第5章 窑尾物料和热平衡计算

第5章窑尾物料和热平衡计算5.1原始资料1、各部位温度设置值①入预热器生料温度：50℃②入窑回灰温度：50℃③入窑一次空气温度：30℃④入窑二次空气温度：1100℃⑤环境温度：20℃⑥入窑、分解炉燃料温度：60℃⑦入分解炉三次空气温度：950℃⑧熟料出窑温度：1350℃⑨废气出预热器温度：320℃⑩飞灰出预热器温度：300℃2、入窑风量比（%）一次空气（K1）:二次空气（K2）:窑头漏风（K3）=10:85:5预热器漏风量占理论空气量的比例：K4=0.10提升机喂料带入空气量占理论空气量的比例K=0.095=0.05 分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例K63、燃料分配比（%）回转窑（K y）：分解炉(K f)=40:604、出预热器飞灰量:0.12kg/kg熟料5、出预热器飞灰烧失量:33.4%6、各处的空气过剩系数窑尾：αy=1.05.分解炉混合室出口：αL=1.15预热器出口：αf=1.257、窑尾综合收尘效率η=99.9%8熟料形成热:1750kJ/kg熟料9系统的表面散热损失：200J/kg熟料14、生料水分含量:0.1%15、窑产量：5000t/d16、煤元素分析表5-1煤的元素分析5.2物料平衡及热量平衡计算5.2.1物料平衡计算基准:1kg 熟料,温度0℃1收入项目①燃料的总消耗量：r m = m yr +m Fr （g/kg 熟料) 式中 m yr ——窑用燃料量, 0.4 m r (kg/kg 熟料)；M Fr ——分解炉用燃料量, 0.6 m r (kg/kg 熟料) ②生料消耗量、入预热器的物料量⑪ 、干生料的理论消耗量gsL m =ad 100A α100r m Ls --=128.34-100mr127.69-100⨯⨯=1.518 -0.420r m (Kg/kg 熟料)式中：gsL m ----干生料理论消耗量, kg/kg 熟料A ad ---煤应用基灰分含量,%Ls ---生料的烧失量,34.128%α---燃料灰分的掺入量，取100%⑫、出收尘器的飞损量及回灰量0001.0)999.0-1(12.0)η-1(=⨯==fh Fh m m 2(kg/kg 熟料) 11988.000012.0-12.0-===Fh fh yh m m m (kg/kg 熟料) 式中：yh m ---入窑回灰量, kg/kg 熟料fh m ---出预热器飞灰量, kg/kg 熟料Fh m ---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,%⑬、考虑飞损后干生料的实际消耗量m gs =sfhFh gsl L L m m -100-100⨯+=（1.518 -0.420r m ）+0.00012128.34-1004.33-100=1.518 -0.420r m (kg/kg 熟料)式中: m gs ---考虑飞损后干生料实际消耗量, kg/kg 熟料fh L ---出预热器飞灰烧失量 （%）,33.4⑭考虑飞损后的生料实际消耗量s m = m gs ×100100-M s=（1.518 -0.420r m ）×100100-0.1=1.520-0.420r m (kg/kg 熟料)式中: s m ---考虑飞损后生料实际消耗量, kg/kg 熟料M s ---生料中水分含量, 0.1%,⑮入预热器物料量入预热器物料量=s m +yh m=1.520-0.420r m +0.11988=1.640-0.420r m (kg/kg 熟料)③、入窑系统空气量⑪燃料燃烧理论空气量'0.0890.2670.033(-)Lk ar ar ar ar V C H S O =++=0.089×58.42+0.267×6.57+0.033（0.30-5.52）=6.78(Nm 3/kg 煤)Lk Lk V m ''293.1==1.293×6.78=8.766(kg/kg 煤)式中: Lk V '---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。

