GB/T 27712-2011 非木浆多效蒸发系统能量平衡及能量效率计算方法

　　ICS 85-010 Y 30

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 27712—2011

　　非木浆多效蒸发系统能量平衡

　　及能量效率计算方法

　　Calculation method ofenergy equilibrium and

　　energy efficiencyin multipleeffectevaporatingsystem ofnon-woodpulp

　　2011-12-30发布 2012-07-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 27712—2011

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国轻工业联合会提出 。

　　本标准由全国造纸工业标准化技术委员会(SAC/TC141)归 口 。

　　本标准起草单位 : 中国制浆造纸研究院 、大连工业大学 、山东齐河晨鸣纸板有限公司 。

　　本标准主要起草人 :刘秉钺 、张清文 、张楠 、邱文伦 。

　　Ⅰ

　　GB/T 27712—2011

　　非木浆多效蒸发系统能量平衡

　　及能量效率计算方法

　　1 范围

　　本标准规定了非木浆多效蒸发系统能量平衡及能量效率的计算方法 。

　　本标准适用于制浆造纸企业非木浆碱回收黑液多效蒸发装置的能量平衡及能量效率测试与计算 。

　　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件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 27736—2011 制浆造纸企业生产过程的系统能量平衡计算方法通则

　　3 能量平衡方框图

　　3. 1 非木浆多效蒸发系统能量平衡方框图见图 1。

　　图 1 非木浆多效蒸发系统能量平衡方框图

　　3. 2 体系边界 :体系是以稀黑液 、加热蒸汽进口和冷却水进口开始 ,至浓黑液出 口 、温水出 口 、各效冷凝水及真空泵不凝气出口为本体系的边界 。

　　3. 3 图 1 中符号说明 :

　　Q1— 稀黑液带入热量 ;

　　Q2— 新鲜蒸汽带入的热量 ;

　　Q3— 冷却水带入热量 ;

　　Q4— 浓黑液带出热量 ;

　　Q5— 清洁冷凝水带走的热量 ;

　　Q6— 各效总的污冷凝水带出的热量 ;

　　Q7— 不凝气带出的热量 ;

　　1

　　GB/T 27712—2011

　　Q8— 温水带出热量 ;

　　Q9— 散热损失的热量 。

　　图 1 中符号的单位为 MJ。

　　4 能量平衡计算(以生产 1 t风干浆为基准)

　　4. 1 输入热量

　　4. 1. 1 稀黑液带入热量 Q1 按式(1)和式(2)计算 :

　　Q1 =m1 ·C1 · (t1 -t0 ) …………………………( 1 )

　　C1 = (0. 98- 0. 52b) × 4. 187 …………………………( 2 )

　　式中 :

　　m1— 送入蒸发的稀黑液量 ,t;

　　C1 — 稀黑液的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t1 — 稀黑液的温度 , ℃ ;

　　t0 — 基准温度 ,0 ℃ ;

　　b — 黑液固形物的浓度 , % 。

　　4. 1. 2 新鲜蒸汽带入的热量 Q2 按式(3)计算 :

　　Q2 =V2 ·ρ2 · (i2″-i0′) …………………………( 3 )

　　式中 :

　　V2— 新鲜蒸汽的流量 ,m3 ;

　　ρ2 — 新鲜蒸汽的密度 ,kg/m3 ;

　　i2″— 新鲜蒸汽的焓值 ,MJ/t;

　　i0 ′— 基准焓值 ,若设为 0 ℃ ,则为 0 MJ/t。

　　4. 1. 3 冷却水带入热量 Q3 按式(4)计算 :

　　Q3 =m3 ·C水 · (t3 -t0 ) …………………………( 4 )

　　式中 :

　　m3— 冷却水的流量 ,t;

　　C水— 冷却水的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t3 — 冷却水的温度 , ℃ 。

　　4. 2 输出热量

　　4. 2. 1 浓黑液带出热量 Q4 按式(5)计算 :

　　Q4 =m4 ·C4 · (t4 -t0 ) …………………………( 5 )

　　式中 :

　　m4— 出效浓黑液的量 ,t;

