GB/T 27718-2011 间歇蒸煮（立锅）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 27718—2011

　　间歇蒸煮(立锅) 系统能量平衡及能量效率

　　计算方法

　　Calculation method ofenergy equilibrium and energy efficiencyin batch cooking

　　(verticaldigester) system

　　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 27718—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 、湖南泰格林纸集团有限责任公司 。

　　本标准主要起草人 :刘秉钺 、陈曦 、尉志苹 、黎的非 。

　　Ⅰ

　　GB/T 27718—2011

　　间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡及能量效率

　　计算方法

　　1 范围

　　本标准规定了间歇蒸煮(立锅)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间歇蒸煮(立锅)系统的能量平衡及能量效率的测试与计算 。

　　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 间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡方框图见图 1。

　　图 1 间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡方框图

　　3. 2 体系边界 :从纤维原料进入蒸煮车间开始 ,经蒸煮 、喷放至浆料除节 、洗涤后 ,黑液送碱回收系统 ,浆料送筛选 、漂白系统止 ;包括小放汽后回收松节油和喷放汽的热回收 。

　　3. 3 图 1 中符号说明 :

　　Q1— 纤维原料带入的热量 ;

　　Q2— 通入的过热蒸汽带入的热量 ;

　　Q3— 加入的洗涤水 、冷却水 、温水带入的热量 ;

　　Q4— 加入蒸煮药剂带入的热量 ;

　　Q5— 蒸煮反应热的热量 ;

　　Q6— 浆料(排渣)带出的热量 ;

　　Q7— 回收松节油带出的热量 ;

　　1

　　GB/T 27718—2011

　　Q8— 加热蒸煮锅体(保温层)消耗的热量 ;

　　Q9— 排出冷凝水(温水 、污冷水)带出的热量 ;

　　Q10— 排出黑液带出的热量 ;

　　Q11— 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 锅化学浆为基准)

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

　　式中 :

　　C纤 — 纤维原料的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　C水 — 水的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　m1纤 — 绝干纤维的量 ,t;

　　m1水 — 纤维原料中含水的量 ,t;

　　t1 — 纤维原料的温度 , ℃ ;

　　4. 1. 2 通入的过热蒸汽带入的热量 Q2 按式(2)计算 :

　　式中 :

　　C汽 — 过热蒸汽的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　m2 — 通入的蒸汽的量 ,t;

　　tg — 过热蒸汽的温度 , ℃ ;

　　tb — 相应压力饱和蒸汽的温度 , ℃ ;

　　γb — 相应压力下的汽化潜热,MJ/t。

　　4. 1. 3 加入的洗涤水 、冷却水 、温水带入的热量 Q3 按式(3)计算 :

　　式中 :

　　m3水 — 送入水的量 ,t;

　　t3 — 送入水的温度 , ℃ 。

　　4. 1. 4 加入蒸煮药剂带入的热量 Q4 按式(4)计算 :

　　式中 :

　　C无 机 — 无机物的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　m无 机 — 蒸煮液中无机物的用量 ,t;

　　m4水 — 蒸煮液中水的用量 ,t;

　　t4 — 送入蒸煮液的温度 , ℃ 。

　　4. 1. 5 蒸煮反应热的热量 Q5 按式(5)的计算 :

　　式中 :

　　m5— 加入原料的量 ,kg;

　　t0 — 基准温度 ,t0 =0℃ 。

　　Q2 = [C汽 · (tg -tb) + γb +C水 · (tb -t0 )] ·m2 ………………………( 2 )

　　Q3 =C水 ·m3水 · (t3 -t0 ) …………………………( 3 )

　　Q4 = (C无 机 ·m无 机 +C水 ·m4水 ) · (t4 -t0 ) …………………………( 4 )

　　Q5 =A ·m5 …………………………( 5 )

　　2

　　GB/T 27718—2011

　　A — 蒸煮反应的单位发热量 ,MJ/kg。

　　4. 2 输出热量

　　4. 2. 1 浆料(排渣)带出的热量 Q6 按式(6)计算 :

　　Q6 = (C纤 ·m6纤 +C水 ·m6水 ) · (t6 -t0 ) …………………………( 6 )

　　式中 :

　　m6纤 — 绝干纤维的量 ,t;

　　m6水 — 浆料中含水的量 ,t;

　　t6 — 浆料的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 2 回收松节油带出的热量 Q7 按式(7)计算 :

　　Q7 =A油 ·m7油 …………………………( 7 )

