解讀燒結(jié)墻體材料窯爐熱平衡測試計(jì)算

        因此，國家及時出臺能源限額標(biāo)準(zhǔn)，這在很大程度上促進(jìn)了能源節(jié)藥和利用的技術(shù)進(jìn)步。對能源的全面科學(xué)管理起到指導(dǎo)作用，全面科學(xué)管理不僅包括對能耗指標(biāo)的限定，同時也應(yīng)含蓋能耗管理的原則與方法方面的內(nèi)容。如計(jì)算、測試、鑒定、運(yùn)行等。
        1. 燒結(jié)墻體材料制品工業(yè)窯爐熱平衡測試計(jì)算
針對能耗測試與計(jì)算，較科學(xué)并普遍采用的方法是熱平衡測定工業(yè)窯爐性能。這種方法也是評估燒結(jié)墻材企業(yè)能耗水平的重要依據(jù)。熱平衡測試，它是建立在一個熱量平衡，收支平衡的基礎(chǔ)上來進(jìn)行的數(shù)據(jù)測驗(yàn)定、計(jì)算和分析的一個過程。
        1.1 熱量收入部分
我們先來談熱量收入方面，熱量收入是指針對測試窯體而言一切供能單位帶入窯爐的能量，不同的窯型其相應(yīng)的熱量收入也不同。比如現(xiàn)在國家大力倡導(dǎo)的連續(xù)式隧道窯，其熱量收入大多都包含如下幾項(xiàng)：1、內(nèi)燃料帶入反應(yīng)熱：在我國內(nèi)燃燒制墻材十分普遍，在坯體生產(chǎn)過程中，在原料中經(jīng)常會使用例如煤矸石、粉煤灰、爐渣等一些含有熱值的物質(zhì)，根據(jù)這些含有的物質(zhì)發(fā)熱量的具體情況再摻入其它例如粘土、頁巖等一起。組成發(fā)熱量合適的混合料配體。利用發(fā)熱量較為合適的原料一起來內(nèi)燃燒制墻材在我國占墻材生產(chǎn)工藝很得要一部分，那么內(nèi)燃燒制墻材代入的熱量怎么計(jì)算呢？對于燒結(jié)磚瓦窯爐來說，我們先將干燥的坯體均勻的按產(chǎn)量多少多次取出，破碎后充分混合均勻，取出用于發(fā)熱量測試適量的一部分，并且多次進(jìn)行發(fā)熱量測試，平均后即可得出公斤制品的發(fā)熱量，接下來就是計(jì)算有多少公斤了，在熱平衡計(jì)算中，最終得出的數(shù)據(jù)是噸成品消耗的標(biāo)煤，我們可以計(jì)算在一小時之間，窯車推進(jìn)窯體了幾輛，（不是一輛的用分?jǐn)?shù)表示），再計(jì)算出一窯車有多少塊制品，以及平均一塊制品的重量，就可以計(jì)算出一小時內(nèi)，由內(nèi)燃料燃燒帶入窯爐的能量，這樣，熱量收入最重要的一個環(huán)節(jié)就清楚了。 

