1、火焰加热炉节能监测方法 (GB/T15319-1994)第一节 主题内容与适用范围 1. 标准规定了火焰加热炉能源利用状况的监测内容、监测方法和合格指标。加热炉的热源来自煤、油、气、电，除电炉外，燃煤、燃油、燃气加热炉是以煤、油、燃气的燃烧作为热源进行加热的，通称为火焰加热炉。火焰加热炉广泛应用于国民经济的各个行业，尤其是冶金、机械、兵器、铁路、交通等部门更为集中，其耗能量均占各行业总耗能量相当大的比例。标准在编制中着力突出了“节能监测”的特点，体现节能监测的技术执法职能。标准既要区别于相关的管理标准、方法标准和行政法规，又要与相关的标准、行政法规相呼应和衔接。对监测项目和监测合格指标的确定，
2、既要参照已颁布的相关标准，又要结合火焰加热炉的特点及现状。例如，本标准中炉体外表面温度的监测合格指标就是部分采用了GB3486评价企业合理用热技术导则中的规定。这是由于绝热保温材料的发展和普遍采用，炉体外表面温度已普遍下降，因此，在本标准中对此指标作了部分调整。又如确定排烟温度监测合格指标时，考虑到火焰加热炉余热回收装置的设置不一定在经济上都是合理的，因此也是部分采用了评价企业合理用热技术导则中的指标。标准中确定的监测项目应能全面、真实地反映出炉子的整体运行状况，并能从中查找分析出炉子所存在的问题。根据对火焰加热炉的监测要求和前述火焰加热炉的节能主要途径，参考加热炉热平衡测算的项目，确定了本标
3、准中的监测项目，即排烟温度、空气系数、炉渣含碳量(指燃煤的火焰加热炉)、炉体外表面最高温度和可比单位燃耗等五项。对火焰加热炉来说，监测这五个项目基本上能反映出炉子的整体运行状况，并能据此提出改进的建议。火焰加热炉的节能监测与火焰加热炉的热平衡既有联系又不尽相同。火焰加热炉的热平衡是炉子的热量收入和热量支出的平衡，通过测算炉子的有效利用能量及各项热损失，计算出炉子的热效率；通过对各项热损失的分析，找出炉子存在的问题，提出改进的意见和建议。根据前些年的炉子进等级的经验，对节能监测没必要与炉子的热平衡等同要求。本标准中所确定的监测项 目抓住了炉子运行中能源利用的主要矛盾，能够满足监测的执法要求，而且
4、节约了大量的人力、物力和财力。2. 标准适用于炉底有效面积大于或等于 0.5 平方米的火焰加热炉。由于各行业的及各种用途的火焰加热炉热负荷相差较大，以加热炉热负荷来规定节能监测的起始点其复盖面不易掌握，因此，标准中只给出了适用于本标准的最小炉底面积(即炉底面积大于或等于 0.5m2 的火焰加热炉)。通过调查表明，此规定 可符合大部分行业的实际情况。3. 标准不适用于火焰热处理炉。火焰热处理炉与火焰加热炉由于加热目的不同，加热工艺、能源单耗差别较大，所以在标准中规定了“本标准不适用于火焰热处理炉”。火焰热处理炉的节能监测标准需另行制定。第二节 火焰加热炉节能监测项目 1. 排烟温度。治金、机械等
5、工业部门的火焰加热炉，从炉尾排出的烟气温度高达 6001100，排烟热损失通常为 3050%。出炉烟气带走热量的大小要机取决于出炉烟气量和烟气温度。出炉烟气量越大，烟气温度越高，烟气带走的热量就越多。例如：燃耗为 209104 千焦/吨的加热炉，烟气温度每降低 100可节约燃料 45%。排烟热损失对火焰加热炉热效率的影响很大，所以排烟温度是衡量火焰加热炉热效率的重要指标之一,也是烟气余热的回收在火焰加热炉的节能措施中也占有重要地位。2. 空气系数。空气系数过大或过小都会造成燃料的浪费：空气系数过大，因烟气量的增加，排烟热损失增大，造成燃料浪费；空气系数过小，则会因为燃料燃烧的不完全，造成燃料的
