回转窑热平衡计算

第２７卷　第９期２００５年９月武　汉　理　工　大　学　学　报J OURNAL OF WUHAN UNIVER SITY OF T ECHNOLOGY Vol ．２７　No ．９　Sep ．２００５回转窑内火焰温度热平衡法模拟计算杨力远１，管宗甫１，郑合心２，侯伟芳２，杨　俊１（１．郑州大学材料学院，郑州４５００５２；２．郑州金龙水泥股份有限公司，郑州４５００６２）摘　要：　基于硅酸盐水泥熟料在回转窑内煅烧过程热平衡和物料平衡基本理论，建立起回转窑内燃烧模型。

通过对回转窑煅烧过程中相关气体和固体的比热进行回归计算，建立和引用与温度相关的数学模型，提高了模拟计算的精确度。

模拟推导出回转窑内燃烧火焰最高温度，并在实际生产过程中得到了验证，模拟计算结果与实际生产过程有较好的拟合度。

关键词：　热平衡；　物料平衡；　模拟；　火焰温度中图分类号：　TQ １７２文献标志码：　A 文章编号：１６７１－４４３１（２００５）０９－００５３－０３A Math e matical Mod el for the Calcinatio n s Pro ce s s in RotaryKiln Bas e d o n th e H eat －balan ce and Mat eriel －balanc e Th e oryY A NG Li －yuan １，GUA N Zong －f u １，ZHENG He －x in ２，HOU Wei －fang ２，Y ANG Jun １（１．School of Materials ，Zhengzhou University ，Zhengzhou ４５００５２，China ；２．Zhengzhou Jinlong Cement Ltd ，Zhengzhou ４５００６２，China ）Ab s tra ct ：　With the heat and mater balances method ，the specific heat of gas and solid in the clinkering process was statisti －cally regressed ．And a mathematical model was put forward ，with which the burning temperature in rotary kiln can be exactly calculated ．The flame temperature calculated with the model function was corresponding with the testing result ．Ke y w ord s ：　heat balance ；　mass balance ；　simulation ；　flame temperature收稿日期：２００５－０５－１０．基金项目：郑州大学青年骨干教师项目．作者简介：杨力远（１９６４－），男，副教授．E －mail ：yangly ＠zzu ．edu ．cn回转窑是水泥生产过程中最重要的热工设备。

