style="width:2.83326in;height:0.63998in" /> (3) 本文是学习GB-T 32971-2016 钢铁行业蓄热式钢包烘烤系统热平衡测试与计算方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了蓄热式钢包烘烤系统的热平衡测试的术语和定义、热平衡测试与计算基准、测试的准
备、测试步骤、测试内容及方法、计算方法。
本标准适用于钢铁行业以气体为燃料的蓄热式钢包烘烤系统的热平衡测试与计算。
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件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
YB/T 4209—2010 钢铁行业蓄热式燃烧技术规范
YB/T 4209—2010 界定的术语和定义适用于本文件。
采用蓄热式钢包烘烤器所在车间内距离烘烤器1 m 处的环境温度。
采用湿煤气的收到基低(位)发热量。
测试范围为蓄热式钢包烘烤系统，包括烘烤器、空气管路、煤气管路、排烟管道及被烘烤的钢包。
热平衡测试的时间应与钢包烘烤的时间相一致，测试应在烘烤器工作稳定的情况下连续测试。温
度、流量、压力等参数的测试不少于4次，然后取平均值。
以每小时消耗的热量为计算单位，即kJ/h。
熟悉烘烤器及相关设备的结构、性能、操作与运行情况(参见附录 A),
并了解生产工艺及包衬烘烤
GB/T 32971—2016
曲线等。
根据烘烤钢包的不同，可按在线或离线、立式或卧式等分别制定测试方案，并选取满足测试要求的
钢包进行测试。
根据测试方案组织测试人员。测试工作由专业技术人员指挥，按工作需要对测试人员进行分工，并
进行现场安全和测试技术的培训。测试时应严格遵守现场的安全生产制度。
测试前应对烘烤器本身及相关设备进行必要的检修，对选定用于测试的钢包进行检查，以保证测试
工作的顺利进行。准备好测试仪器及所需工具，对现场已有的仪表及各种便携式测试仪器进行校正，达
到测试要求的精度。现场无计量装置时应在测试前安装计量装置。
测试前及测试过程中烘烤器系统工作应正常。
正式测试前应进行必要的预备性测试，验证测试方法的准确性和测试手段的可靠性。
根据测试方案，在预定部位安装测试装置。按测试内容进行测试与记录。采用以测量为主，现场观
察及控制中心记录数据为辅的方法，对所测数据进行分析整理，并按本标准的计算方法进行计算。对测
试结果进行分析并提供测试报告。
主要测试内容参见附录 B。
7.2.1.1 燃料的用量
燃料的用量可由工厂现有的计量装置读取。
7.2.1.2 燃料的取样分析及发热量测定
取样：在燃烧器前燃料管道上的取样孔进行取样，
一般每小时取一次。如果燃料成分波动较大，可
适当缩短取样间隔时间，取样次数不少于3次。
成分分析：用气相色谱或等同精度的仪器进行测定。
含水率：用吸水法或露点法测定。
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发热量：根据气体分析成分及含水量换算成湿成分，然后计算出气体燃料低(位)发热量。
7.2.1.3 燃料压力
从现场接近燃烧器前的直管道上仪表读取。
7.2.1.4 燃料温度
对于单蓄热烘烤系统，燃料无预热。从现场接近燃烧器前的直管道上仪表读取或按环境温度计算。
对于双蓄热烘烤系统，燃料预热时应在测试前在燃料预热管路上预留测试孔用热电偶测定。
7.2.2.1 空气流量
从现场接近燃烧器前的管道上仪表读取。若无法计量可用皮托管和 U
型压力计测出动压后，用公
式计算出来。
7.2.2.2 空气湿度
用干湿球温度计测出相对湿度，再换算成绝对湿度。
7.2.2.3 空气预热温度
在空气预热管路上开孔，用热电偶进行测定。
7.2.3.1 钢包内壁温度
钢包内壁初始温度用红外测温仪器进行测试，每平方米测点不少于5个，取平均值。钢包内壁烘烤
终了温度取钢包内烘烤终了时包内气体温度值。
7.2.3.2 钢包外壁温度
采用红外测温仪器进行多次连续测试，每平方米面积上测点不少于5个。
7.2.3.3 烘烤时钢包内气体温度
采用热电偶伸入包内进行测定。测点应位于包中下部，且应尽量避免火焰对测试造成的干扰。如
无法实现，可采用包盖上热电偶读数。
7.2.4.1 烟气取样和分析
外排烟气的取样位置应在换向阀后和烟囱之间，接近排烟换向阀处的烟气直管道处取有代表性的
样。取样点应选择气流平稳处，管道避免有急剧变化(如弯头、变径等)。具体位置应满足距离急剧变化
处都大于6倍管径的直管段处。建议采用便携式或在线烟气分析仪，每小时最少测试3次。亦可采用
直接取样装袋送实验室进行成分分析，每次同一位置至少取样3次。
7.2.4.2 烟气体积流量测试
可用皮托管与微压计配合测量多点烟气流速后按公式算出。
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7.2.4.3 外排烟气温度测试
采用现场计量装置读取，在换向阀后和烟囱之间接近换向阀的烟气直管道处用热电偶测量。
7.2.5 通过钢包盖与钢包沿之间的缝隙逸出的气体
计算出钢包盖与钢包沿之间的缝隙面积。缝隙逸出的气体的成分取样分析、温度与压力的测试方
法分别与烟气取样的分析及温度、压力方法相同。
8.1.1 燃料燃烧化学热计算按式(1)计算：
