第二章：筒體外部溫度過高熱損耗過多怎樣解決

石灰回轉窯為了產品質量的穩定，窯內應保證足夠的熱值才能是產品穩定。殼體外部溫度太高，熱損失過大，需大量補充熱值，導致生產成本增加。

為節能降耗降低生產成本，我公司通過反復的實驗申請了兩項關于回轉窯節能降耗的專利產品（耐磨隔熱復合磚），采用雙層保溫，每增加一層保溫，比原來筒體外部溫度降低50℃—80℃，雙層可以降低100℃—160℃?，F在已經有多家在使用，筒體溫度高溫帶最高不超過230℃。每噸石灰在生產過程中能夠有效的節約煤耗10kg—15kg。并且不影響正常的使用壽命。

新密市華夏耐火材料有限公司、鄭州恒道窯業有限公司專利產品

1、能耗計算對比

回轉窯向外散熱，要經過兩個過程：一是熱量通過窯襯向窯皮傳輸熱量。二是熱量通過窯皮向外散失熱量。窯襯傳熱與所選用的耐火材料及砌筑的工藝和質量有關，散熱與外部環境狀況有關，在達到平衡時，窯襯傳熱量與窯襯散熱量相等?？刂聘G襯傳熱量，也就減少了熱量損失。

1.1耐火材料及窯體外殼傳熱計算：

公式1：傳熱公式（采用多平壁傳熱公式）：

Q =（t_n-t_w）/(δ₁/λ₁+δ₂/λ₂+δ₃/λ₃)

式中：

Q為窯襯傳熱量，單位：w

t_n為窯襯工作面溫度，單位：℃

t_w為窯皮溫度，單位：℃

δ為從工作面到窯壁各層厚度，單位：mm

δ₁=180mm ?莫來石剛玉復合磚重質層厚度 ?

δ₂=70mm ?莫來石剛玉復合磚輕質層厚度

δ₃=30mm ?窯體外殼平均厚度

λ為各層材料的導熱系數，單位：w/m·K

?燃料是煤粉的情況下，煅燒帶窯襯工作面溫度t_n約為1300℃，選用含Al₂O₃在75%以上的莫來石剛玉磚，其導熱系數公式為：1.75+0.00045t（t為窯襯工作面溫度），計算得出工作層的導熱系數：

λ₁=1.75+0.00045×1300=2.335 w/m·K

λ₂=0.7+0.00058×1300=1.454 w/m·K

λ₃=_?40 w/m·K ?????窯外殼體在200℃至400℃之間的導熱系數

假定窯皮溫度t_w=330℃，計算得出耐火材料和窯體外殼傳熱量為：

Q₁=（1300-330）/（0.18/2.335+0.05/1.454+0.03/40）=8641

1.2窯體外殼散熱計算（采用多平壁傳熱公式）

公式2：從窯體外殼向大氣散出的熱量等于自然對流熱損失和輻射熱損失之和：

Q =（h_c + h_r）×(t_w- t)

式中：

h_c為多平壁自然對流傳熱系數，單位：w/m²·K

h_c=1.5×（t_w-t）^1/4

1.5為關于自然對流傳熱的常數

h_r為輻射傳熱系數，單位：w/m²·K

h_r=5.669×0.95×{[(t_w+273)/100]⁴-[(ｔ+273)/100]⁴｝/(t_w-t)

