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.pdf

1、ICS 85-010 Y 30 组昌中华人民圭七./、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 of energy equilibrium and energy efficiency in horizontal-tube continuous cooking system 2011-12-30发布数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检痊总局中国国家标准化管理委员会2012-07-01实施发布目。吕本标准按照GB/T1. 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

2、员会CSAC/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:刘秉饿、张清文、张楠、邱文伦。GB/T 27716-2011 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 27736-2

3、011 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10Q6 Q7 Q5 Qs Q4 Q9 Q, Q2 Q3 的系体本为出抖扫锅放喷至始图开框器方衡量F计EE鼓能销统人系送煮料蒸原续维连纤式以管是横统系们煮量量量E蒸热量热热热续的热的的应量连人的人入反热式L带入带带学的管制料带汽液化出横HU原液蒸药的带号佳黑热煮煮料界符纤稀过蒸蒸浆边中一一-一一一统1一一一一一一系。图GG-5也2界31边11 G/T 27716-2011 Q7 连续蒸煮器蒸煮管散热损失;Qs一一排放的废水带出的热量;Q9一一散热损失的热量。图l中符号的单位为ML

4、4 能量平衡计算公式说明(以喷放1t绝干浆为计算基准，基准温度设为oOC) 4. 1 输入热量4. 1. 1 纤维原料(浆料)带入的热量Qj按式。)计算:Ql =(mj浆.C浆+mj水.C水) (tj - to) ( 1 ) 式中:mj浆一一进入的绝干浆量，t; m冰一一进入的浆料含水量，t; C浆纤维的比热容，MJ/(t.OC); C水一一水的比热容，MJ / (t OC) ; tj 一一进入的浆料温度，OC;t。一一基准温度，OOC。4.1.2 稀黑磁带人的热量Qz按式(2)计算，稀黑液的比热Cz按式(3)计算:Qz = m2 Cz (tz - to ) Cz = (0.98 - o. 5

5、2b) X 4. 187 、，、，nLqd ，、，、. . . . . . 唰. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 式中:m2一一稀黑液的量，t;C2 稀黑液的比热容，MJ/(t.OC); h一一稀黑液的温度:C;b 黑液同形物的浓度，%。4.1.3 过热蒸汽带入的热量Q3按式(4)计算:Q3 =m3 (ib -io)十m3.C汽(tg一九(4 ) 式中:叫一一通入过热蒸汽的量，t; C汽一一通人过热蒸汽的比热容，MJ/(t.C); tg一-通入过热蒸汽的温度:C;tb一通人过热蒸汽在相应压力下的饱和温度，OC;ib一一通入过热蒸汽在相应压力下

6、饱和蒸汽的熔值，MJ/t;iJ一一基准熔值，MJ/t;若设为ooC，则为004.1.4 蒸煮药液带人的热量Q按式(5)计算:Q4 = (m4碱.C碱+m4水.C水) (t4 - to) ( 5 ) 式中:m4碱蒸煮药液含碱量，t;叫水蒸煮药液含水量，t;C碱碱的比热容，MJ/t.oC; K 一一蒸煮药液的温度，OC。2 G/T 27716-2011 4.1.5 蒸煮的化学反应热电按式(6)计算:Qs =A . Gs R . ( 6 ) 式中:A一一反应热相当于燃烧热的比例系数;Gs一一进入T型管的绝干纤维原料的量，t;R 纤维原料的燃烧热，MJ/to4.2 输出热量4.2.1 浆料带出的热量也

7、按式(7)计算:Q6 = (m6浆.c浆+m时.C水) (t6 -to) ( 7 ) 式中zm6浆出喷放锅的绝干浆量，t;m6水一出喷放锅浆料的含水量，t;t6 一一出喷放锅浆料的温度，oc。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)式中:m7一一锅体(保温层)的质量，t;C7一一锅体(保温层)的比热容，MJ/(t.oC); t7内一一锅体(保温层)内壁温度，oc;t7外一一锅体(保温层)外壁温度，oc。4.2.3 出预蒸螺旋、螺旋喂料器的污水带出的热量也按式(9)计算:Qs = ms Cs (ts - to) 式中:ms一一污水的量，t;