Q₁=BQnet.v,a ………………………… (1)
式中：
Qi —— 燃料燃烧化学热，单位为千焦每小时(kJ/h);
B —— 燃料用量，单位为立方米每小时(m³/h);
Q — 燃料收到基低(位)发热量，单位为千焦每立方米(kJ/m³)。
8.1.2 燃料的收到基低(位)发热量计算按式(2)计算：
Qmet.ar=126CO⁵+108H2+358CH\$+598CHS+234H₂SS …………… (2)
式中：
CO⁵ 、H2 、CHS 、CmHS
、H₂S⁵——燃料各湿成分的体积分数，用百分数(%)表示，见式(3)。
style="width:2.83326in;height:0.63998in" /> (3)
式中：
Z⁵ 及 Z*—
气体燃料中任意湿成分及对应的干成分体积分数，用百分数(%)表示；
gm — 干气体燃料的含水率，单位为克每立方米(g/m³)。
8.1.3 燃料显热计算按式(4)计算：
Q2=B(C,t,-Crtc) ………………………… (4)
式中：
Q₂ —— 燃料带入的物理热，单位为千焦每小时(kJ/h);
t. —— 环境温度，在不受外界辐射影响下测试，单位为摄氏度(℃);
t. — 燃料的平均温度，单位为摄氏度(℃);
C, 及 Ce— 燃料在0至 t, 及
t。间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m³ · ℃)],
见式(5)。
式中：
style="width:5.82668in;height:0.619in" />
……………………
(
5)
Cco 、Cco: 、C ……—— 湿气体燃料中CO 、CO₂ 、H₂ …
…成分的平均比热容，单位为千焦每立方米
摄氏度[kJ/(m³ · ℃)]。
8.1.4 空气显热计算按式(6)计算：
Q₃=BaL(Ctx—Ckt 。) ………………………… (6)
式中：
Q3— 助燃空气带入的物理热，单位为千焦每小时(kJ/h);
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tk 空气温度，单位为摄氏度(℃);
Ck 、Ck— 空 气 在 0 至t 及 t.
间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m³ · ℃)];
α — 空气系数，见式(7)。
style="width:6.79995in;height:1.39326in" />
………………
(7)
式中：
O5 、CO° 、CO 、H? 、SO5 、CHY 及 N? —
干烟气中各成分的体积分数，用百分数(%)表示；
N2 、CO2 、CO⁵ 、CH 、CmHS 、H₂S⁵ 、H³ 及 O—
燃料的各湿成分的体积分数，用百分数(%)表示；
L ——理论湿空气量，单位为立方米每立方米(m³/m³),
见式(8)。
LS=LR(1+0.00124gk) ………………………… (8)
式中：
gk—— 干空气的含水量，单位为克每立方米(g/m³);
L&— 理论干空气量，单位为立方米每立方米(m³/m³), 见式(9)。
style="width:7.95997in;height:0.6666in" />
+0.0714H₂S⁵-0.04760
8.1.5 热收入总和计算按式(10)计算：
∑Q=Q₁+Q₂+Q
(9)
(10)
式中：
∑Q— 热收入总和，单位为千焦每小时(kJ/h)。
8.2.1 通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体显热计算按式(11)计算：
Q'=V(Cyty—Cytc) … …………………… (11)
式中：
Q′ — 通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体显热，单位为千焦每小时(kJ/h);
V₁ —
通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的逸气量，单位为立方米每小时(m³/h),
见
式(12)和式(16);
C, 及 C 。— 钢包盖与钢包沿之间缝隙的逸气在0至t, 及
t。间的平均比热容，单位为千焦每立方
米摄氏度[kJ/(m³ · ℃)];
钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的温度，单位为摄氏度(℃)。
卧式钢包烘烤通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的逸气量：
style="width:4.31329in;height:0.70664in" /> (12)
式中：
P,— 钢包盖与钢包沿之间缝隙处的表压，单位为帕斯卡(Pa);
P。 大气压，单位为帕斯卡(Pa);
t — 1h 内的包盖开启的时间(即缝隙存在的时间),单位小时(h);
μ- 流量系数， 一般μ=0.82,缝隙较大时可取μ=0.62;
A 、— 钢包盖与钢包沿之间缝隙的逸气面积，单位为平方米(m²);
r 。— 环境温度下气体的密度，单位为千克每立方米(kg/m³), 见式(13)。
