熟料形成过程的热效应

水泥生料在加热过程中各反应温度和热效应列于表6.2.1

表6.2.1       水泥熟料的反应温度和热效应   

反应热与反应温度有关。如：高岭石脱水需热量，在450℃时为932kJ/kg；而在20℃时为606kJ/kg；碳酸钙分解吸热在900℃为1655kJ/kg；而在20℃时为177SkJ/kg，在不同温度下反应，其热效应不同。

 6.2.2  各熟料矿物形成热

各水泥熟料矿物凡是固体状态生成的均为放热反应，只有C₃S是在液相中形成，一般认为是微吸热反应，具体数值列于表3.2.2。

表3.2.2                         各熟料矿物形成热   

6.2.3  生成lkg熟料的理论热耗

以20℃为计算的温度基准。假定生成1kg熟料需理论生料量约为1.55kg，在一般原料的情况下，根据物料在反应过程中的化学反应热和物理热，可计算出生成1kg普通硅酸盐水泥熟料的理论热耗：

理论热耗＝吸收总热量－放出总热量

假定生产1kg 熟料中生料的石灰石和粘土按78∶22配合。取基准温度为0℃，则熟料理论热耗的计算如表6.2.3。

表6.2.3               生成1kg 硅酸盐水泥熟料的理论热耗

理论热耗＝4261.03－2526.54＝1734.49(kJ／kg熟料)

由于原料不同，燃料不一样，原料的配比及熟料组成的变化，煅烧时的理论热耗电有所不同，但一般波动在1630～1800kJ/kg熟料。

从上表可以看出，水泥熟料形成过程中的吸热中，碳酸盐分解吸收的热量最多，约占总吸热量的一半左右；而在放热反应中，熟料冷却放出的热量最多，占放热量的50%以上。因此，降低碳酸盐分解吸收热量、有效提高熟料冷却余热利用是提高热效率的有效途径。

熟料形成热还可用下列经验公式进行计算：

Q_形=G_干(4.5Al₂O₃+29.6CaO+17.0MgO)-284 （kJ/kg熟料）      

式中  Q_形——熟料形成热（kJ/kg熟料）；

G_干——生成1kg熟料所需理论干生料量（kg）；

Al₂O₃、CaO、MgO——生料中各氧化物含量（%）。

6.2.4  熟料热耗

在实际生产中，由于熟料形成过程中物料不可能没有损失，也不可能没有热量损失，而且废气、熟料不可能冷却到计算的基准温度（0℃或20℃），因此，熟料形成的实际消耗热量要比理论热耗大。每煅烧1kg熟料窑内实际消耗的热量称为熟料实际热耗，简称熟料热耗，也叫熟料单位热耗。

影响熟料热耗的因素：

(1)生产方法与窑型

生产方法不同，生料在煅烧过程中消耗的热量不一。如湿法生产需蒸发大量的水分而耗热巨大，而新型干法生料粉在悬浮态受热，热效率较高。因此，湿法热耗一般均较干法高，而新型干法生产的熟料热耗则较干法中空窑热耗为低。窑本身的结构、规格大小亦是影响熟料热耗的重要因素，因为传热效率高，则热耗低。

(2)废气余热的利用

熟料冷却时需放出大量热，虽然这部分热量是必须释放的，但可以设法最大可能回收利用。熟料冷却时产生的废气可用作助燃空气或是利用窑尾废气余热发电，提高煅烧设备的热效率，最大限度降低窑尾排放的废气温度则可以降低热损失，从而降低熟料热耗。

(3)生料组成、细度及生料易烧性

易烧性好的生料，则热耗低，而易烧性差的生料，颗粒粗时则热耗增大。

(4)燃料不完全燃烧热损失

燃料的不完全燃烧包括机械不完全燃烧、化学不完全燃烧。燃煤质量不稳定及质量差、煤粒过粗或过细、操作不当等均是引起不完全燃烧的原因。在立窑中通风不良、料球碎裂等亦是造成煤燃烧不完全的重要原因。煤燃烧不完全，煤耗必然增加，故熟料热耗增大。

(5)窑体散热损失

窑内衬隔热保温效果好，则窑体散热损失小，否则散热损失大，熟料热耗增加。

(6)矿化剂及微量元素的作用

适量加入矿化剂或复合矿化剂、晶种，或合理利用微量组分，则可以改善易烧性或加速熟料烧成，从而降低熟料热耗。

此外，稳定煅烧过程的热工制度，提高煅烧设备的运转率、提高水泥窑的产量等均有利于提高窑的热效率，降低熟料热耗。