　　C4 — 出效浓黑液的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t4 — 出效浓黑液的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 2 清洁冷凝水带走的热量 Q5 按式(6)计算 :

　　Q5 =V5 ·ρ5 · (i5″-i0′) ……………………………( 6 )

　　式中 :

　　V5— 清洁冷凝水的流量 ,m3 ;

　　ρ5 — 清洁冷凝水的密度 ,kg/m3 ;

　　2

　　GB/T 27712—2011

　　i5″— 清洁冷凝水的焓值 ,MJ/t。

　　4. 2. 3 各效总的污冷凝水带出的热量 Q6 按式(7)和式(8)计算 :

　　m6′= D · (1/d进 - 1/d出 ) …………………………( 7 )

　　Q6 =m6 ·C水 · (t6 -t0 ) …………………………( 8 )

　　式中 :

　　m6 ′— 各效的蒸发水量 ,t;

　　D — 黑液固形物的量 ,t;

　　d进 — 进效固形物含量 , % ;

　　d出 — 出效固形物含量 , % ;

　　m6 — 各效总的污冷凝水的量 ,t;

　　t6 — 各效总的污冷凝水的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 4 不凝气带出的热量 Q7 按式(9)计算 :

　　Q7 =m7 · (i7″-i0′) …………………………( 9 )

　　式中 :

　　m7— 不凝气的量 ,t;

　　i7″— 不凝气的热焓 ,MJ/t。

　　4. 2. 5 温水带出热量 Q8 按式(10)计算 :

　　Q8 =m8 ·C水 · (t8 -t0 ) …………………………( 10 )

　　式中 :

　　m8— 温水的流量 ,t;

　　t8 — 温水的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 6 末效二次蒸汽冷凝水带出的热量 Q9 按式(11)计算 :

　　Q9 =m9 · (i9″-i0′) …………………………( 11 )

　　式中 :

　　m9— 末效蒸发出的二次蒸汽冷凝水的量 ,t。

　　4. 2. 7 设备散热损失的热量 Q10按式(12)计算 :

　　Q10 =Q输 入 -Q输 出 …………………………( 12 )

　　式中 :

　　Q输 入 — 系统输入的热量 ,MJ;

　　Q输 出 — 系统输出的热量 ,MJ。

　　4. 3 电能计算 (计算全系统的总用电负荷 P)

　　计算全系统的总用电负荷 P 见式(13) , 即 :

　　P = ∑ψ ·Ki ·Pi =ψ · (K1 ·P1 +K2 ·P2 + … + Kn ·Pn) ………………( 13 )

　　式中 :

　　K(ψ)i —————— 用电设备(参差系数)的,需要系数(一般取 ψ)=;0. 8~0. 9;

　　Pi — 用电设备的装机容量 ,kW 。

　　5 蒸发系统能量效率计算

　　5. 1 蒸发系统蒸发的水量 m水 按式(14)计算 :

　　3

　　m水 =m黑 · (1-b进 /b出 ) …………………………( 14 )

　　GB/T 27712—2011

　　式中 :

　　m黑 — 进 Ⅰ 效稀黑液的量 ,t;

　　b进 — 进 Ⅰ 效稀黑液的浓度 , % ;

　　b出 — 出末效浓黑液的浓度 , % 。

　　5. 2 蒸发单位水所消耗的加热蒸汽量 A按式(15)计算 :

　　A=m汽 /m水 (需注明加热蒸汽的参数) …………………………( 15 )

　　式中 :

　　m汽 — 新鲜蒸汽的量 ,t。

　　5. 3 蒸发单位水所消耗的电能 D 按式(16)计算 :

　　D = p/m水 …………………………( 16 )

　　式中 :

　　p— 处理吨浆产生的黑液所消耗的电能 ,kW · h。

　　5. 4 蒸发单位水所消耗的冷却水量 M 按式(17)计算 :

　　M =m冷 /m水 …………………………( 17 )

