水泥回转窑物料平衡热平衡与热效率计算方.docx
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水泥回转窑物料平衡热平衡与热效率计算方
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comprehensiveenergyconsumptionofclinkerburning
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heatconsumptionofclinkerburning
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heatefficiencyofrotarykilnsystem
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B
4.1.6.2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
(4-1)
式中:
mr每千克熟料燃料消耗量,单位为kg/kg;
Myr每小时如窑燃料量,单位为kg/h;
MFr每小时入分解炉燃料量,单位为kg/h;
Msh――每小时熟料产量,单位为kg/h。
2)气体燃料消耗量
vr叫
(4-2)
式中:
Vy――每小时气体燃料消耗体积,单位为NriVh;
3
气体燃料的标况密度,单位为kg/Nm
COCC2C。
CO°2C2CmHmCmHmH2H2N2
(4-3)
式中:
CO2、COC2、CHmH、2、HO—一气体燃料中各成分的体积分数,以百分数表示(%;
各成分的标况密度,单位为kg/m3N,参见
附录Co
(2)生料消耗量
(4-4)
式中:
ms每千克熟料生料消耗量,单位为kg/kg;
M每小时生料喂料量,单位为kg/h
(3)入窑回灰量
(4-5)
式中:
myh每千克熟料入窑回灰量,单位为kg/kg;
(4)进入系统一次空气量
mik
1k
1k
1k
(4-6)
式中:
mik每千克熟料进入系统一次空气量,单位为kg/kg;
Vyik——每小时入窑一次空气体积,单位为Nr^h;
VFik――每小时入分解炉一次空气体积,单位为Nm/h;
P1K
次空气的标况密度,单位为kg/Nm5
注:
当一次空气用煤磨的放风时,应根据一次空气的成分计算p1k。
1k
式中:
C©、COk、O2k、N2k、H2O1k――一次空气中各成分的体积分数,以百分数表示(%
(5)
进入冷却机空气量
(4-8)
式中:
mLk每千克熟料入冷却机的空气量,单位为kg/kg;
VLk――每小时入冷却机的空气体积,单位为N^/h;
pk——空气的标况密度,单位为kg/Nm5。
(6)生料带入空气量
(4-9)
式中:
msk每千克熟料生料带入空气量,单位为kg/kg;
Vsk每小时生料带入空气体积,单位为Nrhb。
(7)窑系统漏入空气量
(4-10)
式中:
mLOk每千克熟料系统漏入空气量,单位为kg/kg;
VLOk每小时系统漏入空气体积,单位为Nr^h。
(8)物料总收入
mZsmm%%%%叫次……(4-11)
式中:
mzs每千克熟料物料总收入,单位为kg/kg。
2.支出物料
(1)出冷却机熟料量
mish1m.fh
(4-12)
式中:
mLsh每千克熟料出冷却机熟料量,单位为kg/kg;
mLfh每千克熟料冷却机出口飞灰量,单位为kg/kg
(2)预热器出口废气量
MSh
(4-13)
式中:
mf每千克熟料预热器出口废弃量,单位为kg/kg;
Vf――每小时预热器出口废气体积,单位为Nm/h;
预热器出口废气的标况密度,单位为kg/Nm3
100
(4-14)
式中:
cO、cO、0、n2、耳0――预热器出口废气中各成分的体积分数,以百分数表示
(%。
