《水泥回转窑物料平衡、热平衡与热效率计算方.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水泥回转窑物料平衡、热平衡与热效率计算方.docx（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、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
2、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 （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
3、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 （4-2） 式中： Vy每小时气体燃料消耗体积，单位为Nm3/h； 气体燃料的标况密度，单位为kg/Nm3。 (4-3) 式中： CO2、CO、O2、CmHm、H2、N2、H2O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C。（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；Ms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； Myh每小时入窑回灰
4、量，单位为kg/h。（4）进入系统一次空气量 （4-6） 式中： m1k每千克熟料进入系统一次空气量，单位为kg/kg； Vy1k每小时入窑一次空气体积，单位为Nm3/h； VF1k每小时入分解炉一次空气体积，单位为Nm3/h； 1K一次空气的标况密度，单位为kg/Nm3。 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1k。 （4-7） 式中： 、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Nm3/h； k空气的标况密度，单位为kg/Nm3。（6
5、）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Nm3/h。（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Nm3/h。（8）物料总收入 （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 （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 （4-13） 式中： mf每千克熟料
6、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Nm3/h； f预热器出口废气的标况密度，单位为kg/Nm3。 （4-14） 式中： 、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；Kfh预热器出口废气中飞灰的浓度，单位为kg/Nm3。（4）冷却机排出空气量 （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（m3/h）。（5）煤磨抽冷却机空气量 （4-17） 式中： m
7、Rk每千克熟料煤磨抽冷却机空气量，单位为kg/kg；VRk每小时煤磨抽冷却机空气体积，单位为Nm3/h。（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/Nm3。（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/kg。3 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% 项目符号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 m1k冷却机排出空气量
8、 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4.1.6.3 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/T 733 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；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/T 2587 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 （420） 式中： 每千克熟料
9、燃料燃烧热，单位为kJ/kg； 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 （421） 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）； tr燃料温度，单位为。（3）生料中可燃物质燃烧热 （422） 式中： 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 （423） 式中： Qs每千克熟料生料带入显热，单位
10、为kJ/kg； cs生料的比热，单位为kJ/（kg）；，Ws生料的含水量，以百分数表示（%）； ts生料的温度，单位为。（5）入窑回灰显热 （424） 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）； tyh入窑回灰的温度，单位为。（6）一次空气显热 （425） 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/（m3）； ty1k入窑一次空气的温度，单位为； tF1k入分解炉一次空气的温度，单位为。 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。 入窑一次空气采用煤磨放风比热计算公式见
11、式（429）： ck（入窑）（426） 式中： ck（入窑）入窑一次空气采用煤磨放风时的比热，单位为kJ/（m3）； 、在0t1k内，各气体定压平均体积比热，单位为kJ/（m3）。（7）入冷却机空气显热 （427） 式中： QLk每千克熟料入冷却机的空气显热，单位为kJ/kg； tLk入冷却机的空气温度，单位为。（8）生料带入空气显热 （428） 式中：Qsk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 （429） 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。（10）热量总收入 （430） 式中：QZS每千克熟料热量总收入
12、，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（431）计算（431）（2）考虑硫、碱的影响时熟料形成热用式（432）计算 （432） 式中：、熟料中相应成分的质量分数，以百分数表示（%）； 、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 （433） 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 （434） 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/
13、（kg）； tLsh出冷却机熟料温度，单位为。（4）预热器出口废气显热 （435） 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/（m3）； tf预热器出口废气的温度，单位为。 预热器出口废气比热计算公式见式（439）： （436） 式中： 、 、在0tf内，各气体定压平均体积比热，单位为kJ/（m3）。 （5）预热器出口飞灰显热 （437） 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）。（6）飞灰脱水及碳酸盐分解耗热 （438） 式中：Qtf每千克熟料飞灰脱水及碳酸盐分解耗
14、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（%）； H2Os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； 生料中CO2含量，以百分数表示（%）； 1660CaCO3分解热，单位为kJ/kg。 生料中CO2含量计算公式见式（4-39）： （4-39） 式中： CaOs、MgOs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 （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。（8）冷却机出口飞灰显热 （4-41） 式中
15、： 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）。（9）煤磨抽冷却机空气显热 （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。（10）化学不完全燃烧的热损失 （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（%）； 12630CO的热值，单位为kJ/m3。（11）机械不完全燃烧的热损失 （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