8、 Cs一一水的比热容，MJ/(t.oC); h 污水的温度，oc。4.2.4 散热损失的热量也按式。0)计算:式中zQ输入一一系统输入的热量，MJ;Q输出一一系统输出的热量，MJ0 Q9 =Q输入一Q输出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:. ( 8 ) . ( 9 ) . ( 10 ) P= Ki Pi =伊.(Kj Pj + K2 P2 + +Kn Pn) ( 11 ) 式中z一一参差系数，一般取伊=0.80. 9; Ki-.一用电设备的需要系数;Pi用电设备的装机容量，kWo3 G/T 27716-2011 5 横管式连续蒸煮系统能量效率

9、计算5.1 横管式连续蒸煮系统生产1t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1t浆所消耗的电能(kW h/t浆)按式(14)计算:式中zP 一一全系统的用电负荷，kW;22.5-一每天工作的时间，h;P工22.5.F/G 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?按式(15)计算:. ( 14 ) 可=(Q供给Q损失)/Q供给X100% ( 15 ) 式中zQ供给一-提供给系统的热量，MJ;Q损失-一系统损失

10、的热量，MJ。提供给系统的热量Q供给按式(16)计算:Q供给=Ql十Q2十Q3+Q. + Q5 式中Ql 纤维原料带入的热量，MJ;G 稀黑液带入的热量，MJ;Q3一一过热蒸汽带人的热量，MJ;Q 蒸煮药液带入的热量，MJ;Q5一一蒸煮的化学反应热，MJ。系统损失的热量Q损失按式(17)计算:Q损失=Q7十Qs十Q9式中:Q7 连续蒸煮器蒸煮管散热损失，MJ;Q 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可能按式(18)计算:. ( 16 ) . ( 17 ) 市能=(Q供给十Q电-Q损失)/(Q供给十Q电)X 100% . ( 18 ) 式中

11、: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输入能量输出能量序号数量数量项目项目MJ MJ 1 纤维原料带人的热量Q，2 稀黑液带人的热量也3 过热蒸汽带人的热量Q34 蒸煮药液带入的热量Q.5 蒸煮的化学反应热Q56 浆料带出的热量也7 连续蒸煮器蒸煮管散热损失Q78 排放的废水带出的热量Q89 散热损失的热量也合计合计7 能量流向图按照GBjT27736-2011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

12、G/T 27716一2011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.C。A. 1.2 原料(纤维)比热容1.423 MJ/(t .C)，水的比热容4.187MJ/(t. .C)。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.C。A. 1.5 用碱量12%(对绝干原料，以NaOH计)。A. 1.6 蒸煮药液浓度85g/L，密度1103.423g/L，温度85.C。A. 1.7 进卸料器的浆料温度160.C。A.1.8 稀黑液的固形物含量10%，温度75.C。A.

13、 1.9 碱的比热容1.042 MJ/(t. .C)。A. 1. 10 麦草的燃烧热为13980 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0.55MPa，温度200.C，质量2.2t，比热容1.964 MJ/(t .C)。0.55 MPa下，饱和蒸汽的温度155.2 .C，蒸汽熔2757.1 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0.76m，管厚0.03m，单根管长10.9 m，保温层厚0.15m;钢的密度8.0t/m3，保温层的密度0.350t/m3 ;管内壁温度160.C，外壁温度110.C

14、，保温层外壁温度50.C;钢的比热容0.482MJ/(t .C)，保温层的比热容0.75MJ/(t. .C)。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0.140t/m3 0 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25aC。A. 1. 17 进预蒸螺旋的蒸汽量0.57ta A. 1. 18 污水的排放温度40aC。A. 1. 19 横管式连续蒸煮器每天产浆量为100t/da 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

