CN106127361A

CN106127361A - 一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法

Info

Publication number: CN106127361A
Application number: CN201610410672.9A
Authority: CN
Inventors: 魏超平; 施存有; 陈勇
Original assignee: Cnbm Design & Research Institute
Current assignee: CNBM DESIGN & RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.
Priority date: 2016-06-12
Filing date: 2016-06-12
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2036-06-12
Also published as: CN106127361B

Abstract

本发明公开了一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，该方法是先获取建筑石膏产品单位产量理论能耗值和蒸发附着水所需能耗增加值，再测量二水石膏中的实际附着水含量，然后获取杂质对能耗的影响值，接着测量二水石膏的实际品位，随后获取建筑石膏产品单位产量综合能耗值，最后根据M_kn值获得煅烧石膏时需要投放的标准煤的投放量，并根据投放量投放标准煤进行生产。本发明不仅具有准确度高和环保的优点，还能够降低实际生产建筑石膏时的能耗，方便对各个建筑石膏生产单位进行环保方面的考核评估，提高治理污染的针对性，提高治理污染的效率，指导生产建筑石膏的工厂的规划设计。

Description

一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法

技术领域

本发明涉及一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法。

背景技术

建筑材料的生产需要耗用大量资源，属耗能大户。在建筑材料中，水泥、石灰、石膏被称之为三大胶凝材料，生产过程能耗一直偏高，难以下降。为实现环境友好、资源节约的目标，迫切需要对建筑材料，尤其是三大胶凝材料的高能耗予以限制，使生产的能耗降低至一个合理区间内。为了解决上述问题，现在一般在实际生产前，先估算生产建筑石膏的能耗，再根据综合能够投放对应量的标准煤。但是，现在获取建筑石膏生产能耗的方法获得的能耗值的准确度不理想，与实际情况出入较大，进而导致实际生产建筑石膏时能耗较大。因此，现有的获取建筑石膏生产能耗的方法存在着准确度不理想和实际生产建筑石膏时能耗较大的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法。本发明不仅具有准确度高的优点，还能够降低实际生产建筑石膏时的能耗。

本发明的技术方案：一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、获取建筑石膏产品单位产量理论能耗值，得M_zn值；

b、获取蒸发附着水所需能耗增加值，得W_k值；

c、测量获得二水石膏的实际附着水含量，得W_a值；

d、获取杂质对能耗的影响值，得P_k值；

e、测量获得二水石膏的实际品位，得P_a值；

f、采用下式

M_{k n} = \frac{M_{z n} + W_{k} \times W_{a} - P_{k} \times (1 - P_{a})}{k}

获取建筑石膏产品单位产量综合能耗值，其中k为生产系统总热效率，得M_kn值；

g、根据M_kn值获得生产建筑石膏时需要投放的标准煤的投放量，并根据投放量投放标准煤进行生产，降低生产建筑石膏时的能耗。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述M_zn值根据公式M_zn＝Q_总/Q_标获得，其中Q_总为理论上煅烧出1吨成品建筑石膏消耗的热量，Q_标为标准煤的热值。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述理论上煅烧出每吨成品建筑石膏消耗的热量Q_总通过煅烧每吨石膏时的物料蓄热、分解热和蒸发热三者相加获得，结合各部分能耗，提高获得结果的准确度。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述W_k值为理论上煅烧每吨石膏时蒸发附着水所需能耗增加值，其根据公式W_k＝[f(x)-f(x-1)]×100获得，其中f(x)为蒸发附着水需要的标准煤，X％为附着水含量。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述P_k值为理论上煅烧每吨石膏时其中的每1％杂质对能耗的影响值，其根据公式P_k＝q_总/q_标获得，其中q_总为理论上每吨石膏含有1％的杂质时对能量消耗的影响，q_标为标准煤的热值。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述理论上每吨石膏含有1％的杂质时消耗的热量q_总通过煅烧每吨石膏中含有的1％的杂质时的分解热和蒸发热两者相加获得。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述k为70％～90％。

