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工业炉是我国的能源消耗大户，每年约占国家能源消耗总量的四分之一，其中约70%为燃煤，其余为燃气、液体燃料或电力。韩国工业炉种类和数量较多，节能环保技术相对落后，导致所有产品能耗较高，环境污染严重。因此，根据资料分析，有必要从工业炉流程的流程和能量流这个角度出发，研究节能原理和技术。

水泥熔炉内物质流和能量流的研究主要集中在预热器、裂解炉、回转窑和篦冷机系统，余热利用单独分析，未考虑原燃料干燥系统。在此基础上，本文构建了可应用于工业炉膛物质流和能量流分析的节点计算模型，并对包括窑头余热锅炉、篦冷机、回转窑、分解炉、五级炉在内的AQC炉进行了研究。炉做。获得了水泥炉窑系统悬浮预热器、窑尾余热锅炉SP炉、生料粉磨系统等主要装置的能量流和火用流分布。获得损失并评估节能潜力。窑炉节能管理与控制技术提供了理论基础。

摘要工业炉窑是我国主要的能源消耗者，每年约占国家能源消耗总量的四分之一。在能源日益短缺、环境污染严重的今天，工业炉窑节能减排工作十分紧迫。工业炉的生产是各种设备、各种工艺的联合生产过程，包括各系统之间物质和能量的转换和传递。因此，对工业炉内物质流和能量流的分析是工业炉实现的重要一步。高能源效率和低排放标准。常见方法主要从产品能耗或炉窑余热利用的角度进行分析，没有将工业炉作为一个系统来整体考察物质流和能量流状况。基于节点计算方法，从整个工业炉系统出发，建立工业炉物料流和能量流匹配的数学模型，得到典型工业炉不同部位的能量收支。同时，采用了热力学第二定律。火用分析方法研究炉膛系统的火用损失，明确炉膛节能的关键部分。利用该方法对典型3200t/d水泥窑的物料流和能量流进行了分析计算。结果表明，水泥熔炉的热损失主要包括高温损失和低温损失。-温度损失主要是炉壁散热损失，未燃煤和粉煤热损失分别占684和195，火用损失分别占417和259，节能潜力很大。温度热损失包括烟道末端烟气的排热损失、冷却器的排热损失、熟料产生的显热等以及AQC炉和SP炉的热损失。它们分别占306和619，火用损失仍然很有价值，分别为126和145。考虑高低温热损失的多种原因，评估了炉子的节能潜力，提出了先进保温、富氧燃烧、低温余热回用等新技术。此外，还推荐了降低炉煤消耗、降低设备电耗的新技术，如采用高效风机和永磁电机并结合冗余蒸汽驱动风机以及节能管理和控制等。该技术有望实现熟料燃烧系统零能耗的目标。

一

工艺流程和数学模型

对于目前新型干法水泥熟料生产工艺来说，除了图1中从窑头到窑尾的主要设备外，还包括生料磨、磨煤机、高温锅、窑头和窑尾感应等。主要用电设备如引风机、炉排、冷却器、风机等。还提供了可用于水泥熔炉的新技术，包括节能管控、富氧煅烧、分级燃烧、细颗粒物和CO2减排设备等。

图1新型干法水泥熟料生产线工艺流程

为了从数学上描述水泥熟料生产过程的物质流和能量流，使用图2中的过程网络来描述水泥窑。图中的节点代表不同功能的设备，连接线代表它们之间的连接。节点。图2将水泥炉的7个主要单元简化为7个节点，以表达节点之间的关系。周边框图将所研究的窑炉系统与外界分开，并用实线描述了物料的流动以及伴随的能量流入和流出窑炉系统。由于熔炉不同部分的热能耗散而产生的能量流用虚线表示，并且附近的节点也被纳入计算中。

图2水泥炉工艺网络

2

结果与讨论

21计算结果验证

为验证计算结果，测试数据取自2017年国家建材工业水泥节能环保评价检验检测中心现场测试报告。试验生产水泥熟料3200吨/天。金刚集团旗下白山水泥有限公司这是一条线。可见，模型预测还是比较可靠的。

22熔炉系统的热预算

首先计算包括篦冷机、回转窑、消化池、五级悬浮预热器在内的水泥窑系统的热耗。系统中的四个节点对应于图2中的节点2至5。操作方法如下与普通水泥窑的热平衡计算面积一致。在此基础上，计算范围扩大到包括AQC锅炉、篦冷机、回转窑、裂解炉、五级悬浮预热器、SP锅炉、生料磨系统等七大机组的水泥窑系统成本。

图3比较了窑炉4节点系统的热收入和热消耗。黑色柱图包含熔炉系统的柱。其中953热量来自煤的燃烧热Qf，其余为燃烧原料和空气的显热Q0。有效热耗灰色柱形图中，熟料生成热Qcl,f最大，占总热耗的5338，由于干燥生粉中存在残余水分，对应1742kJ/kg和煤炭。占1~2，原料及煤粉进入窑干燥后产生的能量，蒸发剩余水分所需的热量为Qre，w189。预热器出口废气显热（Qpreh）和冷却器余风显热（Qc）分别占耗热量1886百巴和123百巴，将通过余热锅炉和冷却器进一步利用。初始水分干燥过程。原煤和原煤。其他热量消耗条纹柱图包括由于冷却机外熟料温度高出208，占热耗684%的炉体系统高温壁散热量Qs,lo，对应220kJ/kg，一般为110，因此熟料释放的显热Qcl占总耗热量的20%，占486，相当于煤粉未燃碳热损失Qb的195。总热量消耗相当于63kJ/kg。