(3)预热器出口飞灰量
(4-15)
式中:
mfh每千克熟料预热器出口飞灰量,单位为kg/kg;
Kh――预热器出口废气中飞灰的浓度,单位为kg/Nmt
(4)冷却机排出空气量
Ek
Vpk
MSh
(4-16)
式中:
mpk――每千克熟料冷却机排出空气量,单位为千克每千克(kg/kg);
Vpk
每小时冷却机排出空气体积,单位为标准立方米每小时(m/h)
(5)煤磨抽冷却机空气量
(6)
m^k
Msh
(4-17)
式中:
mRk每千克熟料煤磨抽冷却机空气量,单位为kg/kg;
――每小时煤磨抽冷却机空气体积,单位为NdVh。
(6)冷却机出口飞灰量
(4-18)
式中:
KLfh――冷却机出口废气中飞灰的浓度,单位为kg/Nm5
(7)其他支出
其他物料支出mqt,单位为kg/kg
(8)物料总支出
(4-19)
式中:
MZc每千克熟料物料总支出,单位为kg/kg3物料平衡计算结果
表1物料平衡计算结果
收入物料
支出物料
项目
符号
Kg/kg
颊目
符号
Kg/kg
%
燃料消耗量
mr
出冷却机熟料量
mLsh
生料消耗量
ms
预热器出口废气量
mf
入窑回灰量
myh
预热器出口飞灰量
mfh
一次空气量
mik
冷却机排出空气量
mpk
入冷却机冷空气量
mLk
煤磨从系统抽出热空气量
mRk
生料带入空气量
msk
冷却机出口飞灰量
mLfh
系统漏入空气量
mok
其他支出
mqt
合计
合计
4.163水泥工业窑热能平衡计算依据和计算基准
1.计算依据
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。
2.计算基准
温度基准:
0°C;质量基准:
1kg熟料。
4.1.6.4回转窑系统热平衡计算
热平衡范围见图4-3。
热平衡按GB/T2587规定的方法进行计算。
图4-3热平衡范围示意图
1.收入热量
(1)燃料燃烧热
QrmQet,ar(4
-20)
式中:
QrR——每千克熟料燃料燃烧热,单位为kJ/kg;
Qnet,ar——入窑燃料收到基低位发热量,单位为kJ/kg。
注:
采用煤作为燃料时,上式中Qnet,ar为入窑煤粉收到基低位发热量,不能与原煤收到基发热量混淆。
(2)燃料显热
Qm5-(4
-21)
式中:
Qr——每千克熟料燃料带入显热,单位为kJ/kg;
cr燃料比热,单位为kJ/(kg・°C);
tr――燃料温度,单位为C。
(3)生料中可燃物质燃烧热
QrmrQet,sr(4
-22)
式中:
Qr――每千克熟料生料中可燃物质的燃烧热,单位为kJ/kg;
msr生料中可燃物质含量,单位为kg/kg;
Qnet,sr生料中可燃物质收到基低位发热量,单位为kJ/kg。
(4)生料显热
Q%Csts(4
式中:
每千克熟料生料带入显热,单位为kJ/kg;
Cs生料的比热,单位为kJ/(kg・°C);
cs(0.882.93104ts)4.1816-
s-100W
W生料的含水量,以百分数表示(%;
ts――生料的温度,单位为c。
(5)入窑回灰显热
Qyhm|hCyhtyh
—24)
式中:
Qyh——每千克熟料入窑回灰显热,单位为kJ/kg;
cyh――入窑回灰的比热,单位为kJ/(kg•C);tyh――入窑回灰的温度,单位为C。
(6)—次空气显热
Qk
ty1k
CktF1k
(4—25)
式中:
Q1k每千克熟料一次空气显热,单位为kJ/kg;
ck――空气的比热,单位为kJ/(m・C);
F1k――入分解炉一次空气的温度,单位为Co
注:
当一次空气用煤磨放风时,根据一次空气成分计算Ck(入窑)值。
k(入窑)一一入窑一次空气采用煤磨放风时的比热,单位为kJ/(m•c);
(m•c)o
(7)入冷却机空气显热
CktLk
27)
tLk――入冷却机的空气温度,单位为Co
(8)生料带入空气显热
QkCkts(4
Msh
—28)
式中:
