《水泥熟料烧成系统煤效分析研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
分类号：TP273密级：公开磨J匆Z驴单位代码：10427学号：2011010227硕士学位论文水泥熟料烧成系统煤效分析研究研究生姓名导师姓名姚传波王孝红学科(领域)控制理论与控制工程申请学位类别工学硕士答辩时间2014年5月24日 ResearchOHCoalEffectofCementClinkerBurningSystem弘oChuanBoUndertheSupervisionofWANGXiaoHongAThesisSubmittedtotheUniversityofJinanInPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringScienceUniversityofJinanJinan，Shandong，ER．ChinaMay，2014 原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：舷次日期：刊譬箩，关于学位论文使用授权的声明本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。口保密(年，解密后应遵守此规定)论文作者签名：狄导师签名：日期．别牛·劈巧 济南大学硕士学位论文目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．3课题研究的目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．4本文主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3第二章水泥烧成系统工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一52．1水泥烧成系统的构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．2水泥烧成系统煤效影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72．2．1原燃料状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．2．2熟料控制指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．2．3系统设计合理性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．2．4系统操作水平⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8第三章水泥烧成系统煤效分析研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．93．1烧成系统参数采集与计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．93．1．1物料化学成分分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯93．1．2煤粉工业分析⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．103．1．3质量参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。163．1．4压力参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163．1．5体积参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．173．1．6温度参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l3．1．7烟气成分参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．283．1．8热容参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．283．1．9密度参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．333．1．10含尘浓度参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯333．1．1l系统表面散热参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．1．12其它参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34 水泥熟科烧成系统煤效分析研冗．3．2物料和热平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．2．1物料平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．353．2．2热平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．383．2．3热效率计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．423．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42第四章煤效分析软件设计与工程应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯434．1煤效分析软件设计与实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯434．1．1软件使用权限⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．434．1．2数据采集及滤波⋯⋯⋯⋯●⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。444．1．3数据计算及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一484．1．4数据显示及查询⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5l4．1．5软件管理及维护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一534．2工程实例分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯544．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58第五章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．595．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．595．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯59参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6l致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一65附勇毛⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一67II 济南大学硕士学位论文摘要水泥工业是重点耗能工业，水泥熟料烧成系统是水泥生产的主要能耗环节，水泥熟料烧成系统以煤炭为能源，煤炭燃烧提供生料分解、熟料烧成所需的热量。熟料煤耗和热效率是烧成系统的关键参数。水泥企业一般会根据分解炉、回转窑用煤量和熟料产量来计算熟料煤耗，但是烧成系统热效率无法实时得到，煤粉的利用效率也无法进行精确的计算，针对熟料烧成系统热量流向、流量、热效率及煤粉利用效率无法实时获取的问题，对烧成系统煤效进行深入研究。首先，确定整个烧成系统的构成和影响煤效的因素，影响煤效高低的因素一般有原料和燃料状况、熟料控制指标、系统设计合理性、系统操作水平及运行状况等。从热量角度出发，基于物料平衡和热平衡原理进行煤效分析计算，计算所需要的基础数据来源于工业现场的实时运行数据，计算参数包括物料化学成分分析、煤粉工业分析、质量参数、压力参数、体积参数、温度参数、烟气成分参数、热容参数、密度参数、含尘浓度参数、系统表面散热参数和其它参数，有些参数可以直接从现场获取，但是也有很多参数无法获取，对这些参数建立模型算法或参考权威资料进行计算或估算。通过一系列数据计算可以得到整个烧成系统物料流向和大小、热量的流向和流量以及烧成系统热效率。其次，通过对烧成系统各个环节的热量流量大小分析发现，烧成系统热量主要来源是燃料燃烧，热量主要去向是熟料形成热、预热器出口废气显热和窑头AQC余热锅炉进风显热。燃料燃烧热量与煤粉流量和煤粉热值有关，针对煤粉热值无法实时获取的问题，通过分析分解炉的工况计算煤粉低位热值的在线校正值。熟料形成热大小与熟料成分有关，针对熟料成分无法实时获取的问题，开发远程网页录入的功能，化验员将每次化验数据准时录入远程数据库供煤效分析软件调用。预热器出口废气显热与预热器出口废气量和出口废气温度有关，根据高温风机进风量来计算预热器出口废气量，双系列五级旋风预热器一般会有四个预热器出口废气温度测点，为得到一个准确的温度监测值，运用自适应分批估计算法将四个监测值融合为一个值，作为预热器出口废气温度值。窑头余热锅炉进风显热主要与窑头余热锅炉进风量和进风温度有关，根据窑头排风机风量来估算窑头余热锅炉进风量，进风温度数据取自工控系统。最后，基于各个参数的模型算法开发煤效分析软件，实时计算烧成系统各环节热量大小和热效率高低，实时监测热量流向及流量。llI 水泥熟料烧成系统煤效分析研究煤效分析软件应用于工业现场，不仅能够提供良好的网页浏览监控的功能，而且能够实时计算现场的风量、物料量、热量及热效率的大小，为调度员优化调度和操作员优化控制提供数据支持。