(高清版)GBT 39776-2021 砖瓦工业隧道窑热平衡、热效率测定与计算方法

heatefficiencyoftunnel国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I 1 1 1 1 4 5 6 99热效率计算方法 附录A(资料性附录)常用物料热平衡计算参数 ⅢGB/T39776—2021本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)提出并归口。本标准起草单位：中恒宏瑞建设集团有限公司、中国建材检验认证集团西安有限公司、安徽省建设工程测试研究院有限责任公司、国家建筑材料工业墙体屋面及道路用建筑材料节能评价检验测试中心、广西建宏建筑工程质量检测有限公司、武汉中天窑炉建筑工程有限责任公司、福建省永正工程质量检测有限公司、河南亚新窑炉有限公司、国家绿色墙体材料质量监督检验中心。李雯。1GB/T39776—2021测定与计算方法本标准适用于生产砖瓦产品的工业隧道窑。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文212213水泥化学分析方法煤的工业分析方法煤的发热量测定方法GB/T27974建材用粉煤灰及煤矸石化学分析方法3.13.23.33.4热平衡heatbalance砖瓦工业隧道窑总输入热量等于总输出热量。热效率heatefficiency砖瓦工业隧道窑有效利用热量与供给热量的比值。生产砖瓦所用原料中能够提供焙烧热量的物质。生产砖瓦焙烧所需的除原料以外的所有能够提供热量的物质。4符号本文件所采用的符号见表1。GB/T39776—2021序号符号符号定义单位1A以单位质量(吨)产品为计量单位窑炉单位小时产量2第i次测得的窑体表面综合换热系数千焦每平方米小时摄氏度3B以单位质量(吨)产品为计量单位的每辆窑车装载量4内燃料平均比热千焦每千克摄氏度5干坯原料的平均比热千焦每千克摄氏度6外燃料的平均比热千焦每千克摄氏度7砖瓦的平均比热千焦每立方米摄氏度8c'H₂o水蒸气的比热千焦每立方米摄氏度9干热风的比热千焦每立方米摄氏度干烟气的比热千焦每立方米摄氏度窑车非金属耐火材料的比热千焦每千克摄氏度窑车金属材料的比热千焦每千克摄氏度E室体表面材料黑度窑体表面散热面积平方米(m²)窑体表面第i次测量各测点所在矩形面积平方米(m²)K散热面换热系数m单辆窑车中非金属耐火材料的质量千克(kg)干坯干燥后质量千克(kg)干坯的初始质量千克(kg)生产单位质量(吨)产品对应干坯的质量千克(kg)生产单位质量(吨)产品的灰渣生成量千克(kg)单辆窑车中金属材料的总质量千克(kg)生产单位质量(吨)产品内燃料掺配量千克(kg)生产单位质量(吨)产品外燃料消耗量千克(kg)3GB/T39776—2021表1(续)序号符号符号定义单位n窑体表面散热测定总次数Qhs窑体表面散热损失千焦(kJ)Qbi第i次测得的窑体表面平均散热流量千焦每小时平方米Qgb固体不完全燃烧热损失千焦(kJ)Q供给热千焦(kJ)Qgp干坯带入的显热千焦(kJ)Qhx砖瓦坯的焙烧化学反应热千焦(kJ)内燃料燃烧反应热千焦(kJ)Qow内燃料低位发热量千焦每千克(kJ/kg)Qpsf排除干坯残余水分消耗的显、潜热千焦(kJ)Q₄b气体不完全燃烧热损失千焦(kJ)Qrfe抽出热风的显热千焦(kJ)Qse总输出热量千焦(kJ)总输入热量千焦(kJ)Q其他热损失千焦(kJ)烟气出窑热损失千焦(kJ)窑车出窑热损失千焦(kJ)Qyer窑车带入显热千焦(kJ)Qyx有效热千焦(kJ)外燃料燃烧反应热千焦(kJ)Qwx外燃料带入的显热千焦(kJ)Qwpw外燃料低位发热量千焦每千克(kJ/kg)Q砖瓦出窑热损失千焦(kJ)Qz₅蒸发干坯残余水分汽化潜热千焦(kJ)Qbi第i次用热流计测得的各个测点的热流值千焦每小时平方米r水在干坯平均温度下的汽化潜热千焦每千克(kJ/kg)灰渣内干燥基固定碳含量%T出窑砖瓦内干燥基固定碳含量%第i次测得的窑体表面温度摄氏度(℃)窑车入窑时非金属耐火材料的温度