硅酸鹽工業(yè)窯爐熱工測(cè)量與熱平衡

1、第十講 硅酸鹽工業(yè)窯爐熱工測(cè)量與熱平衡熱平衡通過(guò)采用測(cè)試測(cè)試、統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算計(jì)算等手段，用熱平衡的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)分析和掌握耗能狀況和用能水平，從而找出能源利用中存在的問(wèn)題。是一種考察窯爐能量構(gòu)成、分市、流向和利用水平的科學(xué)手段，是對(duì)生產(chǎn)中使用能量情況進(jìn)行定量分析的科學(xué)方法方法。為加強(qiáng)科學(xué)管理，改革工藝流程，改造低效設(shè)備，制定綜合節(jié)能措施提供科學(xué)依據(jù)。理論基礎(chǔ)：能量守恒和物質(zhì)不滅定律進(jìn)入體系的質(zhì)量和能量離開(kāi)體系的質(zhì)量和能量對(duì)工業(yè)窯爐熱平衡的要求：摸清能源的構(gòu)成和消耗(收支、單耗、損失等)摸清能量的有效利用(效率、利用系數(shù)等)摸清余熱資源和回收(重?zé)崃?、余熱量、回收率?掌握窯爐各部位熱量消耗情況

2、；分析各部耗能是否合理，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題；提出改進(jìn)措施，搞好科學(xué)管理，提高熱效率主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1、 熱平衡方法； 2、 能量的品味和有效能計(jì)算； 3、 硅酸鹽工業(yè)窯爐的熱工測(cè)量方案； 4、 熱平衡及結(jié)果分析。熱平衡方法和步驟熱平衡方法和步驟1、選擇熱平衡對(duì)象首先應(yīng)抓好節(jié)能潛力大，用能多的設(shè)備作為熱平衡對(duì)象、明確熱平衡體系熱平衡模型熱平衡模型熱平衡體系即熱平衡所要研究的范圍熱平衡體系的劃分原則：原則：測(cè)量方便、計(jì)算容易、有利于測(cè)量結(jié)果的分析。、進(jìn)行熱平衡測(cè)試(1)(1)根據(jù)熱平衡試驗(yàn)?zāi)康?，制定測(cè)試方案。選擇測(cè)點(diǎn)，安裝儀根據(jù)熱平衡試驗(yàn)?zāi)康模贫y(cè)試方案。選擇測(cè)點(diǎn)，安裝儀表，進(jìn)行預(yù)測(cè)和測(cè)試。表，進(jìn)

3、行預(yù)測(cè)和測(cè)試。注意：注意：測(cè)試工況一定要測(cè)試工況一定要具有代表性具有代表性，測(cè)試要在，測(cè)試要在穩(wěn)定工況穩(wěn)定工況下進(jìn)下進(jìn)行，并且持續(xù)一定的時(shí)間周期。行，并且持續(xù)一定的時(shí)間周期。明確記錄測(cè)定時(shí)間、地點(diǎn)、測(cè)試儀器和環(huán)境溫度等。明確記錄測(cè)定時(shí)間、地點(diǎn)、測(cè)試儀器和環(huán)境溫度等。 (2)(2)熱平衡內(nèi)容，主要包括輸入與輸出熱量。熱平衡內(nèi)容，主要包括輸入與輸出熱量。輸入熱量輸入熱量即體系所收入的全部熱量包括由工質(zhì)和物料即體系所收入的全部熱量包括由工質(zhì)和物料所所帶入帶入的熱量和外界的熱量和外界供給供給的熱量?jī)蓚€(gè)方面。如工質(zhì)物料的物的熱量?jī)蓚€(gè)方面。如工質(zhì)物料的物理顯熱，燃料、電能、蒸氣等供入熱，化學(xué)反應(yīng)放熱，相變