关键词：水泥；熟料烧成系统；煤效；热效率 济南大学硕士学位论文AbstractCementindustryisthekeyenergy-consumingindustries，cementclinkerburningsystemisamajorpartoftheenergyconsumptionandasacoal-firedenergysystem，coalisburnedtoprovidetherawmaterialdecompositionandclinkerburningrequiredheat．Clinkercoalconsumptionandthermalefficiencyarekeyparametersinclinkerburningsystem．Cementcompaniesgenerallycalculatetheclinkercoalconsumptionbasedoncalcinercoalproduction，kilncoalproductionandclinkerproduction，buttheburningsystemthermalefficiencyCannotbeobtainedinrealtimeandthepulverizedcoalutilizationefficiencyCallnotbeaccuratelycalculated．Baseontheproblemsthatheatflow，thethermalefficiencyandpulverizedcoalutilizationefficiencyoftheclinkerburningsystemcannotbeobtainedinrealtime，thispaperconductedin-depthpulverizedcoalutilizationefficiencyoftheclinkerburningsystem．Firstlyidentifiedoverallclinkerburningsystemstructureandthefactorsthataffectthecoalefficiency．Thefactorsthataffectthecoalefficiencyincluderawmaterialsandfuelconditions，clinkercontrolindicators，rationalityofsystemdesign，thelevelofsystemoperationandoperatingconditionsandSOon．Fromthepointofviewofheat，coalefficiencyanalysiswasbasedonmaterialbalanceandthermalequilibriumprinciple．Thebasicdataarereal-timedatafromtheindustrialfieldincludinganalysisofthechemicalcompositionofmaterials，coalindustryanalysis，qualityparameters，pressureparameters，volumeparameters，temperatureparameters，fluegascompositionparameters，theheatcapacityparameters，densityparameters，dustconcentrationparameters，surfacecoolingsystemsandotherparameters．SomeparametersCanbeobtaineddirectlyfromthesite，buttherearemanyparametersthatCannotbeobtaineddirectly．Inordertogettheseparametersthatcannotbeobtaineddirectly,weconductmanymodelingalgorithmorreferauthoritativeinformationtocalculateorestimatetheseparameters．Throughcalculatingaseriesofdata，wecangetthewholeflowofmaterialsandsizes，heatflowandburningsystemthermalefficiency．Throughanalysisonallaspectsofthesystemheatflow，wefoundthatthemainheatsourceisfuelcombustionheat，themainheatwhereaboutsishotclinkerformation，preheaterexitgassensibleheatandwasteheatboilerinletAQCsensibleheat．FuelcombustionheatisV 水泥熟料烧成系统煤效分析研究relatedtocoalflowandcoalcalorific．DHetothecoalcalorificvaluecannotbeobtainedinrealtime，wegottheonlinecorrectioncalorificbyanalyzingworkingconditionsofcalciner．Clinkerformationthermalisrelatedtoclinkercomponents．Basedonnotreal-timeaccessforclinkercomposition，wehavedevelopremotewebentryfunction．Thelaboratorytechnicianswillimporteachassaydataontimebyremotewebtoremotedatabaseinordertocalledbyanalysissoftware．Preheaterexitgassensibleheatisrelatedtothepreheaterexitgasandexportgastemperature．Accordingtohightemperaturefaninletflow,wecancalculatetheamountofpreheaterexhaustgas．Twoseriesoffivecyclonepreheatergenerallyhavefourpreheaterexitgastemperaturemeasurementpoints．Togetanaccuratetemperaturemonitoringvalue，weusedtheadaptiveestimationalgorithmthatfusesfourvaluestoavalueasapreheatinggasoutlettemperature．ThewasteheatboilerinletAQCsensibleheatisrelatedtoairflowandairtemperature．Accordingtothekilnexhaustfanairflow，wecanestimatetheamountofkilnwasteheatboilerinlet．InletairtemperaturedataWastakenfromindustrialcontrolsystems．Basedonthemodelalgorithmsoftheparameters，coalefficiencyanalysissoftwarewasdeveloped．Thesoftwarecancalculatetheenergyandthermalefficiencysizeandmonitortheenergyflowsandflowsinrealtime．Coaleffectanalysissoftwarehasbeenusedintheindustrialfield．Thesoftwareisnotonlytoprovideagoodwebbrowsingmonitoringfunctions，butalsoreal-timecalculationaboutamountofwindsite，theamountofmaterial，energyandthermalefficiencysizetohelpdispatcheroptimalschedulingandoperatoroptimalcontr01．KeyWords：cement；clinkerburningsystem；coaleffect；thermalefficiencyVI 济南大学硕士学位论文1．1研究背景第一章绪论水泥工业是我国经济发展的基础工业，随着经济社会的发展，我国对水泥的需求量在逐年增加。统计发现：2013年全国硅酸盐水泥熟料产量13．6亿吨，较2012年同比增长6．5％；水泥产量24．2亿吨，较2012年同比增长9．2％【¨。随着水泥产量的增加，水泥工业对能源的消耗也在不断增加，“十二五”规划提出：至U2015年，我国要累计节约能量达到6．7亿吨标准煤，建材等重点耗能行业单位工业增加值能耗要1土2010年下降20％t引。水泥工业在建材行业中占有较高的能源消耗，所以降低水泥工业的能源消耗是降低建材行业能耗的重中之重。同时，水泥生产过程中会产生大量的颗粒物、氮氧化物和二氧化碳，水泥行业便成为工业领域节能减排的重点和难点。“十二五”规划又提出：到“十二五”末，水泥颗粒物排放在2009年基础上降低50％，氮氧化物在2009年基础上降低25％，二氧化碳排放强度进一步下降【2】。降低水泥行业废气排放量对我国实现能源消耗目标和工业可持续发展起着重要的作用，水泥行业废气排放量大小与煤炭消耗量直接相关，减小煤炭消耗量，提高煤炭利用效率，对降低废气排放量有着直接的作用，因此，研究水泥行业煤炭使用情况以及煤炭利用效率是降低废气排放量、提高能源利用的关键。通过开展水泥熟料烧成系统煤效分析研究，掌握水泥工业煤炭使用情况，分析煤炭使用效率，采取相应节煤措施，为降低熟料煤耗、水泥能耗，进而降低废气排放量指明方向【3。81。1．2国内外研究现状为实现水泥行业的低能耗、低排放生产，国内外水泥行业都进行了深入的研究，其中包括对水泥工艺的革新和设备的改造，如增加旋风筒的级数，提高旋风筒的分离效率，减少漏风量，降低废气排气量和减小系统表面热损失。减小旋风筒的结构体积，降低框架高度和设备重量，改进旋风筒的结构形状，合理匹配各级旋风筒的尺寸比例和空间位置等。