摄氏度(℃)窑车入窑时非金属耐火材料的温度摄氏度(℃)干坯的平均温度摄氏度(℃)4GB/T39776—2021表1(续)序号符号符号定义单位窑车出窑时金属材料的温度摄氏度(℃)窑车入窑时金属材料的温度摄氏度(℃)环境温度摄氏度(℃)热风的平均温度摄氏度(℃)外燃料的平均温度摄氏度(℃)烟气的平均温度摄氏度(℃)砖瓦出窑时的平均温度摄氏度(℃)每小时抽出热风的流量立方米每小时(m³/h)每小时窑炉排出烟气的流量立方米每小时(m³/h)WAt砖瓦坯中Al₂O₃的含量%W干坯含水率%外燃料含水率%η热效率%热风中一氧化碳的容积百分比%烟气中一氧化碳的容积百分比%热风中水蒸气的容积百分比%烟气中水蒸气的容积百分比%5测定原理5.1热平衡测定原理在一个热工体系内进入体系的能量(总输入热量Qs)与离开体系的能量(总输出热量Qc)在数量总输入热量Q、和总输出热量Q。按照式(2)和式(3)计算： (1) (2)Qse=Qs+Qhx+Qrfe+Q,+Qz+Qye+Qgb+Qgb+Qbs+Q (3)5.2热平衡示意图砖瓦工业隧道窑热平衡示意图见图1,收支热量不能重记或漏记5外燃料带外燃料带入显热外燃料燃烧反应热内燃料燃烧反应热Q密车带入干坯带入显热QQ余水分的汽化潜热瓦坏焙烧化学反应热QQ的显热QQ热损失热损失Q不完全燃烧热损失0出窑热损失Q面散熱损失0体不完全燃烧热损失QQ图1隧道窑热平衡示意图6测定条件6.1稳定生产状态掺配量、外燃料消耗量都保持在一个时期的平均水平。6.2温度基准温度以环境温度为基准。6.3燃料发热量基准外燃料的发热量以收到基低位发热量为基准，内燃料的发热量以干燥基低位发热量为基准。6GB/T39776—20216.4产品计量基准采用吨产品为计量基准。6.5测定周期以隧道窑稳定生产过程中的任一时刻作为测定时间起点，测定周期为24h。7测定方法7.1环境温度在距离窑炉墙体至少5m,高1m左右的位置，每隔4h测定一次室外环境温度，应至少在早、中、7.2大气压大气压用大气压力计测量。7.3原料测定期间应准确计量所用原料。原料试样应在混入内燃料之前进行取样，每隔4h取样一次，累计取样次数不少于3次，每次取样5kg。将所取样品均匀混合后，用四分法取样品3kg,精确至1g。原料中三氧化二铝含量按照GB/T16399、GB/T176、GB/T27974的规定进行。内燃料应在掺入原料之前进行取样，每隔4h取样一次，累计取样次数不少于3次，每次取样1kg,将所取样品均匀混合后，用四分法取样品1kg,精确至1g。样品应在密闭容器内保存。内燃料发热量按GB/T213的规定进行。7.4.3生产单位质量(吨)产品内燃料掺配量测定期间内应准确计量所用内燃料。生产单位质量(吨)产品内燃料掺配量由测定期间内燃料的累计消耗量和单位质量(吨)产品对应的砖坯质量、数量来确定。7.5外燃料在测定周期内，每隔4h在投煤处进行取样，累计取样次数不少于3次，每次取样1kg,将所取样品均匀混合后，用四分法取样品1kg,精确至1g。样品应在密闭容器内保存。7GB/T39776—2021外燃料发热量按GB/T213的规定进行。7.5.3生产单位质量(吨)产品外燃料消耗量测定期间应准确计量所用外燃料。生产单位质量(吨)产品外燃料消耗量由测定期间外燃料的实际消耗量(吨)及对应生产的产品质量(吨)来确定。7.6灰渣窑车出窑后，分别收集三个窑车上的灰渣(砖渣除外),在现场集中称量，然后用四分法取样品灰渣干燥基固定碳含量按照GB/T212的规定进行。7.6.3生产单位质量(吨)产品灰渣生成量生产单位质量(吨)产品的灰渣生成量由收集到的灰渣总量及所对应三辆窑车所生产的产品质量(吨)来确定。烟气和热风测定的位置应选择在直风道上且与风机距离大于3倍管径长度处。在测定周期内，每隔4h测定一次温度、含湿量、流速，累计测定次数不少于3次。热平衡计算时取各次测量结果的平均值。宜选用数字温湿度计和流速计进行测量(如温度、湿度、流速联合测定仪),不同规格的风机应分别测定。温度精确至0.5℃,含湿量精确至0.1%,流速精确至0.1m/s。气体成分宜采用自动气体分析仪进行测量。