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

　　ICS 85-010 Y 30

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　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

　　Generalcalculation method ofthesystem energy equilibrium in

　　pulp andpaperproduction process

　　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 27736—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 :大连工业大学 、芬欧汇川(常熟)纸业有限公司 、中国制浆造纸研究院 。

　　本标准主要起草人 :刘秉钺 、陈曦 、张清文 、邱文伦 。

　　Ⅰ

　　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

　　1 范围

　　本标准规定了制浆造纸企业生产过程的系统能量平衡的计算方法 。

　　本标准适用于制浆造纸企业为掌握企业能量消耗状况 ,分析企业用能水平 ,查清企业节能潜力 , 明确企业节能方向 ,为改进能源管理 ,实行节能技术改造 ,提高能源利用率等而进行能量平衡测试 。

　　本标准与其他能量平衡及能量效率计算方法标准组成制浆造纸企业生产过程的系统能量平衡的系列标准 。

　　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 2587 用能设备能量平衡通则

　　GB/T 2588 设备热效率计算通则

　　GB/T 2589 综合能耗计算通则

　　3 术语和定义

　　GB/T 2589界定的术语和定义适用于本文件 。

　　4 计算能量平衡的依据

　　制定制浆造纸企业生产过程的系统能量平衡计算方法的理论依据 :

　　a) 能量守恒和转换定律 ;

　　b) 热力学第二定律 。

　　5 计算能量平衡的步骤

　　5. 1 准备

　　5. 1. 1 收集如下基础资料与数据

　　5. 1. 1. 1 原始资料和数据 ,如设计参考 、设计依据 、工艺规程 、操作规程 、设备性能等情况 。

　　5. 1. 1. 2 运行资料和数据 ,如产品 、原材料 、能耗 、负荷 、效率等参数 。

　　5. 1. 1. 3 测试资料和数据 ,如能量的有效利用 、各项损失 、过程消耗 、产品能耗 。

　　5. 1. 1. 4 理论资料与数据 ,如理论能耗 、各种计算方法 、公式和图表等 。

　　5. 1. 2 制定计划

　　5. 1. 2. 1 确定测试范围与对象 。

　　1

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　　5. 1. 2. 2 统一调度 、人员与分工 、安全措施等 。

　　5. 1. 2. 3 计算方法与记录表格和统计表格 。

　　5. 1. 2. 4 要求与进度 。

　　5. 2 测试统计

　　选择测量点 ;仪表校验和安装 ;按规定的体系范围进行测试和统计 。 注意各有关测试 ,应在正常生产条件下的统一时间内进行 ,并将数据填入有关表格 。

　　5. 3 计算

　　整理取得的数据 ,进行计算 ,按以下步骤进行 。

　　5. 3. 1 物料平衡计算

　　根据系统的特点 , 明确体系的边界 ,并加以简要的说明 。整理取得的数据 ,绘制物料平衡方框图 ,首先进行物料平衡计算 。一般以单位物料(1 t纸 、1 t浆或 1锅/球浆)为计算基础 。对从实际生产线获得的 、或者工艺规程获得的数据进行适当的转换 、加工 。

　　5. 3. 2 确定能量平衡方案

　　在物料平衡图的基础上 ,确定能量平衡方框图 。 补充有关能量的参数 : 温度 、流量 ,查阅饱和蒸汽表 ,查阅有关化学反应热等有关参数 。

　　能量平衡方框图是在物料平衡方框图的基础上绘制的 。对于那些在体系内部进行能量交换的设备 ,可以将方框图合并或者省略 ;体系一经确定 ,可按 GB/T 2587 中能量平衡模型(见图 1) 的规定把体系输入能量和输出能量 ,逐项分别用箭头画在方框图的四周 , 以减少能量的漏计 、重计和错计 。

