蒸球的热平衡及节能计算与实例
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸工业计算手册上册》第67页（3747字）
1．40m3蒸球无保温结构热量损失计算
【例】已知：40m3蒸球，外径D=4．34m，蒸球壁厚δ1=0．02m。设在蒸煮物料时，内部绝对压力P=0．617MPa，相应蒸球内蒸煮温度t=160℃。试计算蒸煮过程中热量的损失Q。
【公式及计算】 Q=K(t－t1)FZ (1－2－80)
式中 Q——热量损失［kJ／球．d］
K——传热系数［kJ／(m2·h·℃)］
α1——物料对蒸球内壁的给热系数〔kJ／(m2·h·℃)〕，取α1=20934kJ／(m2·h·C)
δ1——蒸球壁厚(mm)，δ1=0．02m
λ1——钢板的导热系数［kJ／(m·h·℃)］，取λ1=24．34kJ／(m·h·℃)
α2——蒸球外表面对周围空间的给热系数，包括对流和辐射放热系数［kJ／(m2·h·℃)］
α2=αd+αf (1－2－82)
a2——对流放热系数［kJ／(m2·h·℃)］
ad=2．2
(1－2－83)
αf——辐射放热系数［kJ／(m2·h·C)］
tb——蒸球表面壁温(C)，取tb=155C
t1——室内温度(℃)，取平均室内温度，t1=25℃
Z——蒸煮时间(h)，取日工作时间为17h。
t——蒸煮温度(C)，取t=160C
F——蒸球表面面积(m2)
F=πD2=3．14×4．342=59．17(m2)
蒸球表面向周围空间辐射的热量qs
式中 qf——辐射热量(kJ／h)
C1——辐射系数
Tb——蒸球壁温(K)
Ti——周围介质温度(K)，取室温
Φ——辐射传热角系数，取Φ=1
2．40m3蒸球安装保温层后热量损失计算。
【例】已知蒸球的保温结构如图1－2－6所示，保温材料采用容重轻、绝热性能好的岩棉缝毡，其容重为100kg／m3，在工作温度下其导热系数λ2=0．2093kJ／(m·h·C)，保温材料厚度δ2=0．08m，金属薄板厚度δ3=0．00075～0．0015m，取0．00075m。求热量损失。
图1－2－7 蒸球保温结构
1－球壳 2－保温材料 3－金属保护板(厚度δ=0．75～1．5mm) 4－钩钉 5－铆钉
【说明】(1)A处为联接板搭接处，涂环氧树脂。(2)安装完毕，保温板表面涂耐高温防腐蚀油漆。
【公式及计算】
根据经验公式：
α2=8．1+0．045(t′b－t1) (1－2－89)
式中 α2——安装保温层后，蒸球外壳壁面联合放热系数［kca1／(m2．h·C)］
tb——保温层表面温度(℃)，取40C
t1——室内温度(C)，取25℃
计算热流量：
式中 Δt——温度差(C)
由此可知，我们开始假设的保温层表面温度数值偏大，可以在34～40℃范围内取其平均值作第二次假设的表面温度，重新计算，直至假设的表面温度与计算出的温度接近时为止。但是，对于我们的计算无须这样精确，不妨我们取tb=38C，K′仍以2．44进行热损失计算(即以保温效果较差值计算，因为我们选金属薄板厚度δ3取了最小值)，则计算如下：
蒸球球盖处和轴头外面是不保温的，则其热量损失为：
式中 d——轴头处未保温的直径(m)，取1．2m
L——球盖长，L=1．15m
b——球盖宽，b=0．8m
则：F′≈2．26+0．92=3．18(m2)
保温层实际表面面积F2′为：
F2′=π(4．34+2×0．08)2－F1′
=60．4(m2)
保温层表面的散热量Q2′为：
Q2′=K′F2′ΔtZ (1－2－95)
所以，保温结构安装后总散热量Q′为：
Q′=Q1′+Q2′
=K△tF1′Z+K′△tF′2Z
=(KF1′+K′F2′)Z△t
=(63．64×3．18+2．44×60．4)×17×(160－25)
=7．97×105［kJ／(球·d)］
3．40m3蒸球节能效果计算
【说明】由【例1】和【例2】的计算可知，安装保温结构后每天每球节约热量为：
Q－Q′=8528093－796685
=7731408［kJ／(d·球)］
安装保温层后，节省的热量占无保温结构时散失热量的百分比为：
取标准煤的发热量为29307．6kJ／kg，锅炉的热效率为65%，则每台蒸球每天可节约标准煤为：
若一年按300d计算，则每台40m3蒸球年节约标准煤为：
405．8×300=121740(kg)=121．74(t)
4．25m3和14m3蒸球的节能效果计算
【说明】假设25m3和14m3蒸球的工况与40m3蒸球相同，只是球体直径不同即壳外表面积不同，则可采用比例法计算出25m3和14m3蒸球的节能效果，其计算结果如下：
25m3蒸球：外表面积41．85m2，每年节约标准煤86．1t／(球·年)
14m3蒸球，外表面积29．5m2，每年节约标准煤60．7t／(球·年)。