CN114002267A

CN114002267A - 一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法

Info

Publication number: CN114002267A
Application number: CN202111280826.4A
Authority: CN
Inventors: 陈钦鸿; 潘明; 陈奕波; 周学斌; 杨昭
Original assignee: Chaozhou Inspection Institute Of Guangdong Special Equipment Inspection Research Institute
Current assignee: Chaozhou Inspection Institute Of Guangdong Special Equipment Inspection Research Institute
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2022-02-01

Abstract

本发明涉及一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，属于能源高效节能技术领域。本发明首先建立能量收支平衡表，包括热收入项目和热支出项目。再对测试项目进行分类，分为实验室测试项目、现场测试项目，并制定测试方法。根据制定的测试方法，对能量收支平衡表中的热收入项目和热支出项目进行测试。根据测试结果，计算收支平衡表中的热收入与热支出的各项目参数。最后，根据热收入与热支出的各项目参数，计算热效率各参数，完成测试。本发明在保证测试数据可靠性基础上，结合匹配应用现有先进检测仪器，对原有测试方法进行重新设计，解决原有测试项目测试繁杂、缺乏操作性的问题。

Description

一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，属于能源高效节能技术领域。

背景技术

尽管现行有相似可参考标准，但标准具有普遍适用性，但标准无法根据不同常见类型窑炉(如隧道窑、辊道窑、梭式窑)差异性进行针对性修订，实际指导意义大大降低。同时，近年来新型测试仪器的配套发展，原有测试测试仪器条件下所规定测试方法已与新型测试仪器不相适应，不能满足实际检验需求。

本发明根据计算方法所涉及测试项目，合理选择测试仪器，设备简单、投入成本低，经试检验证明，是一种可行的隧道窑能效测试与计算方法，具有实践指导意义。通过该方法进行隧道窑能效测试，明确节能改造方法，促进节能减排，降低窑炉燃耗。该方法不仅具备广泛的市场应用前景，且具有较强的实用价值、推广价值、经济价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，用以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是：一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，具体步骤为：

Step1：建立能量收支平衡表，包括热收入项目和热支出项目。

Step2：对测试项目进行分类，分为实验室测试项目、现场测试项目，并制定测试方法。

Step3：根据制定的测试方法，对能量收支平衡表中的热收入项目和热支出项目进行测试。

Step4：根据测试结果，计算收支平衡表中的热收入与热支出的各项目参数。

Step5：根据热收入与热支出的各项目参数，计算热效率各参数，完成测试。

所述热效率各参数具体包括：效率、每kg出窑产品气耗、每kg出窑产品热耗、单位合格产品烧成燃耗(kgce/t)。

所述热收入项目包括燃料燃烧热、窑头送风带入显热、助燃送风带入显热、急冷送风带入显热、窑尾送风带入显热、燃料显热、瓷坯带入显热、窑具带入显热、窑车带入显热、耐火砖带入显热。

所述热支出项目包括排烟风带出显热、余热风带出显热、窑体表面散热损失、瓷坯水分蒸发并加热所需热量、瓷坯焙烧过程物理化学反应耗热、化学不完全燃烧热损失、产品带出显热、窑车带出显热、窑具带出显热、耐火砖带出显热、其它散热损失。

所述实验室测试项目包括燃气测试、瓷坯/半成品测试和瓷坯成分测试。

所述燃气测试具体为采用燃气色谱仪按照GB/T 13610、GB/T 10410实测得到燃气组成，并根据GB/T 384、GB/T 12206计算得到低位发热量。

所述瓷坯/半成品测试具体为：随意抽取3件样品，先用电子天平测量，后在电热恒温鼓风干燥箱中加热至125℃并保温30min，再取出用电子天平测量，并计算百分比，得到含水率γ。

通过公式G_zy＝m×γ得到G_zy。

最后得到G_jj，G_jj为：

式中，式中，G_zy表示自由水，G_jj表示结晶水，G_IL表示干坯烧失减量，G_gb表示产品绝干质量。

所述瓷坯成分测试在测试开始前，由厂家提供样品通过化学分析测定。或通过X射线荧光光谱化学分析，得到粘土含量/％，包括：灼烧减量IL(1025℃)以及8个成分：三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、二氧化钛。

所述现场测试项目包括烧成制度测试、燃气测试、窑入口气幕送风、助燃空气送风、冷却风、余热风、窑出口气幕送风测试、烟气测试、窑体表面温升测试、产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖质量测试和产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖温度测试。