前述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法中，所述k为80％。

与现有技术相比，本发明提供了一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，通过综合考虑建筑石膏产品单位产量理论能耗值、蒸发附着水所需能耗增加值、二水石膏的实际附着水含量、杂质对能耗的影响值、二水石膏的实际品位和生产系统总热效率各个方面对建筑石膏生产综合能耗的影响，从而能够准确地获取M_kn值，提高获得结果的准确度；然后能够根据准确的M_kn值来获得一定量生产建筑石膏时需要投放的标准煤的投放量，并根据投放量投放标准煤进行生产，从而降低生产建筑石膏时的能耗。据不完全统计，全国约有200家建筑石膏生产企业；全国每年的建筑石膏产量约5000万吨，其中能耗高的生产企业是能耗低的生产企业用能的5倍以上；根据本发明能够将建筑石膏生产企业的高能耗降低至低能耗标准，即能够从160(kg标准煤/t建筑石膏)降低至32(kg标准煤/t建筑石膏)；按生产5000万吨计算，能够减少640万吨标准煤的消耗，不仅降低了能耗和成本，还能够保护环境，具有环保的优点。此外，本发明还能够方便对各个建筑石膏生产单位进行环保方面的考核评估，提高治理污染的针对性，提高治理污染的效率，还能够指导生产建筑石膏的工厂的规划设计。因此，本发明不仅具有准确度高和环保的优点，还能够降低实际生产建筑石膏时的能耗，方便对各个建筑石膏生产单位进行环保方面的考核评估，提高治理污染的针对性，提高治理污染的效率，指导生产建筑石膏的工厂的规划设计。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例一。一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，包括以下步骤：

a、获取建筑石膏产品单位产量理论能耗值，得M_zn值；

b、获取蒸发附着水所需能耗增加值，得W_k值；

c、测量获得二水石膏的实际附着水含量，得W_a值；

d、获取杂质对能耗的影响值，得P_k值；

e、测量获得二水石膏的实际品位，得P_a值；

f、采用下式

M_{k n} = \frac{M_{z n} + W_{k} \times W_{a} - P_{k} \times (1 - P_{a})}{k}

g、根据M_kn值获得生产建筑石膏时需要投放的标准煤的投放量(即生产N个单位的建筑石膏，需要投放N·M_kn/Q_标个单位的标准煤，Q_标为标准煤的热值)，并根据投放量投放标准煤进行生产，降低生产建筑石膏时的能耗。

所述M_zn值根据公式M_zn＝Q_总/Q_标获得，其中Q_总为理论上煅烧出1吨成品建筑石膏消耗的热量，Q_标为标准煤的热值。所述理论上煅烧出每吨成品建筑石膏消耗的热量Q_总通过煅烧每吨石膏时的物料蓄热、分解热和蒸发热三者相加获得。所述W_k值为理论上煅烧每吨石膏时蒸发附着水所需能耗增加值，其根据公式W_k＝[f(x)-f(x-1)]×100获得，其中f(x)为蒸发附着水需要的标准煤，X％为附着水含量。所述P_k值为理论上煅烧每吨石膏时其中的每1％杂质对能耗的影响值，其根据公式P_k＝q_总/q_标获得，其中q_总为理论上每吨石膏含有1％的杂质时对能量消耗的影响，q_标为标准煤的热值。所述理论上每吨石膏含有1％的杂质时消耗的热量q_总通过煅烧每吨石膏中含有的1％的杂质时的分解热和蒸发热两者相加获得。所述k为70％～90％。

测量获得二水石膏的实际品位时，根据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布的中华人名共和国国家标准(GB/T 5484-2012)进行获取，通过干燥差减法进行附着水的测定，称取一定质量(m₁)的试样，将试样平铺于已烘干至恒量的适宜的容器内，将装有试样的容器在45℃±3℃的干燥箱中烘干2小时以上，取出放入干燥器中(如果使用称量瓶，将磨口塞紧密盖好)，冷却至室温，马上称量。在同样温度下烘干30min以上，如此反复烘干，直至恒量(m₂)。最后通过W_a＝[(m₁-m₂)/m₁]×100，获得二水石膏的实际附着水含量，其中m₁为称取的试样的质量，m₂为烘干至试样恒量时的质量。