为便于企业掌握能源利用情况，国内外研究机构开发了一些工具软件，如水泥能效对标和节能分析工具(BESTCement，通过与参考水泥企业能源效率的对标，来评估企业的能源效率)和工艺加热评估和调查工具(PHAST，使用现场收集的数据，可以生成显示能源使用和损失情况的热平衡表，确定主要的热损失环节，并确定需要采取的降低热损失的措施)。BESTCement软件是从水泥生产能耗的角度进行对标管理，学习先 水泥熟料烧成系统煤效分析研究进企业，来提高企业的能效水平，而PHAST软件是从水泥生产能量(热量和电量)的平衡角度考虑，找到提高能量利用效率的方式方法。不仅在工艺革新、设备改造、工具软件开发方面，国内外水泥行业在工艺理论研究、先进控制算法实现等方面也进行了大量的研究，文献【9】通过对热工检测数据分析得出预热器出口废气热损失对熟料热耗的影响，文献【10】从熟料形成热与原材料成分关系角度，运用各种现代分析测试手段：热重．差热分析仪(TG．DTA)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射分析仪(XRD)等，研究了熟料形成热的计算方法及影响因素。文献【11】运用灰色理论来分析熟料烧成热耗与现场控制参数的关系。文献【12】运用模拟计算法、统计学方法，以熟料单位热耗和28天抗压强度为目标建立热耗模型和强度模型，分析了热耗和强度的主要影响因素。文献[131基于三传一反的原理，建立高固气比预热预分解全窑系统热力学模型，实现对系统的热力学仿真计算。文献[14】以煤粉的燃尽时间为基本的参数建立分解炉内煤粉燃烬率数学模型，并基于能量和质量平衡原理建立碳酸钙分解率数学模型。文献[15．16]分别对5000t／d和2500t／d水泥生产线进行热工标定并分析，提出了一些降低能耗提高产量的措施。在自动控制方面，以熟料烧成系统为例，研究包括回转窑窑尾生料喂料量的自动控制、回转窑转速的控制、分解炉喷煤量自动控制等[17-23】。通过对大量文献的阅读和分析发现，在能源监测与管理方面水泥行业还处于初级建设阶段，尤其是对烧成系统煤粉利用、能量实时流向与流量、热效率实时监测等方面研究还很少，所以本课题针对水泥熟料烧成系统的煤粉利用效率进行分析并开发煤效分析软件实现对水泥烧成系统能源的实时监测。1．3课题研究的目的及意义当前，我国的水泥工业发展与世界先进国家相比还有一定的差距，体现在水泥生产控制方面和水泥生产能源监测方面，本课题的研究主要集中在水泥生产能源监测方面。水泥熟料烧成系统是煤炭利用的主要环节，通过对煤炭燃烧产生热量的流向及流量的实时监控，了解烧成系统的用能状况，计算烧成系统的热效率，达到水泥生产能源监测的目的，根据能源监测结果采取相应的节能措施，最终降低熟料能耗。1．4本文主要工作论文第一章是绪论，主要介绍了课题的研究背景，我国水泥工业发展及节能减排现状，还介绍了水泥熟料烧成系统煤效分析的国内外研究现状以及课题研究的目的及意 济南大学硕士学位论文义。论文第二章介绍了水泥熟料烧成系统工艺及烧成系统煤效的影响因素。论文第三章对水泥熟料烧成系统煤效进行了深入研究，包括烧成系统参数采集和计算、物料和热平衡计算以及工程实例分析。论文第四章详细介绍了煤效分析软件的设计和实现。论文第五章对水泥熟料烧成系统煤效分析研究进行了总结和展望。1．5本章小结本章主要介绍了水泥工业发展及节能减排状况、水泥熟料烧成系统煤效分析的国内外研究现状以及课题研究的目的及意义，最后总结了本文的主要工作。 水泥熟料烧成系统煤效分析研究4 第二章水泥烧成系统工艺研究2．1水泥烧成系统的构成新型干法水泥生产烧成系统由预热器、分解炉、回转窑和冷却机四部分构成。其中生料的煅烧流程为：预热器完成生料的预热和预分解，分解炉实现生料的分解，分解率达到95％以上，减少了回转窑的负担。回转窑实现生料的完全分解和熟料的烧成，烧成的熟料在冷却机的冷却作用下，形成低温熟料。空气的流向与生料的流向相反，冷却机风机吹出的冷空气在冷却完熟料后，中高温部分气体一部分作为二次风进入窑内提供助燃空气，一部分作为三次风进入分解炉内提供助燃空气，一部分进入窑头AQC余热锅炉进行发电。低温部分直接进入窑头电收尘然后排入大气。二次风和三次风最终在分解炉内混合，然后经过多级预热器到达预热器出口，由于废气温度较高，一部分进入窑尾SP余热锅炉进行发电，一部分进入生料磨对生料预热，还有一部分会进入煤磨，对煤粉预热，最后经除尘处理后由窑头排风机排入大气1241。具体工艺设备及物料和空气流向如图2．1所示。图2．1水泥烧成系统设备和工艺流程图冷却机、▲熟科 水泥熟料烧成系统煤效分析研究(1)悬浮预热器悬浮预热器是水泥烧成系统的重要的热交换装置，新建设的水泥生产线一般设置双系列五级悬浮预热器，这不仅提高了熟料产量，同时也降低了能源消耗。在预热器实现了气固换热，即低温生料与高温热气的热交换。首先生料粉由窑尾的斗式提升机提到一级预热器进料管口，之后投入窑内与处于上升状态的气体进行热交换，随后生料被吹入二级预热器的旋风筒内，再在二级预热器的下料管与热气体进行热交换并部分分解，进入三级预热器旋风筒内，同样的顺序经过四级预热器，之后进入分解炉，炉内煤粉燃烧放出的热量用于生料分解，分解后的生料随热空气进入五级旋风筒，最后进入回转窑内。在这个过程中，生料粉与热气流接触，随着预热器级数的增多，热交换面积增大，传热效果就更好。(2)分解炉分解炉是水泥烧成系统中重要的物料分解设备，经历了由无到有，由离线式到在线式分解炉的发展历程，预分解窑的诞生推动了新型干法水泥生产线的发展和完善。分解炉位于悬浮预热器和回转窑之间，实现了入窑生料的大部分分解，一方面提高了熟料的生产效率，另一方面减轻了回转窑的负担。烧成系统有两大热源，一个是回转窑，另一个就是分解炉。分解炉与回转窑的燃料比大约是6：4，当然不同的现场比例是不同的，分解炉完成了物料的分解，分解率达到95％以上。操作员观察分解炉出口温度，来调整分解炉喷煤量，保证温度在一定范围内波动，既能稳定烧成系统的工况，又能节约煤炭，提高热效率。分解炉性能的高低不仅影响着回转窑的烧成性能，同时影响着熟料的产量。维持炉内风、煤、料的平衡，不仅需要高超的操作经验，同时还需要稳定的工况，使炉内煤粉能够完全燃烧，减少化学和机械不完全燃烧损失，降低一氧化碳的排放量，提高物料的分解效率，增加熟料的产量。(3)回转窑回转窑是水泥烧成系统的最关键和最核心的设备，通过回转窑的生料经过高温煅烧最终形成熟料。煤粉从窑头喷煤管进入，物料从窑尾进入，物料在由窑尾到窑头流动的过程中温度不断升高，最终在烧成带形成熟料。回转窑内煤粉燃烧空气来源有三方面，一方面是窑头一次风机提供的净风，用于提供助燃空气，另一方面是窑头罗茨鼓风机，随煤粉一起吹入窑内，第三方面是来自冷却机的二次风。煤粉在窑内剧烈燃烧，放出足够的热量使生料完全分解，最终生成熟料。回转窑由窑尾到窑头分为干燥带、预热带、过渡带、烧成带、冷却带。过渡带的主要任务是物料升温及部分碳酸盐分解和固相反应。6 济南大学硕士学位论文3(CaO·A1203)+2CaO一5CaO·3A1203(900-950。C)2CaO+Si02专2CaO·&02(1000。C)3(2CaOoFe203)+5CaO·3A1203+CaO-．+3(4CaO*A1203gee203)(1200-1300。C)5CaO·3A1203+4CaOj3(3Ca0·A12Q)(1200—1300。C)烧成带主要形成熟料中的主要矿物C3S，f—CaON吸收，完成熟料的最后烧成任务。GS的反应式如下：2CaO．Si02+CaOj3CaO·&q0280-1450。C)(4)冷却机冷却机的主要作用是完成熟料的冷却。熟料由窑头落到冷却机篦板上，随着篦板的移动往前推动。冷却风机提供的高压冷风由冷却机下方往上吹出，使熟料得到瞬间的冷·却，即淬冷。冷却机篦板上的熟料厚度不能太厚，不然影响冷却效果，同时也不能太薄，会降低冷却机的效率。冷却熟料后的空气温度很高，一部分作为二次风、三次风分别进入回转窑和分解炉，另一部分进入窑头余热锅炉进行发电，还有一部分低温气体直接经收尘后排入大气‘251。2．2水泥烧成系统煤效影响因素水泥烧成系统煤效，即煤粉的利用效率。工业现场对煤粉消耗高低的衡量标准主要是熟料实物煤耗。在煤粉热值基本不变的情况下，熟料实物煤耗高，说明生产单位熟料消耗煤粉量大，煤粉的利用效率低，相反，熟料实物煤耗低，则生产单位熟料消耗煤粉量小，煤粉的利用效率高。工业现场分解炉喷煤量和窑头喷煤量的大小就直接决定了烧成系统用煤量的多少。烧成系统煤效的影响因素有很多，一般有原燃料状况、熟料控制指标、系统设计合理性、系统操作水平等。2．2．1原燃料状况水泥原料包括很多，如石灰石、砂岩、页岩、转炉渣、高炉矿渣、粉煤灰、电石渣和煤矸石等，将各种原料预均化后再按照一定配比混合、粉磨形成生料。衡量生料易烧还是难烧的指标是生料易烧性，生料易烧性越好，则生料就越好烧，需要的热量就越少，热耗就低，耗煤量少：生料易烧性越差，则生料就越难烧，需要的热量就越多，热耗就 水泥熟料烧成系统煤效分析研究高，耗煤量多。目前水泥生产主要的燃料是煤炭，有烟煤、无烟煤、泥煤等。对不同的煤质按照一定的配比进行混合，保证入窑煤粉成分的稳定。总之，稳定的原料和燃料成分是生产工况稳定的前提，稳定的生产工况能够降低烧成的热耗，提高煤效。2．2．2熟料控制指标熟料控制指标包括熟料三率值、熟料强度等，熟料三率值指石灰石饱和比、硅率和铝率。工业现场根据熟料控制指标确定生料控制指标，不同的生料控制指标对应不同的生料成分，所以稳定熟料控制指标，可以稳定生料成分，而生料成分稳定是生产工况稳定的前提，稳定的生产工况能降低煤耗。2．2．3系统设计合理性烧成系统包括预热器、分解炉、回转窑和冷却机。系统设计合理性，如回转窑大小的选择决定了熟料的产量，冷却机大小的选择决定了冷却机的冷却能力等。合理的系统设计可以降低能耗，但不合理的系统设计会增加能耗，如预热器级数越高，出预热器废气温度就越低，物料换热效果就更好，但是级数越高，预热器系统表面散热量就越大，系统漏风量就越大。所以进行合计的系统设计能够降低热耗，提高煤效。2．2．4系统操作水平系统的操作水平指的是中控操作员的操作水平。不同的操作员有着不同的操作水平，对于操作水平高的操作员，系统的能耗会因他的精准操作趋于很低，但对于操作水平一般的操作员，系统的能耗会因他较差的操作敏感性而趋于很高。如根据分解炉出口温度来调整分解炉喷煤量，但分解炉出口温度波动很大时，水平高的操作员能够适当并精准的调整分解炉喷煤量来使分解炉出口温度趋于稳定，但水平低的操作员可能需要调整很长时间，期间分解炉喷煤量时大时小，直接导致煤耗增高，热耗增高，煤效降低。2．