所述烧成制度测试是全周期测量，用高温手持式测温仪通过烧成带断面观火孔测量最高烧成温度。

所述燃气测试为入窑前燃气管道上全测定周期测定，管道燃气采用人气流量表测量，得到燃气消耗量，如管道流量表在检定有效期内可采用其数值，瓶装液化燃气用磅秤测量。

所述窑入口气幕送风、助燃空气送风、冷却风、余热风、窑出口气幕送风测试需要对截面积、风速和温度进行测量。

在测试开始前，测量总管道周长再计算截面积。然后每隔2-4h测一次风速，在总管道直管部位截面中心点处，用风速风量仪测定风速，并根据冷却空气总管截面积计算冷却空气风量。每隔2-4h测一次温度，在总管道直管部位截面中心点处，用热电偶测量。

所述燃气测试需要对截面积、风速和温度进行测试和烟气成分与可燃物CO成分进行测量。

测试开始前，测量烟气总管道周长再计算截面积；或厂家设计制造图纸标注尺寸计算截面积。每隔2-4h测一次风速，在总管道直管部位周长再计算截面积，用风速风量仪测定风速、并根据烟气总管截面积计算烟气风量。每隔2-4h测一次温度，测动压的截面中心点，用烟气分析仪测量，每隔2-4h测一次烟气成分与可燃物CO成分，测动压的截面中心点，用烟气分析仪测量。

所述窑体表面温升测试时，需要对外表面温度、周围空气温度和表面积进行测量。

对外表面温度时，先划分预热带(分低温区、高温区)、烧成带、冷却带(分急冷区、缓冷区)共1带4区，分别进行测量，测区长度不超过20m，找出表面温度变化相近的区域为一测区，用红外热成像仪测量表面温度平均值。

每隔2-4h测一次周围空气温度，用红外线测温仪测量，在距窑外1m处若干有代表性的点测1次，测量后取平均值。

测试开始前，用钢卷尺、激光测距仪或其他仪器测定尺寸，也可采用厂家设计制造图纸标注尺寸，计算表面积。

所述产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖质量测试时，需要对瓷坯、成品质量、窑具质量、窑车金属质量和耐火砖质量进行测量。

各类成品各取三件，分品种用电子台秤测量，取平均值后再按总数和进车速度计算瓷坯、成品质量。按品种各抽取3件，用电子台秤分品种称，取平均值后再按总数和进车速度计算窑具质量。按窑车图纸计算其金属体积，查表单位金属密度，进而得到窑车金属质量。按窑车图纸计算其耐火砖体积，查表单位耐火砖密度，进而得到窑车耐火砖质量

对产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖温度测试时，需要对瓷坯入窑、成品出窑温度、窑具进、出窑温度、窑车金属进、出窑温度和耐火砖进出窑温度进行测量。

窑车入窑前5min、出窑5min内测定，窑车前、后、左、右及中部的成品，用红外线测温仪或同类仪器测量瓷坯入窑、成品出窑温度。用红外线测温仪或同类仪器测量窑车前、后、左、右及中部的窑具进、出窑温度。用红外线测温仪或同类仪器测量窑车左、右及中部的窑车金属、出窑温度。用红外线测温仪或同类仪器测量窑车左、右及中部的耐火砖进出窑温度。

本发明的有益效果是：

1、本发明针对隧道窑单一对象制定，方法针对性强，并经试检测验证方法可行可靠，是一种专门针对陶瓷燃气隧道窑能效测试的可行方法。

2、本发明在保证测试数据可靠性基础上，结合匹配应用现有先进检测仪器，对原有测试方法进行重新设计，解决原有测试项目测试繁杂、缺乏操作性的问题。

附图说明

图1是本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示，一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，截图步骤为：

