GB/T 27713-2011 非木浆碱回收燃烧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 27713—2011

　　非木浆碱回收燃烧系统能量平衡及能量效率计算方法

　　Calculation method ofenergy equilibrium and energy efficiencyin alkali

　　recovery combustion system 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 27713—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 、山东晨鸣纸业集团齐河纸板有限公司 。

　　本标准主要起草人 :刘秉钺 、张清文 、张楠 、邱文伦 。

　　Ⅰ

　　GB/T 27713—2011

　　非木浆碱回收燃烧系统能量

　　平衡及能量效率计算方法

　　1 范围

　　本标准规定了非木浆碱回收燃烧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燃烧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 非木浆碱回收燃烧系统能量平衡方框图见图 1。

　　图 1 非木浆碱回收燃烧系统能量平衡方框图

　　3. 2 体系边界 :体系是以入炉浓黑液 、外来给水 、送入稀白液和送入空气开始至产出蒸汽 ,排烟和产出绿液为边界 。

　　3. 3 图 1 中符号说明 :

　　Q1 — 一 、二 、三次风带入的热量 ;

　　Q2 — 蒸汽带入的热量 ;

　　Q3 — 软化水带入的热量 ;

　　Q4 — 黑液固形物的燃烧热 ;

　　1

　　GB/T 27713—2011

　　Q5 — 浓黑液带入的热量 ;

　　Q6 — 稀白液带入的热量 ;

　　Q7 — 预热空气带出的热量 ;

　　Q8 — 蒸汽冷凝水带出的热量 ;

　　Q9 — 除氧后热水带出的热量 ;

　　Q10 — 碱灰带出的热量 ;

　　Q11 — 熔融物带出的热量 ;

　　Q12 — 生产蒸汽带出的热量 ;

　　Q13 — 锅炉排污带出的热量 ;

　　Q14 — 不完全燃烧损失 ;

　　Q15 — 烟气带出的热量 ;

　　Q16 — 绿液带出的热量 ;

　　Q17 — 散热损失的热量 。

　　图 1 中符号的单位为 MJ。

　　4 能量平衡计算公式说明(以生产 1 t绝干浆为基准)

　　4. 1 输入热量

　　4. 1. 1 一 、二 、三次风带入的热量 Q1 按式(1) 、式(2) 、式(3) 、式(4) 、式(5) 、式(6) 、式(7)计算 :

　　A实 =A理 ·α …………………………( 1 )

　　mO =A实 ·A1 …………………………( 2 )

　　mN =A实 ·A2 …………………………( 3 )

　　mH2O =A实 ·A3 …………………………( 4 )

　　Q1气 = (mO +GN ) ·A4 ·C气 · (t1 -t0 ) …………………………( 5 )

　　Q1水 =mH2O ·A4 ·C水 蒸 气 · (t1 -t0 ) …………………………( 6 )

　　Q1 =Q1气 +Q1水 …………………………( 7 )

　　式中 :

　　A实 — 实际空气量 ,t;

　　A理 — 理论空气量 ,t;

　　α — 空气及各部分漏风系数 ;

　　mO — 空气中含 O 量 ,t;

　　mN — 空气中含 N 量 ,t;

　　2

　　mH O — 空气中含 H2 O 量 ,t;

　　A1 — 空气中氧的百分比 , % ;

　　A2 — 空气中氮的百分比 , % ;

　　A3 — 空气中水蒸气的百分比 , % ;

　　A4 — 各次风占总风量的比例 , % ;

　　C气 — 干空气的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　C水 蒸 气 — 水蒸气的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　Q1水 — 水蒸气带入的热量 ,MJ;

　　Q1气 — 干空气带入的热量 ,MJ;

　　t1 — 各次风温度 , ℃ ;

　　t0 — 基准温度 ,0 ℃ 。

　　2

　　GB/T 27713—2011

　　4. 1. 2 蒸汽带入的热量 Q2 按式(8)计算 :

　　Q2 =m2 · (i2″-i0′) …………………………( 8 )

