第6章 水泥熟料的烧成2-形成热计算

( ) q0 = q − q' = (q1 + ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ +q6 ) − q1' + ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ +q5'
式中，q0—形成 1kg 熟料理论热耗量，kJ/kg-clinker；
q—熟料形成过程中吸收热量之和，kJ/kg-clinker； q' —熟料形成过程中放出热量之和，kJ/kg-clinker。 上述计算比较麻烦，可用下列简易公式进行计算，即
q1'
= mr AS2 H 2
M AS2 M AS2H2
×
301
=
mr AS2 H 2
× 301× 0.86
式中， q1' —黏土脱水后无定形物质结晶放热，kg/kg-clinker；
0.86—脱水高岭土（Al2O3·2SiO2）和高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）相
对分子质量之比；
301—脱水高岭土的结晶热，kJ/kg-AS2。 ⑵ 熟料矿物形成放出热量，与各矿物的含量有关，其矿物含量可根据
⑷ 碳酸盐分解吸收热量
q4
=
Mr CaCO3
×1660 +
Mr MgCO3
× 1420
式中，q4—碳酸盐分解吸收的热量，kJ/kg-clinker；
1660—碳酸钙分解热效应，kJ/kg-CaCO3；
1420—碳酸镁分解热效应，kJ/kg- MgCO3。
⑸ 物料由 900℃加热到 1400℃时吸收的热量
C4 AF = 3.04Fe2O3k ( P > 0.64)
式中，C3S，C2S，C3A，C4AF—熟料各种矿物的含量，%； CaOk，SiO2k，Al2O3k，Fe2O3k—熟料中各化学成分含量，%。
熟料各矿物形成热效应为
C3S—465kJ/kg- C3S
C2S—610kJ/kg- C2S
C3A—88kJ/kg- C3A
Q—单位熟料热耗，kJ/kg-clinker；
Qnet,ar—煤的应用基低位发热量，kJ/kg。
⑵ 生料中碳酸钙的消耗量
mr CaCO3
=
CaOk
− CaO AmA 100
×
M CaCO3 M CaO
式中，
mr CaCO3
—生成
1kg
熟料碳酸钙的消耗量，kg/kg-clinker；
CaOk —熟料中氧化钙的含量，%；
( ) ( ) q5 =
mrd
− mHr 2O
−
mr CO2
Cm
1400 − 900
式中，q5—分解后物料从 900℃加热到 1400℃吸收的热量，kJ/kg-clinker； Cm—物料在 900~1400℃时的比热容，一般为 1.33 kJ/(kg·℃)。 ⑹ 形成液相吸收的热量
q6=109 kJ/kg-ck 3、形成 1kg 熟料放热量的计算 ⑴ 黏土脱水后无定形物质转变为晶体放出热量
mrd
=
1
+
mr CO2
+
mr H2O
式中， mrd —生成 1kg 熟料干生料的消耗量，kg/kg-clinker。
若采用矿渣配料时，在计算各成分含量时还要分别将熟料各成分
中减去来自矿渣中各相应成分的含量。
2、形成 1kg 熟料吸收热量的计算
⑴ 干物料从 0℃加热到 450℃时吸收的热量
q1 = mrdCrd (450 − 0)
Al2O3k —熟料中氧化铝的含量，%；
Al2O3A —煤灰中氧化铝的含量，%；
M AS2H2 ， M Al2O3 —高岭土、氧化铝的相对分子量。
⑸ 生料中 CO2 的消耗量
M M r
r
CO2
r
CO2
m = M + M CO2
CaCO3
MgCO3
M M CaCO3
MgCO3
式中，
mr CO2
—生成
1kg
熟料
CO2
的消耗量，kg/kg-clinker；
MCO2 —二氧化碳的相对分子量。
⑹ 生料中化合水的消耗量
2M r m = m M H2O
r AS2 H 2
H2O AS2 H 2
式中， mHr 2O —生料中化合水的含量，kg/kg-clinker；
M H2O —水的相对分子量。
⑺ 生成 1kg 熟料干生料的消耗量
熟料的化学组成由下式进行计算，即
C3S = 4.07CaOk − 7.60SiO2k − 6.72 Al2O3k −1.43Fe2O3k C2S = 8.60SiO2k + 5.07 Al2O3k +1.07Fe2O3k − 3.07CaOk
C3 A = 2.65Al2O3k −1.69Fe2O3k