ar C ar H ar S ar O ---燃料应用基元素分析组成,% ⑫入窑实际干空气量y r Lk y yk K m V V 'α==1.05×6.78×0.40×r m=2.85r m (Nm 3/kg 熟料)yk yk V m 293.1==1.293×2.85r m=3.685r m (kg/kg 熟料)式中： yk V ---入窑实际干空气量，Nm 3/kg 熟料yk m ---入窑实际干空气量，kg/kg 熟料αy ---窑尾空气过剩系数，1.05Ky---回转窑的燃料分配比例，40%其中，入窑一次空气量，入窑二次空气量，漏风量分别为yk yk V K V 11==0.10yk V =0.285r myk yk V K V 22==0.85yk V =2.42r myk Lok V K V 31==0.05yk V =0.142r m式中： K1---入窑一次空气所占比例K2---入窑二次空气所占比例K3---漏风作占比例④分解炉从冷却机抽取空气量⑪出分解炉混合室过剩空气量1V =r Lk l m V ')1(-α=(1.15-1)×6.78r m =1.02r m （Nm 3/Kg 熟料） ⑫分解炉燃料燃烧所需空气量r F Lk Fr Lk m K V m V V ''2===6.78×0.6r m=4.07r m （Nm 3/kg 熟料）式中： K F ---入分解炉燃料比例,0.6⑬窑尾过剩空气量r y Lk y m V V '3)1-α(==（1.05-1）×6.78×0.4r m=0.136r m （Nm 3/kg 熟料）⑭分解炉及窑尾漏入空气量''466Lk Fr Lk F r V K V m K V K m ===0.05×6.78×0.6r m=0.203r m （Nm 3/kg 熟料）式中： K 6---分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例K 6=0.05⑮分解炉从冷却机抽取空气量k F V 2=1V +2V -3V -4V=（1.03+4.13 -0.138-0.206）r m=（1.02+4.07-0.136-0.203）r m=4.751r m （ Nm 3/kg 熟料）k F m 2=1.293×4.751r m =6.143r m （kg/kg 熟料）⑤提升机喂料带入空气量：sk V =r LK m V K ⨯⨯/5=0.09×6.78r m=0.61r m式中： K 5---提升机喂料带入空气量占理论空气量的比例K 5=0.09，折合成料风比为19.8kg/Nm 3sk m =1.293×V sk=1.293×0.61r m=0.776r m⑥漏入空气量⑪预热器漏入空气量：'54Lk r V K V m ==0.10×6.78r m=0.678r m （Nm 3/kg 熟料） ⑫窑尾系统漏入总空气量：254Lok V V V =+=（0.678+0.203）r m=0.881r m （Nm 3/kg 熟料） ⑬全系统漏入空气量：21Lok Lok Lok V V V +==0.05yk V +0.881r m r m= 0.05×2.85r m +0.881r m=1.024r m （ Nm 3/kg 熟料）Lok Lok V m 293.1==1.024r m ×1.293=1.324r m （kg/kg 熟料）2支出项目①熟料：sh m =1Kg②出预热器废气量⑪生料中物理水含量ws m = m s ×100sM=（1.520-0.420r m ）×0.1%=0.002-0.0004r m （kg/kg 熟料）804.00004.0002.0804.0rws ws mm V -===0.0025-0.0005r m （Nm 3/kg 熟料）式中： ws m ---考虑实际飞灰后生料实际消耗的量，kg/kg 熟料ws V ---生料中物理水含量，Nm 3/kg 熟料0.804---为水蒸气密度，kg/ Nm 3⑫生料中化学水含量3200353.0s s hs O Al m m ==0.00353×（1.520-0.420r m ）×3.066=0.0164-0.00454r m804.000454.00164.0804.0r hshs m m V -===0.0204-0.00565r m （Nm 3/kg 熟料） 式中： hs m ---生料中化学水含量，kg/kg 熟料 hs V ---生料中化学水含量，Nm 3/kg 熟料32s O Al ---生料中三氧化铝含量，3.066%⑬生料分解放出的CO 2气体量MgOCO s CaO CO s M M MgOM M CaO CO 222+= =43.208×4456+1.493×4440=35.59m s CO2 = 1002CO m gs — 100fhFs L m=()100420.0518.159.35r m -⨯ -1004.3300012.0⨯=0.540-0.149r m （kg/kg 熟料）2s CO V =21.977s CO m =0.273-0.075r m （Nm 3/kg 熟料）式中： 2CO ---干生料中2CO 含量，%s CaO 、 s MgO ---分别为生料中CaO 和MgO 的含量，% 2CO M 、CaO M 、MgO M ---分别为2CO 、CaO 、MgO 的分子的相对质量 2CO s m ---生料中分解出的2CO 气体量，kg/kg 熟料 2CO s V ---生料中分解出的2CO 气体量，Nm 3/kg 熟料1.977---为2CO 密度，kg/ Nm 3⑭燃料燃烧生成理论烟气量121004.222r arCO r m C V ××= =1242.58×22.4100r m=1.0905r m （Nm 3/kg 熟料）2'22.40.7928100r arN r Lk r N V m V m =⨯+ =2802.1×22.4100r m +0.79×6. 