　　式中 :

　　m2— 蒸汽量 ,t;

　　i2″— 饱和蒸汽的焓值 ,MJ/t。

　　i0 ′— 基准焓值 ,MJ/t;若设为 0 ℃ ,则为 0, 以下的i0 ′含义相同 。

　　4. 1. 3 软化水带入的热量 Q3 按式(9)计算 :

　　Q3 =m3 ·C3 · (t3 -t0 ) …………………………( 9 )

　　式中 :

　　m3— 软化水的进水量 ,t;

　　C3 — 水的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t3 — 软化水的温度 , ℃ 。

　　4. 1. 4 黑液固形物的燃烧热 Q4 按式(10)计算 :

　　Q4 =m4 ·R4 …………………………( 10 )

　　式中 :

　　m4— 黑液固形物的量 ,t;

　　R4 — 固形物的发热值 ,MJ/t。

　　4. 1. 5 浓黑液带入的热量 Q5 按式(11)计算 ,浓黑液的比热 C5 按式(12)计算 :

　　Q5 =m5 ·C5 · (t5 -t0 ) …………………………( 11 )

　　C5 = (0. 98- 0. 52b) × 4. 187 …………………………( 12 )

　　式中 :

　　m5— 浓黑液量 ,t;

　　C5 — 浓黑液的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t5 — 浓黑液的温度 , ℃ ;

　　b — 黑液固形物的浓度 , % 。

　　4. 1. 6 稀白液带入的热量 Q6 按式(13)计算 :

　　Q6 = (m6碱 ·C碱 + m6水 ·C水 ) · (t6 -t0 ) …………………………( 13 )

　　式中 :

　　m6碱 — 稀白液的碱量 ,t;

　　m6水 — 稀白液的水量 ,t;

　　C碱 — 碱的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　C水 — 水的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t6 — 稀白液的温度 , ℃ 。

　　4. 2 输出热量

　　4. 2. 1 预热空气带出的热量 Q7 按式(14) 、式(15) 、式(16)计算 :

　　Q7气 = (mO + mN ) ·A5 ·C空 · (t7 -t0 ) …………………………( 14 )

　　Q7水 =mH2O ·A5 ·C水 蒸 气 · (t7 -t0 ) …………………………( 15 )

　　Q7 =Q7气 +Q7水 …………………………( 16 )

　　式中 :

　　C空 — 干空气的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　Q7水 — 水蒸气带入的热量 ,MJ;

　　Q7气 — 干空气带入的热量 ,MJ;

　　3

　　GB/T 27713—2011

　　A5 — 一 、二次风占总风量的比例 , % ;

　　t7 — 预热后空气的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 2 蒸汽冷凝水带出的热量 Q8 按式(17)计算 :

　　Q8 =m8 · (i8′-i0′) …………………………( 17 )

　　式中 :

　　m8— 蒸汽冷凝水的量 ,t;

　　i8′— 饱和水的焓值 ,MJ/t;

　　i0′— 基准焓值 ,MJ/t;若设为 0 ℃ ,则为 0, 以下的i0′含义相同 。

　　4. 2. 3 除氧后热水带出的热量 Q9 按式(18)计算 :

　　Q9 = (m9′+ m9″) ·C9 · (t9 -t0 ) …………………………( 18 )

　　式中 :

　　m9′— 软化水的进水量 ,t;

　　m9″— 除氧的蒸汽量 ,t;

　　C9 — 水的比热,MJ/(t· ℃) 。

　　4. 2. 4 碱灰带出的热量 Q10按式(19) 、式(20)计算 :

　　m10 =m10′·A6 …………………………( 19 )

　　Q10 =m10 ·C10 · (t10 -t0 ) …………………………( 20 )

　　式中 :

　　m10 — 碱灰的量 ,t;

　　m10 ′— 黑液固形物的量 ,t;

　　A6 — 碱灰的量占黑液固形物的百分比 , % ;

　　C10 — 碱灰的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t10 — 碱灰的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 5 熔融物带出的热量 Q11按式(21)计算 :

　　Q11 =m11 ·C11 · (t11 -t0 ) …………………………( 21 )

