4 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

s

ar r gsL 100100L a

A 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 yh 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

s

fh

Fh 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

s

gs s 100100

W 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

yh 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 ar ar LK -++='V LK

LK 293.1V m '='

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；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 yk m V V '=α yk yk 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 W

m 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 m

804

.0hs

hs 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

100

100CO fh Fh 2gs s

CO 2

L m m m ⋅-⋅= 977

.14422.4s

CO s

CO

s CO 2

2

2m m V =

⋅= 式中，s CO 2

m —生料中分解出CO 2气体量，kg/kg 熟料；s

CO 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，%。

MgO

CO s

CaO

CO s

222MgO 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 0187.02

C V =（Nm 3/kg 煤） ar y LK r

N N 008.079.02+⋅'=αV V （Nm 3/kg 煤） LK y r

O )1(21.02

V 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 2

222V V V V V +++=（Nm 3/kg 煤） 100/A 1293.1ar y LK fL -+⨯'=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

LO K r fL s

CO hs w s f 2

V m V V V V V +⋅+++=（Nm 3/kg 熟料） LO K r fL s

CO hs w s f 2

m 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）