料的理论燃烧温度t rs 的计算
00024625 1.16564024671.624y DW r r sk sk sk sk sk sk sk sk sk
rs sy sy sy sy sy sy
Q C t V C t V C t V C t t V C V C V C +++⨯++===
⋅⋅⋅ 式中：t rs —燃料燃烧的理论燃烧温度，℃；
t r 、C r —燃料的温度和比热，t r =40℃、C r =1.1656(KJ/Kg ℃)； t sk 、C sk —燃烧实际需要空气的温度和比热，℃，KJ/Nm 3℃； C sy —燃烧实际生成的烟气由0℃到t rs 的平均比热，KJ/Nm 3℃； ⒈当α1=1.15时:
t sk =t k1=30℃，C sk =1.297（KJ/Nm 3℃）；
V sy = V 0tsy =7.645(Nm 3/kg)，V 0sk =V 0tsk =7.374（Nm 3/kg ）； 假设t rs =2100℃；
⑴烟气由0℃到 2100℃平均比热C sy 的计算： 烟气各成分在0℃和 2100℃的比热见表4-5：
烟气成分0℃和2100℃的比热(KJ/Nm 3℃)
表4-5
由表4-5得：
3o 15.85 2.0287 5.20 1.73600.04 2.0068 2.64 1.439976.27 1.3933
100
1.542(KJ/Nm C)
sy C ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
=
⑵理论燃烧温度
24671.6247.374 1.29730
21177.645 1.542
rs t +⨯⨯=
=⨯(℃)；
由假设理论燃烧温度与理论燃烧温度计算结果可知，二者相差17℃，对计算影响不大,因此取α=1.15时的理论燃烧温度为2100℃。

⒉当α3=1.16时，由于α3=1.16与α1=1.15相差不大，因此取相同的理论燃烧温度t rs =2100℃。

⒊空气预热情况下的理论燃烧温度：
当α3=1.16，空气预热到t sk =t lsk3=765℃时：
C sk =1.380（KJ/Nm 3℃），V sk =7.461（Nm 3/kg ），V sy =7.729（Nm 3/kg ） 假设t rs =2500℃。

⑴烟气由0℃到2500℃的平均比热Csy 计算： 烟气各成分在0℃和 2500℃的比热见表4-6：
烟气成分0℃和2500℃的比热(KJ/Nm 3.℃)
表4-6
由表4-6得:
3o 15.72 2.0536 5.16 1.77090.035 2.0068 2.80 1.453376.29 1.4044
100
1.527(KJ/Nm C)
sy C ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
= ⑵理论燃烧温度计算
24671.6247.461 1.38765
27587.729 1.527
rs t +⨯⨯=
=⨯(℃)；
由假设理论燃烧温度与理论燃烧温度计算结果可知，二者相差258.5℃，由于缺少各成分在2500℃以上的比热数据，因此取α=1.16时的理论燃烧温度 为（2758+2500）÷2=2629℃。

第五章生料在预热器系统中的灼烧基平衡
5.1已知条件
⒈窑尾飞灰量m yfh=0.25（kg/kg sh）；
⒉入窑生料分解率λ=95%；
⒊预热器的分离效率η1 =95%、η2=85%、η3=86%、η4=87、η5=88%；
5.2窑尾飞灰的烧失量L ffh
⒈入窑部分分解生料的烧失量L fjs：
入窑部分分解生料的烧失量L fjs 下式求出（《水泥的制造和应用》P223）：
10010010010010000()
(100)100fjs s
s fjs s fjs s fjs s
L L L L L L L Ls L L λ-
--⨯-=
⨯--＝ 即：441010010s s
fjs s
L L L L λλ-=-
式中：λ—入窑生料分解率,由参数设定知λ=95；
L S —生料烧失量，由前得L S =35.737；
44
1035.7531009535.753 2.705(%)109535.753
fjs L ⨯-⨯⨯==-⨯ ⒉窑尾飞灰的烧失量L yfh
根据入窑部分分解生料的烧失量L yjs =2.705%，取窑尾飞灰的烧失量L yfh =2.50%。