　　式中 :

　　m11— 熔融物的量 ,t;

　　C11 — 熔融物的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t11 — 熔融物的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 6 生产蒸汽带出的热量 Q12按式(22)计算 :

　　Q12 =m12 · (i12″-i0′) …………………………( 22 )

　　式中 :

　　m12— 生产蒸汽的量 ,t;

　　i12″— 饱和蒸汽的焓值 ,MJ/t。

　　4. 2. 7 锅炉排污带出的热量 Q13按式(23)计算 :

　　Q13 =m13 ·C13 · (t13 -t0 ) …………………………( 23 )

　　式中 :

　　m13— 锅炉排污量 ,t;

　　C13 — 水的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t13 — 锅炉排污温度 , ℃ 。

　　4. 2. 8 不完全燃烧损失 Q14按式(24)计算 :

　　Q14 =Q14′·A7 …………………………( 24 )

　　式中 :

　　Q14 ′— 黑液固形物的燃烧热,MJ;

　　4

　　GB/T 27713—2011

　　A7 — 不完全燃烧损失占黑液固形物燃烧热的百分数 , % 。

　　4. 2. 9 烟 气 带 出 的 热 量 Q15 按 式 (25) 、式 (26) 、式 (27) 、式 (28) 、式 (29) 、式 (30) 、式 (31) 、式 (32) 、式(33)计算 :

　　m过 =A实 -A理 …………………………( 25 )

　　m过 O =m过 ·A1 …………………………( 26 )

　　m黑CO2 = 固形物中的含 C量 × 44÷ 12 …………………………( 27 )

　　m黑 H2O″=m黑 · (1-b) …………………………( 29 )

　　m黑 H2O ′= 固形物中的含 H 量 × 18÷ 2 …………………………( 28 )

　　Q15气 = (m过 O + mN + m黑CO2 ) ·C空 · (t15 -t0 ) ……………………( 30 )

　　Q15空 水 = (mH2O + m15′+ m15″+ m黑 H2O ′) ·C水 蒸 气 · (t15 -t0 ) ………………( 31 )

　　Q15黑 水 =m黑 H2O″· [γ15 +C水 蒸 气 · (t15 - 100)] ……………………( 32 )

　　Q15 =Q15气 +Q15空 水 +Q15黑 水 …………………………( 33 )

　　式中 :

　　m过 — 过量空气的量 ,t;

　　m过 O — 过量空气中含 O 量 ,t;

　　A1 — 空气中氧的百分比 , % ;

　　m15 ′ — 直接加热带入的水蒸气量 ,t;

　　m15″ — 吹灰带入的蒸汽量 ,t;

　　m黑CO2 — 黑液中 C元素生成的 CO2 量 ,t;

　　m黑 H2O ′— 黑液中 H 元素生成的 H2 O 量 ,t;

　　m黑 H2O″— 黑液中水分蒸发生成的 H2 O 量 ,t;

　　m黑 — 黑液量 ,t;

　　b — 黑液固形物的浓度 , % ;

　　Q15气 — 干烟气排放的热量 ,MJ;

　　Q15空 水 — 空气中 H2 O排放的热量 ,MJ;

　　Q15黑 水 — 黑液中 H2 O排放的热量 ,MJ;

　　t15 — 烟气的温度 , ℃ ;

　　γ15 — 100℃水的汽化热,MJ/(t· ℃) 。

　　4. 2. 10 绿液带出的热量 Q16按式(34)计算 :

　　Q16 = (m16碱 ·C碱 + m16水 ·C水 ) · (t16 -t0 ) …………………………( 34 )

　　式中 :

　　m16碱 — 绿液中的碱量 ,t;

　　m16水 — 绿液中的水量 ,t;

　　C碱 — 碱的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　C水 — 水的比热,MJ/(t· ℃) ;

　　t16 — 绿液的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 11 散热损失的热量 Q17按式(35)计算 :

　　Q17 =Q输 入 -Q输 出 …………………………( 35 )