图3比较了4节点系统的热量收入和支出。

图4比较了窑炉7节点系统的热收入和热消耗。可以看出，热量输入与图3相同，从5个灰色柱状图来看，有效耗热量为熟料生成热量占535，相当于1742kJ/kg。窑头和窑尾燃烧气体主要在AQC炉QAQC,st和SP炉QSP,st吸收产生蒸汽，分别占180燃烧气体总热耗的927和683。SP炉出口分别用于干燥原粉和原煤的初始水分，此热量Qdry占总支出的10%。511需要加热Qre,w189来蒸发剩余的水分。考虑到余热利用和物料干燥，热利用率提高到766，远高于图3的结果。

热损失图4中的6个白柱中，高温炉壁Qs，lo所占比例最大，占675，煤粉中未燃碳的热损失Qub占195。AQC炉QAQC、lo和SP炉QSP、lo的热损失分别占306和619，而出口熟料带走的显热Qcl仍占热量的487。熟料出口温度降低后仍可使用。

图4窑炉7节点系统热量收支对比

对比2017年国家建材工业水泥节能环保评价检验测试中心现场检测报告的测试值，可以看出基于节点的物质流和能量流。计算模型预测更加稳定。

23炉系统火用分析

为了从能量等级的角度分析热利用和损失，对窑炉7节点系统的火用消耗进行了比较，如图5所示。其中，熟料生产热量产生的火用消耗如下。它是最大的，有71个。为了使分析和比较清晰，图5仅显示了火用损失和其他火用支出，不包括熟料形成热消耗。我们可以看到，ExSP,st与SP和ExAQC,st与AQC的火用支出为661。而每一个都是725的比较大的火用支出。另外，原料破碎机和碎煤机中干燥物料Exdry的火用支出和预热器中干燥物料中残留水分的Exre,w分别占225和184。可以看出，熟料发电热、余热锅炉吸热、物料干燥的有效火用成本为8895，这意味着窑炉的火用效率相当高，因为废气温度越低，火用越高效率。它已折旧。

图5还显示了炉子七节点系统的火用损失。主要损失来自炉膛高温壁热释放Exs、lo，占417和259，以及燃料Exubc的不完全燃烧。冷却机的火用损失分别成熟。物料Excl,out的剩余火用为SP炉另一烟气温度ExSP,lo为180和AQC炉出口烟气温度ExAQC。lo为110，有比火用损失，分别为145和126。从节能的角度来看，这些损失具有可利用的价值。当前，水泥熔炼炉的节能工作应引起重视。

图5窑7节点系统火用收支对比

24节能潜力评估及技术措施

对炉系统的火用分析表明，高温炉壁散热造成的火用损失最大，相当于热浪费220kJ/kg。另外，由于煤粉中未燃碳的热损失为63kJ/kg，因此这两项的热损失折算成每吨熟料标准煤热量大约相当于97kg/t。这两种火用损失都是炉系统的高温损失，因此成为炉系统节能的重点。在低温余热情况下，从冷却器出来的熟料温度很高，可以通过增加冷却器的供风量约50倍来增加热量。即熟料的显热含量为79kJ/kg。SP炉出口热量180烟气含烟气余热51kJ/kg，除用于物料干燥外，还可利用208冷却器的低温余气。在C时，显热也为69kJ/kg。这种低温废热被转化为一吨熟食。该材料的标准煤发热量相当于68公斤/吨。如果在实际工程中有效利用高温、低温余热，可减少煤耗5kg/t以上。

从节能技术的角度来看，可以通过覆盖辐射换热器对高温墙体进行散热等措施来回收热量，如回转窑、三次风道等，但更好的解决方案是采用先进的绝缘材料。减少热量排放的技术。密封炉子的热部件以减少由于漏气而造成的热损失也非常重要。通过使用富氧燃烧等技术来提高劣质煤的燃烧速率和火焰点火温度，以解决燃料中未燃烧碳的热损失，可以实现高效燃烧。

关于烟气到SP的热损失，大约1/3的高温烟气热量没有得到有效利用，因此需要保证尽可能多的高温烟气流入SP。它是干燥物料以产生更多蒸汽的总体计划的基础。对于AQC炉出口处的110废气，110废气可能会进入连铸冷却器的第二冷区和第三冷区，提高冷却器的余温。这使得AQC能够同时实现出口废气的冷却和利用机器低温残余空气的热量。

上述分析主要针对燃煤消耗的能源，一般研究的水泥熔炉电耗为60-65kWh/t，折算为吨熟料电耗。对于目前的3200t/d熟料生产线，配备原料破碎机和高效辊压机，还有多项可以降低电耗的新技术，例如对于高效风机和永磁电机来说，效率每提高10以上，相当于降低电耗10kWh/t。此外，余热电厂发电量可达35-38kWh/t，可实现燃烧系统零电耗的目标。

三

因此

本文建立了基于节点法的工业炉的物质流和能量流计算模型。可以利用节能管控的监测数据，更准确地预测炉膛的物料流和能量流状态。同时提供

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