78r m=5.364r m （Nm 3/kg 熟料）222.4() 218100rararH O r H M V m =+⨯ =(257.6+1848.0)×22.4100r m=0.742r m （Nm 3/kg 熟料）1004.22322r ar SO r m S V ×= = 1004.223230.0r m ⨯=0.0021r m （Nm 3/kg 熟料）2222SO r O H r N rCO r r V V V V V +++==（1.0905+5.364+0.742+0.0021）r m=7.1986r m （Nm 3/kg 熟料）r arLk r m A m m )100-1('+= =(8.766+1-10069.27)×r m=9.489r m （kg/kg 熟料）式中： r V ---煤燃烧理论烟气量，Nm 3/kg 熟料r m ---煤燃烧理论烟气量，kg/kg 熟料⑮烟气中过剩空气量)1-α(/r lk f k m V V ==(1.25-1) ×6. 78r m=1.695r m （Nm 3/kg 熟料）k m =1.293k V =1.293×1.695r m =2.192r m （kg/kg 熟料）其中： 20.79k k N V V ==0.79×1.695r m =1.339r m （Nm 3/kg 熟料） 222822.4kk N N m V =⨯=1.339×2822.4r m =1.674r m （kg/kg 熟料） 2k O V =0.21k V =0.21×1.695r m =0.356r m （Nm 3/kg 熟料） 223222.4kk O O m V =⨯=0.356r m ×3222.4=0.508r m （kg/kg 熟料） ⑯总废气量 22222SO O O H N CO f V V V V V V ++++==(0.273-0.075r m +1.0905r m ）+（5.364r m +1.339r m ）+（0.0025-0.0005r m +0.0204-0.00565r m +0.742r m ）+0.356r m +0.0021r m=0.296+8.812r m （Nm 3/kg 熟料）③出预热器飞灰量：fh m =0.120（kg/kg 熟料）5.2.2.热量平衡计算1收入项目①燃料燃烧生成的热量：.rR r net ar Q m Q ==24368r m （kJ /kg 熟料）式中：Q net.ar ---煤收到基低位发热量，kJ /kg 煤②燃料带入的显热：r r r r t C m Q ==1.176×60×r m =70.56r m （kJ/kg 熟料） 式中：r C ---60℃挥发分为27.69%时煤的平均比热，r C =1.176kJ/kg•℃（参见《新型干法水泥厂工艺设计手册》P 774，表14-5,）r t ---煤入窑温度，℃③生料带入的热量s w ws s gs s t C m C m Q )(+==[（1.518-0.420r m ）×0.878+（0.002-0.0004r m ）×4.182] ×50 =67.058-19.274r m （kJ/kg 熟料）式中：w C 50℃时水的比热，4.182kJ/kg•℃s C 50℃时干生料的比热，0.878kJ/kg•℃s t ---生料入窑温度，℃④入窑回灰带入的热量：016.550836.012.0=⨯⨯==yh yh yh yh t C m Q （kJ/kg 熟料）式中：yh C 50℃时，回灰的比热，yh C =0.836kJ/kg•℃yh t ---回灰入窑温度，℃，50⑤空气带入热量⑪入窑一次空气带入的热量k y k y k y k y t C V Q 1111=k y k y yk t C V 111.0==0.1×2.89r m ×1.298×30=11.21r m （kJ/kg 熟料）式中：k y C 130℃时空气平均比热，为k y C 1=1.298kJ/ Nm 3•℃k y t 1--- 