国家标准 GB/T32971一2016 钢铁行业蓄热式钢包烘烤系统热平衡测试与计算方法 burner NMethodsofdeterminationandcalelatonofheatbalaneeinregenerative forladlepreheatingsysteofironandsteelindustry 2016-08-29发布 2017-07-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T32971一2016 钢铁行业蓄热式钢包烘烤系统热平衡测试与计算方法范围本标准规定了蓄热式钢包烘烤系统的热平衡测试的术语和定义、热平衡测试与计算基准、测试的准备、,测试步骤、测试内容及方法、计算方法本标准适用于钢铁行业以气体为燃料的蓄热式钢包烘烤系统的热平衡测试与计算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 YB/T42092010钢铁行业蓄热式燃烧技术规范术语和定义 YB/T4209一2010界定的术语和定义适用于本文件热平衡测试与计算基准基准温度采用蓄热式钢包烘烤器所在车间内距离烘烤器1m处的环境温度 4.2燃料发热量采用湿煤气的收到基低(位)发热量 4.3热平衡测试范围测试范围为蓄热式钢包烘烤系统,包括烘烤器、空气管路,煤气管路、排烟管道及被烘烤的钢包热平衡测试时间 4.4 热平衡测试的时间应与钢包烘烤的时间相一致,测试应在烘烤器工作稳定的情况下连续测试温度、流量.压力等参数的测试不少于4次,然后取平均值 4.5热平衡计算单位以每小时消耗的热量为计算单位,即kJ/h 测试的准备 5.1熟悉设备状况熟悉烘烤器及相关设备的结构、性能、操作与运行情况(参见附录A),并了解生产工艺及包衬烘烤
GB/T32971一2016 曲线等 5.2 制定测试方案根据烘烤钢包的不同,可按在线或离线,立式或卧式等分别制定测试方案,并选取满足测试要求的钢包进行测试 5.3组织测试人员根据测试方案组织测试人员测试工作由专业技术人员指挥,按工作需要对测试人员进行分工.,并进行现场安全和测试技术的培训测试时应严格遵守现场的安全生产制度 5.4检修设备与测试前的准备测试前应对烘烤器本身及相关设备进行必要的检修,对选定用于测试的钢包进行检查,以保证测试工作的顺利进行准备好测试仪器及所需工具,对现场已有的仪表及各种便携式测试仪器进行校正,达到测试要求的精度现场无计量装置时应在测试前安装计量装置 5.5选择测试时机测试前及测试过程中烘烤器系统工作应正常 5.6预备性测试正式测试前应进行必要的预备性测试,验证测试方法的准确性和测试手段的可靠性测试步骤根据测试方案,在预定部位安装测试装置按测试内容进行测试与记录采用以测量为主,现场观察及控制中心记录数据为辅的方法,对所测数据进行分析整理,并按本标准的计算方法进行计算对测试结果进行分析并提供测试报告测试内容及方法 7.1 测试内容主要测试内容参见附录B 7.2测试方法 7.2.1燃料 7.2.1.1燃料的用量燃料的用量可由工厂现有的计量装置读取 7.2.1.2燃料的取样分析及发热量测定取样;在燃烧器前燃料管道上的取样孔进行取样，一般每小时取一次如果燃料成分波动较大,可适当缩短取样间隔时间,取样次数不少于3次成分分析;用气相色谱或等同精度的仪器进行测定含水率:用吸水法或露点法测定