3本章小结本章对水泥熟料烧成系统的构成和煤效的影响因素进行了概述。了解并掌握水泥烧成系统的构成和运行机理及工艺是课题研究的基础，确定煤效的影响因素为煤效研究指明了研究重点和方向。 济南大学硕士学位论文第三章水泥烧成系统煤效分析研究水泥熟料烧成系统的煤效分析研究从煤粉燃烧放热角度入手。不论煤粉入回转窑还是入分解炉，最终都是燃烧放热提供熟料烧成所需要的热量，先确定烧成系统各环节热量的流向，再通过煤效分析软件实时采集现场参数，计算烧成系统各环节热量的流量和烧成系统的热效率，最后根据烧成系统热量流向和流量并结合具体工艺参数，分析如何提高热效率。3．1烧成系统参数采集与计算烧成系统物料平衡和热平衡实时计算需要采集的参数分为物料化学成分分析、煤粉工业分析、质量参数、压力参数、体积参数、温度参数、烟气成分参数、热容参数、密度参数、含尘浓度参数、系统表面散热参数和其它参数，很多参数可以现场实时采集，但也有很多参数因为没有现场测量设备无法实时采集，只能根据经验或历史数据回归分析得到。3．1．1物料化学成分分析物料是水泥生产的必备条件，水泥生产中用到的物料多种多样，如石灰石、砂岩、页岩、转炉渣、高炉矿渣、粉煤灰、电石渣和煤矸石等，将各种原材料预均化后再按照一定配比混合、粉磨形成生料。生料成分的稳定决定了烧成系统工况的稳定，只有稳定的生料成分才能烧出更好的熟料，节约更多的电力和煤炭等资源。所以生料的化学成分分析很重要，有些工业现场已经安装了生料在线分析仪，实时的分析生料的化学成分，计算生料三率值，同时在生料磨出口会安装荧光分析仪，每一个小时化验一次出磨生料的化学成分，然后化验室根据熟料的成分和强度确定生料的三率值，生料在线分析仪根据生料三率值指标自动调整原材料的配比。同样，熟料的化学成分更加重要，熟料化学成分变化决定了生料的成分，所以熟料三率值以及熟料强度是最重要的参数。同时还包括煤灰和飞灰的化学成分，对熟料成分和强度也起到一定的作用。生料化学成分可以取自荧光分析仪数据，熟料化学成分、煤灰成分和飞灰成分则需要化验室定期化验得到。表3．1中举例列出了物料化学分析的项目和成分数据。9 水泥熟料烧成系统煤效分析研究表3．1物料化学分析3．1．2煤粉工业分析新型干法水泥生产所需要的热量来源于煤粉燃烧，煤粉燃烧放热多少与煤粉成分有关，煤粉成分的变化不仅影响着烧成系统工况的稳定，同时影响着系统烧成效率的高低。工业现场用的煤粉一般都是烟煤，一方面提供了烧成需要的足够热量，另一方面提供了熟料组成中需要的部分成分。目前，工业现场对煤粉的化验还是以化验室化验为主，一般4个小时化验一次，一天6次。但是面临的问题是：由于取样时间和化验时间存在滞后，化验的结果无法表示当前煤粉的成分变化，也就不能实时监测煤粉成分的变化，其中尤其是煤粉低位热值的变化。表3．2举例列出了煤粉工业分析的项目和工业分析数据。表3．2煤粉工业分析煤粉低位热值是煤粉工业分析中重要的参数，随着煤粉利用量的增加，煤粉低位热值也是在实时变化的，对烧成系统的热工分析需要用到煤粉低位热值，所以如果能够得到煤粉低位热值的实时值将能够更加准确的计算煤粉燃烧放热量。煤粉燃烧主要在分解炉和回转窑内进行。在分解炉内，燃料的燃烧放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程在悬浮态或流化态下极其迅速地进行，进而使入窑生料的分解率达到85％～90％。生料分解、煤粉燃烧及热量传递过程在分解炉内完成，其中煤粉燃烧反应最为重要，要保证风、煤粉、物料的充分混合和平衡，要求煤粉充分并迅速燃烧， 济南大学硕士学位论文放出充分的热量使生料吸收，完成碳酸钙的分解。同时煤粉燃烧是复杂的过程，它不仅受到分解炉结构的制约，还受到煤粉特性的影响。煤粉的着火和燃烬是分解炉内煤粉燃烧需要注意的关键问题。又分解炉用煤和回转窑用煤均来自同一磨机，煤粉低位热值基本相同，所以通过分析分解炉的工况得到煤粉低位热值的在线校正值，作为分解炉和回转窑煤粉的实时低位热值。通过分析分解炉内部结构、入炉生料的分解机理和入炉煤粉的燃烧机理，结合操作员的经验，认为分解炉工况变化的影响因素包括：生料流量的波动、煤粉流量的波动和三次风量的波动，同时还包括生料成分和生料三率值变化、煤粉成分和煤粉低位热值的变化以及三次风温的波动。由于生料成分、生料三率值、煤粉成分取决于原燃料状况，且认为它们是稳定的干扰因素。通过分析生料下料量、三次风量、三次风温、分解炉出口温度、分解炉喷煤量与煤粉低位热值的变化关系，确定煤粉低位热值的变化趋势和大小，计算煤粉低位热值的在线估计值。现场操作员根据分解炉出口温度的高低来调整入炉煤粉量，使分解炉炉内温度保持在880℃～900。C。首先判断分解炉出口温度的变化趋势，然后再判断影响分解炉出口温度变化的其它参数的变化，最后得出煤粉低位热值的变化趋势。以前一周期的煤粉低位热值为基准值，进行递增或递减变化，做到实时调整煤粉低位热值的大小。操作员根据煤粉低位热值的变化，在调整分解炉喷煤量时，热值高的煤粉喷煤量就要少些，相反，热值低的煤粉喷煤量就多些。操作员可以对喷煤量的大小有一个相对准确的估量，从而达到降低煤耗的目的【26。21。要判断煤粉低位热值的变化情况，首先要确定反映煤粉低位热值变化的各个分解炉燃烧工况。假定分解炉的热效率不变，各个工况如下：。工况l生料下料量、三次风量和三次风温不变时，煤粉低位热值与分解炉出口温度、分解炉喷煤量的关系。(1)分解炉出口温度升高，如果分解炉喷煤量降低或不变，则煤粉低位热值升高；如果分解炉喷煤量升高，则煤粉低位热值认为不变。(2)分解炉出口温度降低，如果分解炉喷煤量升高或不变，则煤粉低位热值降低；如果分解炉喷煤量也降低，则煤粉低位热值认为不变。(3)分解炉出口温度不变，如果喷煤量升高，则煤粉低位热值降低：如果喷煤量降低，则煤粉低位热值升高；如果喷煤量不变，则煤粉低位热值认为不变。工况2分解炉喷煤量和三次风量、三次风温不变时，煤粉低位热值与生料下料量、分解炉出口温度的关系。 水泥熟料烧成系统煤效分析研究(1)分解炉出口温度升高，如果生料下料量升高或不变，则煤粉低位热值升高；如果生料下料量降低，则煤粉低位热值认为不变。(2)分解炉出口温度降低，如果生料下料量升高，则煤粉低位热值认为不变：如果生料下料量降低或不变，则煤粉低位热值降低。(3)分解炉出口温度不变，如果生料下料量升高，则煤粉低位热值升高；如果生料下料量降低，则煤粉低位热值降低；如果生料下料量不变，则煤粉低位热值认为不变。工况3生料下料量与分解炉喷煤量、三次风温不变，煤粉低位热值与三次风量、分解炉出口温度的关系。(1)分解炉出口温度升高，如果三次风量升高或不变，则煤粉低位热值升高；如果三次风量降低，则煤粉低位热值认为不变。(2)分解炉出口温度降低，如果三次风量升高，则煤粉低位热值认为不变；如果三次风量降低或不变，则煤粉低位热值降低。(3)分解炉出口温度不变，如果三次风量升高，则煤粉低位热值升高；如果三次风量降低，则煤粉低位热值降低；如果三次风量不变，则煤粉低位热值认为不变。工况4生料下料量与分解炉喷煤量、三次风量不变，煤粉低位热值与三次风温、分解炉出口温度的关系。(1)分解炉出口温度升高，如果三次风温降低或不变，则煤粉低位热值升高；如果三次风温升高，则煤粉低位热值认为不变。(2)分解炉出口温度降低，如果三次风温降低，则煤粉低位热值不变：如果三次风温升高或不变，则煤粉低位热值降低。(3)分解炉出口温度不变，如果三次风温升高，则煤粉低位热值降低；如果三次风温降低，则煤粉低位热值升高；如果三次风温不变，则煤粉低位热值认为不变。生料下料量、三次风温、分解炉出口温度、分解炉喷煤量等数据来自集散控制系统(DistributedControlSystem，DCS)，但是工业现场一般不会有三次风量的计量，所以三次风量需要计算得到。三次风是出冷却机热风的一部分(出冷却机热风分为4部分，分别是冷却机余风、进入窑头余热锅炉风、二次风和三次风)，通过计算冷却机总进风量、冷却机余风、进入窑头余热锅炉风和二次风，进而得到三次风量。分解炉内气体量包括分解炉煤粉燃烧烟气量、生料分解产生的二氧化碳量和窑尾烟气量。(1)冷却机总风量计算根据风机特性，风机风量与风压存在以下关系： 济南大学硕士学位论文Q,／Q：=丽(3．1)其中，Q1是实际工况下风机风量，m3／h；Q是风机的额定风量，m3／h；q是实际工况下风机风压，Pa；必是风机的额定风压，Pa。实际工况下的风机风压来自现场DCS，风机的额定风量和风压来自风机的铭牌数据，将Q、q、皿带入式(3．1)，得到实际工况下的风机风量Q为g=Q×4—H,I—H：(3．2)利用式(3．2)分别计算各个冷却风机的风量，再叠加计算冷却机的总风量为巧。(2)--次风量计算根据窑头排风机风量计算冷却机余风量、进入窑头AQC余热锅炉风量分别为哳和％，又根据二次风和三次风的分配比例墨：岛，可得到三次风量为巧2瓦刍可×(吩一(％+％))(3．3)(3)分解炉煤粉燃烧烟气量计算标准状况下，单位煤粉燃烧需要的理论空气量为K=o．24Q哪／1000+0．5(3．4)同时，单位煤粉燃烧产生的理论烟气量为％=0．21线，。／1000+1．65(3．5)其中，Q乱盯是煤粉低位热值，kJ／kg。所以实际烟气量为．K=％+(口一1)xK(3．6)其中，口是过剩空气系数；K是标况下单位煤粉燃烧产生的实际烟气量，Nm3／延。根据理想气体状态方程昱×蛭／互=墨×巧／石(3．7)将标准状况下烟气量K换算为实际工况下的烟气量K。所以，分解炉煤粉燃烧产生的烟气量为 ％=Kxmfm(3．8)其中，肌伽为分解炉喷煤量，kg／h；圪是实际工况下单位煤粉燃烧产生的实际烟气量，m3／l(g。(4)生料分解产生二氧化碳计算标准状况下，生料中碳酸盐分解放出二氧化碳为吃=(44／56)x(C。／100)+(44／40．3)x(C鹕／100)(3．9)其中，巳是熟料中碳酸钙的比例，％；(★是熟料中碳酸镁的比例，％；％是生产单位熟料所需的生料分解放出的二氧化碳量，Nm3／kg。根据方程(3．7)计算实际工况下生产单位熟料所需的生料分解放出的二氧化碳量为K，，所以，生料碳酸盐分解放出的二氧化碳量为圪o：一％×他／k(3．10)其中，豫是生料下料量，kg／h；k是生料与熟料的折算比例。(5)窑尾烟气量计算窑尾烟气是指回转窑内煤粉燃烧产生的烟气量，根据式(3．4)、(3．5)、(3．6)、(3．7)计算得到实际工况下窑尾烟室烟气量为％=K×7‰(3．11)其中，‰为窑头喷煤量，kg／ll；砭是实际工况下单位煤粉燃烧产生的实际烟气量，m3／l(g。所以，，由式(3．8)、(3．10)、(3．11)计算得到分解炉内总的气体量为％一％+Vc02+％(3．