1、钢铁行业蓄热式工业炉窑热平衡测试与计算方法行业标准编制说明一 工作简况1 任务来源根据工信部工信厅科201074 号“关于印发 2010 年第一批行业标准制修订计划的通知”中规定，由中钢集团鞍山热能研究院有限公司负责组织制定钢铁行业蓄热式工业炉窑热平衡测试及计算方法行业标准。本项是根据国家节能减排精神和钢铁行业结构调研的要求，2010 年初由中国钢铁工业协会联合中钢集团鞍山热能研究院有限提出有关蓄热式工业炉窑热平衡测试与计算方法的标准项目并提交上级主管部门立项。2 工作过程2.1 开展的阶段工作立项批准后，由中钢集团鞍山热能研究院有限公司、冶金工业信息标准研究院牵头组织专家走访有关生产、设计、
2、使用、施工、测试等单位，了解国内蓄热式工业炉窑应用情况，同时收集国外有关技术资料及应用情况，并成立了标准起草小组，这些工作都为制定标准打下基础。2010 年 7 月召开标准工作组第一次工作会，讨论标准初稿，并确定工作分工；（修改）2.2 国内外情况调研从国内外蓄热式燃烧技术发展看，早在 1858 年出现了蓄热式回收余热装置，1950S考贝尔和西门子发明了炼铁炉和炼钢炉的蓄热室，而后广泛应用于热风炉和焦炉等回收烟气余热来预热空气，但由于体积庞大，蓄热体厚，换向时间长，预热温度波动大，热回收率低，无法推广应用。直到 80 年代，英国燃气公司（British Gas）开发了蓄热式烧嘴，同时期，在欧洲
3、出现的一种以陶瓷球为载体介体的蓄热式回收废热系统，1984 年英国 Hotwork 和 British Gas 公司推出的紧凑型蓄热室，均使得燃烧空气预热温度可以在工业生产条件下，稳定地达到 1000，称为 RCB 型烧嘴（Regenerative Ceramic Burner） ，主要特点是将燃烧器与蓄热室余热回收装置结合一体，介质预热温度比金属换热器高许多。1984 年首次应用于Avesta Sheffild 公司的不锈钢退火炉，1988 年在 Rotherham Engineering Steel 公司的大方坯步进梁式炉上全面应用。在英国钢铁公司（BSC）的热处理炉和步进式加热炉上也得到
4、了应用。20 世纪 90 年代初，日本一些企业利用蜂窝陶瓷体代替陶瓷球蓄热介质获得了更为有效的蓄热换热效果。这些技术大大提高了烧嘴的预热回收能力和空气预热能力，使得热利用效率显著提高，节能效果十分显著。NKK 日本钢管公司于 1996 年在福山厂热轧加热炉上全面采用蓄热燃烧技术，目前在热轧加热炉、厚板加热炉、钢管加热炉、钢包加热炉上均有采用，燃料有城市煤气，焦炉煤气，液化石油气，重油和煤油等。美国也是在二十世纪八十年代初开始研制蓄热式烧嘴，因为一个系统有两个蓄热床，故又称双蓄热床烧嘴系统。在八十年代有因兰公司在镀锌生产线上的辐射管炉中应用，Marion 钢铁公司在三段炉上应用，以及新泽西公司等
5、也在应用。中国自二十世纪八十年代也开始有国外译文介绍，八十年代中后期国内热工界也开始研究新型蓄热式燃烧技术，建立了专门的陶瓷球蓄热式实验装置。东北大学、北京科技大学、中南大学、机械部第五设计研究院、冶金部鞍山热能研究院等对此技术都有研究，但是工业应用很少。年后国内突然大量改造或新建蓄热式工业炉窑，尤其是钢铁行业为主，但是对于其热工测试及计算方法缺少相应的行业标准.3 参编单位及工作组成员本标准由冶金工业信息标准研究院负责组织协调，吸收国内有影响的设计、生产、施工、科研院所、大专院校、使用单位等参加标准的起草工作，根据工作需求确定了参加本标准起草单位为：中钢集团鞍山热能研究院有限公司、冶金工业信
6、息标准研究院、韶关钢铁集团有限公司等（修改） 。二 标准编制原则和主要内容一）制定原则及目的意义1 编制原则应体现国家的节能减排和钢铁行业振兴规划的精神，对蓄热式工业炉窑的有关范围做出规定，指导和评价这项技术应用。落实科学发展观，体现科技进步和加强市场引导。体现技术经济的精神，加强市场指导，规范市场。结合国内国外的实际情况，体现客观实际，制定合理的技术要求。2编制本标准的目的和意义国内自二十世纪九十年代末期将蓄热式燃烧技术开始应用于对空气和煤气进行双预热并获得了成功，其良好的节能效果引起热工界的高度关注，2000 年后国内开始大量应用蓄热式燃烧技术改造或新建各种工业炉窑，此种现象在钢铁行业尤为
