GB/T 33957-2017 热处理炉热平衡测试与计算方法

　　ICS 77-010 H 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33957—2017

　　热处理炉热平衡测试与计算方法

　　Methodsofdeterminationandcalculationofheatbalancein

　　heattreatmentfurnace

　　2017-07-12 发布 2018-04-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 33957—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国钢铁工业协会提出。

　　本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC 183)归口 。

　　本标准起草单位：中钢集团鞍山热能研究院有限公司、山东慧敏科技开发有限公司、张家港市顺佳隔热技术有限公司、冶金工业信息标准研究院、鞍钢股份有限公司。

　　本标准主要起草人：丛伟、谢国威、王姜维、仇金辉、周惠敏、赵春竹、张天赋、李顺、佟欣、马光宇、回勇、许秀飞、刘逸舟。

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　　热处理炉热平衡测试与计算方法

　　1 范围

　　本标准规定了热处理炉热平衡测试计算基准、设备及炉子概况、炉子近期生产情况、测试准备、测试步骤、测试内容、部位与方法、计算方法、热平衡测试报告主要内容。

　　本标准适用于钢铁行业使用气体或液体燃料的热处理炉热平衡测试与计算，其他行业热处理炉可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。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。

　　GB/T 384 石油产品热值测定法

　　GB/T 476 煤中碳和氢的测定方法

　　GB/T 508 石油产品灰分测定法

　　GB/T 1884 原油和液体石油产品密度实验室测定法(密度计法)

　　GB/T 1885 石油计量表

　　GB/T 6284 化工产品中水分测定的通用方法 干燥减量法

　　GB/T 17040 石油和石油产品硫含量的测定 能量色散 X射线荧光光谱法

　　SH/T 0172 石油产品硫含量测定法(高温法)

　　3 热平衡测试与计算基准

　　3 . 1 基准温度

　　采用环境平均温度，即热处理炉车间内距离炉墙外 1 m 处测试的平均环境温度。

　　3 . 2 燃料发热量

　　对气体燃料采用湿煤气的低(位)发热量，对液体燃料采用收到基低(位)发热量。

　　3 . 3 热平衡测试范围

　　根据测试要求，一般做炉膛热平衡，如有余热回收装置则做全炉(包括余热回收装置)。

　　3 . 4 热平衡测试时间

　　对间断式热处理炉的测试时间为一个供热周期，即自开始加热起至完全停止供入燃料止。 对连续

　　式热处理炉应在稳定工况下连续测试，一般应测试 2 次以上，每次不少于 2 h。

　　3 . 5 热平衡计算单位

　　以每吨入炉物料消耗的热量为计算单位，即 kJ/t。

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　　4 设备及炉子概况、炉子近期生产情况

　　4 . 1 设备及炉子概况

　　设备及炉子概况参见附录 A填写。

　　4 . 2 炉子近期生产情况

　　被测炉子前一个月的平均技术经济指标参见附录 B填写。

　　5 测试准备

　　5 . 1 熟悉设备状况

　　熟悉炉子及有关设备的结构、性能、操作与运行情况，并了解生产工艺流程等。

　　5 . 2 制定测试方案

　　根据测试要求制定测试方案，并选择能够代表炉子实际生产情况的测试部位和测试点。

　　5 . 3 组织测试人员

　　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，并根据情况进行必要的技术培训与安全教育。

　　5 . 4 准备测试仪器和工具

　　准备好所需测量工具，对现场已有仪表及各种便携的测量仪器进行校正，满足测试要求。 工厂无计量装置时，在测试前应安装符合测试要求的计量装置。

　　5 . 5 选择测试时机

　　测试应在炉子及其相关设备作业正常和稳定条件下进行。 对于连续式炉子，测试前如长时间停产，

　　应在测试工艺要求加热温度下保温和生产不少于 24 h 后进行测试;如连续生产的炉子改变工艺制度时，应在测试工艺要求加热温度下保温和生产不小于 8 h后进行测试。对于间断式炉子，为了简化炉衬

　　蓄热量的计算，测试周期内的炉衬温度应与测试前一周期按相同规律变化，温度分布与前一周期相仿。

　　5 . 6 预备性测试

　　正式测试之前对其中的几项或全部项目进行必要的预备性测试，验证测试手段的可靠性。

　　6 测试步骤

　　6 . 1 按测试内容进行测试与记录。

　　6 . 2 采用以测量为主，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，并按本标准的计算方法进行计算。