测量获得二水石膏的实际附着水含量时，根据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布的中华人名共和国国家标准(GB/T 5483-2008)进行获取，通过

G₁＝4.7785×W

G₂＝1.7005×S+W

X₁＝1.7005×S-4·7785×W

其中，G₁为G类产品的品位，G₂为A类和M类产品的品位，X₁为CaSO₄质量分数，W为结晶水质量分数，S三氧化硫质量分数。结晶水的测定按GB/T 5484进行，使用干燥差减法测定得W；三氧化硫的测定按GB/T 5484进行，使用硫酸钡重量法测定得S。对于天然石膏、硬石膏和不含有亚硫酸钙的工业副产石膏，试样用盐酸分解，过滤后在酸性溶液中，用氯化钡溶液沉淀硫酸盐，经过灼烧后，以硫酸钡形式称量。测定结果以三氧化硫计。对于含有亚硫酸钙的工业副产石膏，试样用过氧化氢氧化后，在酸性溶液中测定三氧化硫和二氧化硫合量，再减去测得的二氧化硫的量。

实施例二。一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，包括以下步骤：

a、获取建筑石膏产品单位产量理论能耗值，得M_zn值；

b、获取蒸发附着水所需能耗增加值，得W_k值；

c、测量获得二水石膏的实际附着水含量，得W_a值；

d、获取杂质对能耗的影响值，得P_k值；

e、测量获得二水石膏的实际品位，得P_a值；

f、采用下式

M_{k n} = \frac{M_{z n} + W_{k} \times W_{a} - P_{k} \times (1 - P_{a})}{k}

所述M_zn值根据公式M_zn＝Q_总/Q_标获得，其中Q_总为理论上煅烧出1吨成品建筑石膏消耗的热量，Q_标为标准煤的热值。所述理论上煅烧出每吨成品建筑石膏消耗的热量Q_总通过煅烧每吨石膏时的物料蓄热、分解热和蒸发热三者相加获得。所述W_k值为理论上煅烧每吨石膏时蒸发附着水所需能耗增加值，其根据公式W_k＝[f(x)-f(x-1)]×100获得，其中f(x)为蒸发附着水需要的标准煤，X％为附着水含量。所述P_k值为理论上煅烧每吨石膏时其中的每1％杂质对能耗的影响值，其根据公式P_k＝q_总/q_标获得，其中q_总为理论上每吨石膏含有1％的杂质时对能量消耗的影响，q_标为标准煤的热值。所述理论上每吨石膏含有1％的杂质时消耗的热量q_总通过煅烧每吨石膏中含有的1％的杂质时的分解热和蒸发热两者相加获得。所述k为80％。

以生产1吨成品建筑石膏为例。

1、步骤a中获取建筑石膏产品单位产量理论能耗值的方法如下。

以1t成品建筑石膏为例；设进料温度(t₁)为20℃，出料温度(t₂)为170℃；石膏的比热容(C_热)为1.089kJ/kg二水石膏·℃；石膏的分解热(D_热)为95.040kJ/kg二水石膏；水的汽化潜热(C_汽)为2114.1kJ/kg水(150℃时)；标准煤的热值(Q_标)为29271.2kJ/kg标煤(20℃时)。

根据石膏煅烧的化学反应式如下：

其中，CaSO₄·2H₂0的分子量为172，的分子量为145，的分子量为27。

得，1t建筑石膏(半水石膏)需二水石膏(W_料)如下：

1t建筑石膏(半水石膏)产生结晶水(W_水)如下：

物料蓄热为：

Q_蓄＝W_料×C_热×(t₂-t₁)

＝1186.2×1.089×(170-20)