2、外燃料帶入顯熱，一些窯爐為了余熱利用或者提高產(chǎn)量，適當(dāng)?shù)膶ν馊剂线M(jìn)行加熱，這樣，外燃料加入窯爐中是高于環(huán)境溫度的，無形中就帶入的熱量，這部分熱量也要記為帶入熱。3、計(jì)算外燃料帶入顯然就要計(jì)算外燃燒燃放熱，通過統(tǒng)計(jì)一小時內(nèi)投入外燃料的數(shù)量以及外燃料的發(fā)熱量就可以計(jì)算出一小時內(nèi)外燃料燃燒放熱。4、在一些現(xiàn)代窯爐中，磚坯通常先經(jīng)過干燥室干燥，這樣可以提高效率，縮短燒成時間，從干燥室出來的磚坯有八十度甚至更高，這時磚坯被窯車推入窯中就帶入了大量的熱，這部分熱也要計(jì)算入帶入顯熱。5、窯車在窯爐中是很重要的一部份，其大多都由兩部分組成，一部分是耐火材料，一部分是由鋼鐵構(gòu)成的窯車金屬部分，它們在經(jīng)過干燥后，溫度也異常高，尤其是金屬部分，因此窯車帶入熱必須計(jì)算，通過查表得到相應(yīng)材料的比熱，再通過窯車與環(huán)境的溫度差來計(jì)算窯車帶入熱量，計(jì)算也是按一小時內(nèi)帶入熱量來進(jìn)行。需要注意的是，若是生產(chǎn)工藝中沒有人工干燥，而是采用自然晾曬工藝，磚坯和窯車和環(huán)境溫度相同，則這兩項(xiàng)帶入熱為零。
        關(guān)于熱平衡中的熱量收入計(jì)算則基本上按以上幾項(xiàng)加和進(jìn)行計(jì)算，各別地方還有其它熱量收入的也應(yīng)按小時內(nèi)帶入顯熱來計(jì)算。這樣就計(jì)算出一小時內(nèi)帶入窯爐的總熱量，再通過計(jì)算每小時出多少成品磚，既用一小時內(nèi)窯體收入熱量除以一小時內(nèi)產(chǎn)多少成品磚質(zhì)量，即可計(jì)算出窯爐燒制每噸產(chǎn)品收入多少熱量。
        1.2 熱量支出部分 

        熱量支出部分，對于一般隧道窯來說，主要包含如下幾個方面。1、蒸發(fā)磚坯水分消耗的汽化潛熱：水分為固態(tài)，液態(tài)及氣態(tài)，在由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時是一個吸熱反應(yīng)，磚坯由于要達(dá)到優(yōu)秀的物理性能或根據(jù)原料種類性能不同，坯體或多或少都會含有水分，坯體在進(jìn)入窯爐加溫過程中，這些水分由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，排除出去，在這個過程中消耗熱量是必要的，它屬于熱量支出重要的一部分，在水分蒸發(fā)過程中用熱即稱為蒸發(fā)磚坯水分消耗熱。2、磚坯培燒反應(yīng)熱，無機(jī)非金屬材料的燒結(jié)過程是一個很復(fù)雜的過程，其包括晶型轉(zhuǎn)變、晶粒生長，材料致密化，堅(jiān)硬化等等過程，這些過程大多都需要吸收大量的熱量，一般磚坯在高溫時培燒反應(yīng)熱以儀測測試為準(zhǔn)，條件不具備時按照磚坯原料中氧化鋁含量來估算。3、輸出熱風(fēng)的顯熱：在產(chǎn)品焙燒過程中，會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，煙氣大部分進(jìn)入干燥室，用于烘干磚坯，這部分能量雖然屬于有益的熱量再循環(huán)利用，但對于窯體來說，屬于熱量支出部分，計(jì)算時應(yīng)當(dāng)分別計(jì)算。4、煙氣出窯熱損失：煙氣最終通過循環(huán)利用排入室外，煙氣被排出過程中，溫度還是高于環(huán)境溫度許多的，此時排出的煙氣帶走的顯熱屬于熱量支出部分，這部分損失的熱量被稱為煙氣出窯熱損失。 