Step1：建立能量收支平衡表，包括热收入项目和热支出项目，所述能量收支平衡表如表1所示。

表1根据热收入、热支出项目监测内容，对应选择测试仪器设备，如表6所示。

所述实验室测试项目及其测试方法如表3所示。

表3

所述现场测试项目及其测试方法如表4所示。

表4

1热收入项目

1.1燃料燃烧热

m_r——燃气消耗量，m³或kg；

Q_DW——低位发热量，kg/m³或kJ/kg，以实验室测定为准

Q_gj——供给热，kJ。

1.2窑头送风带入显热

按照表5测试窑头送风各项数据并带入式1-2计算。

——气体小时标态流量，Nm³/h；

C_yt——气体比热，kJ/Nm³；

t_yt——流量测点温度，℃；

t₀——环境温度，℃。

同理，助燃送风、急冷送风、窑尾送风等流体热量计算均参照1.2所提及方法计算可得。

序号	项目	符号	单位	数据来源与计算公式	数据
						1	环境温度	t<sub>0</sub>	℃	现场测试数据
2	流量测点温度	t	℃	现场测试数据
						3	流量测点截面积	A	m<sup>2</sup>	现场测试数据
4	气体成分	烟气/空气	％	现场测试数据
						6	气体标准状况密度	ρ	kg/m3	按组分计算
7	流量截面平均流速	V	m/s	现场测试数据
						8	气体气体小时流量	V<sub>h</sub>	m<sup>3</sup>/h	y×A×3600
9	气体小时标态流量	V<sub>Nh</sub>	Nm<sup>3</sup>/h	计算
						10	气体比热	C	kJ/Nm<sup>3</sup>	查表计算
11	气体含热	Q	MJ/h	计算

表5：流体热量计算表

1.3燃料(瓷坯、窑具、窑车金属、耐火砖)带入显热

按照公式1-3计算燃料显热。

Q_r＝m_r×c_r×(t_r-t₀) (式1-3)

m_r——燃气消耗量，m³或kg；

c_r——燃气比热容，kJ/Nm³；

t_r——燃料入窑温度，℃；

t₀——环境温度，℃。

同理，根据窑车金属所对应的质量、比热容、入窑温度等参数，参考1.3公式1-3计算可得窑车金属带入显热。

1.4瓷坯(窑具、耐火砖)带入显热

Q_p1＝m_p1×(c_p1t_p1-c_p0t₀) (式1-4)

m_p1——燃气消耗量，m³或kg；

c_p1、c_p0——瓷坯进窑温度下、环境温度下比热容，kJ/(kg*℃)；

t_p1、——瓷坯入窑温度，环境温度，℃；

t₀——环境温度，℃。

同理，根据窑具、耐火砖所对应的质量、比热容、入窑温度等参数，参考1.4公式1-4计算可得窑具、耐火砖带入显热。

2热支出项目

2.1排烟风带出显热

按照表5测试排烟风各项数据并带入式2-1计算。

——气体小时标态流量，Nm³/h；

C_py——气体比热，kJ/Nm³；

t_py——流量测点温度，℃；

t₀——环境温度，℃。

同理，余热风带出显热等流体热量计算均参照1.2所提及方法计算可得。

2.2窑体表面散热

对隧道窑分段计算：

式中：

a——窑壁与空气间的对流辐射传热系数，W/(m²*℃)；

t_w、t_f——分别表示窑壁外表面和周围的环境温度，℃；

F——散热面积，m²；

M——1h的成品质量，t/h。

式中：

A_w——散热面位置系数，窑顶取3.26，窑墙取2.56。

2.3瓷坯水分蒸发并加热所需热量

瓷坯水分蒸发并加热所需热量包含：自由水汽化吸热、结构水脱水耗热。

Q_sf＝Q_a+Q_b (式2-4)

Q_a＝m×γ×(i_y-i₀) (式2-5)

式中：

Q_sf——瓷坯脱水吸热，MJ/h；

Q_a——自由水汽化吸热，MJ/h；

γ——含水率，％；

i_y——大气压力下过热水蒸气的焓，3022.2kJ/kg；

q_b——1kg结构水脱水耗热，6700kJ/kg；

i₀——水焓值，123.51kJ/kg：

Q_b——结构水脱水耗热，MJ/h；

IL——灼烧减量，％。

2.4瓷坯焙烧过程物理化学反应耗热

按式2-7计算可得：

Al₂O₃、CaO、MgO——分别为三氧化二铝、氧化钙、氧化镁通过瓷坯成分分析所得成分占比，％。

2.5化学不完全燃耗耗热

式中：

V_y——烟气体积，m³/h

——烟气中一氧化碳的体积分数，％；

12750——氧化碳反应热，kJ/m³。

2.6瓷坯(窑具、耐火砖)带出显热

按照公式2-9计算瓷坯带出显热。

Q_p2＝m_p2×(c_p2t_p2-c_p0t₀) (式2-9)

m_p2——成品出窑质量，kg；

c_p2、c_p0——成品出窑温度、环境温度比热容，kJ/(kg*℃)；

t_p2——成品出窑温度，℃；

t₀——环境温度，℃。

同理，根据窑具、耐火砖所对应的质量、比热容、入窑温度等参数，参考2.6公式2-9计算可得窑具、耐火砖带入显热。

2.7窑车金属带出显热

Q_c2＝m_c2×c_c2×(t_c2-t₀) (式2-10)

m_c——窑车金属量，kg；

c_c——窑车金属比热容，kJ/(kg*℃)；

t_c2——燃料入窑温度，℃；

t₀——环境温度，℃。

2.8其它散热损失

Q_qt＝(Q_gj+…+Q_z1)-(Q_py+…+Q_z2) (式2-11)