　　式中 :

　　m冷 — 冷却水的量 ,t。

　　注 : 非木浆多效蒸发系统能量平衡及能量效率的具体计算实例参见附录 A。

　　6 能量平衡表

　　非木浆多效蒸发系统能量平衡表见表 1。

　　表 1 非木浆多效蒸发系统能量平衡表

　　序号

　　输入能量

　　输出能量

　　项 目

　　数量MJ

　　项 目

　　数量MJ

　　1

　　稀黑液带入热量 Q1

　　2

　　新鲜蒸汽带入的热量 Q2

　　3

　　冷却水带入热量 Q3

　　4

　　浓黑液带出热量 Q4

　　5

　　清洁冷凝水带走的热量 Q5

　　6

　　各效总的污冷凝水带出的热量 Q6

　　7

　　不凝气带出的热量 Q7

　　8

　　温水带出热量 Q8

　　9

　　散热损失的热量 Q9

　　合计

　　合计

　　7 能量流向图

　　按照 GB/T 27736—2011中 5. 3. 5 的要求绘制非木浆多效蒸发系统能量流向图 。

　　4

　　GB/T 27712—2011

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　非木浆多效蒸发系统能量平衡及能量效率计算实例

　　A. 1 能量平衡有关数据(以草浆多效蒸发系统为例)

　　以生产 1 t风干 浆 为 计 算 基 准 , 基 准 温 度 设 为 0 ℃ 。 实 例 计 算 的 是 五 效 蒸 发 系 统 , 蒸 发 麦 草 浆黑液 。

　　黑液的流向为 : → Ⅳ效(小室) → Ⅴ效 → Ⅳ效(大室) → Ⅲ效 → Ⅱ效 → Ⅰ 效

　　A. 1. 1 由黑液提取送入蒸发的稀黑液参数 :稀黑液量 12. 8 t/t浆 ,稀黑液固形物含量 12% ,稀黑液温度 70 ℃ 。

　　A. 1. 2 出 Ⅰ 效蒸发器的浓黑液的参数 :浓黑液固形物含量 45% ,浓黑液温度 110 ℃ 。

　　A. 1. 3 Ⅱ效 ~ Ⅴ效总的污冷凝水的温度 65 ℃ 。

　　A. 1. 4 新鲜 蒸 汽(饱 和 蒸 汽) 的 参 数 : 温 度 130 ℃ , 压 力 0. 27 MPa,流 量 1 800 m3/t浆 , 密 度 ρ汽 =

　　..9.k水(效),参::9/0(0),的,,′M56(J/)tm,水3/t(的)浆(焓)。i′= 209. 34MJ/t。

　　A. 1. 7 各 效 黑 液 固 形 物 含 量 : 进 Ⅴ 效 : 17% , 进 Ⅳ效 (小 室) : 22% , 进 Ⅲ 效 : 27% , 进 Ⅱ 效 : 32% , 进

　　Ⅰ 效 :38% 。

　　A. 1. 8 多效蒸发系统电器设备的需要系数(K) 、装机容量(P)见表 A. 1。

　　A. 2 能量平衡方框图

　　草浆多效蒸发系统能量平衡方框图见图 A. 1。

　　5

　　GB/T 27712—2011

　　图 A. 1 草浆多效蒸发系统能量平衡方框图

　　图中符号说明 :

　　Q1. 1— 稀黑液带入的热量 ;

　　Q1. 2— 新鲜蒸汽带入的热量 ;

　　Q1. 3— 浓黑液带出的热量 ;

　　Q1. 4— 清洁冷凝水带出的热量 ;

　　Q1. 5— Ⅱ效至 Ⅴ效总的污冷凝水带出的热量 ;

　　Q1. 6— Ⅴ效蒸发出的二次蒸汽带出的热量 ;

　　Q1. 7— 设备的散热损失 ;

　　Q2. 1— 冷却水带入的热量 ;

　　Q2. 2— 温水带出的热量 ;

　　Q2. 3— Ⅴ效二次蒸汽冷凝水带出的热量 ;