4、理顯熱，燃料、電能、蒸氣等供入熱，化學(xué)反應(yīng)放熱，相變放出潛熱，燃料及空氣顯熱等。放出潛熱，燃料及空氣顯熱等。輸出熱量輸出熱量即體系所支出的全部熱量，它通常包括工質(zhì)或即體系所支出的全部熱量，它通常包括工質(zhì)或產(chǎn)品帶走的熱量和向外排出的各種熱量。如工質(zhì)和產(chǎn)品的焓產(chǎn)品帶走的熱量和向外排出的各種熱量。如工質(zhì)和產(chǎn)品的焓值、外供蒸氣、排煙、排氣、散熱、蓄熱、化學(xué)反應(yīng)吸熱、值、外供蒸氣、排煙、排氣、散熱、蓄熱、化學(xué)反應(yīng)吸熱、相變吸收的潛熱等。相變吸收的潛熱等。在熱平衡體系內(nèi)部回收而循環(huán)使用的熱量稱(chēng)內(nèi)循環(huán)熱在熱平衡體系內(nèi)部回收而循環(huán)使用的熱量稱(chēng)內(nèi)循環(huán)熱，一般可不單計(jì)。，一般可不單計(jì)。外部回收而循環(huán)使用的熱量稱(chēng)外

5、循環(huán)熱，應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)外部回收而循環(huán)使用的熱量稱(chēng)外循環(huán)熱，應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)在輸入熱量與輸出熱量中。在輸入熱量與輸出熱量中。4 4整理測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行熱平衡計(jì)算，編制熱平衡表。根據(jù)整理測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行熱平衡計(jì)算，編制熱平衡表。根據(jù)設(shè)備能量平衡通則設(shè)備能量平衡通則GB258781GB258781，綜合能耗計(jì)算通則，綜合能耗計(jì)算通則GB2589-2008和有關(guān)規(guī)定和有關(guān)規(guī)定. .能量平衡計(jì)算時(shí)的基準(zhǔn)和規(guī)定為：能量平衡計(jì)算時(shí)的基準(zhǔn)和規(guī)定為：(1)(1)基準(zhǔn)溫度原則上以環(huán)境溫度基準(zhǔn)溫度原則上以環(huán)境溫度( (如外界空氣溫度如外界空氣溫度) )為基準(zhǔn)。為基準(zhǔn)。(2)(2)燃料發(fā)熱量原則上以燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)燃料發(fā)

6、熱量原則上以燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量為基準(zhǔn) (3)(3)燃燒用空氣原則上采用空氣組成校體積百分?jǐn)?shù)，燃燒用空氣原則上采用空氣組成校體積百分?jǐn)?shù)，(4)(4)標(biāo)準(zhǔn)燃料。為了便于統(tǒng)一計(jì)算和比較，將各種燃料按照規(guī)標(biāo)準(zhǔn)燃料。為了便于統(tǒng)一計(jì)算和比較，將各種燃料按照規(guī)定進(jìn)行折算。定進(jìn)行折算。(5)(5)等價(jià)熱量。指各種不同形式能量之間的折算等價(jià)熱量。指各種不同形式能量之間的折算5 5填寫(xiě)熱平衡表填寫(xiě)熱平衡表二、熱平衡技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)二、熱平衡技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(1)(1)熱效率熱效率 熱效率是用來(lái)反映供入的熱量有效利用程度，熱效率是用來(lái)反映供入的熱量有效利用程度，數(shù)值大小表示窯爐設(shè)備用能的好壞。數(shù)值大小表示窯爐設(shè)備用能的好