　　6 . 3 对测试结果进行分析并提供测试报告。

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　　7 测试内容、部位与方法

　　7 . 1 主要测试内容

　　主要测试内容参见附录 C。

　　7 . 2 测试部位与方法

　　7 . 2 . 1 燃料

　　7 . 2 . 1 . 1 燃料量测试

　　燃料量可由经过校核的计量装置读取。

　　7 . 2 . 1 . 2 燃料的取样分析及发热量测试

　　7 . 2 . 1 . 2 . 1 气体燃料

　　气体燃料应在燃烧器前煤气管道上的取样孔进行取样，一般每小时取一次，如果煤气成分波动较大，可适当缩短取样间隔时间。

　　气体燃料用气相色谱进行成分分析。

　　气体燃料含水量用吸收法或露点法测试。

　　气体燃料发热量应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 . 2 . 2 液体燃料

　　液体燃料取样应在平衡测试期间内，从油喷嘴前管道中连续取 2 kg试样，混合均匀后，迅速倒入两只约 1 kg 的瓶内装满密封以备化验。

　　液体燃料可按 GB/T 476 的规定进行成分分析，其余按 GB/T 6284、GB/T 17040 、SH/T 0172 、 GB/T 508、GB/T 1884 和 GB/T 1885 的规定进行。

　　液体燃料发热量按 GB/T 384 的规定进行。

　　7 . 2 . 1 . 3 燃料压力和温度测试

　　在换热器前后和燃烧器前，用热电偶测温，用压力计测量压力。

　　7 . 2 . 2 助燃空气

　　7 . 2 . 2 . 1 空气流量的测试

　　从现场接近燃烧器前的管道上仪表读取。 也可用皮托管和 U 型压力计或热球风速计测量。

　　7 . 2 . 2 . 2 空气湿度测试

　　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 空气温度的测试

　　在换热器进、出口和燃烧器入口前，用热电偶进行测试。

　　7 . 2 . 3 物料

　　7 . 2 . 3 . 1 物料重量测试

　　物料重量采用现场计量装置称重，也可根据尺寸、密度计算。

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　　7 . 2 . 3 . 2 物料温度测试

　　物料入炉温度的测试：热装时，钢材的开始温度可用红外测温仪在入炉时测试其表面温度。 冷装时可取环境温度。

　　物料加热时温度的测试：对连续式热处理炉，可用红外测温仪等在出料炉门处测试，每批炉料至少测试前、中、后 3 点;对间断式热处理炉，在料垛的适当部位上、下各 1 点将热电偶埋入钢材垛的内部直接测试，也可在垫铁上钻孔，将热电偶的热端埋入孔内测试。

　　采用红外热像仪或红外测温仪对出炉窑的物料表面温度进行测量时，应在物料进炉前和出炉后 3 s

　　内完成。

　　7 . 2 . 4 烟气

　　7 . 2 . 4 . 1 烟气量测试

　　可用皮托管与微压计配合测量多点烟气流速后算出。

　　7 . 2 . 4 . 2 出炉烟气温度测试

　　炉膛烟道入口处、换热装置入出口处用热电偶测试。

　　7 . 2 . 4 . 3 烟气取样和分析

　　烟气取样位置与测温点相同。 建议采用便携式或在线烟气分析仪。 亦可采用直接取样装袋送实验室进行成分分析。

　　7 . 2 . 5 炉膛温度和压力

　　7 . 2 . 5 . 1 炉膛温度测试

　　炉膛温度采用热电偶及相应仪表测试。 对连续式热处理炉，按炉子的炉温控制段分段测试。 对间断式热处理炉，应分别测试炉膛上部和下部温度。

　　7 . 2 . 5 . 2 炉膛压力测试

　　由现场仪表直接读取或用便携式微压计测量，测试点位置按热工测试相关规定确定。

　　7 . 2 . 6 炉体、排烟装置、炉膛、管道表面温度与热流量

　　测量炉体、排烟装置和炉膛至排烟装置间空气、煤气(或烟气)管道等表面温度时，可将表面温度相近的地方分成若干部分，然后用热流计直接测出各部分的平均热流量和平均温度，或用红外热像仪、表面温度计等测出各部分平均温度，计算出热流量。 每平方米测点不少于 5 个 。

