GB/T 27716-2011 横管式连续蒸煮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 27716—2011

　　横管式连续蒸煮系统能量平衡及

　　能量效率计算方法

　　Calculation method ofenergy equilibrium and energy efficiencyin horizontal-tube

　　continuouscookingsystem

　　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 27716—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 、银鸽实业有限公司 。

　　本标准主要起草人 :刘秉钺 、张清文 、张楠 、邱文伦 。

　　Ⅰ

　　GB/T 27716—2011

　　横管式连续蒸煮系统能量平衡及

　　能量效率计算方法

　　1 范围

　　本标准规定了横管式连续蒸煮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横管式连续蒸煮系统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 横管式连续蒸煮系统能量平衡方框图见图 1。

　　图 1 横管式连续蒸煮系统能量平衡方框图

　　3. 2 系统边界 :横管式 连 续 蒸 煮 系 统 是 以 纤 维 原 料 送 入 销 鼓 计 量 器 开 始 , 至 喷 放 锅 排 出 为 本 体 系 的边界 。

　　3. 3 图 1 中符号说明 :

　　Q1— 纤维原料带入的热量 ;

　　Q2— 稀黑液带入的热量 ;

　　Q3— 过热蒸汽带入的热量 ;

　　Q4— 蒸煮药液带入的热量 ;

　　Q5— 蒸煮的化学反应热 ;

　　Q6— 浆料带出的热量 ;

　　1

　　GB/T 27716—2011

　　Q7— 连续蒸煮器蒸煮管散热损失 ;

　　Q8— 排放的废水带出的热量 ;

　　Q9— 散热损失的热量 。

　　图 1 中符号的单位为 MJ。

　　4 能量平衡计算公式说明(以喷放 1 t绝干浆为计算基准 ,基准温度设为 0 ℃ )

　　4. 1 输入热量

　　4. 1. 1 纤维原料(浆料)带入的热量 Q1 按式(1)计算 :

　　Q1 = (m1浆 ·C浆 + m1水 ·C水 ) · (t1 -t0 ) … … … … … … … … … … ( 1 )

　　式中 :

　　m1浆 — 进入的绝干浆量 ,t;

　　m1水 — 进入的浆料含水量 ,t;

　　C浆 — 纤维的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　C水 — 水的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　t1 — 进入的浆料温度 , ℃ ;

　　t0 — 基准温度 ,0 ℃ 。

　　4. 1. 2 稀黑液带入的热量 Q2 按式(2)计算 ,稀黑液的比热 C2 按式(3)计算 :

　　Q2 =m2 ·C2 · (t2 -t0 ) … … … … … … … … … … ( 2 )

　　C2 = (0. 98- 0. 52b) × 4. 187 … … … … … … … … … … ( 3 )

　　式中 :

　　m2— 稀黑液的量 ,t;

　　C2 — 稀黑液的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　t2 — 稀黑液的温度 , ℃ ;

　　b — 黑液固形物的浓度 , % 。

　　4. 1. 3 过热蒸汽带入的热量 Q3 按式(4)计算 :

　　Q3 =m3 · (ib″-i0′) + m3 ·C汽 · (tg -tb ) … … … … … … … … … … ( 4 )

　　式中 :

　　m3 — 通入过热蒸汽的量 ,t;

　　C汽 — 通入过热蒸汽的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　tg — 通入过热蒸汽的温度 , ℃ ;

　　tb — 通入过热蒸汽在相应压力下的饱和温度 , ℃ ;

　　ib″ — 通入过热蒸汽在相应压力下饱和蒸汽的焓值 ,MJ/t;

　　i0 ′ — 基准焓值 ,MJ/t;若设为 0 ℃ ,则为 0。

　　4. 1. 4 蒸煮药液带入的热量 Q4 按式(5)计算 :

　　Q4 = (m4碱 ·C碱 + m4水 ·C水 ) · (t4 -t0 ) … … … … … … … … … … ( 5 )

　　式中 :

　　m4碱 — 蒸煮药液含碱量 ,t;

　　m4水 — 蒸煮药液含水量 ,t;

　　C碱 — 碱的比热容 ,MJ/t· ℃ ;

　　t4 — 蒸煮药液的温度 , ℃ 。

　　2

　　GB/T 27716—2011

　　4. 1. 5 蒸煮的化学反应热 Q5 按式(6)计算 :

　　Q5 =A ·G5 ·R … … … … … … … … … … ( 6 )

　　式中 :

　　A — 反应热相当于燃烧热的比例系数 ;

　　G5— 进入 T 型管的绝干纤维原料的量 ,t;