15、管式连续蒸煮系统能量平衡方框图见图A.10 6 Q.2 Q2.2 Q.l 销鼓计结器预蒸螺旋螺旋喂料器Q2.1 前T型管A、B、C、D管后T型管Q1. 2 立式卸料器喷放锅Ql. l 圄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:Ql.l 出喷放锅的浆料带出的热量pQ1.2 进卸料器的浆料带入的热量;Q1.3一一稀黑液带入的热量;Q1.4-一一散热损失;Q2.1一一进T型管的麦草带人的热量;Q2.2一一蒸煮药液带人的热量;Q2.3一一蒸煮的化学反应热;Q2.4一一一过热蒸汽带入的热量;Q2.5一一连续蒸煮管的散热损失;Q2.S 转动轴盘根漏气的散热损失;Q2.7一一一蒸煮其他热损失;

16、Q3.1一一进销鼓计量器的麦草带人的热量;Q3.2 进预蒸螺旋的蒸汽带入的热量;Q3.3一污水带出的热量;Q3.4-一散热损失。图中符号的单位为MJ。GB/T 27716-2011 7 GB/T 27716一-2011A.3 能量平衡计算(以喷版1t绝干浆为基准，基准温度为oOc) 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Q，.，ml.l浆=1(t) ml.l浆/(ml.l浆十ml.l水)=3%得到ml.l水=32.333(t) Ql.l=(ml.l浆.c浆+ml.l水.c水) (t1.1 to) = (1 X 1. 423+32. 333 X

17、 4.187) X (90一0)= 12 312.11 (MJ) A. 3. 1. 2 进卸料器的浆料带入的热量Q1.2ml.Z浆=ml.l浆=1(t) mZ.l麦卒=ml.Z浆/蒸煮得率=1-;-48%=2.083 (t) mZ.l水/(mZ.l麦草+mZ.l水)=50%得到mZ.l水=2.083(t) m2.Z碱=mZ.l麦草用碱量=2.083X12%=0.250 (t) mZ.Z碱/V2.2=85 (g/L) 得到V22=2.941 X 103 (L) mZ.Z =V2. 2 P2.2 = 2. 941 X 103 X 1 103.423 = 3. 245 X 106 (g) = 3.2

18、45 (t) l2.2水lZ.Z一-m2.2碱=3.245一0.25=2.995(t) m 1. 2j( =mZ.l水十m2.2水+mu=2.083+2.995+2.2=7.278 (t) QI. 2 =(mI.2浆.c浆十ml.Z水.c水).(t1.2-to)= (1 X 1. 423十7.278X4. 187) X (160一0)=5 103.36 (MJ) A. 3. 1. 3 稀黑灌带入的热量Q，.3ml.3=ml.l水一一ll.2水=32.333一7.278=25.055(t) C1.3 = (0.98一O.52b) X 4. 187 = (0.98一O.52XIO%)X4.187=

19、3. 886 (MJ/t. OC) Q 1. 3=m1. 3 CI. 3 (tI.3-tO) =25. 055X3. 886X (75一0)=7 302.28 (MJ) A.3. 1.4 散热损失Q1.4QI. 4 =Q1.2十QI.3-Ql.l=5 103.36十7302.28-12 312.11 =93.53 (MJ) 8 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Q2.1Q2.1 = (m2.1麦草.c麦草+m2.1水.c水) (t2. 1 - to ) = (2.083 X 1. 423+2. 083 X 4.187) X (60一0)=701.14

20、(MJ) A. 3. 2. 2 蒸煮药液带入的热量Q2.2Q2.2 = (m2.2碱.c碱+mz.z水.c水) (t2. 2 - to ) =(0.25X1.042十2.995X 4.187) X (85 -0)二1088.05 (MJ) A. 3. 2. 3 蒸煮的化学反应热Q2.3Q2.3 = 1. 2 % m2.1麦草R Z 3 =1. 2%X2.083X13 980=349.44 (MJ) A.3.2.4 过热蒸汽带入的热量Q2.4Q2.4=mU. Ci2./-io)十m2.1 c蒸汽(t2.4g一t2.4b ) =2.2 X (2 757.1-0)十2.2X 1. 964X(200一