        5、磚出窯熱損失：國內(nèi)現(xiàn)在普遍燒制墻體材料的工業(yè)用窯爐長度普遍在百米之內(nèi)，由于需要保持高產(chǎn)量，推車速度平均在45分鐘左右每車，這樣導(dǎo)致出窯磚溫度普遍過高，有些個別窯爐出窯磚溫度達(dá)到400度，這些磚體暴露在空氣中，造成大量的熱損失，因此，出窯磚散熱損失占熱量支出很大一部分。6、窯車出窯熱損失：窯車是連同制品一起出窯的，在制品帶出大量熱量的同時，窯車也由于溫度過高，帶出大量熱量，這部分熱量也損失在空氣中，造成熱損失，因此窯車出窯熱損失也屬于熱量支出一部分。7、固體不完全燃燒熱損失：在制品燒制過程中，由于工藝和設(shè)備控制等問題，可能會導(dǎo)致制品生燒或者外投燃料燃燒不充分，這樣這部分能源就被白白浪費(fèi)掉了，因此要計(jì)算這部分熱支出，將燒成的制品隨機(jī)抽取后進(jìn)行破碎，通過發(fā)熱量測試儀來測定制品中殘余不完全燃燒制品的發(fā)熱量，灰渣也按相同方法進(jìn)行測定。8、氣體不完全燃燒熱損失：在制品燒制過程中，可能會存在供氧不足情況，這樣，一部分碳無法充分氧化生成二氧化碳，而是氧化成為2價碳生成一氧化碳，這部分一氧化碳隨著煙氣排除窯外，帶走部分熱值，這部分未充分燃燒的碳帶走的熱值即為氣體不完全燃燒熱損失。9、窯體表面散熱：窯爐非常重要的一個性能指標(biāo)是保溫性能，一個保溫性能優(yōu)良的窯爐在窯體蓄熱、穩(wěn)定性指標(biāo)上達(dá)到先進(jìn)水平，這樣由窯體側(cè)墻和窯頂散去的熱量會保持在一個較低的值，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，對于窯體散熱的統(tǒng)計(jì)測量基本上以兩側(cè)的窯墻，窯頂和窯門窯尾放熱損失為主。具體操作方法有兩種：熱流計(jì)法和溫差法，熱流計(jì)法是通過測定單位面積內(nèi)熱流量的損失來加和計(jì)算，從而求得整個窯體的表面散熱。熱流計(jì)法在實(shí)際操作中會遇到窯體某些部位測試人員不方便到達(dá)等弊端，因此在實(shí)際應(yīng)用中，我們主要是使用溫差法進(jìn)行測定，溫度通過紅外測溫器可以很方便測得整個窯體各個部分的點(diǎn)溫度，選取溫差穩(wěn)定的一片區(qū)域作為一個計(jì)算單位（通常溫差在3-5度左右為宜），通過測試表面溫度與環(huán)境溫度的差值，再通過查表資料等獲得相應(yīng)處材料的比熱，就可計(jì)算出該區(qū)域的散熱損失，再將各個區(qū)域散熱值相加即可求得整體窯體散熱損失。10、送排風(fēng)機(jī)散熱損失：熱風(fēng)的輸送以及煙氣的排除是通過風(fēng)機(jī)輔助完成的熱風(fēng)在通過風(fēng)機(jī)的同時會通過傳導(dǎo)傳熱將熱量傳遞給給風(fēng)機(jī)，通常風(fēng)機(jī)是由金屬構(gòu)成的，金屬的傳熱能力是很強(qiáng)的，因此單位時間內(nèi)散發(fā)損失的熱量也是不容小視的，計(jì)算這部分熱損失需要查出風(fēng)機(jī)型號，計(jì)算其表面積，再通過風(fēng)機(jī)表面材料的比熱及溫度來計(jì)算其熱損失。 

11、其它熱損失：由于設(shè)備及人為因素，在熱平衡測試中，多少會有誤差，并且存在一部分不可探測的熱損失，我們把這部分熱損失稱為其它散熱損失，其計(jì)算方法是用部熱量輸入減去熱量支出的可探測計(jì)算部分，減后剩余的既為其它散熱損失，通常這部分熱量應(yīng)占到總支出熱量的5%左右，最大不得超過10%，如果計(jì)算結(jié)果顯示其它散熱損失量占總熱量收入超過10%，那么在熱量支出計(jì)算環(huán)節(jié)可能存在遺漏或者計(jì)算錯誤的情況，應(yīng)重新檢查核對。
        1.3熱平衡綜合匯總情況
        在燒結(jié)墻材制品熱平衡測試中，我們把熱量支出部分的磚坯內(nèi)水分消耗熱和化學(xué)反應(yīng)熱稱為有效熱量，評價一個窯爐的熱效率則看有效熱占總收入熱量的比值，最后轉(zhuǎn)化為百分比單位既可，對于窯體熱耗指標(biāo)評價則用單位時間內(nèi)熱量總收入除以單位時間內(nèi)燒制成品磚質(zhì)量即可求得單位產(chǎn)品能源消耗值（kgce/t）。
        最后，附上一張窯體熱平衡熱效率計(jì)算結(jié)果匯總表，來直觀反應(yīng)各項(xiàng)熱量收入，支出所占的比重，方便對窯體進(jìn)行技改，以及檢查維修。 

2. 熱平衡、熱效率計(jì)算結(jié)果匯總表