　　R — 纤维原料的燃烧热,MJ/t。

　　4. 2 输出热量

　　4. 2. 1 浆料带出的热量 Q6 按式(7)计算 :

　　Q6 = (m6浆 ·C浆 + m6水 ·C水 ) · (t6 -t0 ) … … … … … … … … … … ( 7 )

　　式中 :

　　m6浆 — 出喷放锅的绝干浆量 ,t;

　　m6水 — 出喷放锅浆料的含水量 ,t;

　　t6 — 出喷放锅浆料的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 2 连续蒸煮器蒸煮管散热损失 Q7 按式(8)计算 :

　　Q7 =m7 ·C7 · (t7内 -t7外 ) … … … … … … … … … … ( 8 )

　　式中 :

　　m7— 锅体(保温层)的质量 ,t;

　　C7 — 锅体(保温层)的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　t7内 — 锅体(保温层)内壁温度 , ℃ ;

　　t7外 — 锅体(保温层)外壁温度 , ℃ 。

　　4. 2. 3 出预蒸螺旋 、螺旋喂料器的污水带出的热量 Q8 按式(9)计算 :

　　Q8 =m8 ·C8 · (t8 -t0 ) … … … … … … … … … … ( 9 )

　　式中 :

　　m8— 污水的量 ,t;

　　C8 — 水的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　t8 — 污水的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 4 散热损失的热量 Q9 按式(10)计算 :

　　Q9 =Q输 入 -Q输 出 … … … … … … … … … … ( 10 )

　　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(11) , 即 :

　　P = ∑φ ·Ki ·Pi =φ · (K1 ·P1 +K2 ·P2 + … + Kn ·Pn) … … … … ( 11 )

　　式中 :

　　φ — 参差系数 ,一般取 φ=0. 8~0. 9;

　　Ki— 用电设备的需要系数 ;

　　Pi— 用电设备的装机容量 ,kW 。

　　3

　　GB/T 27716—2011

　　5 横管式连续蒸煮系统能量效率计算

　　5. 1 横管式连续蒸煮系统生产 1 t浆所需热能 Q (MJ/t浆) 和蒸汽量 M (t/t浆) 按式(12) 、式(13)计算 :

　　Q=Q3 … … … … … … … … … … ( 12 )

　　M =m3 (附蒸汽参数) … … … … … … … … … … ( 13 )

　　5. 2 横管式连续蒸煮系统生产 1 t浆所消耗的电能 p (kW · h/t浆)按式(14)计算 :

　　p= 22. 5 ·P/G … … … … … … … … … … ( 14 )

　　式中 :

　　P — 全系统的用电负荷 ,kW ;

　　22. 5— 每天工作的时间 ,h;

　　G — 横管式连续蒸煮系统每天的浆产量 ,t/d。

　　5. 3 横管式连续蒸煮系统的热效率 η按式(15)计算 :

　　η= (Q供 给 -Q损 失 )/Q供 给 × 100% … … … … … … … … … … ( 15 )

　　式中 :

　　Q供 给 — 提供给系统的热量 ,MJ;

　　Q损 失 — 系统损失的热量 ,MJ。

　　提供给系统的热量 Q供 给 按式(16)计算 :

　　Q供 给 =Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 … … … … … … … … … … ( 16 )

　　式中

　　Q1— 纤维原料带入的热量 ,MJ;

　　Q2— 稀黑液带入的热量 ,MJ;

　　Q3— 过热蒸汽带入的热量 ,MJ;

　　Q4— 蒸煮药液带入的热量 ,MJ;

　　Q5— 蒸煮的化学反应热,MJ。

　　系统损失的热量 Q损 失 按式(17)计算 :

　　Q损 失 =Q7 +Q8 +Q9 … … … … … … … … … … ( 17 )

　　式中 :

　　Q7— 连续蒸煮器蒸煮管散热损失 ,MJ;

　　Q8— 排放的废水带出的热量 ,MJ;

　　Q9— 散热损失的热量 ,MJ。

　　5. 4 横管式连续蒸煮系统的能量效率 η能 按式(18)计算 :

　　η能 = (Q供 给 +Q电 -Q损 失 )/( Q供 给 +Q电 ) × 100% … … … … … … … ( 18 )

　　式中 :