12)(6)煤粉低位热值计算根据热量平衡原理，如果煤粉完全燃烧，煤粉燃烧放出的热量被分解炉内气体和物料分解所吸收，所以列热平衡方程如下：c多×％×(乞一‘)+c：×，唿×(乞一t1)=m)．xAQ嘣，。(3．13)其中，Cr是分解炉气体热容，kJ／Nm3．。C，e是生料热容，l(J／姆·。c，fl是前一周期分解炉出口温度，℃；，2是当前时刻分解炉出lZl温度，"C；AQo氏。是煤粉低位热值变化量。14 济南大学硕士学位论文具体参数如表3．3所示。又Q峨。：=Qd芦。±△Q喊。，根据工况判断煤粉热值的变化趋势，计算得到当前时刻的煤粉低位热值，即Q晚。z。表3．3估计计算关键参数(7)工程实现根据建立的模型，编写应用软件，实现煤粉低位热值的在线实时估计。部分运行数据如图3．1所示。010∞20003000400050{3060007000记录数图3．1煤粉低位热值运行数据获取关键时间点的化验值和估计值列表比较如表3．4所示。表3．4煤粉低位热值比较根据列表发现实际值和估计值误差很小，所以煤粉热值在线估计效果良好。 水泥熟料烧成系统煤效分析研究3．1．3质量参数进入烧成系统的固体物料包括入窑生料、窑头喷煤和分解炉喷煤，出烧成系统的物料为出窑熟料。(1)入窑生料量现场入窑生料的测点是生料仓下的转子秤，但是随着运行时间增长，转子秤的精度和测量准确性会受到影响，所以除了使用转子秤测量参数作为入窑生料量的测量值外，还用入窑斗式提升机的电流来折算入窑生料量，实现入窑生料量的相对准确的计量。(2)窑头喷煤量和分解炉喷煤量窑头喷煤和分解炉喷煤的测点是窑头和窑尾的皮带秤来测量，对皮带秤设定一个喷煤量，使用皮带秤的喷煤反馈量作为窑头和分解炉喷煤量的准确值。(3)出窑熟料量由于现场没有熟料产量的计量，所以根据入窑生料喂料量、生料化学成分结果、喂煤量、煤的工业分析以及预热器出口废气中飞灰量及其烧失量计算熟料产量[25】。计算方法为：M=Msx(1-形／100)x(1-Loss,／100)(3．14)鸩=鸠×4／100×(100-W,g)／(100-W矿)(3．15)坞=‰×Q咖×(1-Loss乃／100)(3．16)帆=(M+鸩+坞)／(1一枫。／100)(3．17)其中，帜是入窑生料量，形是生料中水分含量，Losss是生料烧失量，M是窑头和分解炉喷煤总量，4是煤粉工业分析中灰分含量，％是煤粉工业分析中外水含量，％是煤粉工业分析中内水含量，‰是预热器出口废气含尘浓度，g哟是预热器出口废气量，三螂历是飞灰烧失量，Loss,h熟料烧失量，帆是出窑熟料产量。同时，工业现场也会直接根据生料量来折算熟料产量，如某水泥生产线折算系数为1．5，即1．5t生料生产lt熟料。3．1．4压力参数压力参数，指的是气体压力。由于烧成系统对风压的要求很严格，过高的压力或过16 济南大学坝士学位论文低的压力都会造成现场设备安全隐患和影响烧成系统的稳定性，故现场一般都会有足够的压力检测点。烧成系统需要统计的压力参数包括预热器压力参数、分解炉压力参数、风机风压参数和其他风压参数。(1)预热器压力参数如工业现场用的是双系列五级悬浮预热器，则需要统计的压力参数包括：一级预热器C11A出口压力、C12A出口压力、CllB出口压力、C12B出口压力，二级预热器C2A出口压力、C2B出口压力，三级预热器C3A出口压力、C3B出口压力，四级预热器C4A出口压力、C4B出口压力，五级预热器C5A出口压力、CSB出口压力。上述参数都有准确的测点，可以得到实时的测量值。(2)分解炉压力参数如今的水泥工业现场一般采用的是在线式分解炉，既提高了生料的分解效率，也减少了热量流失。分解炉出口压力和分解炉中部压力是需要实时监控的参数，有专门的测点，故可以得到实时的测量值。(3)风机风压参数风机都有自己的风压参数，风压与风量存在一定的关系，后面计算风量参数时需要用到风机的风压。需要统计的风机风压包括；窑头一次风机风压、窑头罗茨鼓风机风压、窑尾罗茨鼓风机风压、冷却机风机风压、窑头排风机风压、窑尾高温风机风压。现场都会有风机出口压力的测点，所以可以得到实时的测量值。(4)其他风压参数其他风压参数包括：二次风压、三次风压、冷却机余风风压、窑头AQC余热锅炉进风风压和大气压力。二次风是冷却机热风中高温的热风，为回转窑内煤粉燃烧提供助燃空气，工业现场将窑头罩压力作为二次风压，且要实时监测。三次风为分解炉内煤粉燃烧提供助燃空气，三次风取风点一般在窑头罩上，且有专门的测点。窑头AQC余热锅炉进风风压是一个很关键的参数，在余热发电部都有专门的测点。故二次风压、三次风压和窑头AQC余热锅炉进风风压都可以得到实时的测量值。冷却机余风风压没有专门的测点，又冷却机风压基本不变，所以可以根据现场经验和热工标定材料得到一个估计值，大气压力可以实时的测量得到。3．1．5体积参数所谓的体积参数指的是进入烧成系统的气体的体积，即风量。气体在烧成系统内起 水泥熟料烧成系统煤效分析研究到很重要的作用，气体从冷却机进入烧成系统，首先冷却熟料，然后一部分进入窑头AQC余热锅炉，一部分作为二次风进入回转窑内，为窑内煤粉燃烧提供助燃空气，一部分作为三次风进入分解炉，为分解炉内煤粉燃烧提过助燃空气，还有一部分低温空气进窑头增湿塔，然后进电收尘器再排入大气。二次风、三次风与窑头和窑尾的一次风参与燃烧后进入窑尾悬浮预热器对生料预热，然后出预热器气体一部分进入窑尾SP余热锅炉进行发电，一部分进入煤磨进行煤粉预热，最后经过增湿和除尘由窑尾排风机排入大气。在这整个过程中风作为关键因素推动着烧成系统的熟料燃烧和冷却等。所以风量大小也就起到了很重要的作用，风量大了影响系统的稳定性，导致排入大气的废气量增加，造成热量流失，降低热效率，风量小了影响系统的正常运行，煤粉燃烧得不到足够的助燃空气，导致系统的烧成效率降低。虽然现场没有风量的测量设备，但是有些风量的波动不是很大，再根据经验和热工标定资料可以得到风量的实时值。进入烧成系统的风量参数包括：一次风量(窑头送煤风、窑头净风、分解炉送煤风)、进入冷却机风量、系统漏入风量。出烧成系统的风量参数包括：冷却机余风量、窑头AQC余热锅炉进风量、预热器出口废气量。(1)一次风量根据风机特性可知，对同一台风机，当风机叶轮不变时，风机的风量、风压和功率之间关系如图表3．5所示。表3．5同一台风机性能换算(风机叶轮不变)工业现场一般有风机的电流、功率、风压、频率等参数的测点，再根据己知的风机铭牌数据(包括风量、风压、转速等参数)，根据表3．5中的公式就可以计算出实际工况下的实时的风机风量。某工业现场的窑头送煤风由窑头罗茨鼓风机提供，已知罗茨鼓风机的铭牌数据如表3．6所示，计算窑头送煤风的实时风量。 济南大学硕士学位论文表3．6罗茨鼓风机(窑头)铭牌数据又现场实时采集的风机风压为巩，计算窑头送煤风的实时风量线为Q=100x4—H。／—68．6同理计算分解炉送煤风(窑尾罗茨鼓风机提供)。(3．18)又工业现场的窑头净风(提供窑内煤粉燃烧的助燃空气)由窑头的一次风机提供，己知一次风机的铭牌数据如表3．7所示，计算窑头净风的实时风量。表3．7一次风机(窑头)铭牌数据又现场实时采集的是风机的频率厶，根据公式刀：60_z，其中即是风机转速，厂是风机p频率，P是风机绕组的极对数。工频为50Hz，风机额定转速980r／min，确定风机绕组的极对数p：3，所以现场的实际转速为％：竺姜盘，故得到窑头净风的实时风量Q二。级=彘×206(3．19)(2)进入冷却机风量冷却机实现窑头熟料的冷却，随着工业的发展和冷却机的更新换代，在冷却机下面布置多台风机，风机吹出的冷风来冷却熟料，且冷却效果越来越好。根据工业现场采集的风机参数，利用表3．5中的公式计算出每台风机的风量，然后风量叠加计算得到进入冷却机的总风量。如工业现场的一台冷却风机的铭牌数据如表3．8所示。表3．8冷却风机铭牌数据又现场实时采集的风机功率为Ⅳxc，计算冷却风机的实时风量线为瓯=55219xV—NxJ2—10．98(3．20)统计现场的冷却风机台数，将风量叠加得到进入冷却机的总风量。19 水泥熟料烧成系统煤效分析研冗(3)冷却机余风量和窑头AQC余热锅炉进风量冷却机余风，即冷却熟料后的低温热风，由于温度较低且含尘量较大所以直接通过增湿塔和电收尘后由窑头烟囱排到大气中。窑头AQC余热锅炉进风指的是冷却熟料后的高温或中高温风进入AQC余热锅炉发电，回收该部分热风的热量。出AQC余热锅炉的废气同样通过增湿塔和电收尘后由窑头烟囱排到大气中。不论是冷却机余风还是窑头AQC余热锅炉废气均通过窑头排风机排到烟头烟囱再到大气，又由于没有专门的风量测点，所以通过窑头排风机的风量来估算冷却机风量和窑头AQC余热锅炉进风量。已知窑头排风机的铭牌数据，根据现场实时采集的风机功率，利用表3．5中的公式，计算窑头排风机的实时风量％，同时计算得到冷却机余风量鳓=墨×鳓，其中毛是根据现场经验和热工标定材料得出的冷却机余风量与窑头排风机风量的比值系数，同理窑头AQC余热锅炉进风量％=恕×鳓，其中乞是根据现场经验和热工标定材料得出的窑头AQC余热锅炉进风量与窑头排风机风量的比值系数。(4)预热器出口废气量悬浮预热器实现了生料的预热和预分解，高温气体与低温物料以悬浮状态进行热交换，之后出预热器一部分进窑尾SP余热锅炉进行发电，另一部分进煤磨和生料磨对煤粉和生料进行预热便于粉磨，之后再混合经窑尾高温风机、窑尾排风机、窑尾烟囱排入大气。考虑到预热器出口废气量没有测点，又废气基本都入窑尾高温风机，故以进高温风机风量来估算预热器出口废气量。己知高温风机的铭牌数据，根据现场采集的高温风机转速，利用表3．5中的公式，计算得到入高温风机风量为‰，同时计算得到预热器出口废气量％=岛׉，其中七3是根据现场经验和热工标定材料得出的预热器出口废气量与入高温风机风量的比值系数。(5)系统漏入空气量烧成系统设备很多都是运行在负压状态，如回转窑、分解炉、预热器等，大气压力为正压，如果设备密封效果不是很好的话，很容易导致外界空气的漏入。由于漏风无法避免，自然没有测点来测量漏风量。但是可以根据现场经验和查询资料计算系统的漏风量。计算方法如下所述：计算煤粉燃烧理论空气量K。为圪o=0．242xQ埘．。／1000+0．5(3．21) 济南大学硕士学位论文则系统漏入空气量‰K如=Ko×％×口，一(K七+％一y矗一¨o)(3．22)其中，啤是窑头和分解炉总的喷煤量，口，是预热器出口过剩空气系数，K。是窑头送煤风、窑头净风和分解炉送煤风风量之和，珞是冷却机总进风量，‰是冷却机余风量，％砖是窑头AQC余热锅炉进风量。3．1．6温度参数温度是一个关键的参数，温度的高低影响着工况的变化，如根据分解炉出口温度的高低，决定分解炉喷煤量的大小。同时温度的高低也影响着烧成系统热量的利用效率，如果预热器出口废气的温度过高，会导致热量流失严重和烧成系统的热效率降低。