⒊入窑物料的真实分解率为:
44
10(100)()(100)(100)
10 2.5(10035.737)(2.705 2.50)
9594(%)
35.737(100 2.705)(100 2.50)
yfh s fjs yfh s fjs yfh m L L L L L L αα--=-
--⨯⨯-⨯-=-
=⨯-⨯-真
⒋窑尾飞灰的灼烧基量m S yfh
m S yfh = m yfh ×（1－L yfh ）= 0.25×（1－2.5%）=0.2438（kg/kg sh ）。

5.3平衡计算
平衡计算以每一级旋风筒、分解炉分别为计算单元，计算进入和排出该级 旋风筒、分解炉的物料灼烧基量，计算基准：1kg sh
⒈进入窑内的灼烧燃料量J yr
由前计算知，窑内的燃料耗量为燃料总耗量的40%，所以煤灰的掺入量也为煤灰总掺入量的40%，由此得
J Yr =0.4×0.0308=0.01232（kg/kg sh ） ⒉C 5旋风筒
⑴ C 5入窑的灼烧物料量S 5：
5110.012320.2438 1.2315(/)s
Yr yfh sh S J m kg kg -+=-+=＝
⑵ C 5进入C 4的灼烧物料量P 5：
5555
(1)
1.2315(10.88)
0.1655(/)0.88
sh S P kg kg ηη⋅-⨯-=
=＝
⑶ 进入C 5的灼烧物料量J 5：
5550.1655 1.2315 1.3970(/)sh J P S kg kg =+==+
⒊分解炉
⑴ 分解炉进入C 5的灼烧物料量P L ： 由示意图得：
1.39700.2438 1.1532(/)s
L ysh sh P m kg kg =-=5=J -
⑵ 进入分解炉的灼烧燃料量J Lr ：
由前计算知，分解炉的燃料耗量为燃料总耗量的60%，所以煤灰的掺入量为煤灰总掺入量的60%，由此得：
0.03080.01848(/)Lr sh J kg kg ⨯==0.6
⒋C 4旋风筒
⑴ C 4进入分解炉的灼烧物料量S 4：
4 1.15320.01848 1.1347(/)L Lr sh S P J kg kg -=-=＝
⑵ 进入C 4的灼烧物料量J 4:
4
44
1.1347
1.3043(/)0.87
sh S J kg kg η=
=＝
⑶ C 4进入C 3的灼烧物料量P 4:
444(1) 1.3043(10.87)0.1696(/)sh P J kg kg η⨯-=⨯-=＝
⒌C 3旋风筒
⑴ C 3进入C 4的灼烧物料量S 3: 由示意图得：
345 1.30430.1655 1.1388(/)sh S P kg kg -=-=＝J
⑵ 进入C 3的灼烧物料量J 3:
3
33
1.1388
1.3242(/)0.86
sh S J kg kg η=
=＝
⑶ C 3进入C 2的灼烧物料量P 3:
333(1) 1.3242(10.86)0.1854(/)sh P J kg kg η⨯-=⨯-=＝
⒍C 2旋风筒
⑴ C 2进入C3的灼烧物料量S 2: 由示意图得：
234 1.32420.1696 1.1546(/)sh S P kg kg -=-=＝J
⑵ 进入C 2的灼烧物料量J 2:
2
22
1.1546
1.3584(/)0.85
sh S J kg kg η=
=＝
⑶ C 2进入C 1的灼烧物料量P 2:
222(1) 1.3584(10.85)0.2038(/)sh P J kg kg η⨯-=⨯-=＝
⒎C 1旋风筒
⑴ C 1进入C 2的灼烧物料量S 1:
123 1.35840.1854 1.1730(/)sh S P kg kg -=-=＝J
⑵ 进入C 1的灼烧物料量J 1:
1
11
1.1730
1.2347(/)0.95
sh S J kg kg η=
=＝
⑶ C 1排出的灼烧物料量P 1（即出预热器飞灰的灼烧基量）: 111(1) 1.2347(10.95)0.0617(/)sh P J kg kg η⨯-=⨯-=＝ ⑷ 进入系统的灼烧生料量J S :
12 1.23470.2038 1.0310(/)s sh J J P kg kg -=-=＝
5.4出系统飞灰的计算
⒈为便于计算，参照《热工系统工程》P273作以下假设： ⑴每级旋风筒排出的物料与收集下来的物料的烧失量相等； ⑵生料中的物理水在C 1入口管道中脱除；
生料中的物理水在C 1入口管道中脱除即P 1为脱除物理水的料，该部分生料的烧失量等于干生料的烧失量L s =35.737%。