7、壞。連續(xù)工作連續(xù)工作的窯爐設(shè)備，熱效率的計(jì)算是指在穩(wěn)定工作狀態(tài)下的熱效率。的窯爐設(shè)備，熱效率的計(jì)算是指在穩(wěn)定工作狀態(tài)下的熱效率。從從常溫狀態(tài)開(kāi)始升溫常溫狀態(tài)開(kāi)始升溫的設(shè)備窯爐，熱效率計(jì)算是指生產(chǎn)的一個(gè)周期的窯爐的熱效率的設(shè)備窯爐，熱效率計(jì)算是指生產(chǎn)的一個(gè)周期的窯爐的熱效率在體系內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)的熱量，原則上均不加到有效熱量中去進(jìn)行熱效率計(jì)算。(2)(2)余熱回收率余熱回收率 余熱資源回收利用程度。余熱資源回收利用程度。(3)(3)余熱回收效率余熱回收效率 由于能量回收而帶來(lái)的燃料消耗節(jié)約率。由于能量回收而帶來(lái)的燃料消耗節(jié)約率。(4)(4)單耗單耗 生產(chǎn)某產(chǎn)品單位的能量消耗情況，是一個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)生產(chǎn)某

8、產(chǎn)品單位的能量消耗情況，是一個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)(5)(5)綜合單位能耗綜合單位能耗 單位產(chǎn)量單位產(chǎn)量( (或產(chǎn)值或產(chǎn)值) )所表示的綜合能耗量。所表示的綜合能耗量。綜合能耗量為綜合能耗量為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)統(tǒng)計(jì)期內(nèi)該系統(tǒng)該系統(tǒng)( (窯爐、設(shè)備窯爐、設(shè)備) )實(shí)際消耗的各種能量實(shí)際消耗的各種能量( (燃料、電、水、汽、氣等等燃料、電、水、汽、氣等等) )。 (6)(6)可比能耗可比能耗 是為在同行業(yè)中使綜合能耗實(shí)現(xiàn)可比性所是為在同行業(yè)中使綜合能耗實(shí)現(xiàn)可比性所計(jì)算的能耗量。計(jì)算的能耗量。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品：標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品：指行業(yè)所規(guī)定的基準(zhǔn)產(chǎn)品。以該產(chǎn)品的能耗為基難，并制指行業(yè)所規(guī)定的基準(zhǔn)產(chǎn)品。以該產(chǎn)品的能耗為基難，并制定出其它產(chǎn)

9、品能耗的折算系數(shù)，從而進(jìn)行產(chǎn)品產(chǎn)量的折算。定出其它產(chǎn)品能耗的折算系數(shù)，從而進(jìn)行產(chǎn)品產(chǎn)量的折算。三熱流圖三熱流圖（體系熱量利用的流向平面圖）（體系熱量利用的流向平面圖）是把供入熱、有效熱、回收熱和損失熱量按工藝流程和能量比例繪制成圖燃油蓄熱式馬蹄焰玻璃池窯熱流圖四四.熱平衡結(jié)果分析熱平衡結(jié)果分析通常從合理組織燃料燃燒、生產(chǎn)工藝參數(shù)合理制訂與較佳運(yùn)行控制、窯爐結(jié)構(gòu)改進(jìn)、減少熱損失、加強(qiáng)余熱回收、整體綜合優(yōu)化系統(tǒng)用能、加強(qiáng)科學(xué)管理等方面分析考慮，提出節(jié)能措施，以提高燃燒效率和傳熱效率，達(dá)到提高能源利用率和熱效率的目的。能量的品位與有效能計(jì)算 物質(zhì)具有的能量數(shù)量數(shù)量品位品位一、能質(zhì) 能的品位是以其做功

10、本領(lǐng)來(lái)度量的，能的質(zhì)量以能的品質(zhì)系能的品位是以其做功本領(lǐng)來(lái)度量的，能的質(zhì)量以能的品質(zhì)系數(shù)予以定量描述。在一定環(huán)境條件下，某一狀態(tài)能量中，理數(shù)予以定量描述。在一定環(huán)境條件下，某一狀態(tài)能量中，理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪且徊糠帜芰糠Q(chēng)為有效能論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪且徊糠帜芰糠Q(chēng)為有效能(做功能做功能)，也，也稱(chēng)為稱(chēng)為“”，不可轉(zhuǎn)化為功的部分，不可轉(zhuǎn)化為功的部分(不做功能不做功能)，稱(chēng)為，稱(chēng)為“”。用能過(guò)程是能量守恒，而能質(zhì)降低，用能過(guò)程是能量守恒，而能質(zhì)降低， 值減少。值減少。熱能隨溫度高低而不同，熱源溫度愈高，其品位愈高。二、有效能計(jì)算物質(zhì)的物質(zhì)的有效能有效能總包括機(jī)械和熱流?？偘C(jī)械和熱流。物質(zhì)總能中功

