回转窑系统的设计计算

从以上公式可以看出，熟料产量对热耗影响最大，其次是 硅酸率，随供给二次燃烧的燃料比例增加，单位热耗也增加。
以上公式揭示了某一ＳＰ窑熟料热耗和影响因素之间的关 系，但公式不适合其他ＳＰ窑，其他ＳＰ窑的单位热耗也可依 据熟料产量，生料成分及供给二次燃料的比例计算，但计算公 式必须根据各厂具体生产数据重新回归得到。
2、日本池田提出的计算SP窑生产能力的公式：
G 1.425Di2.88
式中： G——熟料小时产量，t/h；
Di ——回转窑烧成带衬砖内径，m；
为了反映窑长度的影响，该式还附带要求窑长L与内径 的关系应符合下式： L=23 Di -20
Di
3、北京建材院提出的计算NSP窑的生产能力公式：
G KD
式中：
2.52
L
0.762
G——熟料小时产量，t/h； K——系数，K=0.114～0.119。
4、南京化工学院推荐公式 1986年，南京化工学院汇总了世界上54个国家，从1951 年到1984年投产的617台各悬浮预热器和分解窑的生产数据或 设计资料，利用微机进行产量回归分析，得到了旋风预热器 窑、立筒预热器窑和预分解窑三组产量计算公式。
m gsL 100 mr A y a 100 Ls
m gsL ——干生料理论消耗量，kg/kg熟料；
Ay
Ls
——燃料应用基灰分含量，%； a——燃料灰分掺入熟料中的量，%； ——生料的烧失量，%。
②入窑回灰量和飞损量：
m yh mh
mFh m fh m yh
式中：
m yh
——入窑回灰量，kg/kg熟料； ——出预热器飞灰量，kg/kg熟料； ——出收尘器飞灰损失量，kg/kg熟料； ——收尘器、增湿塔综合收尘效率，%。
1、单位容积产量：
mv
24G

4
（t/m3日）
Di2 L
2、单位表面积产量：
mF
3、单位截面积产量：
1000G Di L
G
（kg/ m2h）
mA

4
Di2
（t/ m2h）
4、单位熟料产量指标与窑径的关系： 根据国内外大量已投产的统计资资，计算各窑的单位 产量指标，再建立与窑内径之间的关系，可以作成以上三 项指标与窑直径的关系。 然后根据图可推导得到各项指标与窑尺寸的相关关系。
②熟料带走显热
主要与熟料离窑温度有关。回收熟料显热的主要措施是加 强冷却，提高冷却机的热效率。
③窑体散热 主要与窑皮及窑衬材料的隔热性能有关。可采用隔热材 料降低热损失。 （2）回转窑的发热能力及热负荷
（前已讨论，略）
（二）热平衡计算基准、范围及原始数据
（1）热平衡计算基准 1、物料基准：一般以1kg熟料为基准； 2、温度基准：一般以0℃为基准。 （2）热平衡范围 热平衡的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。 在回转窑系统热平衡计算时，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为平衡范 围，范围选得大，则进出口物料、气体温度较低，数据易没定 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。
2、产量标定的求
产量的标定应在确保优质、低消耗，长期安全运转 的情况下，窑所能达到的合理产量，如果对窑的产量标 定过低或过高，均会使整个系统不配套、生产操作出现 不平衡。 标定过低，在设计计算其他附机设备时，可能出现 选型小，在投产后会出现限制窑生产能力的发挥。 标定过高，附机选型可能出现偏大，而窑实际产量 达不到，造成设备能力的浪费。同时给窑生产达标带来 困难。
第七节 回转窑系统的设计计算
回转窑系统的设计计算的主要内容，是根据 原料和燃料情况，生产的水泥品种和质量，工厂 的自然条件和生产规模等来确定窑的类型和尺寸， 或对已建成的窑进行产量标定，以及计算单位产 品的燃料消耗量，回转窑系统的重要配套设备， 如冷却机、预热器、分解炉、煤磨、收尘器、喂 料装置及通风设备等也要在窑的产量和燃料消耗 量确定后进行设计计算。
