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回转窑二次风温的测量误差分析 【中国水泥网】 作者:简淼夫，张薇，李昌勇?单位:南京化工大学材料学院 【2007-05-21】 摘要：对水泥回转窑二次风温测量误差的来源进行了分析，指出水泥行业中，二次风的定义并不是很严格，没有考虑不同截面上二次风温度的差异，致使不同厂家热工标定的数据缺乏可比性。提出了新的理论二次风温的测量方法。 热工标定是评价和诊断水泥回转窑运行状况的重要手段。对于评价窑系统的热效率和冷却机的效率，二次风温是一个十分重要的指标。目前热工标定中二次风温的测量，均按照现行的国家标准(GB4179-84)进行，但在水泥行业中，二次风的定义并不是很严格，没有考虑二次风温度的差异，致使不同厂家热工标定的数据缺乏可比性。本文结合水泥回转窑二次风温测量误差的来源进行了分析，指出应考虑不同测点二次风温度的差异，以便对窑炉系统热效率和冷却机效率进行准确的评价，并使不同的热工标定数据可直接进行横向比较。? 1　二次风测定现状分析? 在热工测定中，水泥回转窑二次风温的测量一直是困扰热工测定的难题之一。实测出的二次风温从700～1250℃不等，与实际窑系统和冷却机的热平衡很难吻合，实际测量与热平衡的误差通常在100℃左右，有时偏高，有时偏低。而人们常常把这误差归结于高温气流的测温误差，虽然在测量中按标准规定采用抽气热电偶测温，但测量精度仍然不能满足实际需要，而被迫用热平衡值来代替实测值。? 　　 就系统热平衡而言，需要测定截面上的热流分布，以确定穿过系统界面的热量。而测量截面的热流分布实际上非常困难，通常需要测量平均温度和平均流速来确定。确定平均温度需测定断面上的温度分布，测量平均速度要求测点的风速分布不能太复杂，这对实际测点位置的选择提出了要求，尽量远离弯头和变径等引起流场复杂变化的部件，以使测量得到简化。而实际系统要满足上述要求是比较困难的，这是二次风温测量中误差的一个重要来源。? 　　 通常采用抽气热电偶测量二次风温。这是因为二次风速较低，一般每秒只有几米，而物料、壁面和气流的温差较大，采用抽气电偶测量二次风温可减少因壁面和物料辐射导致的测温误差。一般水泥厂回转窑测定使用的抽气热电偶是按照国标推荐的形式，其测量误差一般可控制在3%左右[1]，但实际误差则在10%左右。表1是一组二次风温实测数据和热平衡值，其中A、B两条生产线都是大型干法水泥生产线，均使用推动篦式冷却机，因此具有一定的可比性。由表1可以看出，在不同的生产线上测量，其测量值与热平衡结果的误差有明显差异。从现场测试数据上看，用辐射误差来解释测量误差是不合适的，因为类似的系统中热电偶所受到的热辐射情况类似，误差或者都偏正方向，或者都偏负方向。在现场测试时，将抽气热电偶放入测试位置后，先不抽气测得风速为零时的温度，再抽气后温度明显上升，这表明气体温度确实比壁面温度要高。而A厂的实测值比热平衡值高，B厂的实测值比热平衡值低，实测时的重复性误差小于2%。此外，A线和B线是同一种类型的冷却机，其熟料的单位热耗差距并不十分大，而实侧数据相差较大，这说明除测量误差外还有其它的误差来源。?? 从表1看出，测量的C线二次风温和料温明显低于A、B两线，但热耗却比B线低，比A线高。二次风温的高低应反映的是冷却机的效率，这意味着C线系统中冷却机的效率远低于A、B线，窑系统的效率则远高于A、B两线。而实际上A线窑炉系统的热效率在全国是领先的，这从系统的其他测试参数可以明显看出。由此可见，这种方式测出的二次风温由于误差的影响，即使满足热平衡，对于系统的实际状况仍不能给出正确的指导。? 　　 如果选用图1中的区域作为控制体，做以下几点假设:? 　　? 　　图1　热平衡测量截面示意图? 1)因为散热量远小于热通量，故忽略散热损失；? 　　 2)假设从窑头到冷却机之间的通道上，没有化学反应也没泄漏，为无源无漏的管流，在稳态时其任一截面的热通量相等，则在图1中任一截面上，有? 　　Qf1=Qsi-Qgi? 　　　?=tsi×Csi×Msi-tgi×Cgi×Mgi　　(1)? 　　i=0，1，2，……? 　　 其中，Qf1为入冷却机热通量；Qsi和Qgi为相应位置物料和气流的热焓；t、C、M为相应位置的气体和物料温度、比热和质量流量。图1中窑与冷却机之间的每一个截面上风温和物料温度都不相同，从窑头往冷却机方向推移，温度逐步降低。即对每一台窑来说，二次风温和料温与测量位置有关，并非固定数值。由此可见，即使完全理想的测量，在图1中不同测量截面测得的二次风温也是不同，即使同在窑口测量，由于燃烧器插入深度不同，即冷却带长度不同，测量结果也不相同。? 　　 在现场测量中，由于种种原因，所测量的二次风温和料温可能不在同一截面上，因而造成测量值与热平衡值的不