　　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 用电设备输入电能 Q的电能计算(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(36) , 即 :

　　5

　　GB/T 27713—2011

　　P = ∑ψ ·Ki ·Pi =ψ · (K1 ·P1 +K2 ·P2 + … + Kn ·Pn) ………………( 36 )

　　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 碱回收燃烧系统能量效率计算

　　5. 1 有效热量 Q有 效 ,单位为 MJ,按式(37)计算 :

　　Q有 效 =Q12 ( 37 )

　　5. 2 供给热量 Q供 给 ,单位为 MJ,按式(38)计算 :

　　Q供 给 =Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6 …………………………( 38 )

　　5. 3 损失热量 Q损 失 ,单位为 MJ,按式(39)计算 :

　　Q损 失 =Q8 +Q13 +Q14 +Q15 +Q16 +Q17 …………………………( 39 )

　　5. 4 碱回收系统正平衡热效率 η正 , 以 %表示 ,按式(40)计算 :

　　η正 =Q有 效 /Q供 给 × 100% …………………………( 40 )

　　5. 5 碱回收系统反平衡热效率 η反 , 以 %表示 ,按式(41)计算 :

　　η反 = (1-Q损 失 /Q供 给 ) × 100% …………………………( 41 )

　　5. 6 碱回收系统净效率 η净 , 以 %表示 ,按式(42)计算 :

　　η净 = (Q有 效 -Q2 -Q4 -Q6 -Q7 )/Q供 给 × 100% ……………………( 42 )

　　5. 7 碱回收系统总能量效率 η总 正 , 以 %表示 ,按式(43)计算 :

　　η总 正 =Q有 效 /(Q供 给 +Qd) × 100% …………………………( 43 )

　　式中 :Qd— 总消耗的电能 ,MJ。

　　5. 8 碱回收系统总能量净效率 η总 净 , 以 %表示 ,按式(44)计算 :

　　η总 净 = (Q有 效 -Q2 -Q4 -Q6 -Q7 )/(Q供 给 +Qd) × 100% ………………( 44 )

　　注 : 非木浆碱回收燃烧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

　　非木浆碱回收燃烧系统能量平衡表见表 1。

　　表 1 非木浆碱回收燃烧系统能量平衡表

　　序 号

　　输入能量

　　输出能量

　　项 目

　　数量MJ

　　项 目

　　数量MJ

　　1

　　一 、二 、三次风带入的热量 Q1

　　2

　　蒸汽带入的热量 Q2

　　3

　　软化水带入的热量 Q3

　　4

　　黑液固形物的燃烧热 Q4

　　5

　　浓黑液带入的热量 Q5

　　6

　　稀白液带入的热量 Q6

　　6

　　GB/T 27713—2011

　　表 1 (续)

　　序 号

　　输入能量

　　输出能量

　　项 目

　　数量MJ

　　项 目

　　数量MJ

　　7

　　预热空气带出的热量 Q7

　　8

　　蒸汽冷凝水带出的热量 Q8

　　9

　　除氧后热水带出的热量 Q9

　　10

　　碱灰带出的热量 Q10

　　11

　　熔融物带出的热量 Q11

　　12

　　生产蒸汽带出的热量 Q12

　　13

　　锅炉排污带出的热量 Q13

　　14

　　不完全燃烧损失 Q14

　　15

　　烟气带出的热量 Q15

　　16

　　绿液带出的热量 Q16

　　17

　　散热损失的热量 Q17

　　合 计

　　合 计

　　7 能量流向图

　　按照 GB/T 27736—2011中 5. 3. 5 的要求绘制非木浆碱回收燃烧系统能量平衡流向图 。

　　7

　　GB/T 27713—2011

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　非木浆碱回收燃烧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