通常为了便于比较，取热值为29270 kJ/kg的煤为标准煤，
则单位熟料燃料量 m r 可换算成标准煤耗
mbr
：
y mr QDW QrR mbr 29270 29270
（kg/kg熟料）
3、影响单位熟料热耗的因素
熟料烧成过程所消耗的实际热量与煅烧全过程有关，除 涉及到原、燃料性质和回转窑（包括分解炉）外，还与废气 回收（如预热器、锅炉、烘干）和熟料显热回收（如冷却机） 等有关。因此往往需从总的煅烧系统加以考察。 原料组分：关系到完成烧成反应所需的条件和理论热耗及 易烧性。 燃料的质量：影响到窑内温度及其分布； 窑型与窑规格：不同类型窑，热耗指标差异很大，同一种 窑型，由于规格尺寸、熟料品种、保温情况操作参数控制 不同，热耗也有不同。
y y QrR mr QDW M r QDW / 1000G （kJ/kg熟料）
式中：
mr
——单位熟料烧成实用总燃料量，kJ/kg熟料； M r ——窑系统小时总耗实物燃料量，kJ/h熟料； G——熟料小时产量，t/h；
y Q DW ——燃料应用基低位热值，kJ/kg熟料。
标准煤耗：
m fh
mFh

③考虑飞损后干生料实际消耗量：
m gs m gsL m Fh
3、标定的方法
（1）根据公式计算： 可以根据同类型窑的理论与经验公式计算，如前所述计 算窑产量的公式很多，标定时，应进行多个公式的计算，一 般以各公式计算的平均值确定为标定产量。
（2）根据同类型同规格窑产量标定
可根据国内外已投产的同类型同规格窑的实际产量进行 标定，最好是综合多家厂生产数据，一般也采用平均值。 同时应结合国内生产条件和生产厂实际情况进行综合考 虑。
湿法长窑，虽排气温度不高（200～240℃），但因料浆中 大量水分在窑内蒸发，耗热本身相当高，同时排量高。 新型SP和NSP窑，由于废气经几级预热后，将大量热传给生料， 使排气最终温度达到320～380℃，个别系统甚至降到240℃，因而 能大大降低烧成热耗。 但应指出的是，单位熟料排气量，除与燃料特性，热耗水平 及燃烧控制条件（过剩空气系数）有关外，还与漏风情有很大关 系，因此往往是评价设备及操作水平的一个指标。 在生产中应控制好排气量和排气温度，更主要的是加强废气 热的回收。
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：生料用量、化学组成、水分、入窑温度； 燃料：燃料成分、工业分析和入窑温度； 风：一、二次风的比例和温度、空气过剩系数、漏风系数、 废气量与温度； 料损：飞灰量、飞灰温度和烧失量；收尘效率； 热损失：窑体散热、熟料带走热； 熟料形成热：可根据熟料形成过程中的各项化学热效应求得， 也可用经验公式计算或直接选定。
1、日本水泥协会推荐的公式：
G KD1.5 L
式中： G——窑的小时产量，t/h； D——窑烧成带筒体内径，m； L——窑有效长度，m； K——系数，因窑型而异。 对这个公式，可以从理论上略加分析，即窑的烧成能力主要与气 固传热有关，而传热量又大体与窑内表面积成比例，即 G DL ， 加上直径大的窑使气体辐射率提高，促进了换热，也增大了产量，统 计认为 G D1.5 L ，而系数K是根据实际值所作的修正。
（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，结合工厂具体情况、合理地确定各种参数；对于 生产空来说，主要通过热工测定取得实际生产中各种参数。
一、回转窑筒体尺寸与产量的关系
影响回转窑产量的因素很多，如窑的类型和尺寸、 冷却机、预热器和分解炉等设备的配套情况，原燃料 成分和质量、熟料的品种、操作水平，运转率等。但 是，就窑本身来说，决定其产量的直接因素是窑的规 格尺寸，即其直径和长度，而其他因素相对来说是客 观可变的，只能随条件不同而使窑的生产能力在一定 范围内波动。窑产量与其尺寸的函数关系，目前还不 能通过理论推导来求得，可行的方法是通过对大量的 实际生产数据进行统计分析，建立一些实用的相关关 系。即经验公式。 本课程介绍常用的几个计算式：