工业现场对温度的监测还只是对一些关键点进行测量，很多是没有测点的，如果都能有相应的测点，并能够根据工况调节温度，相信会对节能降耗起到很好的作用。烧成系统需要的温度参数包括：预热器温度参数、分解炉温度参数、回转窑温度参数、冷却机温度参数、物料温度参数和其它温度参数。(1)预热器温度参数如工业现场用的是双系列五级悬浮预热器，则需要统计的温度参数包括：一级预热器CllA出口温度、C12A出口温度、C1lB出口温度、C12B出口温度，二级预热器C2A出口温度、C2B出口温度，三级预热器C3A出口温度、C3B出口温度，四级预热器C4A出口温度、C4B出口温度，五级预热器C5A出口温度、CSB出口温度。预热器是关键的换热设备，温度都有专门的测点，所以可以得到实时的测量值。热工计算中需要用到预热器出口废气的温度t，，又双系列五级旋风预热器在预热器Cl出口一般会有四个测点，分别为“、‘驴乞月、t2B，所以f，有四个可以参考的数值。有两种方法可以确定f，的大小，一种是算数平均值法，另一种是自适应分批估计算法【33‘421。1)算数平均值法C1A，C1B，C2A，C2B四个温度测量值取平均得到预热器出口废气的温度r，，。=虹等等型(3．23) 水泥熟料烧成系统煤效分析研究2)自适应分批估计算法等精度温度传感器的测量结果具有正态分布特性，按照空间位置相邻的两个温度传感器不在同一分组的原则将C1A，C1B，C2A，C2B四个温度传感器分为两组，即C1A和C2A一组，C1B和C2B一组，对两组数据的平均值采用自适应分批估计算法，估计出接近预热器出121废气温度真实值的融合值，得到预热器出1：1废气温度的最佳测量值，从而消除测量过程中的不确定性。第一组测量数据为t。一、t2』第二组测量数据为t。矿f2口两组数据取平均值分别为百==1、tl』+t2』)(3．24)乞=去(‘占+乞B)(3．25)乞2i【‘占+乞B)(．25)计算相应的标准误差分别为q=√(‘』一‘)2+(乞』一‘)2(3．26)吒=√(‘口一乞)2+(f2丑一，2)2(3．27)同时考虑两组测量结果，此前测量结果的方差盯一=∞，则(仃一)～=o。根据分批估计理论，分批估计后的预热器出口废气的温度融合值的方差为仃+=[(盯一)-I+H'R-IH]～=2：器(3．28)。—了——1U·仃l+0"2上式中，H为测量方程的系数矩阵，且日=[1]；设嵋和y：分别为符合正态分布的i和i的测量噪声，R为测量噪声的协方差，且⋯∽争[翥珊K]@29，o上Z上0on=' 济南大学硕士学位论文由分批估计算法导出的温度的融合值为从而可得：。+=[cr+(c，．一)一1It：一+[cr+H'R-1]t／=[cr+j丁。R一1]r厂c3．3。，2t／+=等【12—j111O'l+0"2t，K傩]2：丢i+丢云2—了——了fl+—了——了f20"1+0"2O'l+0"2=wltz+w2t2(3．31)式中，w1=丢，％=丢O'l+0"2即基于分批估计算法的预热器出El废气温度的数据融合值。计算两组数据对数据融合值的相对方差分别为i2=圭[(‘_一f，+)2+(f2_一。+)2]c3．32，i2=三I(，-口一。+)2+(乞B—f，+)2lc3．33，将前一次融合的相对方差反馈到下一次融合作为融合公式的修正系数。Eh多传感器加权融合算法知，要消除传感器精度造成的误差，则权重系数应该与估计方差成反比，设权重因子的修正系数为口l、a2，则又权重之和始终为l可得：计算可得：lq：a22=z：=Z丑是蟛+嘭=1q蟛十吗蟛=1 水泥熟料烧成系统煤效分析研究q=％=墨＆l=-2M52毒+一F慨2F可w2仃：2i2恫2i282所以，基于自适应分批估计算法的预热器出口废气温度的数据融合值为‘一f，2qⅥ‘+呸w2f2(3．34)(3．35)(3．36)即预热器出口废气温度f，=t，。基于现场采集的实际数据进行仿真实验，分9种工况进行仿真，工况l为传感器全部正常，如图3．2所示。工况2为传感器CllA异常，数据小范围波动，其他传感器工作正常，如图3．3所示。工况3为传感器CllB异常，数据偏小，其他传感器工作正常，如图3．4所示。工况4为传感器C12A异常，数据偏大，其他传感器工作正常，如图3．5所示。工况5为传感器C12B异常，数据大范围波动，其他传感器工作正常，如图3．6所示。工况6为传感器CllA和CllB同时异常，其他传感器工作正常，如图3．7所示。工况7为传感器C11A和C12A同时异常，其他传感器工作正常，如图3．8所示。工况8为传感器CllA、CllB和C12A同时异常，C12B传感器工作正常，如图3．9所示。工况9为传感器CllA、C11B、C12A和C12B全部异常，如图3．10所示。图3．2传感器监测正常时温度数据图图3．3传感器CllA监测异常时温度数据图242一．1一是i&、lI_，，一l一仃盯一+筹2一-6盯1眨卜焉一|呜五叫●●i叶 济南大学硕士学位论文疆磐墨C11A3t83黧Ei三三主三二zI=工工三至型⋯。O1020∞舶圄60m80∞f∞馕爆蕃c11B。i医至受五譬罂匿墨歪五圈。0埔∞：30帕∞翩m∞翔I加预苎}基C12A31‘5r———r———广———T-———T———T———_-———_r———1———1——-—l蠹匕互兰至三Ej三工=王=互j三笛⋯。O10∞卫40锄60尚∞100攫始a茁强lr———1————r————r———T————r———1————r———]————T——--_13082如b=30——二￡I=3￡==亡—_J——_L——J_——L一疆终薯出口薯度均擅蹦臣丢==二昌；互习；五刁五歪习珏睦立!圣互堕空互=芏=兰芏刿一O10∞舶弱∞阳胁∞帕B暑颤陪菹羽15厂———广———广———T———T———_r———_T———1———]—广—]■{b=====z=；——；；——————————====2q3105卜—寺—嗜—_j广■}—寺—靠—矗广1占_—亩—喃预热器c11A瓣E三至至王三三三玉三三三习3继5卜靠■卜哼_F茜1}希‘F毛产‰预热器c118强4铷．23懿3125010加柏卯印70田901∞图3．4传感器CllB监测异常时温度数据图图3．5传感器C12A监测异常时温度数据图预热器C11A3187r———t———1————r———，————r———r———1————r———T——13"411慧E三三兰兰立工卫=三工旦娶I#i‘；L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．【：．．．．．．．．．L．．．．．．：．．．i．．．．：．．：．．L．．：：．．．．=．1⋯。010203040"506070∞∞1∞预热器C11B3[8r———1————T————r————r———1————r————r———1————T——13～0BI,,三i二工二=i三王三三爿一+010203040弱6070∞90100预热器c12A3145r————T—————r————1—————r-———1—————r————1—————r————1———_1粥31E4I匹"三兰兰三芒兰兰工===三三三三刍⋯。0102030柏虫6070田铀100fti热ticl2n-5∞预妻}l器出口温度均谴4∞r———1————T————r————r———]————T————r———1————T———]翌b兰兰生鱼芷竖兰生生趟一0102030加卯∞70∞1∞温度融合值糍E量三王三三强囝fI【．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．L．．．．．．．．．．I．．．．．．．．．．1．．．．．．．．．．I．．．．．．．．．．i!．!．．．．．．．J．．．．．．．．．．L．．．．．．J。0102030柏卯∞7D∞铂帕B图3．6传感器C12B监测异常时温度数据图预鍪}器c11A010加40∞印70∞1∞预热嚣c11日0m∞加卯印m印卯1∞预热器C12A预热器ClIA010加3D∞50∞70∞901∞预彗}器c11B010∞3D柏卯∞70锄羽1∞预热器C12A0102030加蛐团70∞轴1∞预热嚣C12801020∞加∞劬70∞如100预热器出口温度筠值0102。∞加卯团70∞9D100温度融合值O’0203。加50印70∞90l∞图3．7传感器C11A和C11B监测异常疆热器CllA0102B304050∞70∞901∞预热器c11B010加柏舅∞70∞901∞预热器CI弘010203口40∞印70田朝1∞预热器出口溢度均值瑚200叵=Z二忑==泛=：=五=二习{00L-———J—————L—————L————J—————^—————L————J—————^—————L——_J010加30加卯印7D∞90100温度融台值图3．8传感器CllA和C12A监测异常图3．9传感器CllA、ClIB、C12A监测异常25知佃。加仰oⅢⅢm姒靴弼拗瑚蚀珊瑚。抛仰。劢伽。瑚佃卸佃。聃强弼和佃。酣m瑚 水泥热料烧成系统煤效分析研究图3．10全部传感器监测异常通过观察图3．2得出：传感器监测正常时，算术平均值算法和基于自适应分批估计算法得出的预热器出口温度值维持在312℃左右，且数值相差不大，但基于自适应分批估计算法的温度数据变化更能反映现场温度的变化。通过观察图3．3、图3．4和图3．5得出：当传感器监测数据异常，且异常数据在小范围内波动、数据偏小或偏大时，基于算术平均值算法的温度数据(图3．3、图3．4和图3．5中预热器出口温度均值曲线)严重偏离实际温度(预热器出口实际温度为312。C左右，而预热器出VI温度均值在270"C左右)，此时基于自适应分批估计的数据融合值更能很好的反映预热器出口废气温度实际值。通过观察图3．6得出：当传感器监测数据异常，且异常数据在大范围波动时，不论是算术平均值算法还是自适应分批估计算法都无法融合出准确的温度数值。通过观察图3．7、图3．8、图3．9和图3．10得出：当有两个或两个以上传感器监测数据异常时，算术平均值算法和自适应分批估计算法已经不再适用，无法融合出准确温度数值。所以，在传感器全部监测正常或传感器监测数据异常，但异常数据在小范围内波动或数据偏小或偏大时，基于自适应分批估计算法的数据融合效果要优于算数平均值算法，且融合值接近于现场实际值。(2)分解炉温度参数分解炉是生料分解的关键设备，在分解炉内生料的分解率达到95％，这样减轻了物料在窑内的分解压力。严格控制分解炉内的温度，既能保证物料较高的分解率，又能节约煤炭。又分解炉出口气体的温度与分解炉内的温度基本是一致的，故根据分解炉出口 济南大学硕士学位论文温度来调节分解炉喷煤量，保证分解炉出口温度保持在880℃．950℃之间。所以需要统计的分解炉参数包括：分解炉出口温度、分解炉中部温度、三次风温和分解炉送煤风风温。