3 回转窑系统热平衡计算

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2.1 物料平衡计算 2.1.1 收入项目（1）燃料消耗量 m r （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 ① 干生料理论消耗量sar r gsL 100100L aA m m --=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，%。

② 入窑回灰量和飞损量ηfh y h m m =)1(fh Fh η-=m m式中，m yh —入窑回灰量，kg/kg 熟料；m fh —出预热器飞灰量，kg/kg 熟料；m Fh —出收尘器飞灰损失量，kg/kg 熟料；η—收尘器、增湿塔综合收尘效率，%。

③ 考虑飞损后干生料实际消耗量sfhFh gsL gs 100100L L m m m --⋅+=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，%。

④ 考虑飞损后生料实际消耗量sgs s 100100W m m -⋅=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，%。

⑤ 入预热器物料量y h s m m +=入预热器物料量（kg/kg 熟料）（3）入窑系统空气量 ① 燃料燃烧理论空气量)O 0.033(S 0.267H 0.089C ar ar arar LK-++='VLK LK293.1V m '='式中，LKV '—燃料燃烧理论干空气量，Nm 3/kg 煤；LK m '—燃料燃烧理论干空气量，kg/kg 煤；C ar 、H ar 、S ar 、O ar —燃料应用基元素分析组成，%。

② 入窑实际干空气量r LK y y k m V V '=α y k y k 293.1V m =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；αy —窑尾空气过剩系数。

③ 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 m sh ＝1kg （2）废气量① 生料中物理水100s s ws Wm m ⋅=804.0ws ws m V =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。

② 生料中化学水s 32gs hs O Al 00353.0⋅=m m804.0hshs m V =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；s 32O Al —干生料中三氧化铝含量，%。

③ 生料分解放出CO 2气体量100100CO fh Fh 2gs sCO 2L m m m ⋅-⋅= 977.14422.4sCO s CO sCO 222m mV=⋅= 式中，s CO 2m —生料中分解出CO 2气体量，kg/kg 熟料；sCO 2V —生料中分解出CO 2气体量，Nm 3/kg 熟料；CO 2—干生料中CO 2含量，%。

MgOCO sCaOCO s222MgO CaO CO M M M M ⋅+⋅=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CO 2、CaO 、MgO 分子的相对质量；1.977—CO 2密度，kg/Nm 3。

④ 燃料燃烧生成烟气量ar r CO 0187.02C V =（Nm 3/kg 煤） ar y LK r N N 008.079.02+⋅'=αV V （Nm 3/kg 煤） LKy rO )1(21.02V V '-=α（Nm 3/kg 煤） ar y r O H 0.0124W 0.112H 2+=V （Nm 3/kg 煤） r O H r O r N r CO fL 2222V V V V V +++=（Nm 3/kg 煤） 100/A 1293.1ar y LKfL -+⨯'=αV m （Nm 3/kg 煤） 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。

⑤ 漏入空气量 V Lok （Nm 3/kg 熟料）； m Lok （Nm 3/kg 熟料）； 总废气量LOK r fL sCO hs ws f 2V m V V V V V +⋅+++=（Nm 3/kg 熟料） LOK r fL s CO hs ws f 2m m m m m m m +⋅+++=（kg/kg 熟料） （3）出预热器飞灰量 m fh （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ar net,r rR Q m Q =（kJ/kg 熟料）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 Q r ＝m r C r t r （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Q s ＝(m gs C s 十m ws C w )t s （kJ/kg 熟料）式中，C s 、C w —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Q yh ＝m yh C yh t yh （kJ/kg 熟料）式中，C yh —回灰的比热，kJ/kg·℃；t yh —回灰入窑的温度，℃。

（5）空气带入热量 ① 一次空气带入热量Q ylk ＝K 1V ykl C ylk t ylk （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0℃～t y1k 温度的平均比热，kJ/Nm 3·℃；t y1k —一次空气入窑温度，℃。

② 二次空气带入热量Q y2k ＝(1—K 1)V yk C y2k t y2k （kJ/kg 熟料）式中，C y2k —二次空气在0℃～t y2k 间的平均比热，kJ/Nm 3·℃；t y2k —二次空气入窑温度，℃。

③ 漏入空气带入热量Q LOK ＝V LOK C LOK t LOK （kJ/kg 熟料）式中，C LOK —漏入空气在0℃～t LOK 间的平均比热，kJ/Nm 3·℃；t LOK —漏入空气温度，℃。

总收入热量Q zsQ zs ＝Q rR + Q r + Q s + Q yh + Q ylk + Q y2k + Q LOK 2.2.2 支出项目（1）熟料形成热sh32sh 2sh sh 32k O Fe 47.2SiO 40.12MgO 10.72O Al 19.71CaO 01.23--++=sh Q （kJ/kg 熟料） 式中，sh32sh 2sh sh 32k O Fe SiO MgO O Al CaO 、、、、—分别为熟料中各成分百分含量。

（2）蒸发生料中水分耗热 Q ss ＝(m ws +m hs )q qh （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 Q f ＝V f C f t f （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，℃fN N O H O H O O CO CO f 22222222V V C V C V C V C C +++=式中，2CO C 、2O C 、O H 2C 、2N C —分别为CO 2、O 2、H 2O 、N 2在t f 温度时的平均比热，kJ/Nm 3·℃；2CO V 、2O V 、O H 2V 、2N V —分别为废气中CO 2、O 2、H 2O 、N 2的量；Nm 3/kg 熟料。

（4）出窑熟料带走热 Q ysh ＝1×C ysh t ysh （kJ/kg 熟料）式中，C ysh —熟料在0℃～t 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 Q fh =m fh C fh t fh （kJ/kg 熟料）式中，C fh —0℃～t 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 Q B （kJ/kg 熟料） 总支出热量Q zcQ zc ＝Q sh ＋Q ss ＋Q f ＋Q ysh ＋Q fh ＋Q B 收支热量平衡式：Q zs ＝Q zc上述热平衡方程式，为含有一个未知数m r 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m r 。

熟料烧成热耗的计算 Q rR ＝m r Q net,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%100zssh⨯=Q Q η 但入窑总热量Q zs 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ηs 比表示，ηs 也称窑的烧成热效率。