q = 109 + 30.04CaOk + 6.48Al2O3k + 30.32MgOk −17.12SiO2k −1.58Fe2O3k
( ) −mA 30.24CaO A + 30.32MgO A +1.58Al2O3A
式中，q1—干物料从 0℃加热到 450℃时吸收的热量，kJ/kg-clinker；
Crd —干物料在 0~450℃时的比热容，一般为 1.058 kJ/(kg·℃)。
⑵ 高岭土脱水吸收热量
q2
=
mr H2O
× 6690
式中，q2—高岭土脱水吸收的热量，kJ/kg-clinker；
6690—高岭土脱水热效应，kJ/kg-H2O。
⑸ 水蒸气由 450℃冷却到 0℃放出的热量
q5'
=
mr H2O
⎡⎣CH2O
( 450
−
0)
+
2490⎤⎦
式中， q5' —水蒸气冷却放热，kJ/kg-clinker； CH2O—水蒸气在 0~450℃时的平均比热容，CH2O =1.966 kJ/(kg·℃)； 2490—0℃时水的气化潜热，kJ/kg-H2O。 4、熟料形成热
C4AF—105kJ/kg- C4AF
熟料矿物形成放热等于各矿物形成热效应应乘以各矿物含量之和，即
q2' = (C3S × 465 + C2S × 610 + C3 A× 88 + C4 AF ×105) 100
⑶ 熟料由 1400℃冷却到 0℃放出的热量
q3' = mkCk (1400 − 0)
式中， q3' —熟料冷却放热量，kJ/kg-clinker； mk—熟料量，mk =1kg；
Ck—熟料在 0~1400℃时的平均比热容，一般 Ck =1.092 kJ/(kg·℃)。
⑷ 碳酸盐分解出的 CO2 由 900℃冷却到 0℃放出的热量
( ) q4'
=
M C r CO2 CO2
900 − 0
式中， q4' —CO2 冷却放出热量比，kJ/kg-clinker；
CCO2—CO2 在 0~900℃时的平均比热容，CCO2=1.071 kJ/(kg·℃)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ650
预热
MgCO3 分解-吸热
900
分解 粘土无定形脱水产物结晶-放热
900
分解
CaCO3 分解-吸热
900-1200 固相反应
固相反应-放热
1250-1280 故乡反应
形成部分液相-吸热
1300-1450 液相反应
硅酸三钙形成-微吸热
热效应 2250kJ/kg-水 922kJ/kg-高岭土 1420kJ/kg-MC 260-285kJ/kg-高岭土 1645kJ/kg-CC 420-500kJ/kg-熟料 105kJ/kg-熟料 8.6kJ/kg-C3S
CaOA —煤灰中氧化钙的含量，%；
M CaCO3 ， MCaO —碳酸钙、氧化钙的相对分子量。 ⑶ 生料中碳酸镁的消耗量
mr MgCO3
=
MgOk
− MgO AmA 100
×
M MgCO3 M MgO
式中，
mr MgCO3
—生成
1kg
熟料碳酸镁的消耗量，kg/kg-clinker；
MgOk —熟料中氧化镁的含量，%；
确定计算基准，一般物料取 1kg 熟料，温度取 0℃，并给出如下数 据：①熟料的化学成分；②煤的工业分析及煤灰的化学成分；③熟料 单位煤耗，对于设计计算要根据生产条件确定，对于热工标定计算通 过测定而得。
水泥煅烧过程的物理化学变化及热效应
温度/℃
阶段
物理化学变化
100
干燥
自由水蒸发-吸热
450
预热
粘土化学结合水逸出-吸热
MgOA —煤灰中氧化镁的含量，%； M MgCO3 ， M MgO —碳酸镁、氧化镁的相对分子量。 ⑷ 生料中高岭土的消耗量
mr AS2 H 2
=
Al2O3k
− Al2O3AmA 100
× M AS2H2 M Al2O3
式中，
mr AS2 H 2
—生料中高岭土的含量，kg/kg-clinker；
⑶ 脱水后物料由 450℃加热到 900℃时吸收的热量
( ) ( ) q3 = mrd − mHr 2O Cm 900 − 450
式中，q3—脱水后物料从 450℃加热到 900℃时吸收的热量，kJ/kg-clinker； Cm — 脱 水 后 物 料 在 450~900 ℃ 之 间 的 平 均 比 热 容 ， 一 般 为 1.184 kJ/(kg·℃)。
水泥熟料形成热计算
我国目前采用的水泥熟料形成热计算方法出至《水泥回转窑热平衡、 热效率综合能耗计算通则》。它采用的方法是按照熟料成分、煤灰成分 与煤灰掺入量直接计算出煅烧 1kg 熟料的干物料消耗量，然后再计算 形成 1kg 熟料的理论热消耗量。