一次空气入窑温度，℃，30⑫入窑二次空气带入的热量k y k y k y k y t C V Q 2222==k y k y yk t C V 2285.0=0.85×2.42r m ×1.403×1100=3174.568r m （kJ/kg 熟料）式中：k y C 2---1100℃时空气比热，为k y C 2=1.403kJ/ Nm 3•℃k y t 2---二次空气入窑温度，℃，1100℃⑬入分解炉三次空气带入的热量k F k F k F k F t C V Q 2222==4.751r m ×1.366×950=6165.373r m （kJ/kg 熟料）式中：2F k C ---950℃时空气比热， 2F k C =1.366 kJ/ Nm 3•℃k F t 2---三次空气入窑温度，℃⑭系统漏风带入的热量LOk LOk LOk LOk t C V Q ==1.024 r m ×1.297×20=26.562r m （kJ/kg 熟料）式中：LOk C ---0℃~30℃时空气平均比热为LOk C =1.298 kJ/ Nm 3•℃（见《水泥工艺热工设备》P 160附表2）LOk t ---漏入空气温度，℃，20⑮ 提升机喂料空气带入的热量：sk sk sk sk Q V C t=0.776r m ×1.299×50=50.401r m式中：sk C ---0℃~850℃时空气平均比热， sk C =1.299 kJ/ Nm 3•℃sk t ---提升机喂料空气（生料）温度，℃，50总收入热量：lok k F k y k y yh s r rR zs Q Q Q Q Q Q Q Q Q +++++++=221+sk Q =24368r m +70.56r m +67.058-19.274r m +5.016+11.21r m +3174.568r m+6165.373r m +26.562r m +50.401r m =72.074+33847.40r m （kJ/kg 熟料）2支出项目①熟料的形成热：sh Q =1750（kJ/kg 熟料）②蒸发生料中水分耗的热量：qh hs ws ss q m m Q ）（+==（0.002-0.0004r m +0.0164-0.00454r m ）×2380 =43.792-9.853r m （kJ/kg 熟料）式中：qh q ---50℃时水的汽化热，qh q =2380kJ/kg 水③废气带走的热量f SO SO O O O H O H N N CO CO f t C V C V C V C V C V Q ）（2222222222++++= =[（0.273-0.075r m +1.0905r m ）×1.884+（5.364r m +1.339r m ）×1.308 +(0.0025-0.0005r m +0.0204-0.00565r m +0.742r m )×1.536+0.356r m ×1.361+0.0021r m ×1.971] ×320=175.842+3935.887r m （kJ/kg 熟料） 式中：C 气体---320℃各气体的比热，单位kJ/kg•℃2CO C =1.8842N C =1.308,2H O C =1.5362O C =1.361,2SO C =1.971（参见《新型干法水泥厂工艺设计手册》P774表14—4）f t ---废气温度，℃，320 ④出窑熟料带走的热量6.14521350076.111=⨯⨯=⨯=sh sh ysh t C Q （kJ/kg 熟料）式中： sh C 为1350℃时熟料的比热，为1.076 kJ/kg•℃（参见《新型干法水泥厂工艺设计手册》P 776表14-6）sh t ---出窑熟料温度，1350℃ ⑤出预热器飞灰带走热量fh fh fh fh Q m C t ==0.12×0.900×300=32.4（kJ/kg 熟料） 式中： fh C 为300℃时熟料的比热=0.861kJ/kg•℃（参见《新型干法水泥厂工艺设计手册》P 775表14-6）fh t ---飞灰温度，300℃⑥系统表面散热损失：200=B Q （kJ/kg 熟料）总支出热量：B fh ysh f ss sh zc Q Q Q Q Q Q Q +++++==1750+（43.792-9.853r m ）+（175.842+3935.887r m ）+1452.6+32.4+200 =3654.634+3926.034r m列出收支热量平衡方程式：zc zs Q Q =72.074+33847.40r m =3654.634+3926.034r m求得：r m =0.120（kg/kg 熟料）即烧成1kg 熟料需要消耗0.120kg 的煤。