　　Q2. 4— 不凝气带出的热量及散热损失 。

　　图中符号的单位为 MJ。

　　A. 3 能量平衡计算 (以生产 1 t风干浆为基准 ,基准温度为 0 ℃ )

　　A. 3. 1 Ⅰ 效~ Ⅴ效蒸发器能量平衡计算

　　A. 3. 1. 1 稀黑液带入的热量 Q1. 1

　　= (0. 98-0. 52×12%) × 4. 187= 3. 842[MJ/(t· ℃)]

　　C1. 1 = (0. 98-0. 52b) × 4. 187

　　Q1. 1 =m1. 1 ·C1. 1 · (t1. 1 -t0 )

　　= 12. 8× 3. 842× (70-0)= 3442. 43(MJ)

　　6

　　GB/T 27712—2011

　　A. 3. 1. 2 新鲜蒸汽带入的热量 Q1. 2 Q1. 2=V1. 2 ·ρ1. 2 · (i1. 2″-i0′)

　　A. 3. 1. 3 浓 液带出热(1800×1).量(4)9Q(4)310- 3 × (2 723. 9-0)= 7 325. 11(MJ)

　　C1. 3 = (0. 98-0. 52b1. 3 ) × 4. 187

　　Q1. 3 =m1. 3 ·C1. 3 · (t1. 3 -t0 )

　　进效出效(黑液)(量(量)- 1(1)5.%1(1)/3. 1(8)4(1)1(/)63(℃)(t()])

　　A. 3. 1. 4 清 冷(3). 凝水带出(4133×3). 的热量(124×)(4(0)-0)= 1 172. 95(MJ)

　　Q1. 4=V1. 2 ·ρ1. 2 · (i1. 4″--3(i)0′)

　　A. 3. 1. 5 Ⅱ 至 Ⅴ效总(1800×1). 的污冷凝(494×10)水.热(3)量(8)-Q(0). 1469. 33(MJ)

　　A. 3. 1. 5. 1(m)′=Ⅳ(D)效1.1(小·(室(1/)发- 水量(1/d出) )

　　A. 3. 1. 5. 2 Ⅴ效蒸发水量

　　mⅣ效(小 室) = 1. 536×(1÷12%-1÷17%)= 3. 76(t)

　　A. 3. 1. 5. 3(m)Ⅴ效效(1).(大室(536×))-1÷22%)= 2. 05(t)

　　A. 3. 1. 5. 4(m)Ⅳ效Ⅲ(大效(室)) 发(1). 水量(536×)(1÷22%-1÷27%)= 1. 29(t)

　　A. 3. 1. 5. 5(m)Ⅲ效效(1).÷27%-1÷32%)=0. 89(t)

　　A. 3. 1. 5. 6 Ⅰ 效蒸发水量

　　mⅡ 效 = 1. 536×(1÷32%-1÷38%)=0. 76(t)

　　Ⅰ 效m、Ⅱ(Ⅰ)效(效)=、Ⅲ(1). 效(53)6、Ⅳ(×)效(1的蒸发(÷38%)水- 量等于 Ⅱ(1÷45%)) 0、.Ⅲ(6)效(3)(t、效 、Ⅴ效的污冷凝水量 , Ⅴ效的蒸发水量等于

　　Ⅴ效的二次蒸汽量 。所以 ,

　　Q1. 5=(m Ⅰ效 +mⅡ效 +mⅢ效 +mⅣ效(小 室) +mⅣ效(大 室) ) ·C1. 5 · Δt1. 5

　　A. 3. 1. 6 Ⅴ 蒸(0发.6出的(3+0)二.7次蒸(6+0)汽.8带出(9+3).的(7)热量(6+1).Q(2)1(9)6) × 4. 187× (65-0)= 1 994. 90(MJ)

　　Q1. 6 =mⅤ效 · (i1. 6″-i0 ′)

　　A. 3. 1. 7 设 散(2). 热损(05×)失(2的热(587).量 Q(6-0)1.= 5 304. 58(MJ)

　　= 3442. 43+7325. 11-(1 172. 95+1469. 33+1 994. 90+5 304. 58)= 825. 798(MJ)