Qk每千克熟料生料带入空气显热,单位为kJ/kg。
(9)系统漏入空气显热
QOk电cktk(4—
MShkk
29)
式中:
QLOk每千克熟料系统漏入空气显热,单位为kJ/kg;
tk――环境空气的温度,单位为C。
(10)热量总收入
Qs=QR+Q+QR+Q+Qh+Qk+Qk+Qk+Qok(4—
30)
式中:
Qs每千克熟料热量总收入,单位为kJ/kg。
2.支出热量
(1)熟料形成热
(1)不考虑硫、碱的影响时熟料形成热用式(4—31)计算
W
100
(4—32)
熟料中相应成
(%。
Qh17.19Al2Of27.10MgOT32.0lCa(3h21.40SiO;h2.47FqCf(4-31)
(2)考虑硫、碱的影响时熟料形成热用式(4—32)计算
QhQh-107.90(Na2d5-Na2CJh)-71.09(K2O-K2O;h)+83.64(SO;-SO:
h)
式中:
A12Qh、MgOh、CaOh、SiO;h、FeOT、Na,O;h、K2OSh、SQh—
分的质量分数,以百分数表示(%;
N^O、K2Os、SO――生料中相应成分的灼烧基质量分数,以百分数表示注:
矿渣配料时熟料形成热计算,遵照附录B的规定。
(2)蒸发生料中水分耗热
—33)
式中:
Qss――每千克熟料蒸发生料中的水分耗热,单位为kJ/kg;
qqh水的汽化热,单位为kJ/kg。
(3)出冷却机熟料显热
Qsh(1mLfh)CshtLsh
式中:
QLsh出冷却机熟料显热,单位为kJ/kg;
csh熟料的比热,单位为kJ/(kg・°C);
tLsh――出冷却机熟料温度,单位为C。
(4)预热器出口废气显热
tf
Vf
—35)
式中:
Qf――每千克熟料预热器出口废气显热,单位为kJ/kg;cf预热器出口废气比热,单位为kJ/(mi•C);
tf――预热器出口废气的温度,单位为C
预热器出口废气比热计算公式见式(4—39):
(4—36)
COCCQCOCCOQCQN2CN2H2°CH2O
100
式中:
Cco、Cco、Co?
、Cn、C^O——在0〜tfC内,各气体定压平均体积比热,单
位为kJ/(m・c)
(5)预热器出口飞灰显热
-37)
式中:
Qfh——每千克熟料预热器出口飞灰显热,单位为kJ/kg;
cfh预热器出口飞灰的比热,单位为kJ/(kg・°C)。
(6)飞灰脱水及碳酸盐分解耗热
100
mh
Lfh
H2°6690(mh
100Lfh
C°mfh
-)
1001660…(4-
100
J
100
100Ls
100
100
44
Q
38)
式中:
Q——每千克熟料飞灰脱水及碳酸盐分解耗热,单位为kJ/kg;
Lfh——飞灰的烧失量,以百分数表示(%;
Ls——生料的烧失量,以百分数表示(%;
H2O――生料中化合水含量,以百分数表示(%;
6690――高岭土脱水热,单位为kJ/kg;
cq――生料中co含量,以百分数表示(%;
1660——CaCO分解热,单位为kJ/kg
生料中CO含量计算公式见式(4-39):
CQ
CaO
44
MgO
44
1005610040.3
(4-39)
式中:
CaOs、Mg分别为生料中CaO和MgO含量,以百分数表示(%
(7)冷却机排除空气显热
VpL
Msh
Cktpk
(4-40)
式中:
Qpk每千克熟料冷却机排除空气显热,单位为kJ/kg;
tpk――冷却机排除空气温度,单位为C。
(8)冷却机出口飞灰显热
(4-41)
式中:
QLfh——每千克熟料冷却机出口飞灰显热,单位为kJ/kg;cLfh——冷却机出口飞灰的比热,单位为kJ/(kg「C)。
(9)煤磨抽冷却机空气显热
MSh
(4-42)
式中;
QRk——每千克熟料煤磨抽冷却机空气显热,单位为kJ/kg;
tRk——煤磨抽冷却机空气温度,单位为C。
(10)化学不完全燃烧的热损失
VcOQhb———12630
MSh100
(4-43)
