热平衡计算附表

1附表：热平衡计算（1#窑）计算基准：基准温度0℃基准质量1小时进入系统的物料进窑到出窑时间为18h热平衡示意图如下：热平衡框图热收入：热支出：制品带入显热：Q1产品带出显热：Q3棚板、立柱带入显热：Q2棚板、立柱带出显热：Q4燃料带入的化学显热：Qf窑顶、窑墙散热：Q5助燃空气带入显热：Qa窑车积蓄和散失之热：Q6从预热带不严密处漏入空气带入显热：Qb物化反应耗热：Q7气幕带入显热：Qo/其他热损失：Q8Qa+Qb=Qo1.热收入项目1.1制品带入显热Q1每小时入窑湿制品质量G0=28.3Kg/件×12.77件/车×4.2车/时8.4100100/(1-0.01)=1611㎏/h（1%体进窑水分）2入窑制品温度t1=40℃，此时制品的比热C1=0.92kJ/（㎏•℃）则：Q1=G0×C1×t1=1611㎏/h×0.92kJ/（㎏•℃）×40℃=59284.8（kJ/h）1.2棚板、立柱带入显热Q2每小时入窑棚板、立柱质量Gb=300×4.2=1260kg/h（每辆窑车的火道支柱，横梁，支柱，硅板以及棚板共重约300kg）入窑棚板、立柱温度t1=40℃，则此时棚板、立柱的比热C1=0.851kJ/（kg•℃）则：Q2=Gb×C2×t2=1260kg/h×0.851kJ/（kg•℃）×40℃=42890.4（kJ/h）1.3燃料带入的化学显热QfQd=36000kJ/Nm3（天然气热值）入窑天然气温度：tf=20℃,此时天然气平均比热cf=1.56kJ/(Nm3·℃)设每小时消耗的燃料量为Xm3/h则：Qf=x(Qd+cf×tf)=x(36000+1.56×20)=36031.2x（kJ/h）1.4助燃空气带入显热Qa全部助燃空气作为一次空气与燃气配比，燃料燃烧所需实际空气量求得：Va=8.568xNm3/Nm3助燃空气温度ta=20℃,此时空气平均比热ca=1.30kJ/(Nm3·℃)则：Qa=Va×ca×ta=8.568x×1.30×20=222.768x（kJ/h）1.5从预热带不严密处漏入空气带入显热Qb取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求单位体积理论空气量Va0=8.16Nm3/Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.05。Va/=x×（ag-af）×Va0=x(2.5-1.05)×8.16=11.832x（Nm3/h）漏入空气温度为ta/=20℃此时Ca/=1.30kJ/(Nm3·℃)则：Qa/=Va/×Ca/×ta/=11.823x×1.30×20=307.632x（kJ/h）1.6气幕与搅拌风带入显热Qm3气幕包括封闭气幕和搅拌气幕，封闭气幕只设在窑头，不计其带入显热。取搅拌气幕风源为空气，其风量一般为理论助燃空气量的0.5-1.0倍，取为0.6倍。所以：Vm=0.6Va=0.6×8.568x=5.1408x（Nm3/h）设搅拌风tm=20℃，查得Cm=1.30kJ/(Nm3·℃)Qm=Vm×Cm×tm=5.1408x×1.30×20=133.66x（kJ/h）2热支出2.1产品带出显热Q3出烧成带产品质量：G3=28.3Kg/件×12.77件/车×4.2车/时=1518Kg/h出烧成带产品温度：t3=1260℃查手册[11]，此时产品平均比热：C3=1.20kJ/(kg•℃)则：Q3=G3×C3×t3=1518Kg/h×1260℃×1.20kJ/(kg•℃)=2295216（kJ/h）2.2棚板、立柱带出显热Q4棚板、立柱质量：G4=300×4.2=1260kg/h出烧成带棚板、立柱温度：t4=1260℃此时棚板、立柱的平均比热：C4=0.84+0.000264t=0.84+0.000264×1260=1.17kJ/(kg·℃)则：Q4=G4×C4×t4=1260×1.17×1260=1857492（kJ/h）2.3烟气带走显热Qg烟气中包括燃烧生成的烟气，预热带不严密处漏入空气外，还有用于气幕的空气。用于搅拌的空气的体积Vm=5.1408x(Nm3/h)离窑烟气体积：Vg=[Vg0+（ag-1）×Va0]x+Vm烟气温度为250℃此时烟气比热：Cg=1.44kJ/(Nm3·℃)则：Qg＝Vg×Cg×tg＝{[10.778+(2.5-1)×8.16]x+5.1408x}×1.44×250＝10137.168x（kJ/h）2.4窑顶、窑墙散热Q5根据各段材料不同,并考虑温度范围不能太大,将预热带和烧成带分成四段计算窑墙平均高度（1750+2000）/2=1875mm4窑顶平均宽度（4440+4700）/2=4570mm第1至10节，长20米，温度范围20-600℃,平均温度310℃,外壁温度60℃，顶部平均温度为80℃；q1=221101tt=1.015.026.0025.080310=156.25W/m2q2=221101tt=037.01.0375.0345.060310=69W/m2Qa=156.25×4.57×20+69×1.875×20×2=19456（kJ/h）第11至16节，温度范围为600-900℃，长12米,平均温度750℃q3=221101tt=1.015.026.0025.080750=419.80W/m2q4=4433221101tt=15.005.01.005.0375.0115.030.023.060750=361.26W/m2Qb=419.80×4.57×12+361.26×1.875×12×2=39278.5（kJ/h）第17至24节，温度范围900-1100℃长16米，平均温度1000℃q5=221101tt=1.006.03.023.0801000=671.5W/m2q6=4433221101tt=1.02.0375.0115.03.023.0601000=306.2W/m2Qc=671.5×4.57×16+306.2×1.875×16×2=67472.0（kJ/h）第25至38节，温度范围1100-1260℃长28米，平均温度1180°C7001.006.02.002.03.027.0801180332211017ttq（kJ/h）52.3971.015.02.005.0375.0115.03.023.060118084433221101ttq（kJ/h）Qd=700×4.57×28+397.2×1.875×28×2=131278（kJ/h）Q5=19456+39278.5+67472.0+131278=257484（kJ/h）2.5窑车积蓄和散失之热Q6根据投产洁具隧道窑能源数据监测，占热收入的6%。2.6物化反应耗热Q7自由水的质量Gw=16kg/h（认定进窑制品含水率为1%）烟气离窑的温度tg=250℃。制品中AL2O3含量约为22.5%则可得：Q7=Qw+Qr=16×（2490+1.93×250）+73.8×2100×0.225=82430.5（kJ/h）2.7其他热损失Q8(化学不完全燃烧损失以及其他损失)取经验数据，占热收入的5%2.8列出热平衡方程由热平衡方程：热收入=热支出，有Q1+Q2+Qf+Qa+Qb+Qm=Q3+Q4+Qg+Q5+Q6+Q7+Q8解得x=188Nm3/h单位燃耗：188/1518=0.124（标准立方米/千克瓷）单位热耗：0.124×36000=4464(千焦/千克瓷)=1068Kcal/kg根据窑体的设计，由上述热平衡知，在烧成周期18小时，1#窑理论单位每千克瓷能耗为1068大卡。根据科勒公司的投标书，在1#与2#窑烧嘴与风机设备选型都以14小时作为周期配套。因此根据上述1#窑18小时热平衡计算值，我们设计以1100大卡/千克瓷作为烧嘴与风机设备选型。