　　7 . 2 . 7 炉门及孔洞

　　记录炉门及孔洞在 1 h 内的开启时间，测量出炉门及孔洞的高度、宽度，孔洞炉气的成分取样分析、

　　温度与压力的测试方法分别与烟气取样的分析及炉温、炉压测法相同。

　　7 . 2 . 8 炉衬

　　7 . 2 . 8 . 1 炉衬内表面开始温度的测试

　　间断式热处理炉测试前为热炉衬时，其内表面开始温度可在炉顶、炉墙及炉底(包括台车及炉台等)

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　　的代表性部位用红外测温仪等测试。

　　7 . 2 . 8 . 2 炉衬表面加热温度的测试

　　对间断式炉的炉衬内表面加热温度应尽可能进行测试。 如不可能，其炉顶和炉墙温度可取比保温

　　末期炉膛测温仪表指示温度低 50 ℃ ~80 ℃ ,炉底温度取热处理材的平均加热温度。对连续式炉的炉底内表面加热温度，可取低于该段炉膛测量仪表指示温度的 50 ℃ ~100 ℃数值。

　　7 . 2 . 9 马弗、垫铁、保护料等

　　7 . 2 . 9 . 1 入炉温度及重量的测试

　　与热处理物料的测试方法相同。

　　7 . 2 . 9 . 2 加热温度的测试

　　取热处理物料的平均加热温度。

　　7 . 2 . 10 保护气体

　　7 . 2 . 10 . 1 保护气体用量的测试

　　保护气体的耗用量应尽量安装仪表测试。 也可根据车间内保护气体的总用量用平均分摊的方法计算。

　　7 . 2 . 10 . 2 保护气体温度的测试

　　入炉温度宜取环境温度，出炉温度取测试时热处理钢材表面的加热温度(松卷退火时可取当时热处理材的平均温度)。

　　7 . 2 . 1 1 冷却水

　　7 . 2 . 1 1 . 1 冷却水耗量测量

　　在入口或出口应尽量安装流量计测试，也可用体积法进行测试。

　　7 . 2 . 1 1 . 2 冷却水温度测试

　　在入口和出口处采用温度计测试。

　　8 计算方法

　　8 . 1 热收入项目的计算

　　8 . 1 . 1 燃料燃烧的化学热量的计算按式(1)计算：

　　Q1 =BQdw …………………………( 1 )

　　式中：

　　Q1 — 燃料燃烧的化学热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　B — 每吨入炉物料的燃料用量，单位为千克每吨(kg/t)或立方米每吨(m3 /t) ;

　　Qdw — 燃料低(位)发热量，单位为千焦每千克(kJ/kg)或千焦每立方米(kJ/m3 )。

　　燃料的低(位)发热量的计算按式(2)计算：

　　式中：

　　Qdw — 燃料收到基低(位)发热量，单位为千焦每千克(kJ/kg)或千焦每立

　　方米(kJ/ m3 ) ;

　　φCOS 、φH 、φCH 、φCm H 、φH2SS — 气体燃料各湿成分的含量(体积分数)，%。

　　气体燃料各湿成分的体积含量按式(3)计算：

　　ZS = Z …………………………( 3 )

　　式中：

　　ZS 、Zg — 气体燃料中任意湿成分及对应的干成分含量(体积分数)，% ;

　　gm — 干气体燃料的含水量，单位为克每立方米(g/m3 )。

　　8 . 1 . 2 燃料带入的物理热量的计算按式(4)计算：

　　Q2 =B(crtr -crctc) …………………………( 4 )

　　式中：

　　Q2 — 燃料带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　B — 每吨入炉物料的燃料用量，单位为千克每吨(kg/t)或立方米每吨(m3 /t) ;

　　tr — 燃料的平均预热温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，在不受外界辐射影响下测试，单位为摄氏度(℃) ;

　　cr 及 crc — 燃料在 0 至 tr 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃ )]或千焦每立方米摄氏度[kJ/(m3 · ℃ )]。

　　对于气体燃料，平均比热容按式(5)计算：

　　cg = (cCOφCOS + cCO2 φCO + cH2 φH + …) …………………………( 5 )

