蒸煮锅能量平衡及计算方法

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《制浆造纸手册：第十二分册供水与供汽》第234页（6548字）

1．能量平衡方框图

能量平衡方框说明：①体系从进入蒸煮的蒸汽流量表开始至放锅止，②本方框图所标明的各项热量，系根据一般酸煮锅设备(无喷放锅)及生产工艺划分确定。如被测对象与上述情况有异，则其各项热量的划分应按实际情况进行。

图中符号意义：

Q₁——加热绝干原料用的热量，kJ／锅；

Q₂——加热原料中水分用的热量，kJ／锅；

Q₃——加热蒸煮液用的热量，kJ／锅；

Q₄——从蒸煮锅内移出作次锅蒸煮回用蒸煮液带出的热量，kJ／锅；

Q₅——大放汽回收的热量，kJ／锅；

Q₆——直接加热蒸煮液供给的热量，kJ／锅

Q₇——间接加热蒸煮液供给的热量，kJ／锅；

Q₈——蒸煮液带入蒸煮锅内的热量，kJ／锅；

Q₉——放锅温水带入蒸煮锅内的热量，kJ／锅；

Q₁₀——蒸煮锅体加热损失的热量，kJ／锅；

Q₁₁——蒸煮锅体散热损失的热量，kJ／锅；

Q₁₂——蒸煮锅管道及附属设备损失的热量，kJ／锅；

Q₁₃——蒸汽凝结水热损失，kJ／锅；

Q₁₄——大放汽热损失，kJ／锅；

Q₁₅——蒸煮锅其他热损失，kJ／锅。

2．能量平衡及设备热效率计算

(1)蒸煮有效耗热总量Q_YX

计算公式：

Q_Yx=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅(kJ／锅)

式中符号意义同前。

其中：

Q₁=G₁C₁(t_b—t)(kJ／锅)

式中：G₁—绝干原料的重量，kJ／锅；

C₁——原料的比热容，kJ／(kg·℃)；

t_b——蒸煮最高温度，℃；

t——周围环境温度，℃。

Q₂=G₂C₂(t_b—t)(kJ／锅)

式中：G₂——原料所含水分的重量，kJ／锅；

C₂——水的比热容，kJ／(kg·℃)；

式中：G₃——蒸煮液的总重量，kg／锅；——从蒸煮锅中移出作次锅蒸煮回用的蒸煮液的重量，kg／锅

C₃——蒸煮液的比热容，

对于亚硫酸盐蒸煮C₃取4．187kJ／(kg·℃)；

硫酸盐蒸煮液C₃取3．77kJ／(kg·℃)；

t₅——从蒸煮锅移出的蒸煮液的平均温度℃；

t₂——蒸煮开始温度，℃。

式中：t₃——回用的蒸煮液的实际温度，℃；

t——周围环境温度，℃。

Q₅=G₃C₃(t₄—t)(kJ／锅)

式中：t₄——蒸煮液回收大放汽热后的实际温度，℃；

t₁——蒸煮液回收大放汽热前的实际温度，℃。

(2)蒸煮有效单位耗热量Q^＇_YX

计算公式：

式中：p——蒸煮得率，%。

(3)蒸煮实际供给总热量Q_GG

计算公式：

Q_GG=Q₆+Q₇十Q₈+Q₉(kJ／锅)

式中符号意义同前：

其中：

式中：D_d——直接加热蒸煮液所耗用的蒸汽量，kg／锅；

i″——蒸汽的焓值，kJ／kg

i′——环境温度下凝结水的焓值，kJ／kg。

式中：D_i——间接加热蒸煮液所耗用的蒸汽量，kg／锅；

i″、i′含义同前。

Q₈=G₃C₃(t₄—t)(kJ／锅)

式中：t₄——进蒸煮锅的蒸煮液实际温度，℃；

t——周围环境温度，℃。

式中：G₄——放锅温水的重量，kg／锅；

t′——放锅温水的温度，℃；

t——周围环境温度，℃。

(4)供给蒸煮实际单位耗热量Q^＇_GG

计算公式：

(5)蒸煮锅热效率η(%)

