硅酸盐工业窑炉热工测量与热平衡

1、第十讲 硅酸盐工业窑炉热工测量与热平衡热平衡通过采用测试测试、统计统计、计算计算等手段，用热平衡的各项技术指标来分析和掌握耗能状况和用能水平，从而找出能源利用中存在的问题。是一种考察窑炉能量构成、分市、流向和利用水平的科学手段，是对生产中使用能量情况进行定量分析的科学方法方法。为加强科学管理，改革工艺流程，改造低效设备，制定综合节能措施提供科学依据。理论基础：能量守恒和物质不灭定律进入体系的质量和能量离开体系的质量和能量对工业窑炉热平衡的要求：摸清能源的构成和消耗(收支、单耗、损失等)摸清能量的有效利用(效率、利用系数等)摸清余热资源和回收(重热量、余热量、回收率等)掌握窑炉各部位热量消耗情况

2、；分析各部耗能是否合理，发现存在的问题；提出改进措施，搞好科学管理，提高热效率主要内容主要内容 1、 热平衡方法； 2、 能量的品味和有效能计算； 3、 硅酸盐工业窑炉的热工测量方案； 4、 热平衡及结果分析。热平衡方法和步骤热平衡方法和步骤1、选择热平衡对象首先应抓好节能潜力大，用能多的设备作为热平衡对象、明确热平衡体系热平衡模型热平衡模型热平衡体系即热平衡所要研究的范围热平衡体系的划分原则：原则：测量方便、计算容易、有利于测量结果的分析。、进行热平衡测试(1)(1)根据热平衡试验目的，制定测试方案。选择测点，安装仪根据热平衡试验目的，制定测试方案。选择测点，安装仪表，进行预测和测试。表，进

3、行预测和测试。注意：注意：测试工况一定要测试工况一定要具有代表性具有代表性，测试要在，测试要在稳定工况稳定工况下进下进行，并且持续一定的时间周期。行，并且持续一定的时间周期。明确记录测定时间、地点、测试仪器和环境温度等。明确记录测定时间、地点、测试仪器和环境温度等。 (2)(2)热平衡内容，主要包括输入与输出热量。热平衡内容，主要包括输入与输出热量。输入热量输入热量即体系所收入的全部热量包括由工质和物料即体系所收入的全部热量包括由工质和物料所所带入带入的热量和外界的热量和外界供给供给的热量两个方面。如工质物料的物的热量两个方面。如工质物料的物理显热，燃料、电能、蒸气等供入热，化学反应放热，相变

4、理显热，燃料、电能、蒸气等供入热，化学反应放热，相变放出潜热，燃料及空气显热等。放出潜热，燃料及空气显热等。输出热量输出热量即体系所支出的全部热量，它通常包括工质或即体系所支出的全部热量，它通常包括工质或产品带走的热量和向外排出的各种热量。如工质和产品的焓产品带走的热量和向外排出的各种热量。如工质和产品的焓值、外供蒸气、排烟、排气、散热、蓄热、化学反应吸热、值、外供蒸气、排烟、排气、散热、蓄热、化学反应吸热、相变吸收的潜热等。相变吸收的潜热等。在热平衡体系内部回收而循环使用的热量称内循环热在热平衡体系内部回收而循环使用的热量称内循环热，一般可不单计。，一般可不单计。外部回收而循环使用的热量称外

5、循环热，应同时出现外部回收而循环使用的热量称外循环热，应同时出现在输入热量与输出热量中。在输入热量与输出热量中。4 4整理测试数据，进行热平衡计算，编制热平衡表。根据整理测试数据，进行热平衡计算，编制热平衡表。根据设备能量平衡通则设备能量平衡通则GB258781GB258781，综合能耗计算通则，综合能耗计算通则GB2589-2008和有关规定和有关规定. .能量平衡计算时的基准和规定为：能量平衡计算时的基准和规定为：(1)(1)基准温度原则上以环境温度基准温度原则上以环境温度( (如外界空气温度如外界空气温度) )为基准。为基准。(2)(2)燃料发热量原则上以燃料应用基低位发热量为基准燃料发

6、热量原则上以燃料应用基低位发热量为基准 (3)(3)燃烧用空气原则上采用空气组成校体积百分数，燃烧用空气原则上采用空气组成校体积百分数，(4)(4)标准燃料。为了便于统一计算和比较，将各种燃料按照规标准燃料。为了便于统一计算和比较，将各种燃料按照规定进行折算。定进行折算。(5)(5)等价热量。指各种不同形式能量之间的折算等价热量。指各种不同形式能量之间的折算5 5填写热平衡表填写热平衡表二、热平衡技术经济指标二、热平衡技术经济指标(1)(1)热效率热效率 热效率是用来反映供入的热量有效利用程度，热效率是用来反映供入的热量有效利用程度，数值大小表示窑炉设备用能的好坏。数值大小表示窑炉设备用能的好