GB/I32971一2016 发热量:根据气体分析成分及含水量换算成湿成分,然后计算出气体燃料低(位)发热量 7.2.1.3燃料压力从现场接近燃烧器前的直管道上仪表读取 7.2.1.4燃料温度对于单蓄热烘烤系统,燃料无预热从现场接近燃烧器前的直管道上仪表读取或按环境温度计算对于双蓄热烘烤系统,燃料预热时应在测试前在燃料预热管路上预留测试孔用热电偶测定 7.2.2助燃空气 7.2.2.1空气流量从现场接近燃烧器前的管道上仪表读取若无法计量可用皮托管和U型压力计测出动压后,用公式计算出来 7.2.2.2空气湿度用干湿球温度计测出相对湿度,再换算成绝对湿度 7.2.2.3空气预热温度在空气预热管路上开孔,用热电偶进行测定 7.2.3钢包 7.2.3.1钢包内壁温度钢包内壁初始温度用红外测温仪器进行测试,每平方米测点不少于5个,取平均值钢包内壁烘烤终了温度取钢包内烘烤终了时包内气体温度值 7.2.3.2钢包外壁温度采用红外测温仪器进行多次连续测试,每平方米面积上测点不少于5个 7.2.3.3烘烤时钢包内气体温度采用热电偶伸人包内进行测定测点应位于包中下部,且应尽量避免火焰对测试造成的干扰如无法实现,可采用包盖上热电偶读数 7.2.4烟气 7.2.4.1烟气取样和分析外排烟气的取样位置应在换向阀后和烟囱之间,接近排烟换向阀处的烟气直管道处取有代表性的样取样点应选择气流平稳处,管道避免有急剧变化(如弯头,变径等》具体位置应满是距离急剧变化处都大于6倍管径的直管段处建议采用便携式或在线烟气分析仪,每小时最少测试3次亦可采用直接取样装袋送实验室进行成分分析,每次同一位置至少取样3次 7.2.4.2烟气体积流量测试可用皮托管与微压计配合测量多点烟气流速后按公式算出
GB/T32971一2016 7.2.4.3外排烟气温度测试采用现场计量装置读取,在换向阀后和烟囱之间接近换向阀的烟气直管道处用热电偶测量 7.2.5通过钢包盖与钢包沿之间的缝隙逸出的气体计算出钢包盖与钢包沿之间的缝隙面积缝隙逸出的气体的成分取样分析、温度与压力的测试方法分别与烟气取样的分析及温度,压力方法相同计算方法热收入计算 8.1 燃料燃烧化学热计算按式(1)计算 8.1.1 Q=BQ netw,r 式中: 燃料燃烧化学热,单位为千焦每小时(kJ/h); Q B 燃料用量,单位为立方米每小时(m'/h); 燃料收到基低(位)发热量,单位为千焦每立方米(kJ/m) Qm,v.m 8.1.2燃料的收到基低(位)发热量计算按式(2)计算一126cO°十108HH十358CH十598C,H十234HS Qm 2) ne.v.ar 式中: co,HH,CH.,C.H,H.s 燃料各湿成分的体积分数,用百分数(%)表示,见式(3) 100 Zs一Z (3 000.124g 式中: Z及Z" -气体燃料中任意湿成分及对应的干成分体积分数,用百分数(%)表示; 干气体燃料的含水率,单位为克每立方米(g/m. gm 8.1.3燃料显热计算按式(4)计算 Q=B(C,d,-Ct. 式中: Q -燃料带人的物理热,单位为千焦每小时(k/h); -环境温度,在不受外界辐射影响下测试,单位为摄氏度(C); 燃料的平均温度,单位为摄氏度(C) C，及C -燃料在0至t，及间的平均比热容,单位为千焦每立方米摄氏度[kk/mC] 见式(5) C=(CCO十C.cO十CHH十) (5 100 式中: g -湿气体燃料中CO,CO.、H,成分的平均比热容,单位为千焦每立方米 Cw Cco” cog 摄氏度[k1/m' ] 8.1.4空气显热计算按式(6)计算: Q =BaLs(Cl-Cl. 式中: Q -助燃空气带人的物理热,单位为千焦每小时(k/h);
GB/T32971一2016 空气温度,单位为摄氏度(C); -空气在0至及间的平均比热容,单位为千焦每立方米摄氏度[k/m C)]; Ck、Cke -空气系数,见式(7) 21 O一0.5CO一0.5H一2CH 21 79 NECOCOCSOE N cO+CO+CH十mC.H+HS 式中: O,CO",cOy,H!,SO,CH及N -干烟气中各成分的体积分数,用百分数(%)表示; N,CO,cO,CH,CH》,HS,H》及O 燃料的各湿成分的体积分数,用百分数(%)表示; L 理论湿空气量,单位为立方米每立方米(m=/m=). 