21、155.2)=6 259.19 (MJ) A. 3. 2. 5 连续蒸煮营的散热损失Q2.S单根连蒸管的质量m ll =Vll 管=s管h管p管=X(O.76十0.03)2-0.762X10.9X8. 0=12. 740 (t) 单根连蒸管的散热损失Q管=m管.c臂/:;.t管=12. 740XO. 482X (160一110)=307.03 (MJ) 单根连蒸管保温层的质量m保=V保p保=s保h保p保=X(0.76十0.03+0.15)2一(0.76十0.03)2X10.9XO.35=3.111(t) 单根连蒸管保温层的散热损失Q保=m保.c保/:;.t保=3. 111XO. 75X(110

22、-50)=140.00 (MJI管)连续蒸煮器的散热损失Q2.; =4 (Q管+Q保)=4X (307. 03十140.00)= 1 788.12 (MJ) 单根连蒸管的容积V容=s.h =XO.762X10.9=19.782 (m3) 单根连蒸管的与有效容积V有=V容A1 =19. 782X70% =13.847 (m3) 连续蒸煮器的有效容积V有效=4.V有4GB/T 27716-2011 9 GB/T 27716-2011 =4X13. 847=55. 388 (m3) m麦草=A2 V有效=140-:-1 000X55. 388=7. 754 (t) m浆=m麦卒蒸煮得率=7. 754

23、X48%=3. 722 (t) Q2.S =Q2.;/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Q2.6Q2.6 =0.5% Q有效=0.5% (Q2.1十Q2.2十Q2.4)=0.5% X (701. 14+1 088.05十6259.19) =40.24 (MJ) A. 3.2.7 蒸煮其他热损失Q2.7Q2.7 = (Q2. 1 + Q2. 2十Q2.3十Q2.4)一(Q1.2十Q2.S+Q2.6) = (701. 14+1 088.05+349.44+6259.19)一(5103.36十480.42十40.24)=

24、2773.80(MJ) A.3.3 销鼓计量器、预蒸螺旋、螺旋眼料器能量平衡计算A. 3.3.1 进销鼓计量器的麦草带入的热量Q3.1m3.1麦草=m2.1麦牢=2.083(t)m3.1麦草/(m3.1麦平十m3.1水)=1-90%得到m3.1水=18.747(t) Q3.1 = (m3.1麦草.c主草+m3.1水.c水) (t3.1- to) = (2.083 X 1. 423十18.747X 4.187) X (25-0) =2 036.45 (MJ) A. 3. 3. 2 进预蒸螺旋的蒸汽带入的热量Q3.2Q 3.2 =m3.2 (i3.-io)+m3.2 C蒸汽(t3.2g-t3.2b

25、) =0.57 X (2 757.1一0)+0.57X 1. 964X (200一155.2)= 1 62 1. 70 (MJ) A. 3. 3. 3 污水带出的热量Q3.3m3.3 =m3.1水十m3.2-m2.1水=18.747十0.57-2.083=17.234(MJ) Q3.3 =m3.3 C水(t3.3 - to) =17. 234X4.187X (40一0)=2 886.35 (MJ) A. 3. 3. 4 散热损失Q3.4Q3.4 = (Q3. 1 + Q3. 2 )一(Q2.1+Q3.3) =(2036.45+1621. 70)一(701.14+2 886.35) =70.66

26、 (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.1C计算中取0.8日。GB/T 27716-20门表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)需要系数(K)用电负荷(p)kW kW 1 高压碱泵30 O. 75 22. 5 2 贮存槽药液泵15 O. 75 11. 25 3 配碱槽药液泵15十110.75 19.5 4 白液槽药液泵11 O. 75 8.25 5 高压黑液泵45 0.75 33. 75 6 碱液槽药液泵15 O. 75 11. 25 7 销鼓计量器7.5 0.70 5.25 8

27、 预蒸螺旋111 O. 75 83.25 9 螺旋喂料器200 0.75 150 10 A、B、C、D管22X4 0.75 66 11 立式卸料器7.5 O. 75 5.625 12 喷放锅22 O. 75 16.5 13 水封泵5.5 0.75 4. 125 14 粗浆泵45 O. 75 33. 75 合计47 1. 00 A.4 横管式连续蒸煮系统能量效率的计算A. 4.1 横管式连续蒸煮系统生产1t浆所需热能Q(MJ/t浆)和蒸汽量M(t/t浆)Q =QZ.4 +Q3.l =6 259.19+1 62 1. 70=7 880.89 (MJ / t浆)M =mZ.4 +m3.Z =2.2+