计算公式：

(6)蒸煮过程重复利用热量Q_CH

计算公式：

(7)蒸煮锅体加热损失的热量Q₁₀

计算公式：

式中：Q_10a——锅体钢板加热损失的热量，kJ／锅；

Q_10b——锅体保温层加热损失的热量，kJ／锅；

Q_10c——锅体砖衬加热损失的热量，kJ／锅。

①锅体钢板加热损失热量Q_10a

式中：G₅——锅体钢板的总重量，kg／锅；

C₅——钢板的比热容，取0．481kJ／(kg·℃)；

t′钢——钢板在蒸煮过程中达到的最高温度，℃。

②锅体保温层加热损失热量Q_10b

式中：G₆——锅体保温层的总重量，kg／锅；

C₆——体温层材料的比热容取0．754kJ／(kg·℃)；

t′层——保温层在蒸煮过程中达到的最高温度，℃；

t层——保温层在蒸煮过程中达到的最低温度，℃。

③锅体砖衬加热损失热量Q_10c

式中：G₇——锅体砖衬的总重量，kg／锅；

C₇——砖衬材料的比热容，取1kJ／(kg·℃)；

t′砖——砖衬在蒸煮过程中达到的最高温度，℃；

t砖——砖衬在蒸煮过程中达到的最低温度，℃。

(8)蒸煮锅体散热损失热量Q₁₁

计算公式：

式中：Q_11a——蒸煮升温阶段锅体散热损失热量，kJ／锅；

Q_11b——蒸煮保温阶段锅体散热损失热量，kJ／锅；

Q_11c——蒸煮最高保持温度后至放锅完毕阶段锅体散热损失热量，kJ／锅。

①蒸煮升温阶段锅体散热损失热量Q_11a

式中：F——锅体总表面积，m²；

K——传热系数，kJ／(m²·h·℃)；

Z_a——蒸煮升温时间，h；

t——周围环境温度，℃。

计算公式：

式中：δ_钢——锅体钢板的厚度，m；

δ_层——锅体保温层的厚度，m；

δ_砖——锅体砖衬的厚度，m；

λ_钢——锅体钢板的导热系数取209．3kJ／(m·h·℃)；

λ_层——钢体保温层的导热系数取0．628kJ／(m·h·℃)；

λ_砖——锅体砖衬的导热系数取1．51kJ／(m·h·℃)；

α₁——锅内蒸煮物对锅内壁的换热系数取20934kJ／(m²·h·℃)；

α₂——锅外壁对外界的换热系数，且有、α₂=αe+αr其中α_e为对流换热系数，α₁为辐射换热系数。

式中：Q——锅外壁的平均温度，℃；

t——周围环境温度，℃。

式中：C——温度系数

C′——辐射系数

；其中

C₁为无光泽铁板的辐射系数4、4；

C₂为砖衬的辐射系数4、3；

C₃为完全黑体辐射系数4、7。

②蒸煮保温阶段锅体散热损失热量Q_11b

Q_11b=FK(t₆—t)Z_b(kJ／锅)

式中：Z_b——蒸煮最高温度保持时间，h。

③蒸煮最高保持温度以后放锅完毕阶段锅体散热损失的热量Q_11。

式中：Zb——蒸煮最高保持温度以后放锅完毕阶段时间。

(9)蒸煮锅管道及附属设备热损失Q₁₂蒸煮锅管道及附属设备(如循环泵、加热泵、预热器等)热损失亦包括加热损失和散热损失两部分，可分别进行计算。计算困难时，可进行估算，取该项热损失(最大值)为蒸煮有效耗热总量的10%，即：

Q₁₂=0．1×Q_Yx=0．1×(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅)(kJ／锅)

(10)蒸汽凝结水热损失Q₁₃

计算公式：

Q₁₃=Q_13a+Q_13b(kJ／锅)

式中：Q_13a——直接加热蒸煮液蒸汽凝结水的热损失，kcal／锅；

Q_13b——间接加热蒸煮液蒸汽凝结水的热损失，kcal／锅；

其中：

式中：D_a——直接加热蒸煮液所耗用的蒸汽量，kg／锅；

C′₂——水的平均比热容4．187，kJ／(kg·℃)；

t₂——蒸煮开始温度，℃；

t₆——蒸煮最高温度，℃；

t——周围环境温度，℃。

式中：Di——间接加热蒸煮液所耗用的蒸汽量，kg／锅

其他符号意义同上。

说明：(1)Q_13b热量在企业生产中一般是加以利用的，但在蒸煮锅能量平衡系统中仍视为热损失。

(2)计算公式中的是特定通汽方式下的蒸汽平均温度，使用时应注意。

(3)C^＇₂是蒸汽凝结温度下的平均比热容，取4．187kJ／(kg·℃)。

(11)大放汽热损失Q₁₄

计算公式：

式中：Q′₅——大放汽放出的总热量，kJ／锅；

Q₅——大放汽回收的热量，kJ／锅。

其中：

式中：W——大放汽的总蒸汽量，kg／锅；

i_W——大放汽蒸汽在平均温度压力下的热焓，kJ／kg；

i₁——环境温度、常压下水的热焓，kJ／kg。

(12)蒸煮锅其他热损失Q₁₅

其他热损失包括蒸汽的泄漏损失，容器的开口散热损失，放锅热水的热交换损失，蒸煮液移出热损失等等，可视具体情况进行计算，估算，亦可用反算法求算。

计算公式(反算法)：

(13)蒸煮锅总热损失Q_ss

计算公式：

式中各符号意义同前。