Q_qt——其它散热损失，等于所有热收入与除其它散热损失外的所有热支出之差，MJ/h。

第六步：计算热效率各参数

1烧成产品隧道窑热效率η₁计算公式

有效热包含3部分：瓷坯水分蒸发并加热所需热量、瓷坯焙烧过程物理化学反应耗热、焙烧至最高烧成温度时的耗热。

Q_yx＝Q_sf+Q_bs+Q_zg (式3-2)

Q_zg＝m_p1×(c_zgt_zg-c₀t₀) (式3-3)

式中：

c_zg——最高烧成温度下比热容，kJ/(kg*℃)；

t_zg——最高烧成温度，℃；

c₀——环境温度下比热容，kJ/(kg*℃)；

t₀——最高烧成温度，℃。

2每kg出窑产品气耗

式中：m_p2——出窑产品质量。

3每kg出窑产品热耗

4单位合格产品烧成燃耗(kgce/t)

式中：

η——烧成产品合格率，％；

29307——1kg标准煤(kgce)的低位发热量，kJ/kgce。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，其特征在于：

Step1：建立能量收支平衡表，包括热收入项目和热支出项目；

Step2：对测试项目进行分类，分为实验室测试项目、现场测试项目，并制定测试方法；

Step3：根据制定的测试方法，对能量收支平衡表中的热收入项目和热支出项目进行测试；

Step4：根据测试结果，计算收支平衡表中的热收入与热支出的各项目参数；

Step5：根据热收入与热支出的各项目参数，计算热效率各参数，完成测试；

2.根据权利要求1所述的陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，其特征在于：所述热收入项目包括燃料燃烧热、窑头送风带入显热、助燃送风带入显热、急冷送风带入显热、窑尾送风带入显热、燃料显热、瓷坯带入显热、窑具带入显热、窑车带入显热、耐火砖带入显热；

3.根据权利要求1所述的陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，其特征在于：所述实验室测试项目包括燃气测试、瓷坯/半成品测试和瓷坯成分测试；

所述燃气测试具体为采用燃气色谱仪按照GB/T 13610、GB/T 10410实测得到燃气组成，并根据GB/T 384、GB/T 12206计算得到低位发热量；

所述瓷坯/半成品测试具体为：随意抽取3件样品，先用电子天平测量，后在电热恒温鼓风干燥箱中加热至125℃并保温30min，再取出用电子天平测量，并计算百分比，得到含水率γ；

通过公式G_zy＝m×γ得到G_zy；

最后得到G_jj，G_jj为：

式中，G_zy表示自由水，G_jj表示结晶水；

所述瓷坯成分测试在测试开始前，由厂家提供样品通过化学分析测定；或通过X射线荧光光谱化学分析，得到粘土含量/％，包括：灼烧减量IL以及8个成分：三氧化二铝、二氧化硅、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、二氧化钛。

4.根据权利要求1所述的陶瓷燃气隧道窑能效测试方法，其特征在于：所述现场测试项目包括烧成制度测试、燃气测试、窑入口气幕送风、助燃空气送风、冷却风、余热风、窑出口气幕送风测试、烟气测试、窑体表面温升测试、产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖质量测试和产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖温度测试；

所述窑入口气幕送风、助燃空气送风、冷却风、余热风、窑出口气幕送风测试时，在测试开始前，测量总管道周长再计算截面积；

所述燃气测试时，每隔2-4h测一次，测动压的截面中心点，用烟气分析仪测量，得到烟气成分与可燃物CO成分；

所述窑体表面温升测试时，对外表面温度进行测量，分预热带、烧成带、冷却带分别进行测量，测区长度不超过20m，找出表面温度变化相近的区域为一测区，用红外热成像仪测量表面温度平均值；

所述产品、窑具、窑车金属、窑车耐火砖质量测试时，按窑车图纸计算其金属体积，查表单位金属密度，进而得到窑车金属质量，按窑车图纸计算其耐火砖体积，查表单位耐火砖密度，进而得到窑车耐火砖质量。