7、坏。连续工作连续工作的窑炉设备，热效率的计算是指在稳定工作状态下的热效率。的窑炉设备，热效率的计算是指在稳定工作状态下的热效率。从从常温状态开始升温常温状态开始升温的设备窑炉，热效率计算是指生产的一个周期的窑炉的热效率的设备窑炉，热效率计算是指生产的一个周期的窑炉的热效率在体系内部进行循环的热量，原则上均不加到有效热量中去进行热效率计算。(2)(2)余热回收率余热回收率 余热资源回收利用程度。余热资源回收利用程度。(3)(3)余热回收效率余热回收效率 由于能量回收而带来的燃料消耗节约率。由于能量回收而带来的燃料消耗节约率。(4)(4)单耗单耗 生产某产品单位的能量消耗情况，是一个单项指标生产某

8、产品单位的能量消耗情况，是一个单项指标(5)(5)综合单位能耗综合单位能耗 单位产量单位产量( (或产值或产值) )所表示的综合能耗量。所表示的综合能耗量。综合能耗量为综合能耗量为统计期内统计期内该系统该系统( (窑炉、设备窑炉、设备) )实际消耗的各种能量实际消耗的各种能量( (燃料、电、水、汽、气等等燃料、电、水、汽、气等等) )。 (6)(6)可比能耗可比能耗 是为在同行业中使综合能耗实现可比性所是为在同行业中使综合能耗实现可比性所计算的能耗量。计算的能耗量。标准产品：标准产品：指行业所规定的基准产品。以该产品的能耗为基难，并制指行业所规定的基准产品。以该产品的能耗为基难，并制定出其它产

9、品能耗的折算系数，从而进行产品产量的折算。定出其它产品能耗的折算系数，从而进行产品产量的折算。三热流图三热流图（体系热量利用的流向平面图）（体系热量利用的流向平面图）是把供入热、有效热、回收热和损失热量按工艺流程和能量比例绘制成图燃油蓄热式马蹄焰玻璃池窑热流图四四.热平衡结果分析热平衡结果分析通常从合理组织燃料燃烧、生产工艺参数合理制订与较佳运行控制、窑炉结构改进、减少热损失、加强余热回收、整体综合优化系统用能、加强科学管理等方面分析考虑，提出节能措施，以提高燃烧效率和传热效率，达到提高能源利用率和热效率的目的。能量的品位与有效能计算 物质具有的能量数量数量品位品位一、能质 能的品位是以其做功

10、本领来度量的，能的质量以能的品质系能的品位是以其做功本领来度量的，能的质量以能的品质系数予以定量描述。在一定环境条件下，某一状态能量中，理数予以定量描述。在一定环境条件下，某一状态能量中，理论上能够转变为功的那一部分能量称为有效能论上能够转变为功的那一部分能量称为有效能(做功能做功能)，也，也称为称为“”，不可转化为功的部分，不可转化为功的部分(不做功能不做功能)，称为，称为“”。用能过程是能量守恒，而能质降低，用能过程是能量守恒，而能质降低， 值减少。值减少。热能随温度高低而不同，热源温度愈高，其品位愈高。二、有效能计算物质的物质的有效能有效能总包括机械和热流。总包括机械和热流。物质总能中功

11、能和位能在理论上可完全转变为机械功，故称之为机械或外部。热流又可分为物理和化学。物理是指由于温度和压力不同于环境而具有的。化学是指处于环境温度和压力的物流与环境间进行物质交换，最后达到与环境平衡时所作出的最大技术功。也就是说，化学是体系与环境化学不平衡，通过化学变化引起的。有效能()是物质的一个状态函数，它与其焓H和熵有关。的常用计算方法：耗损即的消耗与损失。 在能量转化或工艺过程中,的耗损可能有三种情况1 被转移，例如将原料的转移到产品中去； 2 被散失，即末产生实际效益而变为损失； 3被消耗，借以推动生产中或其它的能量转化中所必须的各种过程的进行，如最后体现到产品中的这类 ，是一种客观需要