式中:
Qhb每千克熟料化学不完全燃烧热损失,单位为kJ/kg;
COf――预热器出口废气中CO的体积分数,以百分数表示(%;
12630――CO的热值,单位为kJ/m3。
(11)机械不完全燃烧的热损失
Qb旦33874……
n100
(4-44)
式中:
Qjb
每千克熟料机械不完全燃烧热损失,单位为kJ/kg;
Lsh――熟料的烧失量,以百分数表示(%;
33874——碳的热值,单位为kJ/kg。
(12)系统表面散热
(4-45)
式中:
Qb每千克熟料系统表面散热量,单位为kJ/kg;
刀Qi――每小时系统表面总散热量,单位为kJ/h。
(13)冷却水带出热
(4-46)
式中:
Qls每千克熟料冷却水带出热量,单位为kJ/kg;
Mls每小时冷却水用量,单位为kg/h;
tcs――冷却水出水温度,单位为C;tjs――冷却水进水温度,单位为C;
cs水的比热,,单位为kJ/(kg・°C);
Mqh每小时汽化冷却水量,单位为kg/h;
qqh水的汽化热,单位为kJ/kg。
(14)其他支出
其他热支出,Qt,单位为kJ/kg。
(15)热量总支出
QcQh+Qs+Qsh+Q+Q+Q+%+“+Qk+Qb+Q+Q+Qs+Qt(4-47)
式中:
Qzc每千克熟料热量总支出,单位为kJ/kg。
3.热平衡计算结果
把上面的计算结果填入热平衡计算表中,其结果见表2。
表2热平衡计算结果
收入热量
支出热量
项目
符号
kJ/kg
%
项目
符号
kJ/kg
%
燃料燃烧热
Qr
熟料形成热
Qsh
燃料显热
Q
蒸发生料中水分耗热
Qss
生料中可燃物质燃烧热
Qr
出冷却机熟料显热
QLsh
生料显热
Q
预热器出口废气显热
Qf
入窑回灰显热
Qh
预热器出口飞灰显热
Qfh
一次空气显热
Qk
飞灰脱水及碳酸盐分解耗热
Qtf
入冷却机冷空气显热
Qk
冷却机排出空气显热
Qpk
生料带入空气显热
QSk
冷却机出口飞灰显热
QLfh
系统漏入空气显热
Qok
煤磨抽冷却机热空气显热
QRk
化学不完全燃烧热损失
Qhb
机械不完全燃烧热损失
Qjb
系统表面散热
Qb
冷却水带出热
Qls
其他支出
Qqt
合计
合计
4.165.回转窑系统的热效率计算
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(%
(4-48)
式中:
ny――回转窑系统的热效率,以百分数表示(%
4.166冷却机的热平衡与热效率计算
冷却机的热平衡
1.收入热量
(1)出窑熟料显热
t
ysh
(4-49)
式中:
Qysh出窑熟料显热,单位为kJ/kg;
tysh――出窑熟料温度,单位为C。
(2)入冷却机总空气显热
VLkVlok冷机)
QkcktLkcktk
MhMh
(4-50)
式中:
qk每千克熟料入冷却机总空气显热,单位为kJ/kg;
Vlok冷机)每小时冷却机漏入空气体积,单位为mVh。
(3)热量总收入
Qzs=Qsh+Qk
(4-51)
式中:
Qlzs冷却机热量总收入,单位为kJ/kg。
2.支出热量
(1)出冷却机熟料显热
出冷却机熟料显热按式(4—34)计算。
(2)入窑二次空气显热
1入窑二次空气显热计算公式见式(4-52):
Q(2kCkty2k(4-52)
Msk
式中:
Qy2k――每千克熟料入窑二次空气显热,单位为kJ/kg;
vy2k――每小时入窑二次空气体积,单位为m/h;
ty2k――入窑二次空气的温度,单位为C。
2每小时窑二次空气体积计算公式见式(4-53):
Vy2kVkyMyr(1yjVy1k(4-53)
式中:
ay――窑尾过剩空气系数;
yT――窑头漏风系数,视窑头密闭情况而定,一般选yT=2%-10%
Vk――燃料完全燃烧时理论空气需要量,对固体及液体燃料,单位为标准立方米每千
克(Nm3/kg),对气体燃料,单位为标准立方米每标准立方米(Nm3/Nm3).