11、能和位能在理論上可完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，故稱(chēng)之為機(jī)械或外部。熱流又可分為物理和化學(xué)。物理是指由于溫度和壓力不同于環(huán)境而具有的?；瘜W(xué)是指處于環(huán)境溫度和壓力的物流與環(huán)境間進(jìn)行物質(zhì)交換，最后達(dá)到與環(huán)境平衡時(shí)所作出的最大技術(shù)功。也就是說(shuō)，化學(xué)是體系與環(huán)境化學(xué)不平衡，通過(guò)化學(xué)變化引起的。有效能()是物質(zhì)的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，它與其焓H和熵有關(guān)。的常用計(jì)算方法：耗損即的消耗與損失。 在能量轉(zhuǎn)化或工藝過(guò)程中,的耗損可能有三種情況1 被轉(zhuǎn)移，例如將原料的轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中去； 2 被散失，即末產(chǎn)生實(shí)際效益而變?yōu)閾p失； 3被消耗，借以推動(dòng)生產(chǎn)中或其它的能量轉(zhuǎn)化中所必須的各種過(guò)程的進(jìn)行，如最后體現(xiàn)到產(chǎn)品中的這類(lèi) ，是一種客觀(guān)需要

12、。被散失的 ，是指諸如通過(guò)散熱或物流的排棄所損失的，這部分應(yīng)在技術(shù)的合理的范圍內(nèi)減至最小的限度。三、有效能效率計(jì)算 有效能效率定義：離開(kāi)設(shè)各或過(guò)程的各種物流和能源的有效能效率定義：離開(kāi)設(shè)各或過(guò)程的各種物流和能源的有效能之和有效能之和( (即收益或輸出的有效能即收益或輸出的有效能) )與進(jìn)入設(shè)備或過(guò)程的與進(jìn)入設(shè)備或過(guò)程的各種物流和能源的有效能之和各種物流和能源的有效能之和( (即消耗或輸入的有效能即消耗或輸入的有效能) )的的比。比。有效能效率和熱效率區(qū)別有效能效率和熱效率區(qū)別：熱效率所計(jì)算的僅是各種能源的能量(數(shù)量)利用率，沒(méi)有考慮各種形式能源品位的不同，往往掩蓋了能質(zhì)利用的不合理性。按有效能

13、效率定義：分子、分母均取值，它是評(píng)價(jià)過(guò)程用能水平的更合理指標(biāo)，可用以更科學(xué)地分析用能過(guò)程以達(dá)到按質(zhì)用能，更有效用能之目的。第三節(jié) 硅酸鹽工業(yè)窯爐熱平衡測(cè)量方案一、燃油(氣)玻璃池窯熱平衡測(cè)量方案 燃油(氣)玻璃池窯熱平衡體系包括熔化部、冷卻部(工作部)、引上室、小爐、蓄熱室(換熱器)及部分煙道，以窯體的外表面和物料進(jìn)、出窯體的界面作為體系與外界的分界面。燃料燃燒熱燃料顯熱助燃空氣顯熱霧化介質(zhì)顯熱漏入空氣顯熱配合料顯熱焦油燃燒熱焦油顯熱玻璃液帶出熱池窯表面散熱池窯表面散熱孔口輻射散熱孔口溢流氣體顯熱冷卻水帶出熱冷卻風(fēng)帶出熱煙氣顯熱換向熱損燃料化學(xué)不完全燃燒損失汽包耗熱其他熱損失2熱平衡測(cè)試方案(

