有色标准 炭素制品生产炉窑石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法

YS国家工业和信息化部 发布200X-XX-XX实施200X-XX-XX发布炭素制品生产炉窑石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法Methods of determination and calculation ofheat balance in metallurgical furnaces forproduction of carbon products YS/T 124-XX-XXXX中华人民共和国有色金属行业标准前言前言本标准由全国有色金属标准化技术委员会提出并归口。本标准由中国铝业股份有限公司贵州分公司负责修订。本标准主要修订人： 。本标准由全国有色金属标准化技术委员会负责解释。目 次1 适用范围12 测定体系与时间13 测定项目及方法14 热平衡计算25 热效率计算66 热平衡计算结果汇总表73编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共11页石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法1 适用范围 本标准规定了石墨化电阻炉的热平衡测定与计算方法，通过测定与计算，考察电阻炉在正常运行条件下的用能状况和性能水平。 本杯准适用于各类直流石墨化电阻炉的热平衡测定与计算方法，对交流石墨化电阻炉也可参照执行。2、测定体系与时间2.1 测定体系 测定体系以整个石墨化电阻炉，包括供电部分的变压器和整流机组。2.2 测定时间 测定时间以石墨化电阻炉送电开始至石墨电阻炉停电终止的整个送电过程的时间为测定周期。3 测定项目及方法3.1 供电设备测定3.1.1 利用控制台、仪表盘上表记及现场表记指示。3.1.2 测定变压器一次侧电压、电流、有功电量、无功电量、功率因素；二次侧的电压、电流。3.1.3 测定整流机组的电流、电压、计算出系统的电阻及直接功率。3.1.4 测定母线到石墨化电阻炉导电石墨块连接处的电压降，计算出各处的接触电阻值。测定时系统电流必须达到设备额定输出电流的80%以上。3.2 温度测定（见表 1）表1 石墨化电阻炉各测点温度测定序号测点位置测 定 方 法测 定 要 求1炉中芯电极坯料用石墨测温管插入炉芯，分别在炉头、炉中、炉尾各插一根，在1000以内用热电偶测定，高于1000时用辐射高温计或红外测温仪测定各测点要求要求在短时间内测定完，每隔四小时测定一次。2外层电极坯料3电阻料层4保湿料层两侧及中部各埋热电偶测定5炉底奎石层用软性热电偶埋入硅石层下，加保护套引出6炉顶表面用点温计或红外侧温仪测定按表面积0.5m21.0m2有点测定7炉墙表面8整流系统冷却水用水银温度计测定9炉体冷却水3.3 物料量测定（见表2）表2 石墨化电阻炉进、出物料量及成分测定类别符号物料名称测 定 方 法成分分析说明入炉物料Mrp焙烧坯料按相同规定抽称10支，取每根平均重，计算重量。WT、Ag、Vg、Cg采用方法按：GB1428-78YB904-78GB1429-85GB6712-80GB2110-80GB2002-80GB2003-80GB2004-80Mrm冶 金 焦用行车电子秤或磅秤测定WT、Ag、Vg、CgMrs石墨化焦WT、Ag、Vg、SCgMrg硅 石WT、SOgMrj焦 粉WT、Ag、Vg、CgMrb返回保温料WT、Ag、Vg、Cg、SCg、SOg出炉物料Mcp石墨化坯料测定方法与入炉焙烧坯料方法相同Ag、Cg清理表面附着物Mdp石墨化合格产品坯料Ag、CgMcs石墨化焦用行车电子秤或磅秤测定WT、Ag、Vg、SCgMcd保 湿 料WT、Ag、Vg、Cg、SCg、SOg 注：成分分析符号含义说明： WT物料全水分含量，%； Ag、Vg、Cg为物料干基灰分、挥发分、固定碳含量，%； SCg、SOg为物料干基碳化硅、二氧化硅含量，%。