5.669為絕熱輻射系數，單位：w/m²·k⁴

0.95為窯體的黑度

273為將攝氏溫度轉換為絕對溫度

t_w為窯皮溫度，單位：℃

t為大氣溫度，單位：℃

窯皮溫度仍按300℃，大氣溫度設為20℃，計算得出：

?h_c=1.5×（330-20）^1/4 = 6.285

h_r=5.669×0.95×

{[(330+273)/100)]⁴ -[(20+273)/100)]⁴}/(330-20)=21.7

窯體外殼向大氣散熱量為：

Q₂=(6.285+21.68)×(330-20)=8669

窯襯傳熱量Q₁(8641)與窯壁散熱量Q₂ (8669)基本相等，即原設計方案在窯襯工作層溫度為1300℃時，窯皮溫度為330℃左右。

??????????以上為理論計算，與實際砌筑完畢運行時的窯皮溫度基本一致。

3、耐材改造效果

新密市華夏耐火材料有限公司、鄭州恒道窯業有限公司將傳統耐火材料磚型改造為有保溫層和阻熱板，同樣不影響使用壽命。保溫層有同等材質加大了氣孔率，阻熱板為特定的硅酸鋁纖維板，體積密度為：0.28m3，Al₂O_3：45%，耐火度為：1460℃，接近窯殼端鋪設低導熱硅酸鋁纖維板工作狀態下導熱系數為0.2；專利產品耐磨隔熱復合磚（專利號：ZL201520410462.0），在1300℃的工作狀態下導熱系數是1.775（計算公式：0.67+0.00085t）。改造后的重質層（工作層）厚度為180mm，硅酸鋁纖維板及輕質部分厚度約70mm，假定經過改造后的窯皮溫度為210℃，計算得出：

窯襯傳熱量(套用公式1)：

Q₃=（1300-210）/（0.2/1.775+0.05/0.2+0.03/40）=3003

窯體外殼向大氣散熱量（套用公式2）：

Q₄={1.5×(210-20)^1/4+5.669×0.95×{[(210+273)/100)]⁴-[(20+273)/100)]⁴}/(210-20)}×(210-20)=3590

窯襯傳熱量Q₃（3003）小于窯壁散熱量Q₄ (3590)，即用新密市華夏耐火材料有限公司、鄭州恒道窯業有限公司專利新型耐火磚及砌筑工藝砌筑的石灰回轉窯，在窯襯工作面溫度為1300℃時，窯皮溫度為210℃左右，經過山西建龍、山西昌祥等多條回轉窯的實際驗證，理論溫度與實際溫度相符。

4、回轉窯整體散熱及能耗（采用圓筒壁傳熱公式）

圓筒壁自然對流傳熱系數公式：h_c=9.4+0.052×(t_w-t)，

圓筒壁輻射傳熱系數公式與多平壁相同，即：

h_r=5.669×0.95×{[(t_w＋273)/100]⁴－[(ｔ＋273)/100]⁴｝/(t_w-t)

回轉窯整體散熱量我們采用的平均算法，改造前窯壁取平均溫度300℃，大氣溫度取20℃，窯壁平均直徑4.3m，窯體長度58m，窯體平均壁厚0.03m。

改造前窯體外殼散熱量：

Q₅={(9.4+0.052×(300-20)) + 5.669×0.95×{[(300+273)/100]⁴ -[(20+273)/100]⁴}/(300-20)}×(300-20)=12107

（一）當改造后窯體外殼平均溫度250℃時，窯體外殼散熱量及能耗情況：

Q₆={(9.4+0.052×(250-20))+5.669×0.95×{[(250+273)/100)]⁴ -[(20+273)/100)]⁴}/(250-20)}×(250-20)=8537

用新密市華夏耐火材料有限公司、鄭州恒道窯業有限公司耐材專利產品改造前后的差值為：

Q_{5 ?}- Q₆ =12107-8537=3570窯體整體一天節省熱量： 差值×24小時×窯壁面積

即：3570×24×3.14×4.3×58×0.86=57703745Kcal

（注：0.86為將w轉換為Kcal）

每天出灰量按600噸，煙煤的發熱值按6000kcal/kg計算，將此熱量折算為煙煤量，計算出噸灰節省煙煤量：

57703745/6000/600=16Kg/噸灰

每噸煤粉價格按600元計算，則噸灰節省金額：

16/1000×600=9.6元

年運行天數按330天計算，則年省資金：

330×9.6×600=1900800元

（二）當改造后窯體外殼平均溫度240℃時，窯體外殼散熱量及能耗情況：

Q₇={(9.4+0.052×(240-20))+5.669×0.95×{[(240+273)/100)]⁴ -[(20+273)/100)]⁴}/(240-20)}×(240-20)=7913

用新密市華夏耐火材料有限公司、鄭州恒道窯業有限公司耐材專利產品改造前后的差值為：

Q_{5 ?}- Q_7?=12107-7913=4194窯體整體一天節省熱量： 差值×24小時×窯壁面積

即：4194×24×3.14×4.3×58×0.86=67789778Kcal

（注：0.86為將w轉換為Kcal）

每天出灰量按600噸，煙煤的發熱值按6000kcal/kg計算，將此熱量折算為煙煤量，計算出噸灰節省煙煤量：

67789778/6000/600=18.8Kg/噸灰

每噸煤粉價格按600元計算，則噸灰節省金額：

18.8/1000×600=11.28元

年運行天數按330天計算，則年省資金：

330×11.28×600=2233440元