＝193765.77kJ/t半水石膏

分解热为：

Q_分＝W_料×D_热＝1186.2×95.040＝112736.45kJ/t半水石膏

蒸发热为：

Q_蒸＝W_水×C_汽＝186.2×2114.1＝393645.42kJ/t半水石膏

煅烧总耗热量为：

Q_总＝Q_蓄+Q_分+Q_蒸

＝193765.77+112736.45+393645.42

＝700147.64kJ/t半水石膏

标准煤耗(建筑石膏产品单位产量理论能耗值)为：

综上所述，1t建筑石膏生产理论上计算需用标煤23.9kg。在能耗公式中建筑石膏产品单位产量理论能耗值M_zn的取值为20～30，单位为千克(标准煤)每吨(建筑石膏)(kg/t)。

2、步骤b中获取蒸发附着水所需能耗增加值的方法如下。

以1t建筑石膏为例；以工业副产石膏的湿料附着水为例,即：附着水＝[(湿料质量)—(干料质量)]/(湿料质量)×100％；以品位为100％的工业副产石膏计算；水的比热容(C_水)为4.1816kJ/kg水·℃(20℃时)，水的汽化热(Q_汽)为2257.2kJ/kg水(100℃时)；标准煤的热值为29271.2kJ/kg标煤(20℃时)；设工业副产石膏煅烧前的初始温度为20℃，且在常压(1个大气压)下煅烧；设工业副产石膏的附着水为X％；当附着水为X％，煅烧工业副产石膏时，设蒸发附着水需标煤Y(kg)。

1t建筑石膏需由以下数量工业副产石膏煅烧而成，则：

CaSO₄·1/2H₂O＝145.1452

CaSO₄·2H₂O＝172.168

\frac{145.1452}{172.168} = 0.8430

1/0.8430＝1.186t(工业副产石膏)

由于以上的1.186t工业副产石膏为干料，所以应考虑湿料条件下的情况，在附着水为X％时，设湿料重量为G(t)，则：

\frac{G - 1.186}{G} \times 100 % = X %

G = \frac{1.186}{1 - X %}

设在湿料中附着水的重量为F(kg)，则：

F = G \times X % \times 1000 = \frac{1.186}{1 - X %} \times X % \times 1000

工业副产石膏中的附着水的蒸发需热量Q(kJ/kg水)应考虑水从20℃升至100℃所需的能耗以及100℃的水变成蒸汽所需的汽化能耗，则：

Q₁＝C_水×F×(T₂-T₁)＝334.5FkJ/kg

Q₂＝Q_汽×F＝2257.2×F＝2257.2FkJ/kg

煅烧工业副产石膏时，设蒸发附着水需标煤Y(kg)，则：

根据上式，把附着水作为变量，标准煤耗作为函数(应变量)，列于表1中。另外，表1还列出了每增加附着水1％，标准煤耗的增加值。表1如下。

表1

附着水(％)	标煤(kg/t建筑石膏)	标煤增加值(kg/1％附着水)
			1	1.060703	1.060703
2	2.143053	1.08235
			3	3.247719	1.104666
4	4.375399	1.12768
			5	5.52682	1.151421
6	6.702739	1.175919
			7	7.903946	1.201208
8	9.131267	1.227321
			9	10.38556	1.254295
10	11.66773	1.282168
			11	12.97871	1.310981
12	14.31949	1.340776
			13	15.69109	1.371598
14	17.09458	1.403496
			15	18.5311	1.436519
16	20.00182	1.470722
			17	21.50798	1.506161
18	23.05088	1.542897
			19	24.63188	1.580993
20	26.25239	1.620518
			21	27.91394	1.661544
22	29.61808	1.704148
			23	31.3665	1.748411
24	33.16092	1.794422
			25	35.00319	1.842273
26	36.89526	1.892064
			27	38.83916	1.943902
28	40.83706	1.997899
			29	42.89123	2.054178
30	45.0041	2.112869

由于工业副产石膏利用时的石膏附着水分大多在12％左右，因此，从表1中可知，附着水为12％时，每增加1％附着水需增加煤耗1.34kg标煤/t建筑石膏·1％附着水，经百分比换算后，可得附着水对能耗的影响增加值为134。在能耗公式中蒸发附着水所需能耗增值W_k的取值为106～211，单位为千克(标准煤)每吨(建筑石膏)(kg/t)。