⑶生料中的化合水在C 2入口管道中脱除： ①生料中化合水的百分含量为：
220s s s H L CO =- 式中：2s CO —生料中CO 2的百分含量；
241.56844 2.67444
35.58%5640.3
s CO ⨯⨯=
+= 2035.357%35.58%0.157%s H =-=
②生料的化合水在C 2入口管道脱除,即P 2脱除物理水与化合水的生料,
其烧失量等于生料中的CO 2的含量,为35.58%。

⑷MgCO 3在C 4入口管道中分解：
①生料中MgO 带入的CO 2量2MgO CO
244
2.92%40.3
MgO S CO MgO =⨯
= ②MgO 在C 4入口管道分解，即P 4为脱除物理水与化合水并 MgO 完全分解后的生料，其烧失量35.58－2.92=32.66%。

⑸CaCO 3在分解炉及混合室中分解，所以S 5烧失量等于入窑部分分解生料的烧失量。

⒉设出系统飞灰有以下部分组成：
⑴未被收集下来的窑尾飞灰，其烧失量为2.65%，其灼烧基含量为：
1123456
(1)(1)(1)(1)(1)0.24380.050.150.140.130.12
3.9910(/)
s
yfh sh m m kg kg ηηηηη-=⋅-----=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
⑵未被收集的部分分解的生料，其烧失量为2.705%，其灼烧基含量为：
2123455(1)(1)(1)(1)(1) 1.15320.050.150.140.130.121.8910(/)
L sh m P kg kg ηηηηη-=⋅-----=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
⑶未被收集的MgO 完全分解后生料,烧失量为32.66% ,其灼烧基含量为
34512344
(1)(1)(1)(1) 1.30430.16550.050.150.140.131.5510(/)
sh m J J kg kg ηηηη-=-----=-⨯⨯⨯⨯=⨯（）（）
⑷未被收集的完全脱去化合水的生料,烧失量为35.58% ,其灼烧基含量
为：
34212(1)(1) 1.15460.050.158.6610(/)sh m S kg kg ηη-=--=⨯⨯=⨯
⑸未被收集的脱去物理水的生料,其烧失量为35.737%,其灼烧基含量为：
6
5435112340.0617 3.9910
1.8910 1.55108.66100.0529(/)
sh m P m m m m kg kg ----=----=-⨯-⨯-⨯-⨯=
⒉出系统飞灰烧失量L fh ：
12345
12.5 2.70532.6635.5835.73735.72%100fh m m m m m L P ⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
=⨯
⒊出系统飞灰量m fh
1
1001000.06170.096(/)10010035.72
fh sh fh P m kg kg L ⨯⨯=
==--
5.5各旋风筒进口物料的烧失量
⒈C 4旋风筒进口物料的烧失量
5543354344
2.705[(1)]32.66[(1)]
2.705[0.16550.1655(10.87)0.86]32.66[1.13880.1655(10.87)0.86]
1.3043
28.43%
X P P S P L J ηηηη⋅+-+⋅--=
⨯+⨯-⨯+⨯-⨯-⨯=
=
⒉C 3旋风筒进口物料的烧失量
44432243233
[(1)]35.58[(1)]
28.43[0.16960.1696(10.86)0.85]35.58[1.15460.1696(10.86)0.85]
1.3242
34.56%
X X L P P S P L J ηηηη⋅+-+⋅--=
⨯+⨯-⨯+⨯-⨯-⨯=
=
⒊C 2旋风筒进口物料的烧失量
33321132122
[(1)]35.58[(1)]
34.56[0.18540.1854(10.85)0.95]35.58[1.17300.1854(10.85)0.95]
1.3584
35.42%
X X L P P S P L J ηηηη⋅+-+⋅--=
⨯+⨯-⨯+⨯-⨯-⨯=
= ⒋C 1旋风筒进口物料的烧失量
设C1旋风筒进口物料的烧失量与出系统飞灰的烧失量相同,即: L X1= L fh =35.72%
第六章 回转窑系统热工计算
回转窑热工计算的目的是确定燃料消耗量，分析煅烧系统内热量收支情况，确定窑的热效率，最大限度的降低热耗。