　　图 1 能量平衡方框图

　　5. 3. 3 能量平衡计算

　　在确定了能量平衡方框图和有关参数后 ,进行能量平衡计算 。每一个单元 ,按照输入能量和输出能量分别进行计算 。一般把基准温度确定为 0 ℃;能量单位一般取吉焦(GJ) 、兆焦(MJ) 、千焦(kJ) ,质量单位为吨(t) 、千克(kg) , 电能单位为千瓦时(kW · h)也可以折算为吉焦(GJ) 、兆焦(MJ)作为统计单位 。也可以根据制浆造纸企业内设备的特点分别采用 :MJ/h,kJ/h。数据的处理一般是保留小数点后两位 。单位表示尽量使用符号 ,如不能用符号表示 ,则用文字表示 。

　　2

　　GB/T 27736—2011

　　5. 3. 4 编制能量平衡表

　　将分单元计算的输入和输出的能量 ,填在能量平衡表内(见表 1) ,如果出现不平衡情况 ,要返回进行检查 : 当出现缺项 、漏项时 ,需要重新修改能量平衡方案 ,返工重新计算 ;如果是由于保留有效数字等因数据处理而导致的能量不平衡 ,需要重新调整数据 ,使能量平衡表达到基本平衡 。表 1 中数据应采用统一单位 。

　　表 1 能量平衡表

　　序号

　　输入能量

　　输出能量

　　项 目

　　数量

　　项 目

　　数量

　　1

　　Q1

　　2

　　Q2

　　3

　　Q3

　　4

　　Q4

　　5

　　Q5

　　6

　　Q6

　　7

　　Q7

　　8

　　Q8

　　9

　　Q9

　　10

　　Q10

　　合计

　　合计

　　5. 3. 5 绘制能流图

　　体系的能流图应当与能量流程方框图相对应 ,每个方框(设备或单元) 输入和输出的能量应当完全相等 。选择适当的比例表示能量的大小 ,在能流图上以线条的宽度表示输入或输出能量的多少 ,对于能量太小 ,能流图上无法以宽度表示时 ,就以单线条来表示 。 以箭头表示能量的流向 ,在流动过程中 ,能量应当保持恒定(即能流图中的线条宽度保持不变 ,包括转弯的圆弧处) 。 能流图上能量的流动方向一般是 :从下向上 ,从左向右流动 。

　　化学反应热量在反应单元绘出 ,放热化学反应为本单元的输入热量 , 吸热化学反应为本单元的输出热量 。对于供物料流送 、搅拌或设备运转的电能 ,基本都是输入 ,在能流图上都不用画出 。

　　注 : 目前都使用 “CAD绘图软件 ”绘制能流图 ,其绘制的步骤 :

　　a) 首先要取适当的比例(即线段的宽度 mm 长度 ,代表能量的 MJ数量) 。

　　b) 根据能量平衡方框图 ,绘制能流图的各个工艺设备单元 ,标注各单元名称 。

　　c) 根据能量平衡表 ,准确的绘制每个单元输入和输出的能量 。注意输入能量与输出能量上下对齐 ,能量在输送过程中保持恒定 , 即线条的宽度保持 不 变 ; 特 别 在 转 弯 时 容 易 出 现 错 误 。对 于 能 量 数 值 比 较 小 ,无 法 用线条宽度表示时 ,使用单条线表示 。

　　d) 用箭头表示能量的输入 、输出方向 。

　　e) 按照能量平衡表标注每一个输入 、输出能量的名称和具体数值 。

　　f) 无误后 ,将 CAD形式转化为 WORD形式 , 附在编制文件的后面 。

　　5. 3. 6 计算效率和单产消耗

　　在上述物料平衡和能 量 平 衡 计 算 的 基 础 上 , 计 算 设 备 的 能 量 效 率 和 单 位 产 品 的 能 量 消 耗 等 技 术指标 。

　　3

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　　能量效率是指该体系或设备为达到目的 ,供给能量利用的有效程度在数量上的表示 ,它等于有效能量对供给能量的百分数 。

　　5. 3. 6. 1 设备或系统的热效率 ηR,按 GB/T 2588的规定进行计算 ,见式(1) 。

　　ηR=QYX/QGG × 100% 或 ηR= (1-QSS/QGG ) × 100% …………………( 1 )