　　式中：

　　cg — 气体燃料比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m3 · ℃ )] ;

　　cCO 、cCO2 、cH2 … — 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 · ℃ )] ;

　　φCOS 、φCO 、φH … — 气体燃料各湿成分的含量(体积分数)，%。

　　对于液体燃料，平均比热容按式(6)计算：

　　cl = 1.735 + 0.002 5tr …………………………( 6 )

　　式中：

　　cl — 液体燃料比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃ )] ;

　　tr — 燃料的温度，单位为摄氏度(℃)。

　　8 . 1 . 3 助燃空气带入的物理热量的计算按式(7)计算：

　　Q3 = BαL(cktk -ckctc) …………………………( 7 )

　　式中：

　　Q3 — 助燃空气带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　B — 每吨入炉物料的燃料用量，单位为千克每吨(kg/t)或立方米每吨(m3 /t) ;

　　α — 空气系数;

　　L — 理论湿空气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 )或立方米每千克(m3 /kg) ;

　　ck、ckc — 空气在 0 至 tk 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m3 · ℃ )] ;

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　　tk — 空气温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ )。

　　对于液体燃料，空气系数按式(8)计算：

　　式中：

　　α — 空气系数;

　　φO 、φCO ′、φH 、φCH ′及 φN ′— 干烟气中各成分的含量(体积分数)，%。

　　对于气体燃料，空气系数按式(9)计算：

　　21

　　φO ’- 0.5φCOg’- 0.5φH’- 2φCH’

　　φN (φCO ’+ φCOg’+ φCH’+ φSO ’)

　　φCO + φCOS + φCH + mφCm H + φH2 SS

　　式中：

　　α — 空气系数;

　　φO ′、φCOg ′、φCO ′、φH ′、φSO ′、φCH ′及 φN ′ — 干烟气中各成分的含量(体积分数)，% ;

　　φN 、φCO 、φCOS 、φCH 、φCm H 、φH2 SS — 燃料的各湿成分的含量(体积分数)，%。

　　理论湿空气量按式(10)计算：

　　L = L (1 + 0.001 24gk) …………………………( 10 )

　　式中：

　　L — 理论湿空气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 )或立方米每千克(m3 /kg) ;

　　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 )或立方米每千克(m3 /kg)。

　　对于液体燃料，理论干空气量按式(11)计算：

　　L = 0.088 9∞CY + 0.266 7∞HY - 0.033 3( ∞OY - ∞SY ) …………………( 11 )

　　式中：

　　L — 理论干空气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 )或立方米每千克(m3 /kg) ; ∞CY 、∞HY 、∞OY 及 ∞SY— 燃料的成分含量(质量分数)，%。

　　对于气体燃料，理论干空气量按式(12)计算：

　　L = 0.023 8(φH + φCOS) + 0.095 2φCH + 0.047 6(m + )φCm H

　　+ 0.071 4φH2 SS - 0.047 6φO …………………………( 12 )

　　式中：

　　L — 理论干空气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 )或立方米

　　每千克(m3 /kg) ;

　　φH 、φCOS 、φCH 、φCm H 、φH2 SS及 φO — 燃料的含量(体积分数)，%。

　　8 . 1 . 4 雾化蒸汽带入的物理热量的计算按式(13)计算：

　　Q4 =BGq(hq -hc -r) …………………………( 13 )

　　式中：

　　Q4 — 雾化蒸汽带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

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　　B — 每吨入炉物料的燃料用量，单位为千克每吨(kg/t)或立方米每吨(m3 /t) ;

　　Gq — 单位燃料的雾化蒸汽用量，单位为千克每千克(kg/kg) ;

　　hq 及 hc — 雾化蒸汽在使用及环境条件下的比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　r — 蒸汽在使用条件下的汽化潜热，单位为千焦每千克(kJ/kg)。

　　8 . 1 . 5 物料带入的物理热量计算按式(14)计算：

　　Q5 = 1 000(cptp -cpctc) …………………………( 14 )

　　式中：

　　Q5 — 物料带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　cp 及 cpc — 物料在 0 至 tp 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃ )] ;

　　tp — 物料入炉温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　tc — 环境温度，在不受外界辐射影响下测试，单位为摄氏度(℃)。