　　Q电 — 提供给系统的电能 ,MJ。

　　注 : 横管式连续蒸煮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

　　横管式连续蒸煮系统能量平衡表见表 1。

　　4

　　GB/T 27716—2011

　　表 1 横管式连续蒸煮系统能量平衡表

　　序号

　　输入能量

　　输出能量

　　项 目

　　数量MJ

　　项 目

　　数量MJ

　　1

　　纤维原料带入的热量 Q1

　　2

　　稀黑液带入的热量 Q2

　　3

　　过热蒸汽带入的热量 Q3

　　4

　　蒸煮药液带入的热量 Q4

　　5

　　蒸煮的化学反应热 Q5

　　6

　　浆料带出的热量 Q6

　　7

　　连续蒸煮器蒸煮管散热损失 Q7

　　8

　　排放的废水带出的热量 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 的要求绘制横管式连续蒸煮系统能量平衡流向图 。

　　5

　　GB/T 27716—2011

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　横管式连续蒸煮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 出喷放锅的浆料浓度 3% ,温度 90 ℃ 。

　　A. 1. 2 原料(纤维)比热容 1. 423MJ/(t· ℃) ,水的比热容 4. 187MJ/(t· ℃) 。

　　A. 1. 3 蒸煮得率 48% 。

　　A. 1. 4 进前 T 型管的原料含水量 50% ,温度 60 ℃ 。

　　A. 1. 5 用碱量 12%(对绝干原料 , 以 NaOH 计) 。

　　A. 1. 6 蒸煮药液浓度 85 g/L,密度 1 103. 423g/L,温度 85 ℃ 。

　　A. 1. 7 进卸料器的浆料温度 160 ℃ 。

　　A. 1. 8 稀黑液的固形物含量 10% ,温度 75 ℃ 。

　　A. 1. 9 碱的比热容 1. 042 MJ/(t· ℃) 。

　　A. 1. 10 麦草的燃烧热为 13 980 MJ/t。碱法蒸煮的反应热相当于燃烧热的 1. 2% 。

　　A. 1. 11 进蒸煮管过热蒸汽的参数 :压力 0. 55 MPa,温度 200 ℃ ,质量 2. 2 t, 比热容 1. 964MJ/(t· ℃) 。 0. 55 MPa下 ,饱和蒸汽的温度 155. 2 ℃ ,蒸汽焓 2 757. 1 MJ/t。

　　A. 1. 12 蒸 煮 管 的 参 数 : 共 有 A、B、C、D 四 个 管 。蒸 煮 管 内 壁 半 径 0. 76 m , 管 厚 0. 03 m , 单 根 管 长10. 9 m ,保温层厚 0. 15 m;钢的密度 8. 0 t/m3 ,保温层的密度 0. 350 t/m3 ;管内壁温度 160 ℃ ,外壁温度 110 ℃ ,保温层外壁温度 50 ℃;钢的比热容 0. 482MJ/(t· ℃) ,保温层的比热容 0. 75 MJ/(t· ℃) 。 A. 1. 13 蒸煮管的有效容积占其容积的 70% 。

　　A. 1. 14 蒸煮器的装锅量 0. 140 t/m3 。

　　A. 1. 15 转动轴盘根漏气的热损失占有效热量的 0. 5% 。

　　A. 1. 16 进销鼓计量器的麦草的含水量 90% ,温度 25 ℃ 。

　　A. 1. 17 进预蒸螺旋的蒸汽量 0. 57 t。

　　A. 1. 18 污水的排放温度 40 ℃ 。

　　A. 1. 19 横管式连续蒸煮器每天产浆量为 100 t/d。

　　A. 1. 20 连蒸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

　　横管式连续蒸煮系统能量平衡方框图见图 A. 1。

　　6

　　GB/T 27716—2011

　　图 A. 1 横管式连续蒸煮系统能量平衡方框图

　　图中符号的说明 :

　　Q1. 1— 出喷放锅的浆料带出的热量 ;

　　Q1. 2— 进卸料器的浆料带入的热量 ;

　　Q1. 3— 稀黑液带入的热量 ;

　　Q1. 4— 散热损失 ;

　　Q2. 1— 进 T型管的麦草带入的热量 ;

　　Q2. 2— 蒸煮药液带入的热量 ;

　　Q2. 3— 蒸煮的化学反应热 ;

　　Q2. 4— 过热蒸汽带入的热量 ;

　　Q2. 5— 连续蒸煮管的散热损失 ;

　　Q2. 6— 转动轴盘根漏气的散热损失 ;

　　Q2. 7— 蒸煮其他热损失 ;

　　Q3. 1— 进销鼓计量器的麦草带入的热量 ;

　　Q3. 2— 进预蒸螺旋的蒸汽带入的热量 ;

　　Q3. 3— 污水带出的热量 ;