见式(8). L;=1(1十0,00124gk) 式中干空气的含水量,单位为克每立方米(g/m); g L" 理论干空气量,单位为立方米每立方米(m/m'),见式(9) lcCH "一008ssxtE+co)牛0005ur十0a打("+" 十0.0714H,s一0.0476O: 9 8.1.5热收人总和计算按式(10)计算 10 习Q=Q十Q十Q 式中: 习Q 热收人总和,单位为千焦每小时(kJ/h 8.2热支出计算 8.2.1通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体显热计算按式(11)计算 Q'=(C,4,-C,le (11) 式中: Q' -通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体显热,单位为千焦每小时(k/h); V -通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的逸气量,单位为立方米每小时m'/h),见式(12)和式(16); -钢包盖与钢包沿之间缝隙的逸气在0至1，及，间的平均比热容,单位为千焦每立方 C,及C 米摄氏度[k/m C] -钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的温度,单位为摄氏度() 卧式钢包烘烤通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的逸气量 4214A,r(P 十P .(12 w 9.8r， 9,.8×273十1, 式中: -钢包盖与钢包沿之间缝隙处的表压,单位为帕斯卡(Pa): 大气压,单位为帕斯卡(Pa); 1h内的包盖开启的时间即缝隙存在的时间),单位小时(h); -流量系数，一般从=0.82,缝隙较大时可取"=0.62 4" 钢包盖与钢包沿之间缝隙的逸气面积,单位为平方米(mf) -环境温度下气体的度,单位为千克每立方米(ke/m'),见式(3)》
GB/T32971一2016 1.293 -X (13 013公5 1十 27 式中 .下逸出气体的密度,单位为千克每立方米(kg/m'),见式(14) 14) 101325 六 4co十18H.O十64sO十28N十32oO. (15 22.4×100 式中: -标准状态下气体的密度,单位为千克每立方米(kg/m') CO.、,H.O.sO,O -钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的成分,用百分数(%)表示立式钢包烘烤通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的逸气量计算按式(16)计算: P P 281,gbr P 9.8 16 w-长+(G一)" .丽一r,/,(273十t, 式中: 钢包口处外径,单位为米(m); H -钢包盖与钢包沿之间缝隙的高度,单位为米(m) 8.2.2通过钢包盖与钢包沿之间缝隙辐射热计算按式(17)计算 273十 273十7 Q=20.41A, 100 100 式中通过钢包盖与钢包沿之间继隙辐射热,单位为千焦每小时(lkJ/h); Q 角系数中 8.2.3通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体化学热计算按式(18)计算 Q，=V(126co十108H十358CH十589C.H, 18 式中: -通过钢包盖与钢包沿之间缝隙的逸出气体的化学热,单位为千焦每小时(J/h). Q 8.2.4通过钢包包衬及外壳体,包盖损失热 8.2.4.1通过钢包包衬及外壳体、包盖损失热由钢包及包盖外表面散热和钢包包衬及外壳体,包盖蓄热两部分组成可以分别计算两部分热,也可以对钢包包衬及外壳体、包盖损失热整体计算(即采用钢包内表面附近传热计算近似替代 8.2.4.2钢包及包盖外表面散热计算按式(19)计算 19 Q=习q.A 式中: 2 -钢包及包盖外表面散热,单位为千焦每小时(k/h); 第部分外表面散热面积,单位为平方米(m 见" A 第i部分外表面平均面积热流量,单位为千焦每平方米小时[kJ/(m'h],如不能直接测 g 量,可按式(20)计算 [[3土4 g;=20.4le 十a.a(th一t. 20) [I0