7、明显。由于对于这项全新的节能新技术缺少相关标准，国内钢铁企业在选择和应用该技术的过程中容易出现较多的问题。新型蓄热式炉的热平衡测试及计算至今仍没有一个比较规范的标准，工程评估中多以80 年代制定的其他加热炉测试计算标准为参考进行计算和测试工作。随着国家节能减排的相关政策的出台，统一并完善制定出蓄热式工业炉窑的热平衡测试及计算标准显得尤为重要。目前，国内对蓄热燃烧技术研究主要着重于燃烧机理、传热机理、蓄热体阻力特性等理论研究,缺少对其热平衡测试方面深入规范的研究，行业内急切需要相关的应用标准，以正确引导该技术的应用，促进钢铁行业工业炉窑的健康发展。基于上述原因，为了保护和改善生态环境与生活环境，
8、实现钢铁行业节能减排，充分回收工业炉窑的高温烟气余热，提高工业炉窑热效率，减少烟气对大气的污染或公害，充分发挥蓄热式燃烧技术的节能和环保效果，特制定本标准。 二）标准技术内容本标准内容分九章，以下结合各章内容分别作出说明1.主题内容及适用范围本章主要对标注目的、意义、适应范围等作出规范. 1.1 为评价蓄热式工业炉窑热量的利用状况，确定蓄热式工业炉窑热效率等技术经济指标；为改进炉子热工操作与设备结构、改进工艺流程、生产管理；为制定规划、设计炉子等提供重要依据，特制订本标准。1.2 本标准适用于钢铁行业蓄热式工业炉窑的热平衡测定与计算，也可供有色、陶瓷等行业的蓄热式工业炉窑热平衡测定与计算的参考
9、。1.3 结合蓄热式工业炉窑的应用情况，本标准的蓄热式工业炉窑燃料以气体燃料、液体燃料为主。2.引用标准下列标准通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 6284-2006 化工产品中水分测定的通用方法 干燥减量法GB 384-1981 石油产品热值测定法 GB/T 17040-1997 石油产品硫含量测定法(能量色散 X 射线荧光光谱法)SH/T 0172-2001 石油产品硫含量测定法(
10、高温法)GB 476-2001 煤的元素分析方法GB 508-1991 石油产品灰分测定法 GB 1884-2000 原油和液体石油产品密度计法GB 1885-1998 石油计量换算表GB 2586-1991 热量单位符号与换算GB 2587-2009 用能能量平衡通则GB 2588-2000 设备热效率计算通则术语为统一行业关于蓄热式工业炉窑热平衡测试与计算方法中所涉及的说法，在标准中规定不会引起歧义，特将经常出现的专业名词加以提出，并给于定义。本标准中提出了 2 个术语。YB/T4209-2010 中确立的术语和定义适用于本标准.3.1 气体预热温度供热过程中，气体流经蓄热室内蓄热体后的气
11、体温度。3.2 蓄热室排烟温度排烟过程中，烟气流经蓄热室内蓄热体后的烟气温度。热平衡测定与计算基准为规范蓄热式加热炉测试的统一性，在基准温度、燃料发热量、热平衡测定的范围、热平衡测定的时间、热平衡计算单位等进行规定。4.1 基准温度采用环境温度，即蓄热式工业炉窑车间的平均温度。4.2 燃料发热量对液体燃料采用应用基低（位）发热量，对气体燃料采用湿煤气的低（位）发热量。4.3 热平衡测定的范围根据需要和可能，做全炉（包括蓄热回收装置）或（和）炉膛热平衡的测定与计算。4.4 热平衡测定的时间在入炉物料品种及规格不变、炉子工况稳定的情况下连续测定。热平衡测定限定在 8 小时内完成，测定次数不能少于
12、2 次，每次为 1 小时。温度、压力、流量等参数的测定每小时不少于 4 次，然后取平均值。4.5 热平衡计算单位以每吨入炉钢坯的热量即 kJ/t 为计算单位。5 设备及炉子概况、炉子近期生产情况通过调查表模式对设备及炉子概况、炉子近期生产情况进行统计。5.1 设备及炉子概况包括轧机概况、型号、作业率、设计年产量、实际年产量、主要产品规格、加热炉概况、座数、每座年加热量、每座小时加热量、炉底有效尺寸（有效炉长*炉内宽） 、各部位所用耐火材料种类、燃料、燃烧装置、钢坯、炉底管、蓄热室、余热锅炉、鼓风机、引风机、炉体、推钢机、步进机构、烟囱、热工仪表测定时记录、修炉情况、热量单耗等。5.2 炉子近期
13、生产情况包括加热时间、升温时间、保温时间、停炉时间、月加热钢坯量、平均小时加热钢坯量、主要加热钢种规格、加热钢坯月平均单重、使用燃料种类及低发热量、月耗燃料量、平均单位热耗、炉子交替作业情况、炉子是否正常生产。6 测定的准备对测试前熟悉设备、方案制定、测定队伍、检修设备与准备测定仪器和工具、准备测定表格、测定时机、预备性测定等方面进行规定。7 测定步骤对于测定步骤进行规定，包括五步分别是：7.1 根据测定方案，在预定部位安装测定装置。7.2 按测定内容进行测定与记录。7.3 采用以测量为主，现场观察及控制中心记录数据为参考的方法，对所测数据进行分析整理，并按本规定的计算方法进行计算。7.4 对