　　Q3. 4— 散热损失 。

　　图中符号的单位为 MJ。

　　7

　　GB/T 27716—2011

　　A. 3 能量平衡计算(以喷放 1 t绝干浆为基准 ,基准温度为 0 ℃ )

　　A. 3. 1 立式卸料器、喷放锅能量平衡计算

　　A. 3. 1. 1 出喷放锅的浆料带出的热量 Q1. 1

　　m1. 1浆 = 1 (t)

　　m1. 1浆 /(m1. 1浆 +m1. 1水 ) = 3%

　　得到 m1. 1水 = 32. 333 (t)

　　Q1. 1 = (m1. 1浆 ·C浆 +m1. 1水 ·C水 ) · (t1. 1 -t0 )

　　= (1× 1. 423+32. 333× 4. 187) × (90-0)= 12 312. 11 (MJ)

　　A. 3. 1. 2 进卸料器的浆料带入的热量 Q1. 2

　　m1. 2浆 =m1. 1浆 = 1 (t)

　　m2. 1麦 草 =m1. 2浆 /蒸煮得率

　　= 1÷48%= 2. 083 (t)

　　m2. 1水 /(m2. 1麦 草 +m2. 1水 ) = 50%

　　得到 m2. 1水 = 2. 083 (t)

　　m2. 2碱 =m2. 1麦 草 · 用碱量

　　= 2. 083×12%=0. 250 (t)

　　m2. 2碱 /V2. 2 = 85 (g/L)

　　得到 V2. 2 = 2. 941×103 (L)

　　= 2. 941× 10 × 1 103. 423= 3. 245× 10 (g)= 3. 245 (t)

　　m2. 2 =V2. 2 ·ρ2. 2 3 6

　　m2. 2水 =m2. 2 -m2. 2碱

　　= 3. 245-0. 25= 2. 995 (t)

　　m1. 2水 =m2. 1水 +m2. 2水 +m2. 4

　　= 2. 083+2. 995+2. 2= 7. 278 (t)

　　Q1. 2=(m1. 2浆 ·C浆 +m1. 2水 ·C水 ) · (t1. 2 -t0 )

　　= (1× 1. 423+7. 278× 4. 187) × (160-0)= 5 103. 36 (MJ)

　　A. 3. 1. 3 稀黑液带入的热量 Q1. 3

　　m1. 3 =m1. 1水 -m1. 2水

　　= 32. 333-7. 278= 25. 055 (t)

　　C1. 3 = (0. 98-0. 52b) × 4. 187

　　= (0. 98-0. 52×10%) × 4. 187= 3. 886 (MJ/t· ℃)

　　Q1. 3 =m1. 3 ·C1. 3 · (t1. 3 -t0 )

　　= 25. 055× 3. 886× (75-0)= 7 302. 28 (MJ)

　　A. 3. 1. 4 散热损失 Q1. 4

　　Q1. 4=Q1. 2 +Q1. 3 -Q1. 1

　　8

　　= 5 103. 36+7302. 28-12 312. 11= 93. 53 (MJ)

　　GB/T 27716—2011

　　A. 3. 2 T型管及蒸煮管能量平衡计算

　　A. 3. 2. 1 进 T型管的麦草带入的热量 Q2. 1

　　Q2. 1 = (m2. 1麦 草 ·C麦 草 +m2. 1水 ·C水 ) · (t2. 1 -t0 )

　　= (2. 083× 1. 423+2. 083× 4. 187) × (60-0)= 701. 14 (MJ)

　　A. 3. 2. 2 蒸煮药液带入的热量 Q2. 2

　　Q2. 2=(m2. 2碱 ·C碱 +m2. 2水 ·C水 ) · (t2. 2 -t0 )

　　= (0. 25× 1. 042+2. 995× 4. 187) × (85-0)= 1088. 05 (MJ)

　　A. 3. 2. 3 蒸煮的化学反应热 Q2. 3

　　Q2. 3 = 1. 2% ·m2. 1麦 草 ·R2. 3

　　= 1. 2% × 2. 083× 13 980= 349. 44 (MJ)

　　A. 3. 2. 4 过热蒸汽带入的热量 Q2. 4

　　Q2. 4 =m2. 4 · (i2. 4″-i0 ′) +m2. 4 ·C蒸 汽 · (t2. 4g-t2. 4b)

　　= 2. 2× (2 757. 1-0) +2. 2× 1. 964×(200-155. 2)= 6259. 19 (MJ)