GB/T32971一2016 式中 -外表面黑度第部分外表面平均温度,单位为摄氏度(C); -对流给热系数,单位为千焦每平方米小时摄氏度[k/mhC],见式21,式(22)和 0 式(23 无风时 a =A(一l. 21 式中: 系数,散热面向上时A=11.7,向下时A=6.3,垂直时A=9.2 当风速w<5m/、时 22 aa=22.2十15.1w 当风速w>5m/、时 23 aa=27.1w 8.2.4.3钢包包衬及外壳体积蓄热按式(24)计算: m.c Q= L(， 24 to 式中: Q 钢包包衬及外壳体积蓄热,单位为千焦每小时(k/h); 钢包包衬及外壳各层材料的质量,单位为千克(kg); 钢包包衬及外壳各层材料的比热容,单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kgC] 钢包烘烤时间,单位为小时(h); -钢包包衬及外壳烘烤结束时内,外壁平均温度,单位为摄氏度(C): -钢包包衬及外壳烘烤开始时内、外壁平均温度,单位为摄氏度(). 8.2.4.4包盖积蓄热按式(25)计算 a:-习m"cd 4(t一 25) 式中: O 包盖积蓄热,单位为千焦每小时(kJ/h); 包盖各层材料的质量,单位为千克(kg).; 包盖各层材料的比热容,单位为千焦每千克摄氏度[k/kg C]; 包盖烘烤结束时内外壁平均温度,单位为摄氏度(C); 包盖烘烤开始时内,外壁平均温度,单位为摄氏度(C 8.2.4.5钢包包衬及外壳体,包盖损失热整体计算计算按式(26)计算钢包的包壁升温过程为不稳态传热,热量的传递主要发生在内表面附近,采用近似的公式计算法假设钢包的内壁表面温度等速升温,包盖内外材料与钢包相同 oe Q 26 (t一t0 D1 000rr 式中钢包包衬及外壳体、包盖损失热,单位为千焦每小时(k/h); Q 包含钢包的包壁和包盖全部内表面的计算面积,单位为平方米(m'); -钢包内壁材料的导热系数,单位为瓦每米摄氏度[w/m ]; -钢包内壁材料的密度,单位为千克每立方米(kg/m) 钢包内壁的烘烤前温度,单位为摄氏度(C). tn
GB/T32971一2016 钢包内壁的烘烤结束时的温度,单位为摄氏度(C) -钢包内壁材料的比热容,单位为千焦每千克摄氏度[k/kgC] 8.2.5外排烟气带走显热计算按式(27)计算， .(27 Q，=(B8V一-V)(C,t l 式中: Q 外排烟气带走显热,单位为千焦每小时(kJ/h); C，,及c 烟气在0至.及！,间的平均比热容,单位为干焦每立方米摄氏度[kJ/m.C]; 烟气出蓄热室的外排温度,单位为摄氏度(C) ly? VS -完全燃烧时的实际湿烟气量,单位为立方米每立方米(m/mi),对于气体燃料实际烟气量按式(28)计算 (28 V =V 十[a(1十0.00124g)一1]L 式中: -理论烟气量,单位为立方米每立方米(m'/m'),见式(29 v=0.olco十3CH+ c_H;+cO十H十2Hs十昏十H,O+0.79L; 到趴" 29 烟气平均比热容计算按式(30)计算 (Ca,co'+Ca,co:' 十 30 Cp 0o 式中: 湿烟气中cO.co的平均比热容,单位为千焦每立方米摄氏度 C`o、Co CkJ/m ]; Co',co:" 湿烟气中CO,CO,的体积分数,用百分数(%)表示; *? 不完全燃烧时烟气修正系数,见式(31)和式(32). 