3根据燃料元素分析(或成分分析)结果计算Vk。
a)固体及液体燃料固体及液体燃料完全燃烧时理论空气需要量计算公式见式(4-54):
Vk0.089Car0.267Har0.033(Sar)(4-54)
式中:
Car、出、Sar、Qr—一燃料中各元素质量百分含量,以百分数表示(%。
b)气体燃料
气体燃料完全燃烧时理论空气需要量计算公式见式(4-55):
式中:
COH2、CH、CH4、HS、Q——气体燃料中各成分体积分数,以百分数表示(%
4根据燃料收到基低位发热量近似计算Vk
a)固体燃料
固体燃料完全燃烧时理论空气需要量计算公式见式(4-56):
0.242Qet,ar
1000
0.5
(4-56)
b)液体燃料
液体燃料完全燃烧时理论空气需要量计算公式见式(4-57):
0.203Qetar
!
1000__
c)气体燃料,根据发热量不同按表3中相应公式计算:
表3气体燃料完全燃烧时理论空气需要量
Qet,ar(kJ/m)
<10455
=10455
=12546
=14637
>14637
Vk(Nn3/Nm3)
(3)入分解炉三次空气显热
Qz3k
VF3k
MSh
CktF3k
(4-58)
式中:
QF3k――每千克熟料入分解炉三次空气显热,单位为kJ/kg;
tF3k――入分解炉三次空气的温度,单位为C。
(4)煤磨抽冷却机空气显热
煤磨抽冷却机空气显热按式(4-42)计算。
(5)冷却机排出空气显热
4-40)计算。
冷却机排出空气显热按式(
(6)冷却机出口飞灰显热
4-41)计算。
冷却机出口飞灰显热按式(
(7)冷却机表面散热
QBi
(4-59)
式中:
Qlb——每千克熟料冷却机表面散热量,单位为kJ/kg;
刀Ch――每小时冷却机表面总散热量,单位为kJ/h。
(8)冷却水带走热
(4-60)
式中:
Qlls――每千克熟料冷却机冷却水带走热,单位为kJ/kg;
Mlls每小时冷却机冷却水用量,单位为kg/h;
tLCS、tLjs分别为冷却机冷却水出水和进水温度,单位为°C;
MLqh每小时冷却机汽化冷却水量,单位为kg/h。
(9)冷却机其他支出
冷却机其他支出Qqt,单位为kJ/kg。
(10)热量总支出
QzC=Qsh+Q2k+Q3k+Qk+Qk+Qfh+QB+QLs+Qqt(4-61)
3.冷却机热平衡计算结果
冷却机热平衡计算结果见表4。
表4冷却机热平衡计算结果
收入热量
支出热量
项目
符号
kJ/kg
%
项目
符号
kJ/kg
%
入冷却机熟料显热
Qysh
出冷却机熟料显热
Q_sh
入冷却机冷空气显热
入窑二次空气显热
Qy2k
入炉三次空气显热
QF3k
煤磨抽热风显热
QRk
冷却机排风显热
Qpk
冷却机出口飞灰显热
QLfh
冷却机表面散热
Qlb
冷却水带走热
QlLs
其他支出
QLqt
合计
合计
4.冷却机的热效率计算
Q2k+Q3k
LQU
(4-62)
式中:
nl――冷却机的热效率,以百分数表示(%。
4.167
熟料烧成综合能耗计算
1.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)。
2.
、二次能源
熟料烧成综合能耗计算的范围
(1)熟料烧成实际消耗的各种能源,包括一次能源(原油、原煤、天然气等)(电力、热力、焦炭等国家统计制度所规定的各种能源统计品种)及耗能工质(水、压缩空气等)所消耗的能源。
各种能源不得重记和漏计。
(2)熟料烧成实际消耗的各种能源,系指用于生产目的的所消耗的各种能源。
包括主要生产系统、辅助生产系统和附属生产系统用能,主要生产系统指生料输送、生料预热(和分解)和熟料烧成与
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