　　8 . 1 . 6 马弗(垫铁、保护料等)带入的物理热量按式(15)计算：

　　Q …………………………( 15 )

　　式中：

　　Q6 — 马弗(垫铁、保护料等)的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Gm — 马弗(垫铁、保护料等)的总质量，单位为吨(t) ;

　　Gg — 热处理炉物料装炉的质量，对间断式热处理炉为总装入量，对连续式热处理炉为测试时间内的生产量，单位为吨(t) ;

　　c6 及 c6c — 马弗(垫铁、保护料等)在 0 至 t6 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/ (kg · ℃ )] ;

　　t6 — 马弗(垫铁、保护料等)入炉温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，在不受外界辐射影响下测试，单位为摄氏度(℃)。

　　8. 1 .7 收入热量总和 ΣQ 按式(16)计算：

　　ΣQ=Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 …………………………( 16 )

　　式中：

　　ΣQ — 收入热量总和，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q1 — 燃料燃烧的化学热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q2 — 燃料带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q3 — 助燃空气带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q4 — 雾化蒸汽带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q5 — 物料带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q6 — 马弗(垫铁、保护料等)的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t)。

　　8 . 2 热支出项目的计算

　　8 . 2 . 1 出炉物料带出的物理热量计算按式(17)计算：

　　Q’1 = 1 000(ct’p - cptc) …………………………( 17 )

　　式中：

　　Q’1 — 出炉物料带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　c 、cc — 物料在 0 至 t’p 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃ )] ;

　　t’p — 物料出炉温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　tc — 环境温度，在不受外界辐射影响下测试，单位为摄氏度(℃)。

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　　8 . 2 . 2 烟气带出的物理热量计算按式(18)计算：

　　QI2 = …………………………

　　式中：

　　QI2 — 烟气带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　B — 每吨入炉物料的燃料用量，单位为千克每吨(kg/t)或立方米每吨(m3 /t) ;

　　b — 不完全燃烧时烟气修正系数;

　　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 )或立方米每千克(m3 /kg);

　　V1 — 炉门、孔洞逸气量，单位为立方米每小时(m3 /h)(见 8.2.8) ;

　　Gp — 每小时入炉物料量，单位为吨每小时(t/h ) ;

　　cy 及 cyc — 烟气在 0 至 ty 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m3 · ℃ )] ; ty — 烟气出炉的温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ )。

　　当空气系数α≥1 时，不完全燃烧时烟气修正系数按式(19)计算：

　　b

　　式中：

　　b — 不完全燃烧时烟气修正系数;

　　φCOg ′、φH ′— 干烟气中各成分的含量(体积分数)，%。

　　当空气系数α<1 时，不完全燃烧时烟气修正系数按式(20)计算：

　　100

　　b= 100 + 1.88φCOgI+ 1.88φHI+ 9.52φCHI- 4.76φO I ………………( 20 )

　　式中：

　　b — 不完全燃烧时烟气修正系数;

　　φCOg ′、φH ′、φCH ′及 φO ′— 干烟气中各成分的含量(体积分数)，%。

　　对液体燃料，完全燃烧时的实际湿烟气量按式(21)计算：

　　V=V0 + [α(1 + 0.001 24gk) - 1]L + 1.24Gq …………………( 21 )

　　式中：

　　V — 实际烟气量，单位为立方米每千克(m3 /kg) ;

　　V0 — 理论烟气量，单位为立方米每千克(m3 /kg) ;

　　α — 空气系数，按式(8)计算;

　　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 )或立方米每千克(m3 /kg) ;

　　Gq — 单位燃料的雾化蒸汽用量，单位为千克每千克(kg/kg)。

　　理论烟气量按式(22)计算：

　　V0 = 0.018 7∞CY + 0.112∞HY + 0.007∞SY + 0.008∞NY + 0.012 4∞Y + 0.79L ……( 22 )

　　式中：

　　V0 — 理论烟气量，单位为立方米每千克(m3 /kg) ;

　　∞CY 、∞HY 、∞CY 、∞NY — 燃料的成分含量(质量分数)，% ;

　　∞Y — 燃料中水分含量，% ;

　　L — 理论干空气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 )或立方米每千克(m3 /kg)。

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　　对气体燃料，完全燃烧时的实际湿烟气量按式(23)计算：

　　v=v + [α(1 + 0.001 24gk) - 1]L …………………………( 23 )