14、項(xiàng)目、方法)按氣體燃料測(cè)定法按氣體燃料測(cè)定法物料平衡與熱平衡物料平衡與熱平衡物料平衡表熱平衡表二、燃煤玻璃池窯熱平衡測(cè)量方案燃煤玻璃池窯是指燃煤半煤氣發(fā)生方爐玻璃池窯。其熱平衡體系包括半煤氣發(fā)生方爐、熔化部、工作部、小爐、換熱器及部分煙道，以及窯體的外表面和物料進(jìn)出窯的界面作為體系與外界的分界面。燃煤燃燒熱 燃料顯熱鼓入風(fēng)顯熱漏入空氣顯熱配合料顯熱助燃空氣顯熱玻璃液帶出熱池窯表面散熱池窯表面散熱孔口輻射散熱孔口溢流氣體顯熱冷卻水帶出熱冷卻風(fēng)帶出熱煙氣顯熱飛灰或煙子顯熱燃料化學(xué)不完全燃燒損失汽包耗熱其他熱損失鼓入蒸汽顯熱燃料機(jī)械不完全燃燒損失2熱平衡測(cè)試方案(項(xiàng)目、方法)與燃油玻璃池窯相似，不同

15、點(diǎn)如下：余下測(cè)試內(nèi)容同燃油池窯余下測(cè)試內(nèi)容同燃油池窯物料平衡與熱平衡 熱平衡熱平衡熱平衡體系 陶瓷工業(yè)隧道窯熱平衡體系的劃分窯體以外表面為界，窯底部(包括車(chē)下坑道在內(nèi))以地平面為界，界線(xiàn)以外部分(如干燥器等)均不在體系之內(nèi)。三陶瓷工業(yè)隧道窯熱平衡測(cè)量方案三陶瓷工業(yè)隧道窯熱平衡測(cè)量方案熱平衡測(cè)定方案(項(xiàng)目、方法)3物料平衡與熱平衡(1)物料平衡表四、水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡離量方案 1熱平衡體系 水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡體系的劃分，是從冷印機(jī)熟料出口到預(yù)熱器廢氣出口(即包括冷卻機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、分解爐和預(yù)熱器系統(tǒng))并考慮了窯灰回窯和燃料制備與窯按閉路循環(huán)操作的情況。以系統(tǒng)的外表面和物料進(jìn)、出系統(tǒng)的界面作為體系與外界的

16、分界面。 2熱平衡測(cè)定方案(項(xiàng)目、方法)3物料平衡與熱平衡(1)物料平衡物料平衡計(jì)算的范圍是從冷卻機(jī)熟料出口到預(yù)熱器廢氣出口(即包括冷卻機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、分解爐和預(yù)熱器系統(tǒng))并考慮了窯灰回窯和燃料制備與窯按閉路循環(huán)操作的情況，因此，各種窯型均可按此進(jìn)行計(jì)算。物料平衡表熱量平衡三、一點(diǎn)建議： 回轉(zhuǎn)窯盡量采用窯+冷卻機(jī)+預(yù)熱器+分解爐作為熱平衡的體系。 出預(yù)熱器或分解爐的料和出窯氣流溫度以及進(jìn)冷卻機(jī)物料和進(jìn)窯的二次風(fēng)溫度可以單獨(dú)測(cè)量和按單項(xiàng)計(jì)算。機(jī)立窯測(cè)量方案 1 測(cè)點(diǎn)示意圖： 2、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)量項(xiàng)目、測(cè)量?jī)x表序序號(hào)號(hào)測(cè)點(diǎn)位測(cè)點(diǎn)位置置測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表1生料下料管生料化學(xué)成分、水分、細(xì)度化學(xué)分析、水分測(cè)定儀、烘箱、天平、分析篩2煤下料管煤水分、細(xì)度、工業(yè)分析、發(fā)熱量及消耗量水分測(cè)定儀、分析篩、工業(yè)分析儀、磅秤、秒表3生料成球盤(pán)出口含煤量、水分、溫度、粒度、濕球強(qiáng)度、空隙率、爆破率、收縮率水分測(cè)定儀、水銀溫度計(jì)、分析篩