回转窑热平衡计算回转窑热平衡计算是工业生产过程中常见的一种热工计算方法。

回转窑常用于水泥生产过程中的煅烧环节，通过应用热平衡计算，可以确定回转窑的热效率，进一步指导工业生产过程的优化。

本文将详细介绍回转窑热平衡计算的原理和步骤，并以一个实际应用案例进行说明。

回转窑是一种长圆筒形的设备，通常由砌筑的耐火材料和传热设备组成。

在回转窑中，水泥熟料通过滚动和旋转的运动方式逐渐完成水泥熟化过程。

在这个过程中，因为有化学反应的进行和传热，会产生大量的热量。

为了保证回转窑的正常运行和热能的高效利用，需要进行热平衡计算。

回转窑热平衡计算的基本原理是根据能量守恒定律，在回转窑内各部分之间建立热平衡方程组。

热平衡方程组包含两个方程：供热方程和传热方程。

供热方程描述了燃烧器燃料和回转窑材料之间的热量传递关系，传热方程描述了回转窑内部各部分之间的热量传递关系。

1.确定各热能输入和输出项：计算回转窑内的热阻、热流量、热能产生和热能损失等。

2.确定各热平衡系数：根据回转窑的物料流动、气流输送、燃料燃烧等特点，确定各热平衡系数，包括传热系数、比热容、热传导系数等。

3.建立热平衡方程组：根据能量守恒定律，建立回转窑内各部分的热平衡方程组。

这些方程包括供热方程和传热方程。

4.求解热平衡方程组：通过求解热平衡方程组，得到回转窑内各部分的温度分布和能量平衡。

5.分析结果和优化设计：根据计算结果，分析回转窑的热效率和能量损耗，进一步优化设计，提高热能利用效率和降低生产成本。

下面以一个实际应用案例来说明回转窑热平衡计算的具体步骤。

假设一个回转窑，长度为50米，内径为3.6米。

假设该回转窑的热风温度为1200摄氏度，燃料燃烧温度为1800摄氏度。

假设回转窑内的物料和气体都是均匀分布的，且无温度梯度。

回转窑内的热传导系数和比热容分别为0.5 W/(m2·K)和1.0 kJ/(kg·K)。

根据上述假设，可以依次进行以下计算：1.确定各热能输入和输出项：根据回转窑的热能输入和输出情况，计算回转窑内的热阻、热流量、热能产生和热能损失等。

水泥回转窑物料平衡热平衡与热效率计算方This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020水泥工业窑热能平衡4.1.6.1 水泥工业窑热能平衡的基本概念熟料烧成综合能耗 comprehensive energy consumption of clinker burning熟料烧成综合能耗指烧成系统在标定期间内，实际消耗的各种能源实物量按规定的计算方法和单位分别折算成标准煤的总和，单位为千克（kg）。

熟料烧成热耗 heat consumption of clinker burning熟料烧成热耗指单位熟料产量下消耗的燃料燃烧热，单位为千焦每千克（kJ/kg）。

回转窑系统热效率 heat efficiency of rotary kiln system回转窑系统热效率指单位质量熟料的形成热与燃料（包括生料中可燃物质）燃烧放出热量的比值，以百分数表示（%）。

根据热平衡参数测定结果计算，热平衡参数的测定按JC/T733规定的方法进行。

窑的主要设备情况及热平衡测定结果记录表参见附录A。

熟料形成热的理论计算方法参见附录B4.1.6.2 水泥回转窑物料平衡物料平衡计算的范围是从冷却机熟料出口到预热器废弃出口（即包括冷却机、回转窑、分解炉和预热器系统）并考虑了窑灰回窑操作的情况。

物料基础：1kg熟料1.收入部分（1）燃料消耗量1）固体或液体燃料消耗量+=yr Frr shM M m M …………………………（4-1）式中：m r ——每千克熟料燃料消耗量，单位为kg/kg ；M yr ——每小时如窑燃料量，单位为kg/h ；M Fr ——每小时入分解炉燃料量，单位为kg/h ；M sh ——每小时熟料产量，单位为kg/h 。

2） 气体燃料消耗量ρ=⨯rr r shV m M …………………………………（4-2）式中：V y ——每小时气体燃料消耗体积，单位为Nm 3/h ；ρr ——气体燃料的标况密度，单位为kg/Nm 3。

水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法水泥回转窑是水泥生产过程中的重要设备，其热平衡、热效率和综合能耗的计算方法是评估其能源利用情况的重要指标。