6、浪费。在炉用燃料不变的情况下，改善燃烧技术，适当降低空气系数是减少烟气量的有效途径。当烟气温度一定时，随空气系数的增加，排烟热损失呈直线性增大。而采用低空气系数燃烧，废气的热量值小，理论火焰温度高，也就是被加热钢料的热势能高，其节约燃料的效果明显，并能减少氮氧化物。例如：当烟气温度为 700时，空气系数每降低 0.1，燃料节约约为 3%；烟气温度为 900时，空气系数每降低 0.1，燃料节约约为 5%。所以空气系数列为了需要监测的指标。3. 炉渣含碳量(指燃烧火焰加热炉)。一些技术发达国家的工业炉已基本不用煤直接作为燃料，尤其对温度要求高、加热质量要求严的炉窑，主要使用各种气体燃料和液体燃料。
7、我国工业炉燃料构成比例各行业不同，除工艺要求用固体燃料外，总的趋势是气体燃料和电热逐渐增加，而煤和油所占的比例逐渐下降。火焰加热炉使用的固体燃料主要是煤，少数炉子使用粉煤。燃煤火焰加热炉炉渣含碳量是直接考核火焰加热炉燃料利用状况的重要指标。由于炉渣含碳量而造成的热损失一般为 35%。对火焰加热炉的节能降耗有一定的影响。炉渣含碳量一般与入炉煤的粒度、燃料在炉内停留时间、空气系数等因素有关。此监测项目只是针对燃煤火焰加热炉而设立的。4. 炉体外表面温度。火焰加热炉炉墙一般是由耐火层和隔热保温层组成，其热损失一般包括散热损失和蓄热损失两部分。散热损失主要是指通过炉衬传导至炉体外表面而散发到炉子周围的
8、热量；蓄热损失是指炉子在生产过程中炉体本身被反复加热冷却而消耗的热量，这两部分热量的损失占炉子总能耗可达 20%以上。例如：一座炉底面积为 100m2 的中型连续式加热炉，炉墙的散热损失每年消耗 600700 吨重油，占炉子油耗总量的 58%, 所以炉体外表面温度是判断分析火焰加热炉的重要参数。该参数的监测也是如何采用炉体绝热保温措施减少这两部分的热量损失的重要依据。5. 可比单位燃耗。本标准将“可比单耗”列为监测项目，而没有采用“热效率”指标，是考虑到以下几个方面：(1)许多行业在能源管理工作中都制订了“能耗分等”或与此相类似的标准，在这些标准中大多是以“可比单耗”这个指标对企业的炉窑站房或
9、工序等进行分等考核的。通过前些年在各行业中普开展的炉窑站房进等级、企业节能升级活动的实践，证明了用“可比单耗”指标进行考核是行之有效的，其方法简便、可操作性强，得到各方面的认可，在各行业中已经有了较广泛的基础。(2)采用“可比单耗”指标进行考核便于不同行业、不同工作制度的同一类型火焰加热炉按照同一合格指标进行节能监测的评价，增加了可比性，便于各行业普遍采用。(3)在能源管理工作中有效能的计算往往比较复杂，影响因素较多。用“可比单耗”指标考核相对来说能够更精确些，更能接近实际，更能真实反映炉子的实际运行状况。基于以上各点，本标准将“可比单耗”列为监测项目。总之，以上五个监测项目基本上能够比较全面
10、地反映出火焰加热炉的实际运行状况，从节能监测的角度来看，此五个监测项目已基本可以满足对火焰加热炉的监测要求。第三节 火焰加热炉节能监测方法 为了使测试数据能够比较准确地反映出炉子的实际运行工况，并增加可比性，有必在在标准中对监测方法作出统一的规定。本标准中所列的监测方法是与炉子热平衡中的测试方法是基本一致的。1. 监测应在火焰加热炉处于正常生产实际运行工况下进行。标准规定了火焰加热炉的各项监测应在火焰加热炉处于正常生产实际运行工况下进行，以排除因炉子出现故障、炉内装填量明显不合理、炉子运行的各项技术参数与正常运行的技术参数偏离较大等以及其它不适于监测的炉况。使监测结果能反映炉子正常生产的实际运