6.1平衡范围及基准
平衡范围：从冷却机熟料出口到预热器废气出口，即包括回转窑、冷却机、分解炉和预热器系统，并考虑窑灰回窑和燃料制备与窑按闭路循环操作的情况，为简化计算作如下假设：冷却机入窑热风所含粉尘的85%仍从窑头返回，15%随三次风在三次风管中沉降。

温度基准：0℃；物料基准：1kg 熟料。

6.2物料平衡
图6-1 物料平衡示意图
(一)收入物料 ⒈燃料消耗量
r yr Fr m m m =+
式中：m r —燃料消耗量，kg/kg sh ;
m yr —窑用燃料量，m yr ＝0.4m r kg/kg sh ；
m Fr —分解炉用燃料量，m Fr ＝0.6m r kg/kg sh 。

⒉生料消耗量
由于预热器出来的废气用于烘干原料，出系统飞灰与生料混合，组成掺有飞灰的生料入窑，由上面计算知系统飞灰量比较小，且烧失量与生料烧失量相差不大，故把掺有飞灰的生料看作生料来计算。

⑴ 干生料消耗量
100100100f r gsl s
a
A m m L -⋅⋅=
- 式中：m gsl —干生料理论消耗量，kg/kg sh ;
a —熟料中燃料灰分掺入百分比； A f —燃料中灰分含量，20.77％； L s —干生料烧失量，35.737％。

1
10020.77100 1.55610.3232(/)10035.737
r gsl r sh m m m kg kg -⨯=
=-- ⑵ 出系统飞灰量： 0.096(/)fh sh m kg kg =
⑶ 考虑出系统飞灰后干生料的实际消耗量：
1.55610.32320.096 1.65210.3232(/)gs gsl fh r r sh m m m m m kg kg =+=-+=-
⑷ 生料（含物理水）实际消耗量
100
100s s
m ⋅
-gs ＝m ω
式中：W s —生料中水分含量，％；取W s ＝1％；
100
1.65210.3232(/)1001
s r r sh m m m kg kg -⨯
=-＝（） 1.6688－0.3265 ⒊系统空气消耗量
⑴ 窑头用空气量分布： 窑头用风量：
30.47.3740.4 2.950(/)
2.950 1.293
3.814(/)
tsk tsk r r r sh tsk tsk k r sh V V m m m Nm kg G V m kg kg γ=⋅=⨯==⋅=⨯=
由参数设定:一次风:二次风:漏风=15:80:5，窑头用空气量分布如表6-1:
表6-1
⑵ 分解炉用空气量分布 分解炉用风量：
30.67.4380.6 4.463(/)
4.463 1.293
5.770(/)
lsk lsk r r r sh lsk lsk k r sh V V m m m Nm kg G V m kg kg γ=⋅=⨯==⋅=⨯=
由参数设定:一次（送煤）风:三次风:漏风=5:91:4，分解炉用空气量分布如表6-2:
表6-2
⑶ 窑尾烟室漏风量V ysl 、m ysl ：
由参数设定知:窑头空气过剩系数为1.15,烟室空气过剩系数为1.20,由此得:
30
(1.20 1.15) 6.4120.40.050.128(/)
(1.20 1.15)8.2910.40.050.166(/)
ysl rlk yr r r sh ysl rlk
yr r r sh V V m m m Nm kg m G m m m kg kg =⨯⨯-=⨯⨯==⨯⨯-=⨯⨯=
⑷ 旋风预热器系统漏风量V xLk 、m xLk ：
由参数选定知C 1出口、C 5进口的空气过剩系数为1.316、1.176，由此得预热器系统的漏风系数为(1.316－1.176)=0.14，漏风量为:
30
0.14 6.4120.140.898(/)
0.148.2910.14 1.161(/)
xLk rlk r r r sh xLk rlk
r r r sh V V m m m Nm kg m G m m m kg kg =⨯⨯=⨯==⨯⨯=⨯=
⑸ 入篦冷机的空气量
由参数选定知，进入冷却机冷空气量按V brk ＝2.1(Nm 3/kg sh )计算即：
32.1(/)
2.1 1.293 2.715(/)
brk sh brk sh V Nm kg m kg kg ==⨯=。