4、关于回转窑熟料热耗的综合讨论
如上所述影响熟料热耗的因素很多，但从总体分析来看， 烧成热耗中影响最大的是热损失。如窑系统排出废气带走热、 熟料带走热、窑体表面散热等。 ①废气带走热 出窑废气带走热，对回转窑单位热耗的影响很显著，其 热损失量主要由废气量和废气温度决定。 中空干法窑，即使长径比大，但由于窑内物料堆积与气 体间换热效果差，排出废气温度很高，往往高达600～700℃ 以上，若不回收，热耗肯定很高。
L / Di 250m A / mF
（m）
（m）
三、回转窑产量的标定 回转窑的产量是确定工厂生产规模、原料、燃料消耗定 额，和全厂设备选型设计的依据，是水泥厂工艺设计的重要 指标。 1、产量标定的意义 正如前面所论述的，除了窑的类型和尺寸外，影响回转 窑产量的因素很多，特别是近年来，随着生料预均化系统的 完善，悬浮预热器窑与窑外分解窑技术的发展，计算机控制 过程的广泛应用，和科学管理的加强，使窑的单位产量指标 有所提高，因此对设计中已确定的回转窑，必须进行产量的 标定。
（三）物料平衡
窑型：以悬浮预热器窑为例。
基准：1kg熟料；温度0℃； 平衡范围：窑+预热器系统。
根据确定的平衡范围，绘制物料平衡图如下。 （参见教材，物料平衡图）
物料平衡计算：
（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： 式中：
对生产窑分析系统热工技术性能，为优质、高产、低耗 及节能技改提供科学的依据。
2、单位熟料热耗
窑的单位熟料热耗是指窑系统生产单位熟料产量的实际烧 成热耗。 由于熟料在煅烧过程中，损失了大量的热量，如废气带走 的热焓，窑体向外界散失的热量等，因此，窑的实际热耗比理 论热耗高得多。 单位熟料热耗的实际热耗，由下式计算：
6、窑的长径比与窑径的关系： 悬浮预热器窑： 立筒预热器窑 预分解窑： 7、窑尺寸的计算公式：
L / Di 21.09 Di0.002208
L / Di 17.72 Di0.04162
L / Di 15.36 Di0.07923
Di 0.096mF / mv
L 24m A / mv
5、我国水泥工业设计院，根据国内窑的生产资料统计，推 荐的湿法窑生产能力计算公式：
（因湿法窑不在发展之列，略）。
二、回转窑筒体尺寸的确定
对于新设计窑或旧窑改造时，必须合理地确定窑的规 格尺寸（直径、长度或长径比）。
窑的类型和规格尺寸不同，则窑的单位产量指标也不 尽相同，目前，确定窑尺寸时，一般是根据选取合理的单 位熟料产量指标计算窑尺寸。
QrR 4589.7 0.71M 1.6K 2.6 AM 150.9SM 1.5LST
式中：
QrR
——熟料热耗，kJ/kg熟料； Ｍ——熟为日产量，t/日； Ｋ——二次燃烧燃料（指在窑尾上升烟道加入的燃料） 比例，％；
ＡＭ——生料的铝氧率； ＳＭ——生料硅酸率； ＬＳＴ——生料石灰标准。
3、计算公式与实际产量综合标定
在进行产量标定时，还可采用公式计算与实际生产 产量相结合的办法进行标定，一般也取平均值。
四、回转窑系统热耗与热平衡计算
（一）窑的热耗、发热能力和热负荷 （1）回转窑烧成系统热耗分析 1、热平衡计算的目的
进行热平衡计算的主要目的： 是对新建窑确定燃料消耗量，计算单位熟料热耗；
熟料品种与质量：熟料品种涉及到熟料的矿物组成， 矿物组成不同其理论热耗不同；要求的熟料的品质不 同，其热耗也有差别。 窑的单位产量：窑的单位产量直接影响到单位热耗， 在耗煤量相同时，单位产量高，单位热耗降低。 窑内热工制度：一、二次风量与风温，窑尾排风情况 等都直接影响到单位热耗。
总之，影响回转窑单位热耗的因素很多，匈牙利学者对日产2000t熟 料的带二次燃烧的悬浮预热器窑进行研究，得到如下数学关系式：