11、行水平。2. 监测时间：连续运行的火焰加热工况达到稳定状态开始，监测时间应不少于 2 小时，间歇性火焰加热炉监测时间为一个加热周期。除化验分析以外的测试项目每隔 1520 分钟读数记录一次，取算术平均值。根据统计分析, 为了保证测试数据的真实性和代表性，标准规定了监测时间及读数记录的时间间隔和计算方法。对于连续运行的火焰加热炉强调了测试应从热工况达到稳定状态开始，读数记录 6 组以上，即监测时间不少于 2 小时。对读数记录时 间间隔的规定是为了避免由于测试中读数记录的次数过少而造成较大的误差。3. 监测所用的仪表应能满足监测项目的要求，仪表必须完好，并应在检定合格周期内，其准确度不低于 2.0
12、 级。标准中规定监测所用的仪表应能满足监测项目的要求，仪表必须完好，并应在检定合格周期内，其准确度不应低于 2.0 级, 但没有对监测所需使用的计量器具的种类作具体规定。这是因为首先一个项目的测试往往可以使用不同类型的仪表，而且新型的、更适合用于监测工作的仪表不断出现。其次各监测单位仪表的装备水平相差较大，在仪表装备水平上强求一致也不太现实。在目前状况下，为了使监测工作能够顺利开展起来，只能要求监测仪表能够满足对该测试项目准确度的要求和技术要求，能够达到监测目的即可。这样规定比较符合目前监测单位仪表装备水平的现状。4. 排烟温度排烟温度的测点应布置在烟道截面上烟气温度比较均匀的位置上。根据炉子
13、的大小，一般可布置在炉体烟气出口 12 米的烟道上；设有余热回收装置的火焰加热炉测点可布置在余热回收装置烟气出口 0.5 米左右处。测温探头应插至烟道横截面的中心位置。排烟温度的监测方法中关键之一是测点位置的选择。为了使测量的烟气温度更接近实际，测点应布置在烟气温度较均匀处，且测点距烟气出口的距离不宜太远。排烟温度的测点还要与烟气取样点布置在同一烟道截面上。由于排烟温度与空气系数有关，因此测量排烟温度应与烟气取样同步进行。5. 空气系数5.1 烟气取样点应与排烟温度测点布置在同一烟道截面上，烟气取样和测温应同步进行。5.2 空气系数用下式计算：=式中：Q2、RO2、CO、CH4、H2干燃烧产物
14、的百分含量，%。对于固体燃料和液体燃料不分析 H2 和 CH4。上公式对采用固体燃料，液体燃料均适用，而且又能满足监测要求的计算公式：对用于固体燃料和液体燃料时不分析氢和甲烷，则该公式可简化为通常使用的空气系数计算公式：=6. 炉渣含碳量(使用燃煤火焰加热炉)6.1 灰渣的取样应注意均匀性和代表性。灰渣的取样、缩制方法可按照 GB/T10180 附录A(补充件)进行；化验分析按照 GB212 进行。6.2 原始灰渣样数量应不少于总灰渣量的 2%，当煤的灰分 Ag40%时，原始灰渣样数量应不少于总灰渣量的 1%，但总灰渣样数量应不少于 20 千克。当总灰渣量少于 20 千克时应予全部取样。缩分后
15、的灰渣样数量应不少于 2 千克，1 千克送检，1 千克封存备查。有的单位在测试过程中灰渣取样的操作不认真不规范，所取样品缺乏代表性，使化验结果不可信，造成较大的误差，直接影响测试结果的准确性。在本标准中特别强调了灰渣取样的均匀性和有代表性, 实际操作中关键是认真二字。7. 炉体外表面温度7.1 炉体外表面温度测点的布置应具有代表性，一般应按炉内温度区段均匀布设，视炉体外表面面积的大小，一般取 0.52 平方米一点。测得的炉体外表面温度取其最大值为监测结果。在一些标准中对火焰加热炉炉体外表面温度的测试有两种提法，其一为测试炉体外表面最高温度，其二为测试炉体外表面温升。本标准中采用了测试炉体外表面