　　式中：

　　v — 实际烟气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 ) ;

　　v — 理论烟气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 ) ;

　　α — 空气系数，按式(9)计算;

　　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 )或立方米每千克(m3 /kg)。

　　理论烟气量按式(24)计算：

　　φN + φH2 OS] + 0.79L …………………………( 24 )

　　式中：

　　v — 理论烟气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 ) ;

　　φCOS 、φCH 、φCm H 、φCO 、φH 、φH2 SS 、φN 、φH2 OS — 燃料的各湿成分的含量(体积分数)，% ;

　　L — 理论干空气量，单位为立方米每立方米(m3 /m3 )

　　或立方米每千克(m3 /kg)。

　　烟气在 0 至 ty 间的平均比热容按式(25)计算：

　　c

　　式中：

　　cy — 烟气平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m3 · ℃ )] ;

　　cO 、cO2 … — 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 · ℃ )] ;

　　φCOS ′、φCO ′… — 湿烟气中 CO、CO2…的含量(体积分数)，%。

　　8 . 2 . 3 化学不完全燃烧损失的热量计算按式(26)计算：

　　Q’3 = Bbv(126φCOS ’+ 108φH’+ 358φCH ′+ …) …………………( 26 )

　　式中：

　　Q’3 — 化学不完全燃烧损失的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　B — 每吨入炉物料的燃料用量，单位为千克每吨(kg/t)或立方米每吨(m3 /t) ;

　　b — 不完全燃烧时烟气修正系数;

　　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 )或立方米每

　　千克(m3 /kg) ;

　　φCOS ′、φH ′、φCH ′…— 湿烟气中 CO、H2、CH4…的含量(体积分数)，%。

　　8.2.4 机械不完全燃烧损失的热量 Q 为燃油残留及烟气中残炭损失热量，若能测量出燃油残留及烟

　　气残炭量则按相应的热量计算，否则忽略不计。

　　8 . 2 . 5 炉体蓄热量按式(27)计算：

　　Qc’5γ’5S’5 Ai ………………

　　式中：

　　Q’5 — 炉体蓄热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　GB/T 33957—20 17

　　τc — 热处理炉炉体蓄热时间即一个周期，单位为小时(h) ;

　　Gg — 热处理炉物料装炉的重量，对间断式热处理炉为总装入量，对连续式热处

　　理炉为测试时间内的生产量，单位为吨(t) ;

　　c’5 — 内层炉衬在 0 至其平均温度间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏

　　度[kJ/(m3 · ℃ )] ;

　　’’5 — 炉衬的厚度，单位为米(m) ;

　　t’5-1 , t’5-2 — 周期起始与终止(保温完毕)时炉衬的内表面温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　— 函数值，由附录 D 查取;

　　Ai — 第 i部分炉体表面散热面积，单位为平方米(m2 )。

　　8 . 2 . 6 炉体表面散热量计算按式(28)计算：

　　Q …………………………( 28 )

　　式中：

　　Q’6 — 炉体表面散热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　qi — 第 i部分炉体表面平均面积热流量，单位为千焦每平方米小时[kJ/(m2 · h)] ;

　　Ai — 第 i部分炉体表面散热面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　Gp — 每小时入炉物料量，单位为吨每小时(t/h )。

　　第 i部分炉体表面平均面积热流量如不能直接测量，可按式(29)计算：

　　qi ………………

　　式中：

　　qi — 第 i部分炉体表面平均面积热流量，单位为千焦每平方米小时[kJ/(m2 · h)] ;

　　ε — 炉体表面黑度;

　　tb — 第 i部分炉体表面平均温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　αd — 对流给热系数，单位为千焦每平方米小时[kJ/(m2 · h)]。

　　无风时，对流给热系数按式(30)计算：

　　1

　　αd = A(tb -tc) 4 …………………………( 30 )

　　式中：

　　— 系数，散热面向上时 A=11.7,向下时 A=6.3,垂直时 A= 9.2 ;

　　tb — 第 i部分炉体表面平均温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ )。

　　横置圆柱时，对流给热系数按式(31)计算：

　　…………………………( 31 )