3、步骤d中的获取杂质对能耗的影响值的方法如下：

以1t建筑石膏为例，石膏的比热容(C_热)为1.089kJ/kg二水·℃；假设杂质的比热容与石膏的比热容相同；出现的杂质不含结晶水，且煅烧前后，杂质的质量未发生变化；设进料温度(t₁)为20℃，出料温度(t₂)为170℃；石膏的分解热(D_热)为95.040kJ/kg二水石膏；水的汽化热(C_汽)为2114.1kJ/kg水(150℃时)；标准煤的热值为29271.2kJ/kg标煤(20℃时)。

根据石膏煅烧的化学反应式：

1t半水石膏(建筑石膏)需二水石膏(W_料)如下：

含1％杂质对物料蓄热能耗影响如下：

Q′_蓄＝W_料×C_热×(t₂-t₁)×1％

＝1186.2×1.089×(170-20)×1％

＝1937.658kJ/t半水石膏

由于石膏也对物料蓄热能耗产生同样影响，所以这部分能耗不计入总能耗。

含1％杂质对物料分解热的影响如下：

Q′_分＝W_料×D_热×1％

＝1186.2×95.04×1％

＝1127.365kJ/t半水石膏

含1％杂质对蒸发热的影响如下：

Q′_蒸＝W_水×C_汽×1％

＝186.2×2114.1×1％

＝3936.454kJ/t半水石膏

含1％杂质对总耗能的影响如下：

Q′_总＝Q′_分+Q′_蒸

＝1127.365+3936.454

＝5063.819kJ/t半水石膏

含1％杂质对标准煤耗的影响值(P_k)如下：

每增加1％杂质将减少煤耗0.17kg标煤/t建筑石膏·1％杂质，经百分比换算后，就把0.17×100＝17作为杂质对能耗的影响值；即P_k取值为10～24，单位为千克(标准煤)每吨(建筑石膏)(kg/t)。

G₁＝4.7785×W

G₂＝1.7005×S+W

X₁＝1.7005×S-4.7785×W

Claims

1.一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、获取建筑石膏产品单位产量理论能耗值，得M_zn值；

b、获取蒸发附着水所需能耗增加值，得W_k值；

c、测量获得二水石膏的实际附着水含量，得W_a值；

d、获取杂质对能耗的影响值，得P_k值；

e、测量获得二水石膏的实际品位，得P_a值；

f、采用下式

M_{k n} = \frac{M_{z n} + W_{k} \times W_{a} - P_{k} \times (1 - P_{a})}{k}

2.根据权利要求1所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述M_zn值根据公式M_zn＝Q_总/Q_标获得，其中Q_总为理论上煅烧出1吨成品建筑石膏消耗的热量，Q_标为标准煤的热值。

3.根据权利要求2所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述理论上煅烧出每吨成品建筑石膏消耗的热量Q_总通过煅烧每吨石膏时的物料蓄热、分解热和蒸发热三者相加获得。

4.根据权利要求1所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述W_k值为理论上煅烧每吨石膏时蒸发附着水所需能耗增加值，其根据公式W_k＝[f(x)-f(x-1)]×100获得，其中

f (x) = 105.0096 \times \frac{X %}{1 - X %},

f(x)为蒸发附着水需要的标准煤，X％为附着水含量。

5.根据权利要求1所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述P_k值为理论上煅烧每吨石膏时其中的每1％杂质对能耗的影响值，其根据公式P_k＝q_总/q_标获得，其中q_总为理论上每吨石膏含有1％的杂质时对能量消耗的影响，q_标为标准煤的热值。

6.根据权利要求5所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述理论上每吨石膏含有1％的杂质时消耗的热量q_总通过煅烧每吨石膏中含有的1％的杂质时的分解热和蒸发热两者相加获得。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述k为70％～90％。

8.根据权利要求7所述的一种获取建筑石膏生产综合能耗的方法，其特征在于：所述k为80％。