一种评判水泥窑热工效率的方法与流程

本发明属于水泥工业生产技术领域，特别是涉及一种评判水泥窑热工效率的方法。

背景技术

水泥是国民经济重要的的基础原材料，也是典型的高耗能产品，2014年，我国能源消费总量为37.6亿吨标煤，水泥产业能源消耗总量约为1.87亿吨标准煤，占全国能耗总量的4.97％，占建材行业能耗总量的65％，因此，节能降耗成为水泥工业实现绿色可持续发展永恒的主题。水泥窑系统能耗约占水泥生产能耗的90％，窑系统的能效分析是在热平衡的基础上计算热效率，窑系统热效率是影响水泥产品能耗的主要因素，也是开展系统诊断，提出节能改进措施的主要依据。长期以来，对于水泥窑系统热效率的计算是根据遵循热力学第一定律-能量守恒定律进行窑炉的热量收支平衡计算，它符合人们的传统概念，容易理解和掌握。然而，它只分析了能量在转化和传递过程中数量上的平衡，而没有考虑其在质量上的差异和变化。其次，第一定律认为，热力学体系吸收的热量等于其做出的功，功和热量是等价的，但实际上功和热量是不等价的。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种评判水泥窑热工效率的方法。

为解决水泥窑系统节能降耗技术改造提供热工诊断与评价目的，区别于水泥窑热平衡计算通常采用热力学第一定律的方法，本发明提供一种评判水泥窑热工效率的方法，为评价和长期节能改造提供可靠依据，旨在进一步挖掘新型干法水泥工艺技术的节能降耗方向。

为了度量能量的品质及其可利用程度，比较不同状态下系统的做功能力大小，本专利提出了效率的概念。基于热力学第二定律对水泥窑系统收入支出物料的基本数据如质量、流量、温度、压力、成分，对水泥窑系统各个收支项进行了平衡计算，从效率的角度进行了分析研究，通过分析揭示能量转换和能量损耗的位置，为评价和长期节能改造提供可靠依据。

本发明评判水泥窑热工效率的方法所采取的技术方案是：

一种评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：评判水泥窑热工效率的方法包括以下测试过程：

1.检测系统收入物料的特性参数，包括质量、流量、温度、压力、成分等；

2.检测系统支出物料的特性参数，包括质量、流量、温度、压力、成分等；

3.计算每项输入物料的流量，计算出每项输出物料的流量；

4.基于热力学第二定律，进行水泥窑系统的流量平衡计算，计算出效率。

5.对平衡计算结果做出分析，评判水泥窑系统的热工效率和节能降耗方向。

本发明评判水泥窑热工效率的方法还可以采用如下技术方案：

所述的评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：基于热力学第二定律计算水泥窑系统的流量平衡时，系统的表面散热计算方法为：

式中：eb为表面散热，qb为表面散热，t0为环境温度，t为表面温度。

所述的评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：基于热力学第二定律计算水泥窑系统的流量平衡时，系统物料显热的表达式为：

式中：es，f，lsh，etc为生料显热、预热器出口废气显然、出冷却机熟料显热，qb为表面散热，t0为环境温度，t为表面温度，c为对应的废气或物料的比热，m为对应的废气量或者物料量。

所述的评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：基于热力学第二定律计算水泥窑系统的流量平衡时，熟料形成热计算公式为：

esh＝(δeco2)nco2+(δeh2o)nh2o+(δec3s)nc3s+(δec2s)nc2s+(δec3a)nc3a+(δec4af)nc4af

-(δecaco3)ncaco3-(δemgco3)nmgco3-(δe高岭土)n高岭土-(δesio2)nsio2-(δefe2o3)nfe2o3

式中esh为熟料形成热，δeco2、δeh2o、δec3s、δec2s、δec3a、δec4af分别为单位熟料生成物对应的摩尔标准化学，nco2、nh2o、nc3s、nc2s、nc3a、nc4af分别为单位熟料生成物对应的摩尔量，δecaco3、δemgco3、δe高岭土、δesio2、δefe2o3分别为单位熟料反应物对应的摩尔标准化学，ncaco3、nmgco3、n高岭土、nsio2、nfe2o3分别为单位熟料反应物对应的摩尔量。