16、最高温度，这是考虑到：GB3486 中采用的是炉体外表面最高温度指标，本标准的编制原则是应尽量与已公布的国家标准相呼应和衔接；影响环境温度的因素较多，情况比较复杂，而炉体外表面的温度只要测点布置得合理，一般误差较小。在数据的处理上选取各点数据平均值中的最大值为监测结果。7.2 测点布置应避免受高温辐射和溢气的影响，窥视孔、炉门、烧嘴孔、热偶孔、上烟道及余热器附近边距 300 毫米范围内不应布置测点(特殊情况除外)。由于火焰加热炉类型较多，炉体外表面面积相差的也较大，因此在标准中对测点的数量只提出：“视炉体外表面面积的大小，一般取 0.52 平方米一点”，炉子较小时取接近下限，炉子较大时取接近上
17、限。标准中强调了测点的布置应具有代表性、应避免受高温辐射和溢气的影响，测点一般应按炉内的温度区段均匀布置，这样使测试数据较真实、可信，符合统计规律，也增加了测试结果的可比性。8. 可比单位燃耗8.1 以不少于一个生产周期的合格加热工件折合质量计算的单位产品燃料消耗称为可比单位燃耗，简称可比单耗。8.2 可比单耗的测试项目及计算方法参照行业能耗分等标准进行，燃料的取样、化验按照GB212、GB10180 进行。关于火焰加热炉可比单耗的计算方法，由于各个行业在制订能耗分等标准或可比单耗等级标准时可比单耗的计算方法尽管思路大致相同，但在具体计算方法上却不尽一致；火焰加热炉的类型较多，许多行业都制订了
18、本行业中量大面广的炉子或专用炉子的可比单耗等级标准；各行业在制订可比单耗等级标准时对可比单耗的计算方法都作了详细的规定和说明。鉴于上述各点，在本标准中没有规定统一的可比单耗计算方法，而只规定了“可比单耗的测试项目及计算方法参照行业能耗分等标准进行”。这样规定既照顾到各行业的具体情况，使其在能源管理中有连续性，又能满足监测的需要。因为不同行业同一类型火焰加热炉的可比单耗一般都很接近，所以本行业没有制订可比单耗等级标准的，可比单耗的计算可参照相关行业、同类型火焰加热炉的标准进行。第四节 火焰加热炉节能监测合格指标 标准中的监测合格指标是根据 GB3486评价企业合理用热技术导则中的有关规定、参考部
19、分行业和地方标准、通过对有代表性企业的技术调查及对统计资料的分析、征求了专家的意见、结合我国目前企业中火焰加热炉耗能的实际情况，经过综合分析比较而确定的。监测合格指标的复盖面如果能达到大约 70%以上，就可基本符合我国火焰加热炉耗能的现状，并有利用促进企业能源管理工作的发展。1. 凡设置余热回收装置的火焰加热炉排烟温度合格指标见表 1，其它火焰加热炉排烟温度合格指标由各级节能主管部门确定。表 1 火焰加热炉排烟温度合格指标烟气出炉温度 500 600 700 800 900 1000 1000使用低发热量燃料时 350 400 460 530 580 670 710470排烟温度 使用高发热量
20、燃料时 340 380 440 510 560 650 670400注：低发热量燃料是指高炉煤气、发生炉煤气及发热量低于 3360 千焦/标米 3 的混合煤气；高发热量燃料是指天然气、焦炉煤气、煤、重油等。余热回收装置的设置要建立在技术经济分析的基础上，不但技术上要可行，而且经济上也要合理。标准中表 1 给出了设置余热回收装置的火焰加热炉排烟温度的监测合格指标。此指标采用了 GB3486评价企业合理用热技术导则的表 A7“工业炉窑余热资源回收率”中排烟温度的指标。由于炉子类型较多，具体情况又比较复杂，制定一个统一的排烟温度合格指标比较困难。因此，在标准中规定：“其它火焰加热炉排烟温度合格指标由