　　Q8 =C8 ·m8 · (t8 -t0 ) …………………………( 8 )

　　式中 :

　　m7油 — 回收松节油的量 ,t;

　　A油 — 松节油的蒸发热,MJ/t。

　　4. 2. 3 加热蒸煮锅体(保温层)消耗的热量 Q8 按式(8)计算 :

　　式中 :

　　C8— 蒸煮锅体(保温层)的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　m8— 蒸煮锅(保温层)的质量 ,t;

　　t8 — 蒸煮锅(保温层)的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 4 排出冷凝水(温水 、污冷水)带出的热量 Q9 按式(9)计算 :

　　Q9 =C水 ·m9 · (t9 -t0 ) …………………………( 9 )

　　Q10 =C黑 ·m10 · (t10 -t0 ) …………………………( 10 )

　　式中 :

　　m9— 冷凝水(温水 、污冷水)的质量 ,t;

　　t9 — 冷凝水(温水 、污冷水)的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 5 排出黑液带出的热量 Q10按式(10)计算 :

　　式中 :

　　C黑 — 黑液的比热容 ,MJ/(t· ℃) ;

　　m10— 黑液的质量 ,t;

　　t10 — 黑液的温度 , ℃ 。

　　4. 2. 6 散热损失的热量 Q11按式(11)计算 :

　　Q11 =Q入 -Q出 …………………………( 11 )

　　式中 :

　　Q入 — 输入的热量 ,MJ;

　　Q出 — 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(12) , 即 :

　　P = ∑ψ ·Ki ·Pi =ψ · (K1P1 +K2P2 + … +KnPn) …………………( 12 )

　　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;

　　3

　　GB/T 27718—2011

　　Pi— 用电设备的装机容量 ,kW 。

　　5 间歇蒸煮(立锅)系统有关效率的计算

　　5. 1 间歇蒸煮(立锅)系统生产 1 t浆所需热能 Q(GJ/t浆) 和 蒸 汽 量 M(t/t浆) , 按 式(13) 和 式(14)计算 :

　　Q=Q2/G …………………………( 13 )

　　式中 :

　　G— 每锅的绝干浆产量 ,t。

　　5. 2 间歇蒸煮(立锅)系统生产 1 t浆所消耗的电能 p(kW · h/t浆)按式(15)计算 :

　　M =m2/G (附蒸汽参数) …………………………( 14 )

　　式中 :

　　P — 全系统的用电负荷 ,kW ;

　　22. 5— 每天工作的时间 ,h;

　　b — 同时运行蒸煮锅的数量 ;

　　n — 每天蒸煮次数 。

　　5. 3 间歇蒸煮(立锅)系统的热效率 η按式(16)计算 :

　　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(17)计算 :

　　式中 :

　　Q1— 纤维原料带入的热量 ,MJ;

　　Q2— 通入的过热蒸汽带入的热量 ,MJ;

　　Q3— 加入的洗涤水带入的热量 ,MJ;

　　Q4— 加入蒸煮药液带入的热量 ,MJ;

　　Q5— 蒸煮反应热的热量 ,MJ。

　　系统损失的热量 Q损 失 按式(18)计算 :

　　式中 :

　　Q6— 排渣带出的热量 ,MJ;

　　Q8— 加热蒸煮锅体(保温层)消耗的热量 ,MJ;

　　Q9— 排出污冷水带出的热量 ,MJ;

　　Q11— 散热损失的热量 ,MJ。

　　5. 4 间歇蒸煮(立锅)系统的能量效率 η能 按式(19)计算 :

　　式中 :

　　Q电 — 提供给系统的电能 ,MJ。

　　注 : 间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡及能量效率的具体计算实例参见附录 A。

　　p= 22. 5 ·P/(G ·b ·n) …………………………( 15 )

　　η= (Q供 给 -Q损 失 )/Q供 给 × 100% …………………………( 16 )

　　Q供 给 =Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 …………………………( 17 )

　　Q损 失 =Q6 +Q8 +Q9 +Q11 …………………………( 18 )

　　η能 = (Q供 给 +Q电 -Q损 失 )/( Q供 给 +Q电 ) × 100% ……………………( 19 )