所述的评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：基于热力学第二定律计算水泥窑系统的流量平衡时，燃料燃烧热的计算方法为：

err＝qrr+wrqh2o

式中err为煤粉燃烧热，mr为煤粉使用量，qrr为煤粉燃烧热，wr为燃料中水分，qh2o为水分蒸发热。

所述的评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：基于热力学第二定律计算系统的效率为：

η＝esh/(err+esr)

式中，η为系统的效率，esh为熟料形成热，err为煤粉燃烧热，esr为生料中可燃物质燃烧热。

所述的评判水泥窑热工效率的方法，其特点是：此处系统分析的对象可以是水泥窑烧成系统，也可以是冷却机或者分解炉或者粉磨等某个单体设备，设置好系统的边界，理清收入支出分项即可。

本发明具有的优点和积极效果是：

评判水泥窑热工效率的方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明对水泥窑系统各个输入输出支项进行了平衡计算，基于热力学第二定律从效率的角度进行了分析研究，通过分析揭示能量转换和能量损耗的位置，为评价和长期节能改造提供可靠依据。本发明分析的系统可以是水泥窑烧成系统，也可以是冷却机、分解炉或者粉磨等某个单体设备。

附图说明

图1是本发明物料平衡范围示意图；

图1中，vf为预热器出口废气量，mfh为预热器出口飞灰量，ms为生料量，vsk为生料带入空气，vlok为漏风量，mfr为分解炉燃料量，vf1k为分解炉一次风量，myr为回转窑燃料量，vy1k为回转窑一次风量，mlfh为出冷却机飞灰量，msh为出冷却机熟料量，vlk为入冷却机空气量,vpk为出冷却机余风量。

图2是本发明热平衡范围示意图；

图2中，qrr煤粉燃热，qr煤粉显热，qs生料显热，q1k一次空气显热，qlk入冷却机空气显热，qsk生料带入空气显热，qlok系统漏入空气显热，qsr生料中可燃物质燃烧热，qzs系统总收入热，qsh熟料形成热，qss蒸发生料中水分耗热，qf预热器出口废气显热，qfh预热器出口飞灰显热，qpk冷却机排出空气显热，qlfh冷却机飞灰显热，qhb化学不完全燃烧损失，qb系统表面散热损失，qlsh出冷却机熟料显热，qqt其他热损失，qzc系统总支出热。

图3是本发明平衡范围示意图；

图3中，err煤粉燃烧热，er煤粉显热，es生料显热，e1k一次空气显热，elk入冷却机空气显热，esk生料带入空气显热，elok系统漏入空气显热，esr生料中可燃物质燃烧热，ezs总收入，err煤粉燃烧热，er煤粉显热，es生料显热，e1k一次空气显热，elk入冷却机空气显热，esk生料带入空气显热，elok系统漏入空气显热，esr生料中可燃物质燃烧热，ezs总收入。

图4是收入支出项目基本参数示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

1.检测系统收入物料的特性参数，包括质量、流量、温度、压力、成分等；

2.检测系统支出物料的特性参数，包括质量、流量、温度、压力、成分等；

3.计算每项输入物料的流量，计算出每项输出物料的流量；

4.基于热力学第二定律，进行水泥窑系统的流量平衡计算，计算出效率。

5.对平衡计算结果做出分析，评判水泥窑系统的热工效率和节能降耗方向。

参阅附图1、图2和图3。

实施例1

一种评判水泥窑热工效率的方法，包括以下步骤：

所述表面散热，计算方法为：式中eb为表面散热，qb为表面散热，t0为环境温度，t为表面温度。

所述燃料、生料、一次空气、入冷却机空气、系统漏入空气、出预热器废气、出预热器飞灰、出冷却机熟料的显热计算方法为：

式中es，f，lsh，etc为生料显热、预热器出口废气显然、出冷却机熟料显热等，qb为表面散热，t0为环境温度，t为表面温度，c为对应的废气或物料的比热，m为对应的废气量或者物料量。