　　A. 1. 1 用碱量(以 Na2 O计) :244kg/t浆 ,进燃烧段碱损失率 15%(对用碱量) ,燃烧段碱损失率 1% (对用碱量) 。

　　A. 1. 2 黑液固形物的组成 :C 38. 4% , H 4. 58% ,O 34. 21% ,S 0. 86% ,Na 11. 27% ,灰分 10. 68% 。

　　A. 1. 3 来自蒸发段的浓黑液的量 3. 41t/t浆 , 固形物含量 45% ,温度 110℃ 。

　　A. 1. 4 空气过量及各部漏风系数 1. 5。空气的组成 : H2 O 1. 3% ,O222. 8% ,N275. 9% 。

　　预热后温度 125℃ ,三次风温度 15℃ 。

　　A. 1. 5 各次风比例 , 一次风 ∶ 二次风 ∶ 三次风= 50 ∶ 35 ∶ 15;一 、二次风进空气预热器的温度 15℃ ,

　　A. 1. 6 15℃时干空气的比热容 1. 005MJ/(t· ℃) ,水蒸气的比热容 1. 964MJ/(t· ℃) 。

　　A. 1. 7 软 化 水 的 进 水 量 7 t/t 浆 , 进 除 氧 器 的 软 化 水 温 度 60 ℃ , 除 氧 后 水 温 106 ℃ , 水 的 比 热4. 187MJ/(t· ℃) 。

　　A. 1. 8 加 热 除 氧 的 蒸 汽 量 0. 63 t/t 浆 , 加 热 蒸 汽 压 力 0. 45 MPa, 温 度 为 147. 7 ℃ , 饱 和 蒸 汽 焓2 747. 8MJ/t。

　　A. 1. 9 进 空 气 预 热 器 的 蒸 汽 量 0. 55 t/t浆 , 进 黑 液 直 接 加 热 器 的 蒸 汽 量 0. 033 t/t浆 , 吹 灰 蒸 汽 量0. 1 t/t浆 ;蒸汽压力 1. 3 MPa,温度为 191. 5 ℃ ,饱和蒸汽焓 2790. 9 MJ/t,饱和水焓 814. 25MJ/t。

　　A. 1. 10 锅炉排污量 0. 14t/t浆 。

　　A. 1. 11 黑液固形物的发热值 14230MJ/t。

　　A. 1. 12 燃烧炉流出的熔融物的温度 950℃ ,熔融物的比热 1. 042MJ/(t· ℃) 。

　　A. 1. 13 生产的饱和蒸汽参数 :压力 1. 3 MPa,温度 191. 5 ℃ ,饱和蒸汽焓 2790. 9 MJ/t。

　　A. 1. 14 排烟温度 150℃ 。

　　A. 1. 15 不完全燃烧损失占黑液固形物燃烧热的 4% 。

　　A. 1. 16 100℃水的汽化潜热 2263MJ/t。

　　A. 1. 17 出溶解槽的绿液浓度 140g/L,温度 79℃ ,绿液量 3. 352t/t浆 ;进溶解槽的稀白液浓度8g/L,温度 60℃ 。

　　A. 1. 18 燃烧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

　　非木浆碱回收燃烧系统能量平衡方框图见图 A. 1。

　　8

　　GB/T 27713—2011

　　图 A. 1 非木浆碱回收燃烧系统能量平衡方框图

　　图中符号说明 :

　　Q1. 1 — 一 、二次风带入的热量 ;

　　Q1. 2 — 预热空气带出的热量 ;

　　Q1. 3 — 进空气预热器的加热蒸汽带入的热量 ;

　　Q1. 4 — 蒸汽冷凝水带出的热量 ;

　　Q1. 5 — 散热损失 ;

　　Q2. 1 — 软化水带入的热量 ;

　　Q2. 2 — 加热除氧的蒸汽带入的热量 ;

　　Q2. 3 — 除氧后热水带出的热量 ;

　　Q2. 4 — 散热损失 ;

　　Q3. 1 — 浓黑液带入的热量 ;

　　Q3. 2 — 黑液固形物的燃烧热 ;

　　Q3. 3 — 碱灰带出的热量 ;

　　Q3. 4 — 三次风带入的热量 ;

　　Q3. 5 — 熔融物带出的热量 ;

　　Q3. 6 — 锅炉排污带出的热量 ;

　　Q3. 7 — 生产蒸汽带出的热量 ;