12、。被散失的 ，是指诸如通过散热或物流的排弃所损失的，这部分应在技术的合理的范围内减至最小的限度。三、有效能效率计算 有效能效率定义：离开设各或过程的各种物流和能源的有效能效率定义：离开设各或过程的各种物流和能源的有效能之和有效能之和( (即收益或输出的有效能即收益或输出的有效能) )与进入设备或过程的与进入设备或过程的各种物流和能源的有效能之和各种物流和能源的有效能之和( (即消耗或输入的有效能即消耗或输入的有效能) )的的比。比。有效能效率和热效率区别有效能效率和热效率区别：热效率所计算的仅是各种能源的能量(数量)利用率，没有考虑各种形式能源品位的不同，往往掩盖了能质利用的不合理性。按有效能

13、效率定义：分子、分母均取值，它是评价过程用能水平的更合理指标，可用以更科学地分析用能过程以达到按质用能，更有效用能之目的。第三节 硅酸盐工业窑炉热平衡测量方案一、燃油(气)玻璃池窑热平衡测量方案 燃油(气)玻璃池窑热平衡体系包括熔化部、冷却部(工作部)、引上室、小炉、蓄热室(换热器)及部分烟道，以窑体的外表面和物料进、出窑体的界面作为体系与外界的分界面。燃料燃烧热燃料显热助燃空气显热雾化介质显热漏入空气显热配合料显热焦油燃烧热焦油显热玻璃液带出热池窑表面散热池窑表面散热孔口辐射散热孔口溢流气体显热冷却水带出热冷却风带出热烟气显热换向热损燃料化学不完全燃烧损失汽包耗热其他热损失2热平衡测试方案(

14、项目、方法)按气体燃料测定法按气体燃料测定法物料平衡与热平衡物料平衡与热平衡物料平衡表热平衡表二、燃煤玻璃池窑热平衡测量方案燃煤玻璃池窑是指燃煤半煤气发生方炉玻璃池窑。其热平衡体系包括半煤气发生方炉、熔化部、工作部、小炉、换热器及部分烟道，以及窑体的外表面和物料进出窑的界面作为体系与外界的分界面。燃煤燃烧热 燃料显热鼓入风显热漏入空气显热配合料显热助燃空气显热玻璃液带出热池窑表面散热池窑表面散热孔口辐射散热孔口溢流气体显热冷却水带出热冷却风带出热烟气显热飞灰或烟子显热燃料化学不完全燃烧损失汽包耗热其他热损失鼓入蒸汽显热燃料机械不完全燃烧损失2热平衡测试方案(项目、方法)与燃油玻璃池窑相似，不同

15、点如下：余下测试内容同燃油池窑余下测试内容同燃油池窑物料平衡与热平衡 热平衡热平衡热平衡体系 陶瓷工业隧道窑热平衡体系的划分窑体以外表面为界，窑底部(包括车下坑道在内)以地平面为界，界线以外部分(如干燥器等)均不在体系之内。三陶瓷工业隧道窑热平衡测量方案三陶瓷工业隧道窑热平衡测量方案热平衡测定方案(项目、方法)3物料平衡与热平衡(1)物料平衡表四、水泥回转窑热平衡离量方案 1热平衡体系 水泥回转窑热平衡体系的划分，是从冷印机熟料出口到预热器废气出口(即包括冷却机、回转窑、分解炉和预热器系统)并考虑了窑灰回窑和燃料制备与窑按闭路循环操作的情况。以系统的外表面和物料进、出系统的界面作为体系与外界的

16、分界面。 2热平衡测定方案(项目、方法)3物料平衡与热平衡(1)物料平衡物料平衡计算的范围是从冷却机熟料出口到预热器废气出口(即包括冷却机、回转窑、分解炉和预热器系统)并考虑了窑灰回窑和燃料制备与窑按闭路循环操作的情况，因此，各种窑型均可按此进行计算。物料平衡表热量平衡三、一点建议： 回转窑尽量采用窑+冷却机+预热器+分解炉作为热平衡的体系。 出预热器或分解炉的料和出窑气流温度以及进冷却机物料和进窑的二次风温度可以单独测量和按单项计算。机立窑测量方案 1 测点示意图： 2、测点位置、测量项目、测量仪表序序号号测点位测点位置置测量项目测量项目测量仪表测量仪表1生料下料管生料化学成分、水分、细度化学分析、水分测定仪、烘箱、天平、分析筛2煤下料管煤水分、细度、工业分析、发热量及消耗量水分测定仪、分析筛、工业分析仪、磅秤、秒表3生料成球盘出口含煤量、水分、温度、粒度、湿球强度、空隙率、爆破率、收缩率水分测定仪、水银温度计、分析筛