　　式中 :

　　ηR — 设备或系统热效率 , % ;

　　QYX— 有效热量 ,MJ;

　　QGG — 供给热量 ,MJ;

　　QSS — 损失热量 ,MJ。

　　QYX、QGG 和 QSS 的计算 方 法 按 GB/T 2588 的 规 定 , 有 关 体 系 的 计 算 细 则 参 见 本 系 列 标 准 的 相 应部分 。

　　5. 3. 6. 2 设备或系统的净热效率 ηRJ按式(2)计算 :

　　ηRJ= (QYX -QZ )/QGG × 100% …………………………( 2 )

　　式中 :

　　ηRJ — 设备或系统的净热效率 , % ;

　　QYX — 有效热量 ,MJ;

　　QZ — 自用热量 ,MJ;

　　QGG — 供给热量 ,MJ。

　　5. 3. 6. 3 设备或系统的能量效率 ηN 按式(3)计算 :

　　ηN=QYX/(QGG +QD ) × 100% …………………………( 3 )

　　式中 :

　　ηN — 设备或系统的能量效率 , % ;

　　QYX — 有效热量 ,MJ;

　　QGG — 供给热量 ,MJ;

　　QD — 供给的电能 ,MJ。

　　5. 3. 6. 4 设备或系统的净能量效率 ηNJ按式(4)计算 :

　　ηNJ= (QYX -QZ )/(QGG +QD ) × 100% …………………………( 4 )

　　式中 :

　　ηNJ — 设备或系统的净能量效率 , % ;

　　QYX — 有效热量 ,MJ;

　　QZ — 自用热量 ,MJ;

　　QGG — 供给热量 ,MJ;

　　QD — 供给的电能 ,MJ。

　　为了便于和本企业进行纵向比较 ,也便于和同类型企业进行横向比较 ,相应体系的能量效率应当表示为生产单位产品(纸 、纸浆 、碱 、石灰等)所消耗的热能(某参数的蒸汽)或标准煤 、电能和/或水 , 以及总能量的消耗 。

　　5. 4 结果评价

　　5. 4. 1 分析结果 ,找出问题 ,确定节能技术改造方案 。

　　5. 4. 2 修订能源管理定额 。

　　5. 4. 3 制定远 、近期节能规划 。

　　5. 4. 4 编写企业能量平衡报告 。

　　4

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　　6 能量平衡计算时需要注意的问题

　　6. 1 基准温度

　　取 0 ℃作为基准温度 ;也可取环境温度即外界空气温度为计算的基准温度 。

　　6. 2 燃料发热量及化学反应热

　　在能量平衡计算时 ,有时涉及到有关的化学反应热 。对于反应热比较低的 ,可以当作散热损失 ,忽略处理 。对于燃烧热应按燃料应用基准(即实际所应用的燃料)的低位发热量为基准来计算 ;对于分解等化学反应热比较大的 ,通过查阅文献 ,或者通过计算生成热来确定 。

　　6. 3 对电能的处理

　　电能是能量平衡的重要组成部分 。设备或系统消耗电能的确定 ,首先通过调研 , 收集一个系统(或者一段工艺过程 、一个车间 、一个工段)实际使用电负荷的具体数据 ,然后按照需要系数法具体分配到每个相应的用电设备 。其计算过程如下 :

　　a) 确定测定系统内部的用电设备 ,一般不包括照明 、采暖 、空调和仪表自动化的用电 ;

　　b) 明确用电设备的连续使用时间 ;

　　c) 查定用电设备的需要系数 ,参差系数 ;

　　d) 按式(5)计算全系统的总用电负荷 P:

　　P = ∑ψ ·Ki ·Pi =ψ · (K1P1 +K2P2 + … +KnPn) …………………( 5 )

　　式中 :

　　Ki — 用电设备的需要系数(可在有关设计参考书中查到 ,与运行时间有关) ;

　　ψ — 参差系数 ,一般取 ψ=0. 8~0. 9;

