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一一、 热工技术指标热工技术指标 1.1. 热效率热效率 热效率 是指工业窑炉中有限热Q?相对于供给热Q?的比值。 预分解窑系统 的热效率比其他类型水泥窑的高，目前一般为 50%65%。冷却机热效率数篦式冷 却机高，可高达 70%80%。各类水泥热工设备的热效率计算见表 5-22。 表表 5 5- -2 22 2 水泥主要热工设备的热效率水泥主要热工设备的热效率（% %）计算式计算式 热工设备 计算式 符号说明 通式 = Q? Q? = Q? Q? Q? Q?有效热（或有效能量） ，kJ/kg（kJ/h） Q?热收入（或供给能力） ，kJ/kg（kJ/h） Q?热损失，kJ/kg（kJ/h） 回转窑 = Q? Q?+ Q? Q?熟料形成热，kJ/kg? Q?燃料燃烧热，kJ/kg? Q?生料中可燃烧质燃烧热，kJ/kg? 预热器 = Q?+ Q?+ Q? Q? Q Q?入窑物料显热，kJ/kg? Q?物料水分蒸发和化合水分解吸收热量，kJ/kg? Q?部分碳酸钙分解吸收热量，kJ/kg? Q?入预热器生料显热，kJ/kg? Q 出窑入预热器气流含热量，kJ/kg? 冷却机 = Q?+ Q? Q? Q?入窑二次空气显热，kJ/kg? Q?入分解炉三次空气显热，kJ/kg? Q?入冷却机熟料显热，kJ/kg? 烘干机 = Q?+ Q? q? Q?加热物料需要热量，kJ/kg Q?汽化水分需要热量，kJ/kg q?热气流带入热量，kJ/kg 烘干系统 = 2490+ c?t? c?t? q? c?水蒸气比热容，kJ/kg c?水比热容，kJ/kg t?、t?出烘干机废气和湿料温度，kJ/kg q?烘干机热耗，kJ/kg 燃烧室 = Q? Q? Q? Q? Q?入燃烧室燃料燃烧热，kJ/kg Q?燃烧室散热量，kJ/kg Q?不完全燃烧损失热量，Kj/kg 2.2. 余热利用技术指标余热利用技术指标 余热利用是指水泥生产系统中的“余热”利用。要高温废气已广泛应用于烘 干（生料、燃料、混合材等） ，还可用于发电和供热。以下主要论述是在不影响 水泥生产线的消耗指标（指不能提高熟料热耗、熟料电耗和降低熟料产量，否则 将造成又一次能源浪费） 为前提下， 熟料生产过程中回转窑和冷却机排放的废气 热量，在水泥生产工艺线利用后所剩余的“余热”用于发电的一些技术指标。 （1）余热利用效率 窑系统废气余热利用效率是指烧成系统的废气被利用的热量与废气热焓的 比值。余热回收是节能降耗的必需，是考核企业节能成效重要指标。 余热利用效率： ?= Q? Q? （5 6） 式中 ?余热回收效率，%； Q?余热利用量，kJ/kg 或 kJ/h； Q?入系统热量，kJ/kg 或 kJ/h。 （2）高温烟气余热量 Q?= B?V?t?C? （5 7） 式中 Q?高温烟气量，kJ/h； B?单位时间内燃料平均消耗量，kg/h V?不同燃料及空气过剩系数的标准状况烟气体积，m?/h； t?烟气平均温度， C?在温度为t?下烟气体积 （标准状况） 平均比热容， kJ/（m?）。 高温烟气余热量见表 5-23。 表表 5 5- -2 23 3 高温烟气余热量高温烟气余热量 烟气平均温度t?/ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 烟气平均比热容c?/ kJ/（m?） 0.330 0.335 0.340 0.344 0.350 0.354 0.359 0.364 0.368 烟气平均温度t?/ 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 烟气平均比热容c?/ kJ/（m?） 0.372 0.376 0.380 0.383 0.387 0.389 0.392 0.395 0.398 注：窑尾废气中氧含量控制在 2%3%为宜。 （3）单位熟料发电量 吨熟料发电量指余热发电系统的发电量与对应时间段熟料产量的比值。 在评 价该指标时， 要从企业生产目标主题和经济角度考虑， 要求首先保证窑生产正常， 努力降低熟料热耗和减少余热量为前提，然后再提高吨熟料发电量。 = W M （5 8） 式中 单位时间段（如日、月、年）熟料余热发电量，kWh/t?