21、各级节能主管部门确定”。也就是说该指标暂由各有关部门本着节能的原则，根据具体情况来确定。但要避免指标定的过高或过低，指标定的过高影响企业的积极性，定的过低达不到监测的目的。2. 空气系数合格指标见表 2。表 2 火焰加热炉空气系数合格指标燃烧方式 空气系数燃料种类固体燃料 2.0液体燃料 高压喷嘴低压喷嘴 1.251.20气体燃料 有焰燃烧无焰燃烧 1.251.05(1)通过调研，认为火焰加热炉空气系数合格指标中燃烧方式的分类以液体燃料按高压喷嘴和低压喷嘴分类，气体燃料按有焰燃烧和无焰燃烧分类比较合适，本标准即按此进行分类。由于燃烧方式分类方法不同并结合火焰加热炉的特点及现状，本标准中空气系数
22、的合和指标与 GB3486评价企业合理用热技术导则中的规定略有出入，两者的比较见表 3 和表4。表 3 (GB3486 表 A2) 工业炉窑空气系数燃料种类 燃烧方式 空气系数煤 机械化加煤 人工加煤 1.21.41.31.5粉煤 人工调节 1.151.25重油 自动调节人工调节 1.11.21.151.25气体燃料自动调节人工调节喷射式调节1.051.151.11.21.031.10表 4(本标准表 2) 火焰加热炉空气系数合格指标燃料种类 燃烧方式 空气系数固体燃料 2.0液体燃料 高压喷嘴低压喷嘴 1.251.20气体燃料 有焰燃烧无焰燃烧 1.251.05(2)针对目前大多数企业的设备
23、状况、人员操作水平等具体情况，根据对调查资料的分析，在标准中将固体燃料的空气系数合格指标适当放宽了，这些较符合当前企业的实际状况。(3)由于炉子和燃烧技术的改进，空气系数可以进一步降低，从而进一步降低燃料消耗，因此空气系数合格指标中没有规定指标的上限。当然空气系数也不能过小，否则因燃料燃烧不完全，也会造成燃料的浪费。要保证燃料在比较小的空气系数下能够完全燃烧，就需要改进和完善燃烧系统和进行正确的燃烧操作等。3. 燃煤火焰加热炉炉渣含碳量合格指标见表 3。表 3 燃煤火焰加热炉炉渣含碳量合格指标煤种 烟煤 贫煤 褐煤 类无烟煤 其它煤种炉渣含碳量% 20 25燃煤火焰加热炉炉渣含碳量合格指标是在
24、分析调查和统计资料的基础上并参考其它有关标准而确定的。在制订过程中充分考虑到了火焰加热炉目前的运行水平。随着燃烧技术的进步、炉子的不断改进、操作水平和管理水平的提高，炉渣含碳量会逐步降低。4. 炉体外表面最高温度合格指标见表 4。表 4 火焰加热炉炉体外表面最高温度合格指标炉内温度 墙温度 炉顶温度70090011001300150050708510011590105125140160GB3486 附录 A 表 A6 所列工业炉窑炉体外表面最高温度，是不同的炉内温度所对应的侧墙和炉顶外表面温度指标，是考虑到目前实际使用的炉子砌体材料性能规定的。由于耐火和保温隔热材料的发展、新型炉墙的采用等因素
25、，炉体外表面温度是呈下降趋势，炉墙外表面温度可能低于上述标准中的温度指标。通过调查普遍反映炉顶外表面最高温度的合格指标宜适当放宽些，较符合目前企业中火焰加热炉的现状。因此，通过对调查资料的统计分析，将该项指标 GB3486 附录 A 表 A6 的基础上作了部分调整，确定了本标准的炉体外表面最高温度监测合格指标。GB3486 与本标准炉体外表面最高温度合格指标的对比见表 5和表 6表 5(GB3486 表 A6) 工业炉窑炉体外表面最高温度 ()外表面最高温度炉内温度 侧墙 炉顶700 60 80900 80 901100 95 1051300 105 1201500 120 140表 6(本标