对于分解炉出口温度、分解炉中部温度、三次风温，现场有专门的测点，可以得到实时的测量值。现场一般没有分解炉送煤风风温测点，分解炉送煤风来自窑尾罗茨鼓风机，温度变化不是很大，可以根据现场经验和热工标定资料得到一估计值。(3)回转窑温度参数回转窑是整个烧成系统最重要的设备，在回转窑内完成了生料的完全分解和烧成，最后得到熟料。由于回转窑内温度很高，在烧成带温度能达到1400℃，无法测量烧成带的温度，工业现场一般采用电视看火方式估计烧成带温度。需要统计的回转窑温度参数包括：回转窑烧成带温度、窑尾烟气出口温度、二次风温、窑头净风温度、窑头送煤风温度。其中二次风取自窑头罩，所以窑头罩温度基本与二次风温相同。窑尾烟气出口温度、窑头罩温度都有测点，可以得到实时的测量值。窑头净风来自窑头一次风机，窑头送煤风来自窑头罗茨鼓风机，风温变化不大，可以根据现场经验和热工标定资料得到一估计值。(4)冷却机温度参数冷却机完成出窑熟料的冷却，低温的冷却机进风与高温出窑熟料进行热交换达到熟料的淬冷效果，如果冷却机提供的风温过高会影响冷却效果，由于冷却机提供的风一般来自于大气，所以风温基本与大气温度相同，但随着季节的变化还是有些差距。出冷却机的风温随着取风点的不同温度也是不同的，靠近窑头的部分风温较高，但冷却机末端的风温较低。工业现场一般没有冷却机进风风温和出风风温的测点，所以无法实时采集风温数据。冷却机部分需要统计的温度参数包括：每台冷却风机风温、冷却机总进风风温、出冷却机余风风温、窑头AQC余热锅炉进风风温。除了窑头AQC余热锅炉进风风温在余热发电处有测点外，其他几个量都没有测点，所以可以根据现场经验和热工标定资料得到一估计值。(5)物料温度参数进入烧成系统的物料包括入窑生料、窑头喷煤和分解炉喷煤，出烧成系统的物料是出冷却机熟料。所以烧成系统物料温度参数包括：入窑生料温度、窑头喷煤煤粉温度、分解炉喷煤煤粉温度、出窑熟料温度、出冷却机熟料温度。其中入窑生料是生料仓下料后经斗式提升机送入窑尾预热器，温度参数没有测点，同样，窑头喷煤和分解炉喷煤通 水泥熟料烧成系统煤效分析研究过煤粉皮带秤直接送到喷煤管，也是没有测点的。由于出窑熟料温度较高，大约1350℃，没有专门的测点，但是出冷却机熟料有测点，所以可以直接得到出冷却机熟料的温度参数。因此对于入窑生料温度、窑头喷煤煤粉温度、分解炉喷煤煤粉温度、出窑熟料温度可以根据现场经验和热工标定资料得到一估计值。(6)其它温度参数烧成系统设备很多都是运行在负压状态，如回转窑、分解炉、预热器等，大气压力为正压，如果设备密封效果不是很好的话，很容易导致外界空气的漏入，又很多设备呈现热辐射状态，所以系统漏风温度会比大气温度高。即需要统计的系统漏风温度参数根据现场经验和热工标定资料得到一估计值，同时还要有大气温度的实时测量值。3．1．7烟气成分参数烟气成分指的是烟气中含有的二氧化碳、氧气、一氧化碳、氮气成分的比例，工业现场一般会在预热器废气出口和窑尾烟气出口安装烟气分析仪，实时的分析监测烟气中各成分的含量，所以烟气成分可以得到实时的监测值。如预热器出口废气的湿含量：且O=6％干废气的成分(％)如表3．9所示。表3．9干废气成分(％)3．1．8热容参数随着工业现场对节能降耗的重视，在计算烧成系统热效率同时，热容作为一个重要的参数引起重视，因为它影响到烧成系统热量的传递等性能，以往计算会把热容作为一个固定值来用，但现场环境的变化要求热容也是实时变化的。为了能更好的表示热量的变化，通过建立热容模型，实现热容的实时计算。需要计算的热容参数包括：入窑生料热容、入窑煤粉热容、入分解炉煤粉热容、出冷却机熟料热容、窑头净风热容、窑头送煤风热容、分解炉送煤风热容、冷却机总进风热容、系统漏入空气热容、冷却机余风热容、冷却机余风飞灰热容、窑头AQC余热锅炉进风热容、窑头AQC余热锅炉进风飞灰热容、预热器出口废气热容、预热器出口飞灰热容、空气热容、二氧化碳热容、氧气热 济南大学硕士学位论文容、氮气热容、一氧化碳热容、水蒸气热容。(1)入窑生料热容生料热容不仅与生料温度有关，还与生料成分有关。经过查询资料得到生料热容与温度的回归模型：e=1．3088x10。7T2+5．8816×10‘4T+8．3765x10-1(3．37)其中，e是生料热容，kJ／kg．oC，T是生料温度，。C，R2=0．9992(2)入窑煤粉和分解炉煤粉热容煤粉热容回归模型曲线如图3．11所示。得到回归模型：图3．11煤粉热容与温度回归曲线cr煤粉一1．6292x10-3T+I．0944(3．38)其中，C煤粉是煤粉热容，kJ／kg．。c，丁是煤粉温度，。c，R2=0．9998(3)出冷却机熟料热容熟料热容回归模型曲线如图3．12所示。图3．12熟料热容与温度回归曲线 水泥熟料烧成系统煤效分析研究得到回归模型：％科_2．095×10-1ⅢT-5．2884x10—7T2+5．8513x10-4T+7．294x10‘1(3．39)其中，cr熟料是熟料热容，kJ／kgeoC，T是熟料温度，。c，R2=0．9992(4)空气热容空气热容回归模型曲线如图3．13所示。得到回归模型：图3．13空气热容与温度回归曲线C空气=一4．5209x10-11T3+1．069x10-7T2+5．3227x10-5T+I．2948(3．40)其中，c叠气是空气热容，kJ／Nm30。C，T是气体温度，。C，R2=0．9995窑头净风热容、窑头送煤风热容、分解炉送煤风热容、冷却机总进风热容和系统漏入空气热容根据空气热容模型计算得到。(5)二氧化碳热容二氧化碳热容模型曲线如图3．14所示。图3．14二氧化碳热容与温度回归曲线30 济南大学硕士学位论文得到回归模型：c岛21．4448x10-10，一5．8893x10’7T2+1．0367x10-3T+1．6179(3．41)其中，CcD2是二氧化碳热容，kJ／Nm3．。C，T是气体温度，。C，R2：0．9999(6)氧气热容氧气热容模型曲线如图3．15所示。图3．15氧气热容与温度回归曲线得到回归模型：％--9．3537x10-H1"4-3．0737x10-10r+2．7886x10-TT2+1．0925×l旷n1．3037(3．42)其中，CD2是氧气热容，kJ／Nm3．*C，T是气体温度，℃，R2：0．9995(7)氮气热容氮气热容模型曲线如图3．16所示。图3．16氮气热容与温度回归曲线3l 水泥熟料烧成系统煤效分析研究得到回归模型：CⅣ2=-4．512x10-11，+1．1712x10_7丁2+2．641x10_5T+I．2962(3．43)其中，吒是氮气热容，kJ／Nm3．*C，丁是气体温度，。C，R2=o．9991(8)一氧化碳热容一氧化碳热容模型曲线如图3．17所示。得到回归模型：图3．17一氧化碳热容与温度回归曲线c-c0=一5．9343x10-11P+1．3879x10-7T2+4．0079x10-ST+1．2948(3．44)其中，c岛是一氧化碳热容，kJ／Nm3-。C，T是气体温度，。c，R2=0．9995(9)水蒸气热容水蒸气热容模型曲线如图3．18所示。得到回归模型：图3．18水蒸气热容与温度回归曲线％。=-7．2957x10。11P+2．0321x10-ⅢT+9．972x10-ST+1．4876(3．45)32 济南大学硕士学位论文其中，q，o是水蒸气热容，kJ／Nm3．。C，T是气体温度，。C，R2：0．9997(10)预热器出口废气热容预热器出口废气成分从表3．9中可以看到。所以计算废气热容为ck=(q×％+czxCD2+e,XCco+c4×CⅣ2)×(100—b)／lOOOO+b×％D／100(3．46)其中参数参看表3．9。(11)其它热容其它热容参数包括：冷却机余风热容、冷却机余风飞灰热容、窑头AQC余热锅炉进风热容、窑头AQC余热锅炉进风飞灰热容、预热器出口飞灰热容。可以根据现场经验和热工标定资料得到一估计值。3．1．9密度参数密度分为气体密度、固体密度和液体密度，烧成系统需要统计的是气体密度，包括空气密度和预热器出口废气密度。标准状况下空气密度是1．293kJ／Nm3，冷却机进风、冷却机余风、窑头AQC余热锅炉进风、窑头净风、窑头送煤风、分解炉送煤风和系统漏风的密度都可以用空气密度代替。但是预热器出口废气经历了燃烧反应，密度要比空气密度大，所以要计算预热器出口废气的密度。即预热器出口废气密度为：乃=(1．977q+1．429c2+1．2甄+1．2505c4)x(100-b)／10000+O．805b／100(3．47)其中参数参看表3．9。3．1．10含尘浓度参数含尘浓度指的是气体中夹杂灰尘的浓度百分比。需要统计的含尘浓度参数包括：冷却机余风含尘浓度、窑头AQC余热锅炉进风含尘浓度和预热器出口废气含尘浓度。冷却机余风是冷却熟料后的低温热风，其中含有部分熟料小颗粒要排到大气中会带走部分物料。同样窑头AQC余热锅炉进风和预热器出12废气中也含有部分灰尘，不过灰尘量都不是很大，现场一般没有测点，所以可以现场经验和热工标定资料得到一估计值。废气含尘浓度如图表3．10所示。 水泥熟料烧成系统煤效分析研究表3．10废气含尘浓度项目含尘浓度Ckg；Nm3)冷却机余风％窑头AQC进风预热器出口废气叱咖‰3．1．11系统表面散热参数工业现场设备如预热器、分解炉、回转窑、冷却机、三次风管与外界空气进行热传递，导致烧成系统部分热量的流失，如果隔热材料选择得当，将大幅度减少表面散热损失。所以需要统计的系统表面散热参数包括：窑尾系统表面散热、回转窑表面散热、分解炉表面散热、三次风管表面散热、冷却机表面散热。这些散热参数可以根据现场经验和热工标定资料得到估计值，随着大气温度和风速的变化稍作调整即可。3．1．12其它参数其它参数包括空气风速、空气湿度、预热器出口过剩空气系数、分解炉出口过剩空气系数。空气风速和空气湿度需要专门的气象设备来测量，但是计算过程中基本用不到，所以不作计量。但预热器出口过剩空气系数和分解炉出口过剩空气系数是很重要的参数，可以根据预热器出口废气的烟气成分计算预热器出口过剩空气系数。由于现场没有分解炉出口烟气的气体分析数据，所以可以根据现场经验和热工标定资料得到估计值。3．2物料和热平衡计算物料和热平衡计算的范围是从冷却机熟料出口到预热器Cl出口总管测点(即包括冷却机、回转窑、分解炉和预热器系统)。物料和热平衡计算以温度为04C，lkg熟料为基准。由于前面的体积参数计算是现场的实时工况数值，进行物料热平衡计算时需要转换为标准状况下的气体量，利用理想气体状态方程进行转换，即昱XK／互=暑XK／石假设K是实际工况下气体体积，K是标准状况下气体体积，则罡是实际工况下气体压力与大气压力之和，只是标准状况下气体压力，五是实际工况下气体温度加上273K，互 研南大学坝士字位论文是标准状况下气体温度273K。