7.8干坯与砖瓦在测定周期内，在进窑口和出窑口处每隔4h各取样一次，累计取样次数不少于3次。7.8.2进出窑时的温度与质量干坯测试样品应在入窑时进行取样，每次随机抽取5块样品，砖瓦测试样品应在出窑时进行取样，每次随机抽取5块样品。取样后，应立即测量所取样品的温度和质量，温度精确至0.5℃,质量精确至1g。根据测量结果分别计算样品进出窑时的平均温度和平均质量。8GB/T39776—20217.8.3干坯含水率每次测试完干坯温度之后，留取两块样品测定其含水率。首先称取干坯的初始质量mg。,然后在(105±5)℃烘至恒质(恒质是指在烘干过程中间隔2h,前后两次称量质量差不大于0.2%),称取干燥后质量mg,精确至1g。干坯含水率Wgp按式(4)计算：……7.8.4砖瓦残余热量将7.8.1的砖瓦样品随机抽取3块进行粉碎，用四分法取样品1kg,精确至1g,固定碳含量按GB/T212的规定进行测定。采用干燥基低位发热量计算砖瓦残余热量。7.9窑车在测定周期内，在进窑口和出窑口处每隔4h各选取一辆窑车，累计选取次数不少于3次。7.9.2进出窑窑车的温度与质量窑车选取后，应立即测量窑车的金属部分、非金属部分温度和质量(可以根据窑车加工图确定窑车质量),窑车测量温度精确至0.5℃,质量精确至1g。根据测量结果分别计算样品进出窑时的平均温度和平均质量。7.10窑体表面散热流量7.10.1测定时间在测定周期内，每隔4h测定一次，累计测定次数不少于3次。热平衡计算取各次测量数据的平均值。7.10.2测点划分测定前，根据窑体表面温度的变化将窑体全部表面划分为若干个矩形面，以每个面的中心作为一个测点，同一面上各点温度最大值与最小值之差不大于3℃,同时测量划分区域面积。7.10.3窑体表面散热流量窑体表面散热流量采用温差法或热流计法。在7.9.2选定的测点上进行温度或热流密度的测定，记录各测点的温度或热流密度，根据每次测量结果的平均值计算各次窑体表面散热流量。温度精确至0.5℃,热流密度精确至0.1W/m²。7.11窑内温度7.11.1测定条件测定周期内，在窑炉纵向长度上均匀选择测点测量窑内温度，每隔4h测定一次，累计测定次数不少于3次。热平衡计算取各次测量数据的平均值。温度精确至1℃。7.11.2窑内时间-温度曲线以窑炉运行时间为横坐标，温度为纵坐标绘制窑炉时间-温度曲线。9GB/T39776—20218热平衡计算方法8.1热量输入8.1.1内燃料的燃烧反应热内燃料的燃烧反应热Q。按式(5)计算：Qn=Qipwm……(5)8.1.2外燃料的燃烧反应热外燃料的燃烧反应热Qw按式(6)计算：Qw=Qwpwm…………(6)8.1.3外燃料带入的显热外燃料带入的显热Qwx按式(7)计算：Qwx=mw[cw(1—Ww)+4.18Ww](tw—to) (7)8.1.4干坯带入的显热8.1.4.1干坯带入的显热Qp按式(8)计算：Qgp=[(mp(1-Wgp)-mi)cpi+4.18mgpWgp+micn](tgp—to) (8)8.1.4.2干坯原料的平均比热cpi按式(9)计算：8.1.5窑车带入显热窑车带入显热Qycr按式(10)计算：……8.2热量输出8.2.1蒸发干坯残余水分的汽化潜热蒸发干坯残余水分的汽化潜热Q按式(11)计算： (11)8.2.2砖瓦坯焙烧化学反应热砖瓦坯焙烧化学反应热Qhx应以实测结果为准，若条件不具备按式(12)计算：Qhx=2091mgpWAi(1—Wgp) (12)8.2.3抽出热风的显热抽出热风的显热Qrie按公式(13)计算：8.2.4烟气出窑热损失烟气出窑热损失Q,按式(14)计算：GB/T39776—20218.2.5砖瓦出窑热损失砖瓦出窑热损失Q,按式(15)计算：Q,=1000c₂(t₂—to) (15)8.2.6窑车出窑热损失窑车出窑热损失Qyce按式(16)计算：……8.2.7固体不完全燃烧的热损失固体不完全燃烧的热损失Qgb按式(17)计算：Qgb=338.71(mhTh₂+1000T₂) (17)8.2.8气体不完全燃烧的热损失气体不完全燃烧的热损失Qqb按式(18)计算：8.2.9窑体表面散热损失8.2.9.1窑体表面散热损失窑体表面散热损失Qb。