3.4 冷却水量测定 用水表或用超声波流量计测定3.5 大气压、环境温度及环境风速测定3.5.1 大气压力：用大气压力计在现场测定，每四小时测定一次。3.5.2 环境温度：用水银温度计在距炉子四周1.5米处测定，每2小时测定一次。3.5.3 环境风速：用风速仪在距炉子四周1.5米处测定，每2小时测定一次。4 热平衡计算（按每吨出炉合格产品计算）4.1 热收入项计算4.1.1 总电能供给热Q1总电能供给热按公式（1）计算： Q1=3600Wo/Mdp （1） 式中：Wo测定周期内的总供电量，单位千瓦小时，kwh Mdp出炉合格产品量，单位吨，t。4.1.2 物料挥发分燃烧热Q2 物料挥发分燃烧热按公式（2）计算：Q2=（4.1868Mv）/Mdp （2）式中：Mv物料烧损挥发分量，单位千克，kg； Mv=Mrp(1-WTrp)Vgrp+Mrm(1-WTrm)Vgrm+Mrj(1-WTrj)Vgrj+Mrb(1-WTrb) VgrbMcb(1-WTcb)Vgcb 其中： Mrp、Mrm、Mrj、Mrb分别为入炉焙烧坯料、冶金焦、焦粉，返回保温料的湿质量，单位千克，kg； Mcb为出炉保湿料的湿质量，单位千克，kg； Wrp、Wrm、Wrj、Wrb分别为入炉焙烧坯料、冶金焦、焦粉、返回保湿料的全水分含量，单位百分数，%； Wcb为出炉保湿料的全水分含量，单位百分数，%； Vgrp、Vgrm、Vgrj、Vgrb分别为入炉焙烧坯料、冶金焦、焦粉，返回保湿料的干燥基挥发分含量，单位百分数，%； Vgcb为出炉保温料的干燥基挥发分含量，单位百分数，%。4.1.3 碳质烧损燃烧热Q3 碳质烧损燃烧热按公式（3）计算： Q3=33871Mc/Mdp （3） 式中：Mc物料烧损碳质，单位千克，kgMc=Mrp(1-WTrp)Cgrp+Mrm(1-WTrm)Cgrm+Mrs(1-WTrs)Cgrs+Mrj(1-WTrj)Cgrj+Mrb(1-WTrb)Cgrb-McpCgcp-Mcs(1-WTcs)Cgcs-Mcb(1-WTcb)Cgcs-0.902Msc其中：Mrs、Mcs分别为进、出炉石墨化焦量，单位千克，kg；Mcp为出炉石墨化坯料量，单位千克，kg；Wrs、Wcs分别为进、出炉石墨化焦全水含量，单位百分数，%；Cgrp、Cgrm、Cgrs、Cgrj、Cgrb分别为入炉焙烧坯料，冶金焦，石墨化焦，焦粉，返回保温料的干燥基固定碳含量，单位百分数，%；Cgcp、Cgcs、Cgcb分别为出炉石墨化坯炉、石墨化焦、保温料的干燥基固定碳含量，单位百分数，%;Msc石墨化过程碳化硅增量，单位千克，kg。（见4.2.4条）4.1.4 入炉物料带入物理热 Q4 入炉物料带入物理热按公式（4）计算： Q4=MiCi(ti-th)/Mdp （4） 式中：Mi某种物料入炉时质量，单位千克，kg； ti某种物料入炉时高于环境温度时的温度,单位摄氏度，； th环境温度，单位摄氏度，； Ci某种物料在th与ti之间的平均比热，单位千焦每千克摄氏度，KJ/kg。4.1.5 收入项热量总量 Q收入项热量总量按公式（5）计算： Q=Q1+Q2+Q3+Q4 （5）4.2 热支出项计算4.2.1 加热石墨化坯料生成热Q1加热石墨化坯料生成热按公式（6）计算：Q1=KaMcp/Mdp （6） 式中：Ka加热焙烧坯料生成1kg石墨化坯料的生成热，单位千焦每千克，kJ/kg。按公式（7）计算： Ka=1.859（T1-T0）+0.6448（T12T02）10-4-2.565105（1/T0 ）-（1/T1）-2.260107（1/T02）-（1/T12） （7） 其中：T0焙烧坯料入炉时的绝对温度，K；T1石墨化坯料加热终止时的绝对温度，K。