下面是一种常见的计算方法：热平衡计算方法：水泥回转窑的热平衡计算旨在确定进料、燃烧和排放之间的热平衡状态。

基本原理是进料和燃料中的化学能通过燃烧转化为热能，并在水泥生产过程中被利用或散失。

首先，收集相关数据，包括进料和燃料的物料流量、温度、化学成分等信息，以及气体排放的温度和组成。

然后，使用热平衡计算方法，计算进料和燃料中的化学能以及废气中的热能。

最后，将进料和燃料中的化学能与废气中的热能进行比较，以确定热平衡状态。

热效率计算方法：水泥回转窑的热效率是衡量其能源利用效率的指标。

通常使用下述公式计算热效率：热效率= 实际产生的热能/ 理论上可产生的热能实际产生的热能可以通过测量窑筒表面温度、废气温度、回收热量等方式获得。

理论上可产生的热能可以通过燃料的热值以及进料的化学能来估算。

综合能耗计算方法：水泥回转窑的综合能耗是指生产单位水泥所消耗的总能源量。

计算综合能耗的方法包括以下步骤：收集生产过程中消耗的各种能源的数据，包括燃料的消耗量、电力的消耗量等。

将各种能源的消耗量转换为标准能源单位，例如转化为煤当量单位。

将各种能源的消耗量相加，得到总能源消耗量。

将总能源消耗量除以生产的水泥量，得到单位水泥的综合能耗。

以上是一般常见的计算方法，具体计算过程可能因不同水泥生产线的配置和参数而有所不同。

在实际应用中，可能还需要考虑一些其他因素，如能源转换效率、热损失等。

因此，建议在具体的水泥生产工艺中，参考相应的标准和技术规范，并根据实际情况进行计算和评估。

回转窑煅烧铝矾土项目热工计算与热平衡基础数据：回转窑规格：Φ2.8x65m耐火砖厚度200mm系统最高设计产量：660t/d 铝矾土熟料热耗：1250kcal/kg熟料煤的工业分析基本数据：Qnet＝6500kcal/kgA＝12-13％，V＝15-18％铝矾土原料烧失量约：13-15％目前窑尾废气温度约600度计算窑尾烟气量、单位产品烟气量；系统增设预热器后，窑尾废气温度计算值；（目前入窑原料为常温，加预热器后，入窑物料温度约比废气温度低100-150度计算：理论燃烧计算：单位燃料理论空气需求量：Va0＝0.241*Qnet/1000 + 0.5＝0.241*6500*4.187/1000+0.5＝7.06 Nm3/kg单位燃料燃烧理论烟气量：V0＝0.213* Qnet/1000 +1.65＝0.213*6500*4.187+1.65＝7.45 Nm3/kg实际燃烧计算：设空气系数a＝1.05时，实际空气需用量和实际烟气生成量：Va ＝a*Va0 ＝7.413 Nm3/kgV ＝V0＋（1-a）Va0 ＝7.803 Nm3/kg生产过程燃料消耗量：M ＝660*1000*1250/6500＝126.9吨煤/天＝5.29吨煤/小时生产过程燃料燃烧空气需用量：V A＝5.29*1000*7.413 ＝39215Nm3/小时生产过程燃料燃烧产生烟气量：V1 ＝5.29*1000*7.803 ＝41278Nm3/小时吨矾土熟料空气需用量：＝39215*24/660＝1426 Nm3/吨矾土熟料吨矾土熟料燃煤烟气量：＝41278*24/660＝1501Nm3/吨矾土熟料生产过程铝矾土烧失成份主要为水，按15％计，则铝矾土煅烧产生废气量为：V2 ＝660*0.15*1000*22.4/18/24 ＝5133 Nm3/小时窑尾废气合计：Vt＝V1＋V2＝46411 Nm3/小时吨矾土熟料烧失烟气量：＝5133*24/660＝187Nm3/吨矾土熟料单位产品烟气量：Vp＝Vt*24/660＝1688 Nm3/吨矾土熟料＝1.69 Nm3/kg矾土熟料以上计算忽略机械不完全燃烧和系统漏风。

水泥回转窑热平衡测定方法水泥回转窑是水泥生产过程中非常重要的设备。

在生产过程中，必须维持回转窑的热平衡，以确保水泥熟料质量的稳定。

本文详细介绍了水泥回转窑热平衡测定方法。

一、回转窑热平衡的概念及其测量方法1.1 回转窑热平衡的概念水泥回转窑是利用多种燃料进行燃烧，将原料在高温条件下煅烧成熟料的设备。

在这个过程中，回转窑的内部温度分布必须符合热平衡的条件，以确保熟料质量的稳定。

回转窑的热平衡是指回转窑内部各部分温度的稳定性和分布均匀性。

为了达到这个目标，需要在生产过程中对回转窑内部的温度进行监测和调整。

这就需要采用适当的测量方法来确定回转窑的热平衡状态。

1.2 回转窑热平衡的测量方法回转窑热平衡的测量方法主要有两种：热平衡试验法和数学模拟法。

热平衡试验法是通过对回转窑进行停窑试验，记录各测点温度变化曲线和热平衡试验期间的热量平衡，来确定回转窑的热平衡状态。

数学模拟法则是通过建立回转窑的数学模型，通过计算机模拟回转窑的各种工况状态来确定回转窑的热平衡状态。

在实际生产中，通常采用热平衡试验法和数学模拟法相结合的方法，以便更加准确地确定回转窑的热平衡状态。

二、热平衡试验法的具体操作方法2.1 热平衡试验前的准备工作（1）确定试验设备和试验方案：选择合适的试验设备和试验方案，包括试验停窑时间、试验负荷、试验风量和试验燃料类型等。

（2）试验前的检查和准备：对设备进行全面检查，确保设备运行正常，同时清理设备内部的杂物和残留物，保持设备内部的洁净。

（3）试验前的记录：对试验前的设备条件进行记录，包括回转窑入口和出口温度、各试验测点的温度、试验负荷和风量等。

2.2 热平衡试验的操作步骤（1）停窑：在试验前将回转窑停止转动，使其处于静止状态。

（2）试验负荷的设置：根据试验方案，设置试验负荷。

负荷的设置应该是基于厂家标准和历史数据的基础上进行的。

（3）试验风量的设置：根据试验方案，设置试验风量。

试验风量应该是根据厂家标准和经验值进行设置的。

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：悬浮预热器窑基准：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，%。