　　Pi — 用电设备的装机容量 ,kW(可在企业的设备表中查到 ,或者直接查铭牌) 。

　　该系统生产单位产品所消耗的电能 p(kW · h/单位产品)按式(6)计算 , 即 :

　　p= 22. 5 ·P/G …………………………( 6 )

　　式中 :

　　22. 5— 每天工作的时间 ,h;

　　P — 全系统的用电负荷 ,kW ;

　　G — 该系统的某产品的产量 ,t/d。

　　电能一般只有输入 ,另外在能流图上所占的比例比较小 ,所以在能流图上一般不画电能 。

　　6. 4 摩擦热

　　对于高得率浆 , 由于没有达到纤维分离点 ,需要依靠机械设备磨解成浆 ,通常磨浆的浓度都比较高 ,在磨浆过程中由于摩擦会产生大量的热,对磨石磨木浆 、P-RC APMP、BCTMP、废纸脱墨浆的热分散等 , 由于高浓摩擦产生的热,可以按照相应设备电机容量的 60% ~ 70%来确定 。

　　6. 5 过热蒸汽热焓值的计算方法

　　过热蒸汽的热焓值如 果 能 够 通 过 查 表 找 到 , 直 接 可 以 查 表 求 得 。 如 果 没 有 现 成 的 表 格 可 以 通 过式(7) ,经过计算求得 。

　　i=C汽 · (tg -tb ) +γb +C水 · (tb -t0 ) …………………………( 7 )

　　5

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　　式中 :

　　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 , ℃ ;

　　γb — 通入过热蒸汽在相应压力下饱和蒸汽的汽化热,MJ/t。

　　6. 6 散热损失

　　在系统能量平衡中 ,散热损失是最难测量计算的 ,可以采取以下 3种处理方法 :

　　a) 根据能够查到的有关数据进行计算 ,例如蒸煮锅表面的散热损失先分别计算加热蒸煮锅体消耗的热量和加热保温层消耗的热量 ,然后加和 。

　　b) 根据查到的有关文献 ,按照一定的比例进行计算 。 例如 : 碱回收炉吹灰用的蒸汽占蒸汽产生总量的 3% 。抽汽冷凝式汽轮机效率 η机C为 99% ,汽轮机的内效率 η内C为 88% ,发电机的效率η电C为 97% 。

　　c) 按照能量守恒的原理 ,对一个单元 ,把全部输入能量减去全部输出能量 ,其差值作为散热损失 。

　　7 制浆造纸企业能量平衡体系划分

　　本着尽可能有利于测试和计算的原则 ,结合制浆造纸的生产工艺流程 ,把制浆造纸企业划分为如下一些体系 :BCTMP系统 ,PRC-APMP系统 ,磨石磨木浆系统 ,废纸脱墨浆系统 , 草浆备料系统 , 木浆备料系统 , 间歇蒸煮系统(蒸球) , 间歇蒸煮系统(立锅) ,酸法蒸煮系统 ,横管式连续蒸煮系统 ,卡米尔连续蒸煮系统 ,筛选 、CEHP 四段漂白系统 ,洗涤筛选 、氧脱系统 ,带二氧化氯的四段漂白系统 , 二氧化氯制备系统 ,制氧站系统 ,木浆多效蒸发系统 ,木浆碱回收燃烧系统 ,木浆苛化系统 , 白泥回收系统 ,草浆多效蒸发系统 ,碱回收燃烧系统 ,草浆苛化系统 ,制浆造纸企业自备热电站 ,草末锅炉系统 , 圆网造纸机系统 ,普通长网造纸机系统 ,水平夹网造纸机系统 ,涂布造纸机系统 ,叠网造纸机系统 。

　　凡未被包括的体系 ,生产企业可按工艺流程的特点 ,参照本标准的有关规定补充 。

　　8 其他

　　本标准如有与国家能源标准不协调之处 ,则按国家能源标准的规定执行 。

　　6

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　　2012年 5 月第一版

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　　书号 : 155066 · 1-44762

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