4.2.2 电阻料蓄热损失Q2电阻料蓄热损失按公式（8）计算：Q1=KbMcs/Mdp （8） 式中：Mcs电阻料质量，等于出炉石墨化焦的质量，单位千克，kg； Kb加热每1kg电阻料所需热量，单位千焦每千克，kJ/kg。按公式（9）计算： Kb=1.431（T1-T0）+0.178103(T12T02)+0.732105(1/T0)-（1/T1）（9） 其中：T0电阻料入炉时的绝对温度，K； T1电阻料加热终止时的绝对温度，K；4.2.3 保温料蓄热损失Q3保温料蓄热损失按公式（10）计算：Q3=KcMcb(1-WTcd)/Mdp （10） 式中：Kc加热每1Kg保温料所需热量，单位千焦每千克，kJ/kg；按公式（11）计算： Kc=(1.431Cgcb+0.757SOgcb)(T1-T0)+(0.178Cgcb+0.303SiOgcb103(T12-T02)-(0.732Cgcb-0.168SOgcb)105(1/T0-1/T1) （11） 其中：Cgcb、SiOgcb分别为出炉保湿料中干燥基固定碳和二氧化硅的含量，%； TO加热开始时保温料层的绝对温度，K； T1加热终止时保温料层的平均绝对温度。K。4.2.4 生成sic反应吸收热Q4生成sic反应吸收热按公式（12）计算：Q4=（KdMsc）/Mdp （12） 式中：Kd每1kg碳化硅标准生成熟，单位千焦每千克，一般取值13138kJ/kg； Msc石墨化过程中碳化硅的增量，单位千克，kg。 其中：Msc=Msc（1-WTcs）SCgcs+Mcb(1-WTcb)SCgcb-Mrs(1-WTrs)SCgrs-Mrb(1-WTrb)SCgrb SCgcs、SCgcb分别为出炉石墨化焦和保温料的干燥基碳化硅含量，单位百分数，%； SCgrs、SCgrb分别为入炉时石墨化焦和返回保温料的干燥基碳化硅含量，单位百分数，%。4.2.5 可燃气体的化学热Q5可燃气体的化学热按公式（13）计算：Q5=KeMco/Mdp （13） 式中：Ke每1kg氧化碳的氧化热，单位千焦每千克，一般取值10450kJ/kg； Mco物料加热时产生的一氧化碳量，单位千克，kg。 其中：Mco=1.4Msc+2.33(Mv+nMc) 式中：n供电时炉墙点火至熄火的时间与石墨化全过程之时间比。4.2.6 炉气带走物理热Q6炉气带走物理热按公式（14）计算：Q6=1.12Msc+5.38Mc+10Mv)Cco（tyg-thj）/Mdp （14） 式中：Cco炉气中的一氧化碳在tyg与thj之间的平均热，单位千焦每立方米摄氏度，kJ/Nm3； tyg保温料层外侧和环境温度的平均，单位摄氏度，。4.2.7 水分蒸发带走热Q7水分蒸发带走热按公式（15）计算：Q7=4.1816Mw(100-thj)+539+Cyg(tyg-100)/Mdp （15） 式中：Cyg水蒸汽在100与tyg之间的平均比热，单位千焦每千克摄氏度，kJ/kg； Mw物料中的水分加热时蒸发掉的量，单位千克，kg。 其中：Mw=MrpWTrp+MrmWTrm+MrsWTrs+MrgWTrg+MrjWTrj+MrbWTrb-McsWTcs-McbWTcb，kg4.2.8 炉体蓄热损失Q8炉体蓄热损失按公式（16）计算： Q8= MkiCkitki/Mdp （16） 式中：Mki炉体某部分的质量,单位千克，kg； Cki炉体某部分在tki时的比热，单位千焦每千克摄氏度，kJ/kg。 tki炉体某部分在加热终止时内侧和外侧的平均温度，单位摄氏度，。4.2.9 炉体散热损失Q9炉体散热损失按公式（17）计算：Q9=K qiAi/Mdp （17） 式中：K炉子测定周期的时间，单位小时，h； qi炉子外表某散热面的热流量，单位千焦每平方米小时，kJ/m2h； Ai炉子外表某散热面的表面积，单位平方米，m2。 