26、准表 4) 火焰加热炉炉体外表面最高温度合格指标 ()炉内温度 侧墙温度 炉顶温度700900110013001500507085100115901051251401605. 可比单耗合格指标5.1 锻造加热炉可比单耗合格指标见表 5。表 5 锻造加热炉可比单耗合格指标锻件种类 可比单耗(千克标煤/吨)水压机锻件自由锻件 700模锻件 650注：锻造加热炉可比单耗的计算方法参见 ZB J01 0035.2 轧钢加热炉可比单耗合格指标见表 6。表 6 轧钢加热炉可比单耗合格指标加热炉类型加热炉可比单耗千克标煤/吨(坯)锭 备注700 大型 110 不包括均热炉430650 开坯 100 4006
27、50 中型材 107 400 以下小型材及窄带 100坯料7575mm2，Ki=1.05，不适用于连轧，半连轧线材 90 同上中厚板及 12001700 连轧 140 无缝加热炉 180 只考核环形炉和斜底炉薄板火成材 150 如多火成材，只考核第一次注：轧钢加热炉可比单耗的计算方法参见冶金部(88)冶能字第 083 号“轧钢加热炉可比单耗等级标准”。5.3 其它类型火焰加热炉的可比单耗合格指标可参照有关行业的能耗分等标准中的三等炉下限指标。炉窑能耗分等行业标准一般是根据炉子的可比单耗对炉子进行分等考核的。行业标准中的可比单耗指标是在本行业内(有的涉及到其它行业)进行了广泛的调查和统计分析，按
28、可能达标炉子的百分比来确定的。炉窑能耗分等一般都分为一、二、三等，有的标准还规定了特等炉指标，可比单耗达不到三等炉指标的炉子为等外炉。按机械、电子等行业能耗分等标准对炉窑进行考核，70%以上的炉窑能达到三等炉及三等炉以上的指标。从能源管理的角度来说，等外炉一般不能认为是监测合格的炉窑，必须从各方面加以改进，使炉子的可比单耗起码能达到三等炉下限的标准。所以在本标准中可比单耗的监测合格指标是按能耗分等标准中三等炉下限指标确定的。需要说明的是，虽然目前不进行炉窑进等级及企业节能升级活动，但实践证明，各行业的炉窑能耗分等标准是比较符合当前我国炉窑用能现状，对企业在炉窑用能管理上是有指导意义的。第五节
29、火焰加热炉节能监测结果评价 1. 本标准规定的火焰加热炉监测合格指标是监测合格的最低标准。节能监测单位应以此作出合格与不合格的评价。全部监测指标同时合格方可视为“节能监测合格火焰热炉”。监测合格指标的制订是参照了相关的各项标准和规定，注意了监测合格复盖面的选取，考虑到了火焰加热炉运行的各个方面，所定指标基本都是最低标准。因此，在监测结果的评价中要严格控制、不宜突破，使监测结果评价有统一的标准，增加可比性。火焰加热炉经监测后，监测单位需明确作出合格或不合格的评价，并提出改进建议。对监测不合格者，监测单位还应作出能源浪费程度的评价报告及按照行业或地方的规定提出明确的处理意见，为节能主管部门提供对监
30、测不合格单位进行处理的依据。炉子在实际运行中各项技术参数是相互影响的，每个单项指标都不能全面地表明火焰加热炉总体的运行状况，而节能监测是从总体的角度来检查炉子能源利用状况的。因此，标准中规定：全部监测指标同时合格方可视为“节能监测合格火焰加热炉”。其中一项不合格即为“节能监测不合格火焰加热炉”。2. 对监测不合格者监测单位应作出能源消浪程度的评价报告和提出改进建议。节能监测报告中要求列出监测合格指标，一方面是为了明确监测结果评价所依据的指标，避免指标选用不当，同时也便于监测结果评价时将监测数据与合格指标对照，各项目监测是否合格一目了然。为了便于上级主管部门和被监测单位参考，报告中“评价结论、处理意见及建议”栏要填写完整，评价结论准确，处理意见符合有关规定，所提出的建议中肯、具体、可行，避免空洞无物。