16、，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； QBi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； tjs冷却水进水温度，单位为； 水的比热，4.1816，单位为kJ/（kg）； 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，Qqt，单位为kJ/kg。（15）热量总
17、支出 （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QrR熟料形成热 Qsh燃料显热Qr蒸发生料中水分耗热 Qss 生料中可燃物质燃烧热QsR出冷却机熟料显热 QLsh生料显热Qs预热器出口废气显热 Qf入窑回灰显热Qyh预热器出口飞灰显热 Qfh一次空气显热Q1k飞灰脱水及碳酸盐分解耗热 Qtf入冷却机冷空气显热QLk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Q
18、LOk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4.1.6.5. 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：y回转窑系统的热效率，以百分数表示（%）。4.1.6.6 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 （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。（2）入冷却机总空气显热 （4-50）式中：每千克
19、熟料入冷却机总空气显热，单位为kJ/kg；每小时冷却机漏入空气体积，单位为m3/h。（3）热量总收入 （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（434）计算。（2）入窑二次空气显热 入窑二次空气显热计算公式见式（4-52）： （4-52） 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m3/h； ty2k入窑二次空气的温度，单位为。 每小时窑二次空气体积计算公式见式（4-53）： （4-53） 式中： y窑尾过剩空气系数； 窑头漏风系数，视窑头密闭情况而定
20、，一般选=2%10%； 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）. 根据燃料元素分析（或成分分析）结果计算。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）： （4-54）式中： Car、Har、Sar、Oar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）： （4-55） 式中： CO、H2、CH4、C2H4、H2S、O2气体燃料中各成分体积分数，以百分数表示（%）。 根据燃料收到基低位
21、发热量近似计算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）： （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）： （4-57）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Qnet，ar（kJ/m3) 14637（Nm3/Nm3）2.723.45（3）入分解炉三次空气显热 （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。（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 冷却
22、机排出空气显热按式（4-40）计算。（6）冷却机出口飞灰显热 冷却机出口飞灰显热按式（4-41）计算。（7）冷却机表面散热 （4-59） 式中： QLB每千克熟料冷却机表面散热量，单位为kJ/kg； QLBi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； 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QLqt，单位为kJ/kg。（10）热量总支出 （4
23、-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QLsh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 （4-62） 式中： L冷却机的热效率，以百分数表示（%）。4.1.6.7 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
24、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. 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）、二次能源（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）和熟料烧成与冷却系统等，辅助生产系统指排风及收尘系统等，附属生产系统指控制检测系统等。不包括用于生活目的的和基建项目用能。（3）
25、在实际消耗的各种能源中，作为原料用途的能源应包括在内；带余热发电的回转窑，若余热锅炉在热平衡范围内，余热发电消耗和回收的能源应包括在内，若余热锅炉在热平衡范围外，余热发电消耗和回收的能源应不包括在内。（4）各种能源统计范围如下：从生料出库（或料浆池）到熟料入库；从燃料出煤粉仓（或工作油罐）到废气出大烟囱。具体包括：生料输送，生料预热（和分解），熟料烧成与冷却，熟料输送，排风及收尘，控制检测等项，而不包括生料和燃料制备。3. 各种能源综合计算原则 （1）各种能源消耗量均指实际测得的消耗量。（2）各种能源均应折算成标准煤耗。1千克标准煤的热值见GB/T 2589。（3）熟料烧成消耗的一次能源及生料
26、中可燃物质，均折算为标准煤量。（4）熟料烧成消耗的二次能源及耗能工质消耗的能源均应折算成一次能源，其中耗能工质按GB/T 2589 的规定折算成一次能源。电力能源按国家统计局规定折算成标准煤量。4. 熟料单位产量综合能耗计算 熟料单位产量综合能耗按下式计算： 熟料单位产量综合能耗=熟料烧成综合能耗 / 标定期间熟料产量（4-63） 式中： 熟料单位产量综合能耗，单位为kg/t；标定期间熟料产量，单位为吨（t）。附录A(资料性附录)附表A.1 窑的主要设备情况及热平衡参数测定结果记录表 工厂名称 工厂厂址 窑的编号 烧成方法 名 称单位规格参数 备注回转窑规格 m胴体内容积 m3平均有效直径 m
27、有效长度 m有效内表面积 m2有效内容积 m3斜度 %窑速 r/min电机型号电机功率 kW分解炉型式 规格 m预热器型式 规格C1 mC2 mC3 mC4 mC5 m余热发电锅炉型号规格 m发 电机 组型号规格 m能力 kW 燃烧喷嘴窑头型式规格 mm分解炉型式规格 mm 一次风机 窑头型号风压 Pa铭牌风量 m3/min电机功率 kW 窑尾型号风压 Pa铭牌风量 m3/min电机功率 kW附表A.1窑的主要设备情况及热平衡参数测定结果记录表（续） 名称 单位 参数设备 备注喂煤设备 窑头 型号能力 t/h罗茨风机型号铭牌风量 m3/min风压 Pa电机功率 kW 分解炉 型号能力 t/h罗
28、茨风机型号铭牌风量 m3/min风压 Pa电机功率 kW 喂料设备斗式提升机 型号能力 t/h输送高度 m增湿塔规格 mm工况处理风量 m3/h收尘设备 窑尾 型式工况处理风量 m3/h 冷却机 型式工况处理风量 m3/h冷却机系统 冷却机 型式 型号篦床面积 m2一室风机A 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 kW一室风机B 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 kW平衡风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 二室风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 kW附表A.1窑的主要设备情况及热平衡参数测定结果记录表（续） 名称单位 规格参数 备注 冷却机系统三室风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 kW四室风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 kW 五室风机 型号风压 Pa 铭牌风量 m3/h电机功率 kW 六室风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h电机功率 kW 冷却机余风风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h介质温度 电机功率 kW 窑尾高温风机 型号风压 Pa铭牌风量 m3/h介质温度 电机功率 kW 窑尾排风机