3．2．1物料平衡计算3．2．1．1收入物料计算(1)煤粉消耗量：鸭=(略+略)肛(3．48)其中，坼是单位熟料的煤粉消耗量，kg／kgcl；略是窑头喷煤量，kg／h；略是分解炉喷煤量，kg／h；蚝是熟料产量，kg／h。(2)生料消耗量ms=Ms}Msh0．49)其中，他是单位熟料的生料消耗量，kg／kgcl；丝是入窑生料量，kg／h：蚝是熟料产量，蚝／h。(3)一次空气量：嘲。=(‰+％+％)似×n。(3．50)其中，mlt是单位熟料的一次空气量，kg／kgcl；％是窑头送煤风，Nm3／h；％是窑头净风，Nm3／h；％是分解炉送煤风，Nm3／h；岛。是一次空气密度，kg／Nm3。(4)入冷却机冷空气量：mLg=‰／帆×触(3．51)其中，‰是单位熟料的入冷却机冷空气量，kg／kgcl；‰是入冷却机冷空气风量，Nm3／h；脲是入冷却机冷空气密度，kg／Nm3。(5)系统漏入空气量‰=‰／心xPwr(3．52)其中，mLOK是单位熟料的系统漏入空气量，kg／kgel；‰是系统漏入空气量，Nm3／h；纯傩是系统漏入空气密度，kg／Nm3。 水泥熟科烧成糸统媒效分析研冗(6)物料总收入mzs=mr+，绣+砚女+mLK+mLOK(3．53)3．2．1．2支出物料计算(1)出冷却机熟料量‰=1一(‰+必呦)／必^(3．54)其中，rash是单位熟料的出冷却机熟料量，kg／kgcl：‰是出冷却机余风飞灰量，kg／kgcl；Moq咖是窑头AQC余热锅炉进风飞灰量，kg／kgcl。(2)预热器出口废气量吩=V，／M,h×乃(3．55)其中，m，是单位熟料的预热器出口废气量，kg／kgel；■是预热器出口废气量，Nm3／h；乃是预热器出口废气密度，kg／Nm3。(3)预热器出口飞灰量％=巧׉／帆(3．56)其中，％是单位熟料的预热器出口飞灰量，kg／kgcl；■是预热器出口废气量，Nm3／h；‰是预热器出口废气含尘浓度，kg／Nm3。(4)冷却机余风排出量mtyk=‰／心×鲰(3．57)其中，‰是单位熟料的冷却机余风排出量，kg／kgcl；‰是冷却机余风排出量，Nm3／h；纵是冷却机余风密度，kg／Nm3。(5)冷却机余风飞灰量‰=‰×勘／心(3．58)其中，％够是单位熟料的冷却机余风飞灰量，b／kgcl；‰是冷却机余风飞灰量，Nm3／h；‰是冷却机余风含尘浓度，kg／Nm3。(6)窑头AQC余热锅炉进风量 济南大学硕士学位论文‰=‰似׉(3．59)其中，％靠是单位熟料的窑头AQC余热锅炉进风量，kg／kgcl：k是窑头AQC余热锅炉进风量，Nm3／h；％砖是窑头AQC余热锅炉进风密度，kg／Nm3。(7)窑头AQC余热锅炉进风飞灰量％蝴=Vaqckxd,,qqh／M,h(3．60)其中，％嘞是单位熟料的窑头AQC余热锅炉进风飞灰量，kg／kgel；‰是窑头AQC余热锅炉进风飞灰量，Nm3／h；‰是窑头AQC余热锅炉进风含尘浓度，kg／Nm3。(8)其它支出％=％一(％+吩+嘞+‰+‰+‰+‰)(3．61)其中，％，是单位熟料的其它支出物料量，kg／kgel。(9)物料总支出mzc=‰+吩+％+‰+mty蛳+‰+‰+％(3．62)物料平衡计算结果见下表3．1l所示。表3．11烧成系统物料平衡表 水泥熟料烧成系统煤效分析研究3．2．2热平衡计算3．2．2．1收入热量计算(1)煤粉燃烧热鳊=竹×瓯栅(3．63)其中，鲸是单位熟料的煤粉燃烧热量，kJ／kgcl；％是单位熟料的煤粉消耗量，kg／kgcl；既．，是煤粉收到基低位热值，kJ／kg。(2)煤粉显热Qr=MI)r|MmxcIIrxtI，r+Mfr|Mm×c仔xt膏Q．64)其中，Qr是单位熟料的煤粉显热，kJ／kgcl；略是窑头喷煤量，kg／h；％是窑头煤粉热容，kJ／kg．。c；0是窑头煤粉温度，。C：略是分解炉喷煤量，kg／h；％是分解炉煤粉热容，kJ／kg-。C；f疳是分解炉煤粉温度，。C。(3)生料显热Q=他×Csב(3．65)其中，Q是单位熟料的生料显热，kJ／kgcl；他是单位熟料的生料消耗量，kg／kgcl；e是入窑生料热容，kJ／kg．。C；‘是入窑生料温度，。C。(4)一次空气显热Q。=(‰×‰+％×o+％×k)似×Cl。(3．66)其中，Ql。是单位熟料的一次空气显热，kJ／kgcl；‰是窑头送煤风，Nm3／h；‰是窑头净风，Nm3／h；‰是分解炉送煤风，Nm3／h；e是一次空气热容，kJ／Nm3．。C；锄是窑头送煤风温度，。C；o是窑头净风温度，。C；‰是分解炉送煤风温度，。C。(5)入冷却机空气显热鲰=‰／心×％×k(3．67)其中，Q芷是单位熟料的入冷却机空气显热，kJ／kgcl；‰是入冷却机空气量，Nm3／h；％是入冷却机空气热容，kJ／Nm3．C；么是入冷却机空气温度，。C。 趼南大字坝士字位论又(6)系统漏风显热‰=‰／心×ck×k(3．68)其中，％K是单位熟料的系统漏风显热，kJ／kgcl；‰是系统漏风量，Nm3／h；％r是系统漏风热容，kJ／Nm．oC；f奴是系统漏风温度，。c。(7)热量总收入Q玄=QRr+Q+Q+QI+Q■+Qk磁(3．69)3．2．2．2支出热量计算(1)熟料形成热!易=17．19xA曲+27．10xM5h+32．OlxC曲-2．47xF3h-21．40xS曲(3．70)其中，既是熟料形成热，kJ／kgcl；A曲是熟料中氧化铝成分含量，％；M曲熟料中氧化镁成分含量，％；C曲是熟料中氧化钙成分含量，％；F曲是熟料中氧化铁成分含量，％；S曲是熟料中氧化硅成分含量，％。(2)蒸发生料中水分耗热‰级=％xwJlOOxqqh(3．71)其中，绒是蒸发生料中水分耗热，kJ／kgcl；％是单位熟料的生料量，kg／kgcl；心是生料中水分含量，％；‰是水的汽化热，l(J。(3)出冷却机熟料显热缆=mLsh×C厶׉(3．72)其中，纨是单位熟料的出冷却机熟料显热，kJ／kgcl；‰是单位熟料的出冷却机熟料量，埏／kgcl；c厶是出冷却机熟料热容，kJ／kg．。C；乞。是出冷却机熟料温度，。c。(4)预热器出口废气显热g=吩／地×C，×0(3．73)其中，Q，是单位熟料的预热器出口废气显热，kJ／kgcl；巧是预热器出口废气量，Nm3／h；C，是预热器出口废气热容，kJ／Nm3．C；f，是预热器出口废气温度，。c。39 水泥熟料烧成糸统燥效分析研冗(5)预热器出口飞灰显热％=％×％×锄(3·74)其中，Q历是单位熟料的预热器出口飞灰显热，kJ／kgcl：7％是单位熟料的预热器出口飞灰量，kg／kgcl；c历是预热器出口飞灰热容，kJ／kgcl；锄是预热器出口飞灰温度，。C。(6)飞灰脱水及碳酸盐分解耗热生料中c呸含量为：咧=CaO"／lOOx44／56+MgO"／lOOx44／40．3(3．75)Q=％×(100一沈嘞)／(100一胁晦)×W。／100×6690Q2=『．％×(100—Lo,,,)／Ooo一地)×C02／100一％×Loss#／1001×100144×1660绋=Q+Q2(3．76)其中，鳓是单位熟料的飞灰脱水及碳酸盐分解耗热，kJ／kgcl。(7)冷却机余风带走热鲰=‰Mshx％׉(3·77)其中，纵是单位熟料的冷却机余风带走热，kJ／kgcl；‰是冷却机余风量，Nm3／h；‰是冷却机余风热容，kJ／Nm3．oC；‰是冷却机余风温度，。C。(8)冷却机余风飞灰量带走热‰=raM#×％×锄(3．78)其中，Q蝴是单位熟料的冷却机余风飞灰显热，kJ／kgcl；7‰是单位熟料的冷却机余风飞灰量，kg／kgcl；c赫是冷却机余风飞灰热容，叫k900C：‰是冷却机余风飞灰温度，oC。(9)窑头AQC余热锅炉进风带走热％=‰／坂×％׉(3．79)其中，线吐是单位熟料的窑头AQC余热锅炉进风带走热，kJ／kgcl；‰是窑头AQC余热锅炉进风量，Nm3／h；％是窑头AQC余热锅炉进风热容，kJ／Nm3．。C；k砖是窑头AQC余热锅炉进风温度，。C。(10)窑头AQC余热锅炉气体飞灰显热 济南大学硕士学位论文g蝴=％嘞×q嘞׉(3．80)其中，％功是单位熟料的窑头AQC余热锅炉气体飞灰显热，kJ／kgcl；％嘞是单位熟料的窑头AQC余热锅炉气体飞灰量，kg／kgcl；e彬是窑头AQC余热锅炉气体飞灰热容，kJ／kg．。C；k嘞是窑头AQC余热锅炉气体飞灰温度，。C。(11)机械不完全燃烧热损失Q西=Loss,JlOOx33874(3．81)其中，Q西是单位熟料的机械不完全燃烧热损失，kJ／kgcl；Loss曲是熟料烧失量，％。(12)系统表面散热Q=(Q朋+鳓+％+Q唐+％)似(3．82)其中，Q6是单位熟料的系统表面散热，kJ／kgcl；‰是预热器表面散热量，kJ／h；鲰是分解炉表面散热量，kJ／h；Q岫是回转窑表面散热量，kJ／h；Q3唐是三次风管表面散热量，kJ／h；％是冷却机表面散热量，kJ／h。(13)其它支出绋=骇一(鲰+Q+瓯+Q，+鳓+g+鲰+‰+‰+‰+％+Q6)(3．83)(14)热量总支出骇=瓯+Q+瓯+Q，+缘+g+鲰+‰+‰+Q瑚+缘+Q+绋(3．84)热量平衡计算见．表3．12所示。4l 水泥熟料烧成系统煤效分析研究表3．12热量平衡计算表3．2．3热效率计算(1)烧成系统热效率(2)系统烧成效率仇=赛枷似仇2赛川慨(3．85)(3．86)3．3本章小结本章主要进行水泥熟料烧成系统煤效分析研究，介绍了烧成系统参数采集和计算，物料平衡和热平衡计算。 济南大学硕士学位论文第四章煤效分析软件设计与工程应用4．1煤效分析软件设计与实现基于第三章中3．1和3．2节建立的模型算法，以VisualBasic6．0和MacromediaDreamweaver8为工具开发煤效分析软件，在VisualBasic6．0中实现数据采集、计算、存储、报警等功能，在MacromediaDreamweaver8中进行ASP网页设计，并在服务器上安装网络信息服务(IIS)，实现网页发布、远程浏览、监控和查询的功能【43．551。软件基本架构如图4．1煤效分析软件基本架构。4．1．1软件使用权限图4．1煤效分析软件基本架构煤效分析软件登陆用户类型分三种，分别是操作员、化验员和管理员，不同的用户类型有不同的用户名和密码，密码存储在数据库中。其中，操作员只有浏览和查询数据的权限，化验员不仅有浏览和查询数据的权限，还要负责录入燃料、生料和熟料的化验数据，管理员有浏览和查询数据的权限，同时还要负责软件的维护，如密码修改、功能添加等。登陆用户类型WEB页面如图4．2所示。 水泥熟料烧成系统煤效分析研究学户类型2豳用户名：化验员管理员图4．2登陆用户类型ASP网页用户登录程序如下：用户类型：<／td>