　　A. 3. 2. 5 连续蒸煮管的散热损失 Q2. 5

　　单根连蒸管的质量

　　m管 =V管 ·ρ管 =S管 ·h管 ·ρ管

　　单根连蒸管的散热损失

　　= π×[(0. 76+0. 03) 2 -0. 762 ] × 10. 9× 8. 0= 12. 740 (t)

　　Q管 =m管 ·C管 · Δt管

　　单 连(1)蒸(2). 管保(740×)温(0).层(4)60-110)= 307. 03 (MJ)

　　m保 =V保 ·ρ保 =S保 ·h保 ·ρ保

　　单根连蒸管保温层的散热损失

　　= π×[(0. 76+0. 03+0. 15) 2 -(0. 76+0. 03) 2 ] × 10. 9× 0. 35= 3. 111 (t)

　　Q保 =m保 ·C保 · Δt保

　　连 蒸(3).煮(1)器的散(11×0). 10-50)= 140. 00 (MJ/管)

　　Q2. 5(′)= 4 · (Q管 +Q保 )

　　单根管(3的(07)容.0积(3)+140. 00)= 1 788. 12 (MJ)

　　V容 =S ·h

　　单根连蒸管的与有效容积

　　= π×0. 762 × 10. 9= 19. 782 (m3 )

　　V有 效′=V容 ·A1

　　连续蒸煮器的有效容积

　　= 19. 782×70%= 13. 847 (m3 )

　　V有 效 = 4·V有 效′

　　9

　　GB/T 27716—2011

　　=4×13. 847= 55. 388 (m3 )

　　m麦 草 =A2 ·V有 效

　　= 140÷1 000× 55. 388= 7. 754 (t)

　　m浆 =m麦 草 · 蒸煮得率

　　= 7. 754×48%= 3. 722 (t)

　　Q2. 5 =Q2. 5(′)/m浆

　　= 1 788. 12÷3. 722=480. 42 (MJ/t浆)

　　A. 3. 2. 6 转动轴盘根漏气的散热损失 Q2. 6

　　Q2. 6 =0. 5% ·Q有 效 =0. 5% · (Q2. 1 +Q2. 2 +Q2. 4 )

　　=0. 5% × (701. 14+1088. 05+6259. 19)=40. 24 (MJ)

　　A. 3. 2. 7 蒸煮其他热损失 Q2. 7

　　Q2. 7=(Q2. 1 +Q2. 2 +Q2. 3 +Q2. 4 ) -(Q1. 2 +Q2. 5 +Q2. 6 )

　　= (701. 14+1088. 05+349. 44+6259. 19) -(5 103. 36+480. 42+40. 24)= 2 773. 80 (MJ)

　　A. 3. 3 销鼓计量器、预蒸螺旋、螺旋喂料器能量平衡计算

　　A. 3. 3. 1 进销鼓计量器的麦草带入的热量 Q3. 1

　　m3. 1麦 草 =m2. 1麦 草 = 2. 083 (t)

　　m3. 1麦 草 /(m3. 1麦 草 +m3. 1水 ) = 1-90% 得到 m3. 1水 = 18. 747 (t)

　　Q3. 1=(m3. 1麦 草 ·C麦 草 +m3. 1水 ·C水 ) · (t3. 1 -t0 )

　　= (2. 083× 1. 423+18. 747× 4. 187) × (25-0)= 2036. 45 (MJ)

　　A. 3. 3. 2 进预蒸螺旋的蒸汽带入的热量 Q3. 2

　　Q3. 2 =m3. 2 · (i3. 2(″)-i0′) +m3. 2 ·C蒸 汽 · (t3. 2g-t3. 2b)

　　=0. 57× (2 757. 1-0) +0. 57× 1. 964×(200-155. 2)= 1 621. 70 (MJ)

　　A. 3. 3. 3 污水带出的热量 Q3. 3

　　m3. 3=m3. 1水 +m3. 2 -m2. 1水

　　= 18. 747+0. 57-2. 083= 17. 234 (MJ)

　　Q3. 3 =m3. 3 ·C水 · (t3. 3 -t0 )

　　= 17. 234×4. 187× (40-0)= 2 886. 35 (MJ)

　　A. 3. 3. 4 散热损失 Q3. 4

　　Q3. 4=(Q3. 1 +Q3. 2 ) -(Q2. 1 +Q3. 3 )

　　= (2036. 45+1 621. 70) -(701. 14+2 886. 35)= 70. 66 (MJ)

　　A. 3. 4 各部消耗电能计算

　　按式(11)计算各部消耗的电能 ,见表 A. 1(计算中 φ取 0. 85) 。

　　10

　　GB/T 27716—2011

　　表 A. 1 横管式连续蒸煮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