(完整版)回转窑系统热平衡计算

1 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 2.1 物料平衡计算

2.1.1 收入项目

（1）燃料消耗量

mr（kg/kg熟料）

设计新窑或技术改造时，mr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

sarrgsL100100LaAmm

式中，mgsL—干生料理论消耗量，kg/kg熟料；Aar—燃料收到基灰分含量，%；a—燃料灰分掺入熟料中的量，%；Ls—生料的烧失量，%。

② 入窑回灰量和飞损量

fhyhmm

)1(fhFhmm

式中，myh—入窑回灰量，kg/kg熟料；mfh—出预热器飞灰量，kg/kg熟料；mFh—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

sfhFhgsLgs100100LLmmm

式中，mgs—考虑飞损后干生料实际消耗量，kg/kg熟料；Lfh—飞灰烧失量，%。

④ 考虑飞损后生料实际消耗量

sgss100100Wmm

式中，ms—考虑飞损后生料实际消耗量，kg/kg熟料；Ws—生料中水分含量，%。

⑤ 入预热器物料量

yhsmm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

)O0.033(S0.267H0.089CararararLKV

LKLK293.1Vm 3 式中，LKV—燃料燃烧理论干空气量，Nm3/kg煤；LKm—燃料燃烧理论干空气量，kg/kg煤；Car、Har、Sar、Oar—燃料应用基元素分析组成，%。

② 入窑实际干空气量

yrLKykykmVV

ykyk293.1Vm

式中，Vyk—入窑实际干空气量，Nm3/kg熟料；myk—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）

rLKyfLok)(mVV

LokLok293.1Vm

式中，VLok—窑尾系统漏风量，Nm3/kg熟料；mLok—窑尾系统漏风量，kg/kg熟料；αf—预热器出口过剩空气系数。

漏入空气量也可用漏风系数求得。

2.1.2 支出项目

（1）熟料量

msh＝1kg

（2）废气量

① 生料中物理水

100sswsWmm

804.0wswsmV

式中，0.804—为水蒸气密度，kg/Nm3；mws—生料中物理水量，kg/kg熟料；Vws—生料中物理水量，Nm3/kg熟料。

② 生料中化学水

s32gshsOAl00353.0mm

804.0hshsmV

式中，mhs—生料中化学水量，kg/kg熟料；Vhs—生料中化学水量，Nm3/kg熟料；s32OAl—干生料中三氧化铝含量，%。

③ 生料分解放出CO2气体量

100100COfhFh2gssCO2Lmmm 4 977.14422.4sCOsCOsCO222mmV

式中，sCO2m—生料中分解出CO2气体量，kg/kg熟料；sCO2V—生料中分解出CO2气体量，Nm3/kg熟料；CO2—干生料中CO2含量，%。

MgOCOsCaOCOs222MgOCaOCOMMMM

式中，CaOs、MgOs—分别为干生料中CaO和MgO的含量，%；MCO2、MCaO、MMgO—分别为CO2、CaO、MgO分子的相对质量；1.977—CO2密度，kg/Nm3。