　　Q1. 7=Q1. 1 +Q1. 2 -(Q1. 3 +Q1. 4 +Q1. 5 +Q1. 6 )

　　A. 3. 2 真空泵和表面冷凝器能量平衡计算

　　A. 3. 2. 1 冷却水带入的热量 Q2. 1

　　Q2. 1 =V2. 1 ·ρ2. 1 ·C2. 1 · (t2. 1 -t0 )

　　A. 3. 2. 2 温 带出的(56×10)3热×量(4). Q(1)2(8)2(7)× 10- 3 × (20-0)=4 689. 44(MJ)

　　7

　　GB/T 27712—2011

　　A. 3. 2. 3 Ⅴ效二次蒸汽冷凝水带出的热量 Q2. 3

　　= 56×103 × 4. 187× (40-0)= 9 378880 (kJ)= 9 378. 88(MJ)

　　Q2. 3 =mⅤ效 · (i2. 3″-i0′)

　　A. 3. 2. 4 不 气带(205).散(3)热(4)-损(0)Q(42)2.4(9)875. 50(kJ)=429. 88(MJ)

　　= 5 304. 58+4 689. 44-(9378. 88+429. 88)= 185. 26(MJ)

　　A. 3. 3 各部消耗电能计算

　　按式(13)计算各部消耗的电能 ,见表 A. 1(计算中 ψ取 0. 85) 。

　　表 A. 1 草浆蒸发系统电器设备的需要系数(K) 、装机容量(P)和用电负荷(p)

　　序号

　　电机编号和名称

　　装机容量(P) kW

　　需要系数(K)

　　用电负荷(p) kW

　　1

　　Ⅰ 效蒸发器

　　55× 3

　　0. 60

　　99

　　2

　　Ⅱ效蒸发器

　　110

　　0. 75

　　82. 5

　　3

　　Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ效蒸发器

　　75× 3

　　0. 65

　　146. 25

　　4

　　Ⅰ 效循环泵

　　55

　　0. 60

　　33

　　5

　　Ⅱ效循环泵

　　110

　　0. 75

　　82. 5

　　6

　　Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ效循环泵

　　90× 3

　　0. 70

　　189

　　7

　　稀黑液泵电机

　　22

　　0. 65

　　14. 3

　　8

　　Ⅰ 效出液泵

　　22

　　0. 65

　　14. 3

　　9

　　Ⅱ效出液泵

　　15

　　0. 65

　　9. 75

　　10

　　真空泵

　　22

　　0. 75

　　16. 5

　　11

　　无冷凝水泵

　　15

　　0. 60

　　9

　　12

　　清洁冷凝水泵

　　11

　　0. 60

　　6. 6

　　13

　　水封池泵

　　5. 5

　　0. 60

　　3. 3

　　合计

　　706

　　A. 4 蒸发系统能量效率的计算

　　A. 4. 1 蒸发系统蒸发的水量 m水

　　m水 =m1. 1 (1-b入 /b出 )

　　A. 4. 2 蒸发位(12).1的新鲜蒸汽(2%÷45%)A(9). 39(t)

　　= 1 800× 1. 49-43÷9. 39= 286. 39(kg汽/t水)

　　A. 4. 3 蒸 系统(286).处理 1(39×1)t(0)浆所(×2)产(7)生(23).的(9)液所(780). 消(10)耗(的(MJ)/电能(t水))p(kW · h/t浆)

　　A =m1. 2/m水 (蒸汽参数 :0. 27MPa饱和蒸汽)

　　8

　　GB/T 27712—2011

　　用电负荷 P = ∑ψ ·Ki ·Pi

　　=0. 85× 706= 600. 10(kW)

　　=ψ · (K1P1 +K2P2 +… +KnPn)

　　折算为单位产品(1 t浆)的用电量 , 即

　　p = 22. 5 ·P/G(G为每天产浆量)

　　A. 4. 4 蒸发单水(22)所.5耗(60)的(0). 电(10)D(13)0= 103. 86(kW · h/t浆)= 373. 48(MJ/t浆)

　　D =p/m水

　　A. 4. 5 蒸发单位水所消耗的冷却水量 M