； W同一统计时间段水泥窑余热发电量，kWh； M同一统计时间段水泥窑熟料产量，t。 （4）余热发电效率 余热发电效率 是指单位质量熟料产量下，余热利用系统吸收的热量转化 为电能的比率。该指标反映了余热发电系统热电转换能力。 = P 3600 Q 100% （5 9） 式中 P水泥窑余热发电系统发电效率，kW； Q余热系统吸收的热量，MJ/h； 3600电力的当量值，即 1kWh=3600Kj。 （5）余热有效利用率 系统余热有效利用率是指系统吸收的热量与进入系统的废气余热量之比。 余热有效利用效率是考核余热锅炉、工艺系统回收余热能力的重要指标。 = Q Q? （5 11） 式中 余热有效利用率，%； Q?入余热发电系统的废气余热量，MJ/h。 （6）单位熟料热耗发电率 单位熟料热耗发电率为单位发电量与单位熟料烧成热耗的比值。 此评价指 标表明在保证熟料烧成前提下， 转换为电能的比例， 将单位熟料发电量与单位熟 料热耗有机地联系起来， 可以客观地评价带余热发电水泥窑系统热工性能的优势。 = 3600 1000q = 3. 6 q （5 11） 式中 单位熟料热耗发电率，%； q单位熟料烧成热耗，kJ/kg?。 二二、燃料燃烧计算燃料燃烧计算 燃料计算有两个目的： 一是为了设计窑炉； 二是窑炉生产操作和热工测定需 要。目的不同，计算内容也不相同。设计窑炉是在已知燃料组成及燃烧条件下， 计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需理论空气量、烟气生成量、烟气组成及燃 烧温度； 企业生产测定对燃料燃烧计算是为了判断燃烧操作是否合理、 各部位漏 气情况及热工测定需要的参数计算。 企业对燃料燃烧通常是根据测定的烟气拆分 和燃料的元素分析进行计算， 也可根据燃料组成和烟气组成计算理论空气量和烟 气生成量。 燃料有固体、液体和气体三种类型，因水泥企业基本上采用固体燃料，故一 下的燃料燃烧计算以煤为主， 考虑当前还采用可燃废弃物， 在计算中也列入固体 废弃物的燃烧。 1.1.空气需要量空气需要量 理论空气需要量V? ?是指单位燃料完全燃烧时所需空气量， 通过燃料元素分析 或燃料发热量进行计算。为了保证燃料燃烧完全，实际空气量大于理论空气量， V? V? ?； 或为了工艺需要要保持还原气氛， 实际空气量小于理论空气量V ? V? ?。 不同燃料的燃烧理论空气量和实际空气量见表 5-24。 表表 5 5- -24 24 不同燃料的燃烧理论空气量和实际空气量不同燃料的燃烧理论空气量和实际空气量 方式 计算式 资料来源 理论空气需要量V? ? 按元素分析 V? ? = 0. 089C?+ 0. 267H?+ 0. 033（S? O?） 参考文献 18 G?= 11. 6C?+ 34. 78H?+ 4. 35（S? O?） V? ? = 0. 0889(C?+ 0. 375S?)+ 0. 265H? 0. 0333O? 参考文献 31 G?= 0. 115(C?+ 0. 375S?)+ 0. 342H? 0. 431O? 按燃料发热量 V? ? = 0. 242+ 0. 5 1000 Q?. ? （m?MJ） 参考文献 3 固体废弃物 V? ? = 0. 0889C?+ 0. 2667H?+ 0. 0333（S? O?） 参考文献 38 近似算法 V? ? = 0. 242Q?. ? 1000 + 0. 5 符号说明 V? ?，G?理论燃烧空气量?标准状态?，m? kg?或kg kg? 实际需要干空气量V? 干空气量 当实际空气量大于理论空气量时，V? =V? ? 当实际空气量小于理论空气量时，V? =?V? ? 湿空气量 考虑空气中含有水分，湿空气量V? ?= V?+ V?= (1+ 0. 00161d)V? ? 生产测算 V?= (N? 100 V? G?N? 22. 4 100 28 ) 100 79 符号说明 V?、V?燃料燃烧实际需要的干和湿空气量，m?kg? V?空气中含水蒸气量，m?kg? 过剩空气系数，% ?空气消耗系数，其值小于 1 d空气温度下的饱和含湿量 在计算中通常可假定水蒸气含量为 10kg/kg干空气 不同煤种燃烧时需要的理论空气量见表 5-25。 表表 5-25 不同煤种燃烧时需要的理论空气量不同煤种燃烧时需要的理论空气量 燃料煤品种 无烟煤 烟煤 次烟煤 褐煤 高温焦炭 理论空气量V? ?