工业炉窑物质流和能量流匹配的节能原理分析
发布时间：2022-01-02 11:47
工业炉窑是我国的能耗大户,每年耗能约占全国总能耗的1/4。在能源日益紧缺、环境污染严重的今天,工业炉窑节能减排工作十分紧迫。工业炉窑的生产是不同设备、不同工序协同生产的一个过程,包含物质与能量在各个系统之间的转换与转移,因此工业炉窑的物质流和能量流分析是炉窑实现高能效和低排放的基础。一般的方法主要从炉窑的产品用能或余热利用角度来分析,未将工业炉窑作为一个系统,整体来考察物质流和能量流状况。基于节点计算法,从工业炉窑整体系统出发,建立一种工业炉窑物质流与能量流匹配的数学模型,获得了典型工业炉窑不同部位的能量收支情况;同时采用热力学第二定律的?分析方法研究炉窑系统的?损失,明确了炉窑节能的重点部位。采用该方法开展了3 200 t/d典型水泥炉窑的物质流和能量流分析计算,结果表明,水泥炉窑的热量损失主要包含高温损失与低温损失,其中高温损失主要是炉窑壁面散热损失与煤粉未燃尽的碳热损失,分别占6.84%与1.95%,?损失分别为4.17%与2.59%,有较大的节能潜力;低温热损失包含烟道尾部烟气的排烟热损失、出冷却机熟料带出的显热等,AQC炉和SP炉的热量损失各占3.06%和6.19%,?损失分...
【文章来源】：洁净煤技术. 2020,26(05)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
新型干法水泥熟料生产线工艺流程Fig．1Flowchartofnewdryprocesscementclinkerproductionline
中、低温段出来的热空气(350～400℃)进入AQC炉，降温至110℃后排放。图1中，还给出了可能在图1新型干法水泥熟料生产线工艺流程Fig．1Flowchartofnewdryprocesscementclinkerproductionline水泥炉窑上使用的新技术，包括节能管控平台、富氧煅烧、分级燃烧、微细颗粒物与CO2减排等设备［19］。1.2数学模型1.2.1流程网络图为了从数学上描述水泥熟料生产工艺流程的物质流与能量流，借鉴殷瑞钰院士提出的钢铁制造流程工序功能集合的解析思路［2］，采用图2的流程网络来描述水泥炉窑，图中的节点代表具有不同功能的装置，连接线是指节点之间的连接方式，例如管道、物料提升机、输送带等。图2将水泥炉窑的7个主要装置简化为7个节点，节点间的关系表达了不同装置之间的联系。外围的框图将所研究的炉窑系统与外界分割开，进出炉窑系统的物质流及其伴随的能量流用实线描述。炉窑不同部位由于热能散失的能量流用虚线描述，计算时并入各附近的节点。图2水泥炉窑流程网络Fig．2Flownetworkdiagramofcementfurnaceandkiln表1为进出图2炉窑系统的主要物质流与能量流情况。1.2.2物质流与能量流模型采用热力学第一定律来分析水泥熟料生产工艺流程不同装置间的物质流与能量流关系。在工业炉窑物质流分析中，一般将单位目标产品(如每kg水泥熟料产量)的物质流变量作为分析对象，因此定义mji，k=m·ji，km·p=m·ji，km·cl，(1)式中，mji，k为单位目标产品产量的k种物质流质量，kg/kg;m·ji，k为从节点j进入节点i的k
408008700010380021000030．6误差/%0．1610．60－15．107．500．571．962.2炉窑系统的热量收支本文首先计算了包含篦冷机、回转窑、分解炉、五级悬浮预热器等4个主要装置的水泥炉窑系统支出热量，该系统的4个节点对应图2的节点2～5，此方法与一般水泥炉窑的热平衡计算区域一致［13］。在此基础上，计算的区域被扩大到包含AQC锅炉、篦冷机、回转窑、分解炉、五级悬浮预热器、SP锅炉、生料磨系统等7个主要装置的水泥炉窑系统支出热量(图2)。图3为炉窑4个节点系统的收入热量与支出热量对比。炉窑系统的热量收入(黑色柱图)中，95．3%的热量来源于煤的燃烧热(Qf)，其他为原燃材料与空气的显热(Q0)。有效热量支出(灰色柱图)中，熟料形成热(Qcl，f)最大，占总支出热量的53．38%(相当于1742kJ/kg);由于干燥后的生料与煤中残余水分占1%～2%，因此干燥后生料和煤粉进入炉窑，蒸发残余水分需热量(Qre，w)1．89%。预热器出口废气显热(Qpreh)和冷却机余风显热(Qc)分别占支出热量的18．86%和12．3%(白色柱图)，其通过余热锅炉和生料、原煤的初始水分干燥过程，将得到进一步利用。其他支出热量(条纹柱图)包括:炉窑系统高温壁面散热(Qs，lo)，占支出热量的6．84%(相当于220kJ/kg);由于出冷却机的熟料温度较高(208℃，一般为110℃)，因此出口熟料带走的显热(Qcl，out)占总支出热量的4．86%(相当于159kJ/kg);煤粉的未燃尽碳热损失(Qub)占支出热量的1．95%(相当于63kJ/kg)。图3炉窑4个节点系统的热量收入与
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泥炉窑高能效低排放关键技术研发及应用进展[J]. 姚远,魏小林,陈立新,李森,谭厚章. 洁净煤技术. 2020(05)
[2]燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术研究进展[J]. 石朝亭,蔡军,任强强,吾慧星,马海军. 洁净煤技术. 2020(01)