　　4

　　GB/T 27718—2011

　　6 能量平衡表

　　间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡表见表 1。

　　表 1 间歇蒸煮(立锅)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

　　通入的过热蒸汽带入的热量 Q2

　　3

　　加入的洗涤水 、冷却水 、温水带入的热量 Q3

　　4

　　加入蒸煮药剂带入的热量 Q4

　　5

　　蒸煮反应热的热量 Q5

　　6

　　浆料(排渣)带出的热量 Q6

　　7

　　回收松节油带出的热量 Q7

　　8

　　加热蒸煮锅体(保温层)消耗的热量 Q8

　　9

　　排出冷凝水(温水 、污冷水)带出的热量 Q9

　　10

　　排出黑液带出的热量 Q10

　　11

　　散热损失的热量 Q11

　　合计

　　合计

　　7 能量流向图

　　按照 GB/T 27736—2011中 5. 3. 5 的要求绘制间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡流向图 。

　　5

　　GB/T 27718—2011

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　间歇蒸煮(立锅)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 水的比热容 4. 187 MJ/(t · ℃) , 纤 维(木 片) 的 比 热 容 1. 423 MJ/(t · ℃) 。 无 机 物 的 比 热 容1. 13MJ/(t· ℃) ,黑液的比热容 3. 108MJ/(t· ℃) 。蒸煮锅体的比热容 0. 5 MJ/(t· ℃) ,锅体保温层的比热容 0. 52MJ/(t· ℃) 。

　　A. 1. 2 生产每锅化学浆用绝干木片 13. 1 t,木片温度 25 ℃ ,干度 50% ;液比 1 ∶ 3. 6。蒸煮得率 45% ,用碱量 20%(NaOH 计) ,硫化度 24% ,蒸煮药液温度为 80 ℃ 。

　　A. 1. 3 加热的(中压)过热蒸汽的参数 :温度 270 ℃ ,压力 1. 0 MPa,查 1. 0 MPa饱和蒸汽的汽化热表

　　得 :t= 180℃ ,γ180 = 2019. 3 MJ/t,180 ℃时的蒸汽焓值 i″180 = 2 782. 6 MJ/t ;C汽 = 2. 001 MJ/(t· ℃) 。

　　蒸煮 1锅浆用中压蒸汽 9. 37 t。

　　A. 1. 4 小放汽的放汽量 0. 18 t汽/t浆(绝干) ,粗松节油 0. 02 t/t浆 ,粗松节油的蒸发热 287 MJ/t;小

　　放汽的温度 125 ℃ ,查表得 i″125 = 2 716. 5 MJ/t。 喷放时的温度为 180 ℃ ,浆料的放汽量 1. 1 t汽/t浆

　　(绝干) 。 喷放锅送出浆料的温度为 100 ℃ 。

　　A. 1. 5 蒸煮化学反应热占原料总发热量的 1. 2% ,松木燃烧热 19000 MJ/t(绝干) 。

　　A. 1. 6 蒸煮锅体的质量 50 t,蒸煮 锅 保 温 层 的 质 量 6. 5 t;蒸 煮 锅 体 升 温 起 始 温 度 115 ℃ , 结 束 温 度175 ℃;保温层起始温度 80 ℃ ,结束温度 140 ℃ 。

　　A. 1. 7 列管换热器排出冷凝水的温度 180 ℃ 。

　　A. 1. 8 螺旋换热器 :通入冷水的量为每锅 72 t,入口温度 20 ℃ ,换热后排出温水的温度 40 ℃ ,送出黑液的温度 45 ℃ 。

　　A. 1. 9 除节机 :送入黑液温度 75 ℃ ,带出浆料和渣浆的温度 78 ℃ ,渣浆率 10% ,浆浓 3% 。

　　A. 1. 10 水平带式洗浆机 :送 入 浆 料 的 浆 浓 3% , 送 出 浆 料 的 浆 浓 8% ; 加 入 热 水 的 量 15 t/t浆 , 温 度70 ℃ ,送出浆料的温度 75 ℃ 。

　　A. 1. 11 喷射冷凝器 :加入污冷水量为每锅 70 t,温度 40 ℃ ,换热后排出污热水温度 90 ℃ 。

　　A. 1. 12 板式换热器 :加入冷却水的量为每锅 72 t,入口温度 20 ℃ ,换热后排出热水温度 70 ℃ 。

　　A. 1. 13 清热水槽 :来自化学车间送入的热水温度 45 ℃ 。清洁冷凝水的入口温度 180 ℃ , 出 口温度为155 ℃ 。

　　A. 1. 14 间歇蒸煮车间有 5 口蒸煮锅 ,每天蒸煮 4次 。

　　A. 1. 15 间歇蒸煮(立锅)系统电器设备的需要系数(K)和装机容量(P)见表 A. 1。

　　A. 2 能量平衡方框图

　　间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡方框图见图 A. 1。

　　6

　　GB/T 27718—2011

　　图 A. 1 间歇蒸煮(立锅)系统能量平衡方框图

　　图中符号说明 :