/（kg 10MJ） 2.954 3.341 3.251 3.234 3.423 理论空气量V? ?/（L kg） 5.57.5 理论烟气量V? ?/（L kg） 68 2.2.烟气生产量烟气生产量 （1）理论烟气生产量 理论烟气生产量V?是指燃料在 = 1时，生成的燃料产物烟气量。理论烟 气量可取决于燃料组成，可按元素分析或生产测试的拆分分析计算。 （2）实际烟气生产量 实际烟气生成量与实际运行条件（过剩空气系数）有关。烟气生产量算式见 表 5-26。 项目 计算式 资料来源 理论烟气生成量 按燃料元素分析 V?= 0. 0187C?+ 0. 112H?+ 0. 0124M?+ 0. 007S?+ 0. 008N?+ 0. 79V? ?+ 0. 21（ 1）V? V?= 0. 0889C?+ 0. 3227H?+ 0. 0124M?+ 0. 333S?+ 0. 008N?+ 0. 0263O? 参考文献 17 按燃料成分分析 V?= V?+ V?+ V?+ V?+ V? 表表 5 5- -26 26 烟气生成量计算式烟气生成量计算式 3.3.过剩空气系数过剩空气系数 烟气的过剩空气系数是燃烧过程的一个重要参数，是指烟气中实际N?含 量与理论N?含量的比值。数值取决于燃料种类、燃烧方法及燃烧设备性能。生 产上从尾气成分分析结果计算， 用以判断燃料燃烧是否完全， 也可用来反映系统 漏风情况，为降低烟气中NO?含量，在分解炉初始燃烧段采用还原气氛，认为地 使 1 V?= V?+ ( 1)V? ? 不完全燃烧 1 V? ?= V? （1 ）V? ? 79 100 V? ?= V? 1 + （1. 88CO + 1. 88H?+ 9. 52CH?) 近似经验式 V?= 0. 213Q?. ? 1000 + 1. 65+ （ 1）V? ? 生产测算 V?= C? 22. 4 12 （CO?+ CO) G ?+ （ H? 2 + M? 18 ） 22. 4 G? 100 符号说明 V?完全燃烧时实际烟气生成量（标准状况） ，m?kg? V? ?不完全燃烧时实际烟气生成量（标准状况） ，m?kg? 不完全燃烧 = 189(O? CO) N? 1. 89(2CO? CO) 注：窑尾废气中氧含量控制在 2%3%为宜。 【计算示例 5-7】 已知煤的元素分析和烟气组成如下表。 元素分析 C? H? O? N? S? A? M? 含量（质量分数）/% 72.0 4.7 8.0 0.2 0.1 5.0 10.0 出窑烟气成分 CO? CO O? N? 干烟气含量（体积分数）/% 16.4 0 3.6 80.0 求： （1）过剩空气系数； （2）理论烟气量； （3）实际干烟气量； （4）实际烟气量； （5）实际空气量。 解： （1）过剩空气系数 根据烟气成分分析结果，忽略煤中N?含量， 按表 5-28 计算。 = N? N? 3. 76(O? 0. 5CO)= 80. 0 80. 0 3. 76 （3. 6 0. 5 0） = 1. 20 （2）理论烟气量 根据烟气分析结果，按表 5-26 计算出窑理论烟气量。 V? ? = 0. 0889C?+ 0. 2667H?+ 0. 0333(S? O? ) = 0. 089 72. 0 + 0. 267 4. 7+ 0. 033 (0. 1 8. 0)= 76. 37（m?kg?） （3）实际干烟气量 以kg煤为基准，产生干烟气量V?为： V?= ?. ? ?(?) G? + ? ? + ? ? ? ?. ? ? = 72. 0 22. 4 12 （16. 4 + 0） + ?4. 7 2 + 10. 0 18 ? 22. 4 100 = 8. 62（m?kg?） （4）实际湿烟气量 根据煤的组成计算以 kg煤为基准，产生湿烟气量V?为： V?= V?+ V?= 8. 62 + ?10 18 + 4. 7 2 ? 22. 4 = 8. 62+ 0. 65 = 9. 27（m?kg?） 4.4.燃烧温度燃烧温度 燃料燃烧温度为燃料燃烧时气态产物所能达到的温度。 分理论燃烧温度和实 际燃烧温度。水泥窑用煤粉或生活垃圾燃料时，形成的燃烧温度，与燃料成分、 燃烧条件等有关，煤粉与生活垃圾燃烧时的燃烧温度见表 5-29。 表表 5 5- -2 29 9 煤粉及生活垃圾燃烧时的燃烧温度煤粉及生活垃圾燃烧时的燃烧温度 项目 计算式 符号说明 理论燃烧温度 t?