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style="width:2.85324in;height:0.9999in" /> ………… …………… (13)
式中：
ry—t, 下逸出气体的密度，单位为千克每立方米(kg/m³), 见式(14):
style="width:2.91995in;height:0.9801in" /> (14)
style="width:6.57999in;height:0.6534in" /> (15)
式中：
ro — 标准状态下气体的密度，单位为千克每立方米(kg/m³);
CO₂ 、H₂O 、SO₂ 、O₂ …
…——钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的成分，用百分数(%)表示。
立式钢包烘烤通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体的逸气量计算按式(16)计算：
式中：
style="width:8.09338in;height:1.10564in" />
………
(16)
b — 钢包口处外径，单位为米(m);
H— 钢包盖与钢包沿之间缝隙的高度，单位为米(m)。
8.2.2 通过钢包盖与钢包沿之间缝隙辐射热计算按式(17)计算：
式中：
style="width:5.57998in;height:0.69908in" />
……… …………
(17)
Q′—— 通过钢包盖与钢包沿之间缝隙辐射热，单位为千焦每小时(kJ/h);
φ — — 角系数。
8.2.3 通过钢包盖与钢包沿之间缝隙逸出气体化学热计算按式(18)计算：
Q³=V₁(126CO+108H₂+358CH₄+589C H,) … … … … … … … …(18)
式中：
Q′—
通过钢包盖与钢包沿之间缝隙的逸出气体的化学热，单位为千焦每小时(kJ/h)。
8.2.4 通过钢包包衬及外壳体、包盖损失热
8.2.4.1
通过钢包包衬及外壳体、包盖损失热由钢包及包盖外表面散热和钢包包衬及外壳体、包盖蓄热
两部分组成。可以分别计算两部分热，也可以对钢包包衬及外壳体、包盖损失热整体计算(即采用钢包
内表面附近传热计算近似替代)。
8.2.4.2 钢包及包盖外表面散热计算按式(19
Q=∑q;A; ………………………… (19)
式中：
Q'— 钢包及包盖外表面散热，单位为千焦每小时(kJ/h);
A,— 第 i 部分外表面散热面积，单位为平方米(m²);
q:—— 第 i 部分外表面平均面积热流量，单位为千焦每平方米小时[kJ/(m²
·h)],
量，可按式(20)计算。
style="width:6.59337in;height:0.72006in" />
………………
(
20)
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式中：
e — 外表面黑度；
t—— 第 i 部分外表面平均温度，单位为摄氏度(℃);
aa—— 对流给热系数，单位为千焦每平方米小时摄氏度[kJ/(m² ·h · ℃)],
见式(21)、式(22)和
式(23)。
无风时：
1
aa=A(ti-tc) ………………………… (21)
式中：
A— 系数，散热面向上时 A=11.7, 向 下 时A=6.3, 垂 直 时A=9.2。
当 风 速 W₁\<5 m/s 时 ：
αd=22.2+15. 1W; …………… ………… ( 22)
当风速W₁>5 m/s 时 ：
aa=27. 1W1 ·78 ( 23)
8.2.4.3 钢包包衬及外壳体积蓄热按式(24
style="width:2.68002in;height:0.6534in" /> (24)
式 中 ：
Q’— 钢包包衬及外壳体积蓄热，单位为千焦每小时(kJ/h);
m;— 钢包包衬及外壳各层材料的质量，单位为千克(kg);
c:- 钢包包衬及外壳各层材料的比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg ·
℃)];
T —— 钢包烘烤时间，单位为小时(h);
t 、—— 钢包包衬及外壳烘烤结束时内、外壁平均温度，单位为摄氏度(℃);
to— 钢包包衬及外壳烘烤开始时内、外壁平均温度，单位为摄氏度(℃)。
8.2.4.4 包盖积蓄热按式(25
style="width:2.68002in;height:0.67342in" /> ( 25)
式 中 ：
Q′—— 包盖积蓄热，单位为千焦每小时(kJ/h);
m;—— 包盖各层材料的质量，单位为千克(kg);
c,- 包盖各层材料的比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃)];
tg— 包盖烘烤结束时内、外壁平均温度，单位为摄氏度(℃);
t₁— 包盖烘烤开始时内、外壁平均温度，单位为摄氏度(℃)。
8.2.4.5
钢包包衬及外壳体、包盖损失热整体计算计算按式(26)计算。
钢包的包壁升温过程为不稳态传热，热量的传递主要发生在内表面附近，采用近似的公式计算法，
假设钢包的内壁表面温度等速升温，包盖内外材料与钢包相同。
style="width:3.89998in;height:0.6666in" /> (26)
式 中 ：