　　Q1. 1— 木片带入的热量 ;

　　Q1. 2— 通入过热蒸汽带入的热量 ;

　　Q1. 3— 蒸煮时锅内木片的放热反应热 ;

　　Q1. 4— 加入药液带入的热量 ;

　　Q1. 5— 喷放锅喷放蒸汽带出的热量 ;

　　Q1. 6— 小放汽带出的热量 ;

　　Q1. 7— 喷放锅送出浆料绝干纤维带出的热量 ;

　　Q1. 8— 随喷放锅浆料带出黑液带出的热量 ;

　　Q1. 9— 表面散热损失的热量 ;

　　Q1. 10— 列管换热器排出冷凝水带出的热量 ;

　　Q1. 11— 其他散热损失 ;

　　Q2. 1— 加入冷水带入的热量 ;

　　Q2. 2— 排出温水带出的热量 ;

　　Q2. 3— 排出松节油带出的热量 ;

　　Q2. 4— 送走黑液带出的热量 ;

　　Q2. 5— 散热损失的热量 ;

　　Q3. 1— 加入黑液带入的热量 ;

　　7

　　GB/T 27718—2011

　　Q3. 2— 渣浆带出的热量 ;

　　Q3. 3— 除节后浆料带出的热量 ;

　　Q3. 4— 散热损失的热量 ;

　　Q4. 1— 水平带式洗浆机加入热水带入的热量 ;

　　Q4. 2— 送去浆池的浆料带出的热量 ;

　　Q4. 3— 送入黑液槽的黑液带出的热量 ;

　　Q4. 4— 散热损失的热量 ;

　　Q5. 1— 黑液槽送碱回收的黑液带出的热量 ;

　　Q6. 1— 旋浆分离器 、喷射冷凝器加入污冷水带入的热量 ;

　　Q6. 2— 热交换后污热水带出的热量 ;

　　Q6. 3— 散热损失的热量 ;

　　Q7. 1— 污热水槽排污所带出的热量 ;

　　Q7. 2— 送去板式换热器的污热水带入的热量 ;

　　Q8. 1— 板式换热器加入清洁冷水带入的热量 ;

　　Q8. 2— 换热后清洁热水带出的热量 ;

　　Q8. 3— 散热损失的热量 ;

　　Q9. 1— 由化学车间送入清热水槽的清洁热水带入的热量 ;

　　Q9. 2— 清洁冷凝水放热后带出的热量 ;

　　Q9. 3— 散热损失的热量 。

　　图中符号的单位为 MJ。

　　A. 3 能量平衡计算(以生产 1 锅化学浆为基准 ,基准温度为 0 ℃ )

　　A. 3. 1 列管换热器、蒸煮锅、喷放锅能量平衡计算

　　A. 3. 1. 1 木片带入的热量 Q1. 1

　　A. 3. 1. 1. 1 绝干木片带入的热量 Q1. 1a

　　= 1. 423× 13. 1× (25-0)=466. 03(MJ)

　　Q1. 1a=C纤 ·m1. 1纤 · (t1. 1a-t0 )

　　A. 3. 1. 1. 2 木片中水分带入的热量 Q1. 1b m1. 1水 = 13. 1÷50%-13. 1= 13. 1(t)

　　Q1. 1b=C水 ·m1. 1水 · (t1. 1b-t0 )

　　=4. 187× 13. 1× (25-0)= 1 371. 24(MJ)

　　A. 3. 1. 2 通入过热蒸汽带入的热量 Q1. 2

　　Q1. 1=Q1. 1a+Q1. 1b=466. 03+1 371. 24= 1 837. 27(MJ)

　　通入过热蒸汽的焓 i中 (1. 0 MPa,270 ℃)

　　i中 =C汽 · (t270 -t180) +γ180 +C水 · (t180 -0)

　　= 2. 001× (270-180) +2019. 3+4. 187× (180-0)= 2 953. 05(MJ/t· ℃)

　　A. 3. 1. 3 蒸煮时锅内木片的化学反应热 Q1. 3

　　Q1. 2 =m1. 2 ·i中 = 9. 37× 2 953. 05= 27 670. 08(MJ)

　　Q1. 3 =A ·m1. 1纤

　　8

　　= 1. 2% × 19000× 13. 1= 2 986. 80(MJ)