14、测定结果进行分析讨论，并对测试加热炉提出改进建议。7.5 向有关部门提出测定报告。8 测定内容、部位与方法在测定内容和测定部位与方法两方面对测试项目进行规定。8.1 主要测定内容包括气象状况、燃料、空气、雾化剂、钢坯、氧化铁皮、烟气、炉体各部、开启炉门孔、冷却水、汽化冷却、附件、各段炉气成分、沿炉长方向温度及压力分布等内容。8.2 测定部位与方法8.2.1 燃料对燃料的用量测定、燃料的取样与分析、燃料低（位）发热量 或 的测定方法、yDWQS燃料压力测定、燃料温度的测定进行测定部位及方法上规定。8.2.2 助燃空气对空气流量的测定、空气湿度测定进行测定部位及方法上规定。8.2.3 蒸汽雾化剂对
15、蒸汽雾化剂进行测定部位及方法上规定。8.2.4 钢坯对钢坯重量测定、钢坯温度测定、氧化铁测定进行测定部位及方法上规定。8.2.5 烟气对烟气取样和分析、烟气量测定、出炉烟气温度测定、烟气含碳浓度的测定进行测定部位及方法上规定。8.2.6 炉膛温度和压力对炉膛温度测定、炉膛压力测定进行测定部位及方法上规定。8.2.7 炉体等表面温度与热流对测量炉体、排烟装置和炉膛至排烟装置间空气、煤气（或烟气）管道等表面温度与热流的测定部位及方法进行规定。8.2.8 炉门及孔洞对测量出炉门及孔洞的高度、宽度及孔洞炉气的取样分析、温度与压力的测定方法进行规定。8.2.9 冷却水对冷却水耗量测量、冷却水温度测定进行
16、测定部位及方法上规定。8.2.10 汽化冷却对蒸发量测定、蒸汽温度、压力及给水温度测定、蒸汽温度的测定进行测定部位及方法上规定。9 计算方法9.1 热收入项目的计算对燃料燃烧的化学热量（燃料用量、燃料的低（位）发热量） 、燃料带入的物理热量、空气带入的物理热量、雾化蒸汽带入的物理热量、钢坯带入的物理热量、钢坯氧化反应热量、收入热量总和进行计算上的规定。9.2 热支出项目的计算出炉钢坯带出的物理热量、烟气带出的物理热量（实际烟气量计算、烟气平均比热计算） 、化学不完全燃烧损失的热量、机械不完全燃烧损失的热量、烟气中残碳损失热量、炉子附件的吸热量、炉体表面散热量、炉门及孔洞辐射的热量、炉门及孔洞逸
17、气损失热量（逸气物理热量、逸气化学热量） 、冷却水的吸热量、汽化冷却的吸热量、氧化铁皮带出的物理热量、蓄热室表面散热量、炉膛至蓄热室间的烟道散热量、余热空气（或煤气）管道及蒸汽管道散热量、外供热量、差值、支出热量总和进行计算上的规定。9.3 循环热量计算回收并用于加热路上的（例如预热空气或煤气的）循环热量及其总和，同时算出其占收入热量总和的百分数。9.4 热平衡表将全炉（包括蓄热回收装置）或炉膛热平衡各收、支项热量的计算结果列入热平衡表中。9.5 热效率规定全炉热效率及炉膛热效率的计算方法。9.6 主要技术经济指标规定小时产量、炉底强度、供热强度、单位热耗的计算方法并填入技术经济指标统计表中。
18、三、 标准中不涉及专利内容四 、产业化情况、推广应用论证、经济效果产业化情况与推广应用论证据相关研究单位分析，蓄热式燃烧技术市场容量高达 2500 亿元以上，部分行业情况如下：火力发电行业：电力部、各省市的火力发电厂，各大型企业的自备电厂，造纸厂的回收锅炉等共 6000 余台发电锅炉（燃煤、燃油、燃气） 。石油、化工行业：4000 台炉冶金、机械、有色行业：各种工业炉近 6 万台。陶瓷、玻璃行业：15000 台。民用热水、蒸汽、采暖行业：全国有 20T/H 以下民用、工业、生活锅炉近 50 万台的市场容量。经济效果对于钢铁行业工业炉窑，采用蓄热式燃烧技术带来的直接经济效益主要是节省燃料。本标准有助于量化蓄热式工业炉窑的节能效果和评定，推进蓄热燃烧技术的发展。五，本标准作为国家有关技术法规和技术标准协调一致，没有冲突。六本标准为推荐性标准，七. 标准实施和措施本标准应由工信部牵头，由标准技术归口单位作为技术支持单位大力开展蓄热式燃烧技术标准的实施，促进该技术的合理应用，实现节能减排工作。基于目前该技术在国内应用中出现的一系列问题，建议组织有关专家对标准进行宣传，根据自愿原则，对相关单位人员进行分批技术培训，在正确理解该标准内容的基础上，逐步帮助使用单位解决生产建设中遇到的技术问题充分发挥蓄热式燃烧技术的节能和环保效益