28、0.57=2.77 (。蒸汽参数:压力0.55MPa，温度2000C。A.4.2 横管式连续蒸煮系统生产1t浆所消耗的电能p(kW. h/t浆)，(1kW. h=3.596 MJ) 用电负荷P=Ki Pi= (KjPj+KzPz+ +KnPn) =0. 85X471=400. 35 (kW) 折算为单位产品(1t)的用电量，即=22.5 P/G=22. 5 X400. 35-=-100=90.08 (kW h/t浆)=323.93 (MJ/t浆)A. 4. 3 横管式连续蒸煮系统的热效率Q供给=Q1.3 + Q3.1 + Qz. z十QZ.3+ QZ. 4 + Q3. Z =7 302.28十

29、2036.45+1088.05十349.44+6259.四十1621. 70=18 657.11 (MJ) Q损失=Q1.4十QZ.5+QZ.6 +QZ. 7 +Q3.3 +Q3.4 =93.53十480.42+40.24十2773. 80十2886.35十70.66=6345.00 (MJ) 11 GB/T 27716-2011 平=(Q供给-Q损失)/Q供给=(18657.11-6345.00)-=-18657.11=65.99% .4.4 横管式连续蒸煮系统的能量效率伽可能=(Q供给+Q电-Q损失)/(Q供给+Q电)X100% = (18 657.11十323.93-6345.00) -

30、;- (1 8 657.11 +323.93) =66.57 % .5 能量平衡表横管式连续蒸煮系统能量平衡表见表A.2。表.2横管式连续蒸煮系统能量平衡表输入能量输出能量序号项目扣11MJ Ql.l一一出喷放锅的浆料带出的热量12 312. 11 Q1.2一一进卸料器的浆料带入的热量5 103.36 立式卸料器、Ql.J一一稀黑液带人的热量1 7 302.28 喷放锅Q1.4一一散热损失93.53 t口计12 405.64 12 405.64 Q1.2一一进卸料器的浆料带入的热量5 103.36 Q2.1 进T型管的麦革带人的热量70 1. 14 Q2.2一一蒸煮药液带人的热量1 088.0

31、5 Q2.3一一蒸煮的化学反应热349.44 2 T型管、蒸煮管Q2.4一一过热蒸汽带人的热量6 259. 19 Q2.5一一连续蒸煮管散热损失480.42 Q2.6一一转动轴盘根漏气的热损失40.24 Q2.7一一蒸煮其他热损失2 773.80 i口L 计8 397.82 8 397.82 Q2.1一一进T型管的麦尊带入的热量70 1. 14 Q3.1一一进销鼓计量器的麦草带入的热量2 036.45 销鼓计量器、Q3.2一一迸预蒸螺旋的蒸汽带入的热量1 62 1. 70 3 预蒸螺旋等毡.3一一污水带出的热量2 886.35 Q3.4一一散热损失70.66 i口L 计3 658. 15 3

32、658. 15 .6 能量平衡流向圄横管式连续蒸煮系统能量平衡流向图见图A.20比例L_j: 2 000 MJ 稀黑液7302.28 浆料12 312.11 立式卸料器喷放锅销鼓计主I器预蒸螺旋螺旋喂料器散热损失93.53麦草2036.45漏气损失40.24蒸煮管散热损失480.42 其他散热损失2 773.80 图A.2横管式连续蒸煮系统能量平衡流向图G/T 27716-2011 13 -FON|hhNH阁。华人民共和国家标准横管式连续蒸煮系统能量平衡及能量效率计算方法GB/T 27716-2011 国由，导中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1.25 字数26千字2012年6月第一次印刷开本880X1230 1/16 2012年6月第一版* 书号:155066 1-44737 21. 00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价GB/T 27716-2011 打印日期:2012年6月21E-l F002