4.2.10 冷却水带走热Q10 冷却水带走热按公式（18）计算： Q10=MliCij(ctl-trl)/Mdp （18） 式中：Mli被测定的某部分冷却水量，单位千克，kg； Cli被测定的某部分冷却水在tcl时比热，单位千焦每千克摄氏度，kJ/kg； tcl,trl为被测定的某部分冷却水出口与进口的温度，单位摄氏度，。4.2.11 整流变压器电能损失Q11整流变压器电能损失按公式（19）计算： Q11=3600（1-p）N/Mdp （19） 式中：N测定周期内的总供电量，单位千瓦小时，kwh；p变压器的平均电效率，单位百分数，%。 其中：p=1/n（Pki/Pli） 式中：PliPki分别为变压器的一次侧和二次侧的有功功率，单位千瓦小时，kwh； n测定次数4.2.12 整流柜电能损失Q12整流柜电能损失按公式（20）计算： Q12=3600 p（1- z）N/Mdp （20） 式中：z整流柜电效率，单位百分数，%； 其中：z=1/n （V1I1/Pki）% 式中：V1，I1分别为整流柜出线端电压和电流，单位分别为伏特、安培，V、A。4.2.13 母线联接短网电能损失Q13母线联接短网电能损失按公式（21）计算：Q13=3600 z（1- is）N/Mdp （21） 式中：is母线联接短网电效率，单位百分数，%； 其中：is=1/n （ Vs/V1），% 式中：Vs炉子两炉头正负母线间的电压，单位伏特，V4.2.14 其它热损失Q其它热损失按公式（22）计算： Q=Q-(Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7+ Q8+ Q9+ Q10+ Q11+ Q12+ Q13) （22）4.2.15 支出项热量总量Q支出项热量总量按公式（23）计算： Q= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7+ Q8+ Q9+ Q10+ Q11+Q12+ Q13 +Q/（23）5 热效率计算5.1 电能消耗量，Wdr ， 单位千瓦小时每吨，kwh/t电能消耗量按公式（24）计算：Wdr=Wo/Mdp （24）5.2 焦碳消耗量，Cj，单位千克每吨，kg/t焦碳消耗量按公式（25）计算： Cj=(Mrm+Mrs+Mrj+Mrb-Mcs-Mcb)/Mdp （25）5.3 石墨化合格产品能耗，A，单位千焦每吨，kJ/t石墨化合格产品能耗按公式（26）计算： A=Q1 （26）5.4 石墨化合格产品热耗，QB，单位千焦每吨， kJ/t石墨化合格产品热耗按公式（27）计算：QB=Q1+ Q2+ Q3+ Q4 （27）5.5 炉子总热效率，m，单位百分数，%炉子总热效率按公式（28）计算： m/%= Q/a /（ Q1+ Q2+ Q3+ Q4）100 （28） 式中：Q/a加热石墨化合格产品坯料生成热，单位千焦每吨，kJ/t； 其中：Q/a=1000Ka，kJ/t； 式中：Ka加热焙烧坯料生成1kg石墨化坯料的生成热，单位千焦每千克，kJ/kg。 Ka计算公式见本标准4.2.1条。5.6 炉子实际热效率（本体）， ，单位百分数，%炉子实际热效率（本体）按公式（29）计算：/%= Q/a/（Q1- Q11- Q12- Q13）+ Q2+ Q3+ Q4100（29）6 热平衡计算结果汇总表见表3表3 石墨化电阻炉热平衡计算汇总表 （按每吨合格产品计算）收 入 项 热 量支 出 项 热 量符号项 目数量符号项 目数量kJ/h%kJ/h%Q1总电能供给热量Q1加热石墨化坯料生成热Q2物料挥发分燃烧热量Q2电阻料蓄热损失Q3碳质烧损燃烧热量Q3保温料蓄热损失Q4入炉物料带入物理热量Q4生成sic反应的吸收热Q5可燃气体的化学热Q6炉气带走物理热Q7水分蒸发带走热Q8炉体蓄热损失Q9炉体散热损失Q10冷却水带走热Q11整流变压器电能损失Q12整流柜电能损失Q13母线联接短网电能损失Q其它热损失Q合 计100Q合 计100单位产品能耗A： KJ/t总热效率： %单位产品能耗QB： KJ/t实际热效率： %第 10 页 共 11 页