按式(19)计算：8.2.9.2第i次测得的窑体表面平均散热流量第i次测得的窑体表面平均散热流量Qbs;按式(20)或式(21)计算：……(18)……8.2.9.3第i次测得的窑体表面综合换热系数第i次测得的窑体表面综合换热系数ah按式(22)计算：…………(21)8.2.10其他热损失其他热损失Q.按式(23)计算：Q.=Qs—(Qs+Qhx+Qrfc+Q,+Qz+Qyc+Qgb+Qqb+Qbs) (23)9热效率计算方法9.1供给热供给热Qg按式(24)计算：Q=Qn+Qw+Qwx+Qgp+Qycr…………(24)9.2有效热9.2.1排除干坯残余水分消耗的显、潜热排除干坯残余水分消耗的显、潜热Qps按式(25)计算：Qpsf=mgpWgp[r+c′H₂o(ty-tgp)] (25)9.2.2砖坯的燃烧化学反应热砖瓦坯的焙烧化学反应热Qhx按8.2.2的规定进行计算。9.2.3有效热有效热Qyx按式(26)计算：Qyx=Qpsf十Qhx…………(26)9.3热效率 (27)10热平衡、热效率计算汇总表砖瓦工业隧道窑热平衡、热效率计算结果汇总见表2。表2热平衡、热效率计算结果汇总表序号热量收入热量支出数值/10⁴kJ百分数/%数值/10⁴kJ百分数/%1内燃料的燃烧反应热Qn蒸发干坯内残余水分汽化潜热Qzf2外燃料的燃烧反应热Qw砖瓦坯的焙烧化学反应热Qhx3外燃料带入的显热Qwx抽出热风显热Qrf4烟气出窑热损失QGB/T39776—2021表2(续)序号热量收入热量支出数值/10⁴kJ百分数/%数值/10⁴kJ百分数/%5窑车带入的显热Qycr砖瓦出窑热损失Q6窑车出窑热损失Qyc7固体不完全燃烧热损失Qg8气体不完全燃烧热损失Q9窑体表面散热损失Qbs其他热损失Q合计合计有效热Q/10⁴kI热效率η/%(资料性附录)常用物料热平衡计算参数A.1部分材料比热部分材料比热见表A.1。表A.1部分材料比热序号材料名称干密度/(kg/m³)比热/[kJ/(kg·℃)]1锅炉渣2粉煤灰3高炉矿渣4浮石5膨胀蛭石6硅藻土7膨胀珍珠岩8木屑9稻壳干草夯实黏土加草黏土轻质黏土A.2几种煤的平均比热几种煤的平均比热见表A.2。表A.2几种煤的平均比热单位为千焦每千克摄氏度种类泥煤褐煤长焰煤粉煤灰气煤肥煤平均比热0.753种类瘦煤烟煤无烟煤煤渣焦炭—平均比热0.8360.8360.836A.3水的平均比热水的平均比热见表A.3。GB/T39776—2021温度/℃0平均比热/[kJ/(kg·℃)]4.2114.1914.1834.1754.1754.1754.1784.1874.1944.207水在不同温度下的汽化潜热见表A.4。温度/℃汽化潜热/温度/℃汽化潜热/温度/℃汽化潜热/温度/℃汽化潜热/0123456789GB/T39776—2021A.5各种气体的平均定压比热各种气体的平均定压比热见表A.5。表A.5各种气体的平均定压比热温度/℃平均定压比热/[kJ/(m³·℃)]H₂N₂O₂H₂OCO₂干空气湿空气H₂SSO₂02.0114002.0692.1232.0522.1692.0982.2072.1402.2362.1782.215A.6灰渣的平均比热灰渣的平均比热见表A.6。表A.6灰渣的平均比热温度/℃平均比热/[kJ/(kg·℃)]A.7金属平均比热金属平均比热见表A.7。表A.7金属平均比热温度/℃0～1000平均比热/低碳钢铸铁GB/T39776—2021A.8部分材料的辐射黑度部分材料的辐射黑度见表A.8。表A.8部分材料的辐射黑度材料名称耐火砖钢板红砖铁板(已生锈)铸铁(已氧化)抹灰砖砌体黑度E0.71～0.850.800.930.6850.890.94A.9常用各种能源平均折算热量及折标准煤参考系数常用各种能源平均折算热量及折标准煤参考系数见表A.9。表A.9常用各种能源平均折算热量及折标准煤参考系数能源名称平均低位发热量折标准煤系数原煤0.7143kgce/kg洗精煤263477kJ/kg0.9000kgce/kg其他洗煤0.285