所述煤粉的燃烧热，计算方法为：err＝qrr+wrqh2o，式中err为煤粉燃烧热，mr为煤粉使用量，qrr为煤粉燃烧热，wr为燃料中水分，qh2o为水分蒸发热。

所述熟料形成热，计算方法为：

esh＝(δeco2)nco2+(δeh2o)nh2o+(δec3s)nc3s+(δec2s)nc2s+(δec3a)nc3a+(δec4af)nc4af

-(δecaco3)ncaco3-(δemgco3)nmgco3-(δe高岭土)n高岭土-(δesio2)nsio2-(δefe2o3)nfe2o3式中esh为熟料形成热，δeco2、δeh2o、δec3s、δec2s、δec3a、δec4af分别为单位熟料生成物对应的摩尔标准化学，nco2、nh2o、nc3s、nc2s、nc3a、nc4af分别为单位熟料生成物对应的摩尔量，δecaco3、δemgco3、δe高岭土、δesio2、δefe2o3分别为单位熟料反应物对应的摩尔标准化学，ncaco3、nmgco3、n高岭土、nsio2、nfe2o3分别为单位熟料反应物对应的摩尔量。

所述化学不完全燃烧损失ehb，计算方法为：ehb＝vf*12630*co％。

所述系统的效率计算方法为：η＝esh/(err+esr)，式中，为系统的效率，esh为熟料形成热，err为煤粉燃烧热，esr为生料中可燃物质燃烧热，此处系统可以是水泥窑烧成系统，也可以是冷却机或者分解炉等某个单体设备。

具体实施步骤：

1.按照图1制定水泥窑系统的边界，对进出系统边界的物料进行热工测试，得到图4所示的各个收入支出项目的基本参数，包括质量、流量、温度、压力、成分等。

2.将步骤1得到的热工数据进行热平衡计算，按照图2计算系统的热平衡表如表1。

3.将步1得到的热工数据进行平衡计算，按照图3计算系统的平衡表如表2，得出效率。

4.根据表2，分析系统的能量使用情况，可以发现对系统效率正负作用的贡献分支项，需要减少换热的不可逆度减少固有损失，如采用六级预热器减少废气显然，采用高效冷却机减少出冷却机熟料显热，或者生产低钙水泥减少熟料形成热等，提高系统的效率。

5.对于采用不同工艺设备的系统，也可以按照表2格式做出多个平衡表，选择效率较高的工艺或设备，即为热能利用最佳、节能最佳者。

表1水泥窑系统热量平衡表

窑的热效率η热＝qsh/(qrr+qsr)＝63.72％

表2水泥窑系统量平衡表

窑的效率

实施例2

一种评判水泥窑热工效率的方法，实施步骤同实施例1。

与实施例1所不同的是，系统平衡分析的边界采用的是冷却机系统，采用平衡计算冷却机的能量利用效率，效率计算公式为：

η火用＝(ey2k+ef3k)/esh

实施例3

一种评判水泥窑热工效率的方法，实施步骤同实施例1。

与实施例1所不同的是，系统不进行热平衡计算，直接进行平衡计算。

实施例4

一种评判水泥窑热工效率的方法，实施步骤同实施例1。

与实施例1所不同的是，系统核算的边界采用的是水泥窑配套的煤磨系统，针对几种不同形式的煤磨操作参数进行平衡计算，得出效率，进而评判比较最佳形式操作参数，选择最节能形式的煤磨系统。

本实施例基于热力学第二定律对水泥窑系统各个收入支出的物料所携带能量采用流量进行计算，制定系统平衡计算出效率；用来评判水泥窑系统的热力工程的能源利用效率，判断水泥窑系统的有效能量的回收使用状况，找出节能方向。本发明从效率的角度进行了分析，通过分析揭示能量转换和能量损耗的位置，为评价和长期节能改造提供了可靠依据。