④ 燃料燃烧生成烟气量

arrCO0187.02CV（Nm3/kg煤）

aryLKrNN008.079.02VV（Nm3/kg煤）

LKyrO)1(21.02VV（Nm3/kg煤）

aryrOH0.0124W0.112H2V（Nm3/kg煤）

rOHrOrNrCOfL2222VVVVV（Nm3/kg煤）

100/A1293.1aryLKfLVm（Nm3/kg煤）

式中，VfL—燃料燃烧实际烟气量，Nm3/kg煤；mfL—燃料燃烧实际烟气量，kg/kg煤。

⑤ 漏入空气量

VLok（Nm3/kg熟料）；

mLok （Nm3/kg熟料）；

总废气量

LOKrfLsCOhswsf2VmVVVVV（Nm3/kg熟料）

LOKrfLsCOhswsf2mmmmmmm（kg/kg熟料）

（3）出预热器飞灰量

mfh（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

arnet,rrRQmQ（kJ/kg熟料）

式中，Qnet,ar—燃料收到基低位发热量，kJ/kg煤； 5 （2）燃料带入显热

Qr＝mrCrtr（kJ/kg熟料）

式中，Cr—燃料的比热，kJ/kg·℃；tr—燃料入窑温度，℃。

（3）生料带入显热

Qs＝(mgsCs十mwsCw)ts（kJ/kg熟料）

式中，Cs、Cw—分别为生料、水的比热，kJ/kg·℃；ts—生料入窑温度，℃。

（4）回灰带入热量

Qyh＝myhCyhtyh（kJ/kg熟料）

式中，Cyh—回灰的比热，kJ/kg·℃；tyh—回灰入窑的温度，℃。

（5）空气带入热量

① 一次空气带入热量

Qylk＝K1VyklCylktylk（kJ/kg熟料）

式中，K1—一次空气占总入窑空气量的比例，%；Cy1k—一次空气在0℃～ty1k温度的平均比热，kJ/Nm3·℃；ty1k—一次空气入窑温度，℃。

② 二次空气带入热量

Qy2k＝(1—K1)VykCy2kty2k（kJ/kg熟料）

式中，Cy2k—二次空气在0℃～ty2k间的平均比热，kJ/Nm3·℃；ty2k—二次空气入窑温度，℃。

③ 漏入空气带入热量

QLOK＝VLOKCLOKtLOK（kJ/kg熟料）

式中，CLOK—漏入空气在0℃～tLOK间的平均比热，kJNm3·℃；tLOK—漏入空气温度，℃。

总收入热量Qzs

Qzs＝QrR + Qr + Qs + Qyh + Qylk + Qy2k + QLOK

2.2.2 支出项目

（1）熟料形成热

sh32sh2shsh32kOFe47.2SiO40.12MgO10.72OAl19.71CaO01.23shQ（kJ/kg熟料）

式中，sh32sh2shsh32kOFeSiOMgOOAlCaO、、、、—分别为熟料中各成分百分含量。

（2）蒸发生料中水分耗热

Qss＝(mws+mhs)qqh（kJ/kg熟料）

式中，qqh—入窑生料温度时水的汽化热，kJ/kg水。

（3）废气带走热量

Qf＝VfCftf（kJ/kg熟料）

式中，Cf—混合气体的平均比热，kJ/Nm3·℃；tf—废气温度，℃

fNNOHOHOOCOCOf22222222VVCVCVCVCC 6 式中，2COC、2OC、OH2C、2NC—分别为CO2、O2、H2O、N2在tf温度时的平均比热，kJ/Nm3·℃；2COV、2OV、OH2V、2NV—分别为废气中CO2、O2、H2O、N2的量；Nm3/kg熟料。

（4）出窑熟料带走热

Qysh＝1×Cyshtysh（kJ/kg熟料）

式中，Cysh—熟料在0℃～tysh间的平均比热；kJ/kg·℃；tysh——出窑熟料温度，℃。

（5）出预热器飞灰带走热

Qfh=mfhCfhtfh（kJ/kg熟料）

式中，Cfh—0℃～tfh间飞灰平均比热，J/kg·℃；tfh—飞灰温度，℃。

（6）系统表面散热损失

QB（kJ/kg熟料）

总支出热量Qzc

Qzc＝Qsh＋Qss＋Qf＋Qysh＋Qfh＋QB

收支热量平衡式：Qzs＝Qzc

上述热平衡方程式，为含有一个未知数mr的一元一次方程式。求解上述方程，即可求得单位熟料的燃料消耗量mr。

熟料烧成热耗的计算

QrR＝mrQnet,ar（kJ/kg熟料）

在所有的热量支出中，只有熟料形成热量是真正消耗于熟料形成的热量，因此回转窑的热效率应为熟料形成热与入窑总热量之比值

%100zsshQQ

但入窑总热量Qzs随热平衡范围不同而变化，因此窑的热效率也可用熟料形成热与燃料燃烧热之ηs比表示，ηs也称窑的烧成热效率。

%100rRshsQQ

根据单位熟料的燃料消耗量，回转窑的规格尺寸、燃烧带长度等，，还可计算一些窑的主要热工技术参数，如窑的发热量、燃烧带容积热负荷、燃烧带衬砖断面热负荷及表面热负荷等。

以上热平衡计算中，将入窑空气量看成入窑一、二次空气量之和，实际入窑空气量应是入窑一、二次空气量及少量窑头漏风量组成。设计计算时，也可确定窑头漏风系数，计算窑漏风量。另外，计算中还忽略了空气中带入的水分、飞损飞灰脱水及CO2分解耗热两项，此两项数量极小，对热平衡计算结果无影响。