当a1时 100 3= 31) 100一0.5CO一0.5H" 当a<1时: 100 8= 32 00十1.88CO'十1.88H'十9.52CH'一4.76O 8.2.6物理及化学不完全燃烧损失热 8.2.6.1物理不完全燃烧损失热Q,,采用蓄热式燃烧技术,管道及阀门泄漏较少一般忽略不计如能准确测量出燃料泄漏量,可以按其他热平衡标准中气体燃料物理不完全燃烧热损失计算方法来计算 8.2.6.2化学不完全燃烧损失热计算按式(33)计算 Q' =(B9V一V)(126CO'十108H'十358CH'十 (33 式中: Q' 化学不完全燃烧损失热,单位为千焦每小时(kJ/h) 蓄热室表面散热及烟道外表面散热计算方法同8.2.4.1 8.2.7 8.2.8计算回收并用于蓄热式钢包烘烤器上的例如预热空气或煤气的)循环热Q..,Q. 及其总米 Qa，同时算出其占收人热总和的百分数和习Q 热平衡各项收人热总和>Q与已测各项支出热总和之差即为差值2Q.按式(34)计算; 8.2.9 AQ=习Q-(Q'+Q'+Q'+Q'+Q'+Q,+Q'+Q,+Q') (34 差值包括未测出的支出热及误差热平衡允许相对误差值为士5%以内,见式(35):
GB/T32971一2016 AQ xI=s (35 Q 8.2.10热支出总和计算按式(36)计算 36 Q'=Q'+Q十Q+Q十Q，十Q，十Q+Q十Q'十AQ 式中: -热支出总和,单位为千焦每小时(k/h) 8.3热效率蓄热式钢包烘烤系统热效率计算按式(37)计算 Q ×100% 7= 37 习Q 式中: -蓄热式钢包烘烤系统热效率,用百分数(%)表示 8.4热平衡表将热平衡各收,支项热的计算结果列人表1中表1热平衡表热收人热支出数值数值符号符号项目项目 kJ/h % kJ/h 通过钢包盖与钢包沿之 O 燃料燃烧化学热 Q 间缝隙逸出气体显热通过钢包盖与钢包沿之 O. 燃料显热 Q 间缝隙逸辐射热通过钢包盖与钢包沿之空气显热 Q 间缝隙逸出气体化学热 Q 钢包及包盖外表面散热 Q 钢包包衬及外壳体积蓄热 Q 包盖积蓄热 Q" 外排烟气带出显热 Q" 物理不完全燃烧损失热化学不完全燃烧损失热？" Q 差值 100 合计 100 合计习Q 注1:百分率精确到小数点后两位注2:热量值取四位有效数字
GB/T32971一2016 附录A 资料性附录概况烘烤器及钢包概况见表A.1 表A.1烘烤器及钢包概况项目内容烘烤器形式(立、卧/在线、离线),(单蓄热、双蓄热燃料种类,热值及最大流量烘烤器用途烘烤温度范围烘烤时间范围包盖移动方式蓄热室数量点火方式包盖材质、重量测试用钢包种类、材质,容量鼓、,引风机型号及电机功率 10o
GB/T32971一2016 附录 B 资料性附录主要测试内容烘烤器及钢包概况见表B.1 表B.1主要测试内容车间)名钢包编号: 测试日期及起止时间序号项目单位数值或内容大气压力 Pau C 车间平均气温气象状况相对湿度 m/s 风速用量 m*/h Pau 压力 c 燃料温度成分低发热量 k/mt 用量 m'/h 温度压力 Pa 预热温度内壁初始温度内壁终了温度钢包外壁温度包内气体温度体积流量 m/h 烟气外排温度成分逸气温度逸气迎气成分包盖与包沿间缝隙高度包盖状态包盖开启时间

钢铁行业蓄热式钢包烘烤系统热平衡测试与计算方法GB/T32971-2016

钢铁行业中，蓄热式钢包烘烤系统是一种常用的设备，能够对钢水进行加热、保温等处理。为了保证设备的正常运行和提高钢水质量，需要对其进行热平衡测试并进行相应的计算。GB/T32971-2016标准规定了蓄热式钢包烘烤系统热平衡测试与计算方法。

具体测试方法如下：

1. 测温仪表校验

使用标准测温仪表对测试设备进行校验，以确保测量结果的准确性。

2. 测量炉壳表面温度

在设备停止运行后，使用测温仪表对炉壳表面进行温度测量。

3. 测量燃气温度、流量和压力

使用相应仪器对烘烤系统的燃气温度、流量和压力等参数进行测量，并记录相关数据。

4. 计算热平衡分析结果

根据上述测量数据以及GB/T32971-2016标准中的公式，计算出热平衡分析结果。

总之，蓄热式钢包烘烤系统热平衡测试与计算方法GB/T32971-2016是确保设备正常运行和提高钢水质量的重要手段。通过对测试数据的准确测量和计算，可以为钢铁行业生产提供有力的支持和保障。