[3]钢铁企业物质流与能量流及其相互关系[J]. 蔡九菊,王建军,陆钟武,殷瑞钰. 东北大学学报. 2006(09)
硕士论文
[1]水泥窑系统综合节能改造效果研究[D]. 李福通.华南理工大学 2015
[2]钢铁生产过程中物质流与能量流协同关系的研究[D]. 叶竹.东北大学 2014
[3]大型水泥生产线窑炉节能优化与控制研究[D]. 周元.湖南科技大学 2010
本文编号：3564120
【文章来源】：洁净煤技术. 2020,26(05)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
新型干法水泥熟料生产线工艺流程Fig．1Flowchartofnewdryprocesscementclinkerproductionline
中、低温段出来的热空气(350～400℃)进入AQC炉，降温至110℃后排放。图1中，还给出了可能在图1新型干法水泥熟料生产线工艺流程Fig．1Flowchartofnewdryprocesscementclinkerproductionline水泥炉窑上使用的新技术，包括节能管控平台、富氧煅烧、分级燃烧、微细颗粒物与CO2减排等设备［19］。1.2数学模型1.2.1流程网络图为了从数学上描述水泥熟料生产工艺流程的物质流与能量流，借鉴殷瑞钰院士提出的钢铁制造流程工序功能集合的解析思路［2］，采用图2的流程网络来描述水泥炉窑，图中的节点代表具有不同功能的装置，连接线是指节点之间的连接方式，例如管道、物料提升机、输送带等。图2将水泥炉窑的7个主要装置简化为7个节点，节点间的关系表达了不同装置之间的联系。外围的框图将所研究的炉窑系统与外界分割开，进出炉窑系统的物质流及其伴随的能量流用实线描述。炉窑不同部位由于热能散失的能量流用虚线描述，计算时并入各附近的节点。图2水泥炉窑流程网络Fig．2Flownetworkdiagramofcementfurnaceandkiln表1为进出图2炉窑系统的主要物质流与能量流情况。1.2.2物质流与能量流模型采用热力学第一定律来分析水泥熟料生产工艺流程不同装置间的物质流与能量流关系。在工业炉窑物质流分析中，一般将单位目标产品(如每kg水泥熟料产量)的物质流变量作为分析对象，因此定义mji，k=m·ji，km·p=m·ji，km·cl，(1)式中，mji，k为单位目标产品产量的k种物质流质量，kg/kg;m·ji，k为从节点j进入节点i的k
408008700010380021000030．6误差/%0．1610．60－15．107．500．571．962.2炉窑系统的热量收支本文首先计算了包含篦冷机、回转窑、分解炉、五级悬浮预热器等4个主要装置的水泥炉窑系统支出热量，该系统的4个节点对应图2的节点2～5，此方法与一般水泥炉窑的热平衡计算区域一致［13］。在此基础上，计算的区域被扩大到包含AQC锅炉、篦冷机、回转窑、分解炉、五级悬浮预热器、SP锅炉、生料磨系统等7个主要装置的水泥炉窑系统支出热量(图2)。图3为炉窑4个节点系统的收入热量与支出热量对比。炉窑系统的热量收入(黑色柱图)中，95．3%的热量来源于煤的燃烧热(Qf)，其他为原燃材料与空气的显热(Q0)。有效热量支出(灰色柱图)中，熟料形成热(Qcl，f)最大，占总支出热量的53．38%(相当于1742kJ/kg);由于干燥后的生料与煤中残余水分占1%～2%，因此干燥后生料和煤粉进入炉窑，蒸发残余水分需热量(Qre，w)1．89%。预热器出口废气显热(Qpreh)和冷却机余风显热(Qc)分别占支出热量的18．86%和12．3%(白色柱图)，其通过余热锅炉和生料、原煤的初始水分干燥过程，将得到进一步利用。其他支出热量(条纹柱图)包括:炉窑系统高温壁面散热(Qs，lo)，占支出热量的6．84%(相当于220kJ/kg);由于出冷却机的熟料温度较高(208℃，一般为110℃)，因此出口熟料带走的显热(Qcl，out)占总支出热量的4．86%(相当于159kJ/kg);煤粉的未燃尽碳热损失(Qub)占支出热量的1．95%(相当于63kJ/kg)。图3炉窑4个节点系统的热量收入与
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泥炉窑高能效低排放关键技术研发及应用进展[J]. 姚远,魏小林,陈立新,李森,谭厚章. 洁净煤技术. 2020(05)
[2]燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术研究进展[J]. 石朝亭,蔡军,任强强,吾慧星,马海军. 洁净煤技术. 2020(01)
[3]钢铁企业物质流与能量流及其相互关系[J]. 蔡九菊,王建军,陆钟武,殷瑞钰. 东北大学学报. 2006(09)
硕士论文
[1]水泥窑系统综合节能改造效果研究[D]. 李福通.华南理工大学 2015
[2]钢铁生产过程中物质流与能量流协同关系的研究[D]. 叶竹.东北大学 2014
[3]大型水泥生产线窑炉节能优化与控制研究[D]. 周元.湖南科技大学 2010
本文编号：3564120
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