Q′— 钢包包衬及外壳体、包盖损失热，单位为千焦每小时(kJ/h);
Ay— 包含钢包的包壁和包盖全部内表面的计算面积，单位为平方米(m²);
λ — — 钢包内壁材料的导热系数，单位为瓦每米摄氏度[W/(m · ℃)];
p — 钢包内壁材料的密度，单位为千克每立方米(kg/m³);
to— 钢包内壁的烘烤前温度，单位为摄氏度(℃);
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t。 —— 钢包内壁的烘烤结束时的温度，单位为摄氏度(℃);
c - 钢包内壁材料的比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃)]。
8.2.5 外排烟气带走显热计算按式(27)计算：
Q\$=(BβV5-V₁)(Cyty₂-C,t.) ………………………… (27)
式中：
Q\$ — 外排烟气带走显热，单位为千焦每小时(kJ/h);
Cy₂ 及 Cw— 烟 气 在 0 至ty₂ 及 ty
间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m³ · ℃)];
t y2 烟气出蓄热室的外排温度，单位为摄氏度(℃);
V\$ —— 完全燃烧时的实际湿烟气量，单位为立方米每立方米(m³/m³),
对于气体燃料实际烟
气量按式(28)计算。
V)=V 。+[a(1+0.00124gk)- 1]L ………………………… (28)
式中：
Vo—— 理论烟气量，单位为立方米每立方米(m³/m³), 见式(29)。
style="width:10.85993in;height:0.68002in" />
烟气平均比热容计算按式(30)计算：
style="width:4.92658in;height:0.59334in" />
式中：
……………… ( 29)
… ………… (30)
Ceo 、CGo … … —
CO⁵' 、CO' … …—
湿 烟 气 中 CO 、CO₂ … … 的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度
[kJ/(m³ · ℃)];
湿烟气中CO 、CO₂ … … 的体积分数，用百分数(%)表示；
β ——不完全燃烧时烟气修正系数，见式(31)和式(32)。
当α≥1时：
style="width:3.41996in;height:0.62656in" />
当α\<1时：
…………… … (31)
style="width:6.47332in;height:0.62656in" />
…………………
(32)
8.2.6 物理及化学不完全燃烧损失热
8.2.6.1 物理不完全燃烧损失热Q,
采用蓄热式燃烧技术，管道及阀门泄漏较少一般忽略不计。如能
准确测量出燃料泄漏量，可以按其他热平衡标准中气体燃料物理不完全燃烧热损失计算方法来计算。
8.2.6.2 化学不完全燃烧损失热计算按式(33
Q₀=(BβV)-V₁)(126CO⁵′+108H′+358CH'+ … …) …………… (33)
式中：
Q'o—— 化学不完全燃烧损失热，单位为千焦每小时(kJ/h)。
8.2.7 蓄热室表面散热及烟道外表面散热计算方法同8.2.4.1。
8.2.8 计算回收并用于蓄热式钢包烘烤器上的(例如预热空气或煤气的)循环热
Qh、Q …… 及其总
和 
style="width:0.62099in;height:0.27404in" />
同时算出其占收入热总和的百分数。
8.2.9 热平衡各项收入热总和
style="width:0.36737in;height:0.27404in" />
与已测各项支出热总和之差即为差值△Q, 按式(34)计算：
△Q=2Q- (Q'+Q²+Q³+Q¹+Q5+Q6+Qs+Q,+Q) ……… (34)
差值包括未测出的支出热及误差。热平衡允许相对误差值为±5%以内，见式(35):
GB/T 32971—2016
style="width:2.04675in;height:0.68002in" />
8.2.10 热支出总和计算按式(36)计算：
∑Q'=Q¹+Q:+Q3+Q¹+Q5+Q*+Qs+Q,+Q¹+△Q
式 中 ：
∑Q'— 热支出总和，单位为千焦每小时(kJ/h)。
蓄热式钢包烘烤系统热效率计算按式(37)计算：
style="width:2.07995in;height:0.6732in" />
式中：
η—蓄热式钢包烘烤系统热效率，用百分数(%)表示。
(35)
(36)
………………………… (37)
将热平衡各收、支项热的计算结果列入表1中。
表 1 热平衡表
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GB/T 32971—2016
(资料性附录)
概 况
烘烤器及钢包概况见表 A.1。
表 A.1 烘烤器及钢包概况
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GB/T 32971—2016
(资料性附录)
主要测试内容
烘烤器及钢包概况见表 B.1。
表 B.1 主 要 测 试 内 容
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