　　式中：

　　αd — 对流给热系数，单位为千焦每平方米小时[kJ/(m2 · h)] ;

　　tb — 第 i部分炉体表面平均温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　GB/T 33957—20 17

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　dr — 圆柱直径，单位为米(m )。

　　当风速 w f <5 m/s 时，对流给热系数按式(32)计算：

　　αd = 22.2 + 15.1w f …………………………( 32 )

　　式中：

　　f — 风速，单位为米每秒 (m/s)。

　　当风速 w f >5 m/s 时，对流给热系数按式(33)计算：

　　αd = 27.1w .78 …………………………( 33 )

　　式中：

　　αd — 对流给热系数，单位为千焦每平方米小时[kJ/(m2 · h)] ;

　　wf — 风速，单位为米每秒 (m/s )。

　　8 . 2 . 7 炉门及孔洞辐射的热量计算按式(34)计算：

　　QI ……………( 34 )

　　式中：

　　QI7 — 炉门及孔洞辐射的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Gp — 每小时入炉物料量，单位为吨每小时(t/h ) ;

　　A — 炉门、孔开启面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　φ — 角度系数;

　　τ — 1 h 内开启门、孔时间，单位为秒(s) ;

　　tIi — 炉门及孔洞处温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ )。

　　8 . 2 . 8 炉门及孔洞逸气损失热量计算按式(35)计算：

　　QI8 =Qph + Qch …………………………( 35 )

　　式中：

　　QI8 — 炉门及孔洞逸气损失热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Qph— 逸气带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Qch — 逸气带出的化学热量，单位为千焦每吨(kJ/t)。

　　逸气物理热量计算按式(36)计算：

　　QV1 …………………………

　　式中：

　　Qph — 逸气带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　cy 及 cyc — 炉门、孔洞处的炉气在 0 至 ty1 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/(m3 · ℃ )] ;

　　ty1 — 炉门、孔洞处的炉气温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ ) ;

　　Gp — 每小时入炉物料量，单位为吨每小时(t/h ) ;

　　V1 — 通过炉门、孔洞的逸气量，单位为立方米每小时(m3 /h)。

　　炉门及垂直孔洞的逸气量按式(37)计算：

　　GB/T 33957—20 17

　　p1 3 p1 3 μbτ 9.8

　　式中：

　　V1 — 通过炉门、孔洞的逸气量，单位为立方米每小时(m3 /h) ; p1 — 炉门、孔洞底部的炉气表压，单位为帕斯卡(Pa) ;

　　ρc — 环境温度下的空气密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　ρy — ty1 下炉气密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ; H — 炉门、孔洞的平均开启高度，单位为米(m) ;

　　μ — 流量系数，厚墙 μ =0.82,薄墙μ =0.62(当δ <3.5d时为薄墙，δ 为炉墙的厚度，d为炉门、

　　孔洞的当量直径);

　　b — 炉门、孔洞的平均宽度，单位为米(m ) ;

　　τ — 炉门、孔洞 1 h 内的开启时间，单位为小时(h) ; pc — 大气压，单位为帕斯卡(Pa) ;

　　ty1 — 炉门、孔洞处的炉气温度，单位为摄氏度(℃)。

　　环境温度下的空气密度按式(38)计算：

　　ρc = × 101 325 …………………………( 38 )

　　式中：

　　ρc — 环境温度下的空气密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ; pc — 大气压，单位为帕斯卡(Pa) ;

　　tc — 环境温度，单位为摄氏度(℃ )。

　　ty1 下炉气密度按式(39)计算：

　　…………………………( 39 )

　　式中：

　　ρy — ty1 下炉气密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　ρ0 — 标准状态下，炉气的密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　ty1 — 炉门、孔洞处的炉气温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　p1 — 炉门、孔洞底部的炉气表压，单位为帕斯卡(Pa) ;

　　pc — 大气压，单位为帕斯卡(Pa)。

　　标准状态下炉气的密度按式(40)计算：

　　ρ0 = ……………( 40 )

　　式中：

　　ρ0 — 标准状态下，炉气的密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ; φCO2 、φH2 O 、φSO2 、φN2 、φO2 … — 炉门、孔洞逸出气体成分含量(体积分数)，%。

　　通过水平孔洞的逸气量按式(41)计算：

　　V1 =槡9 × …………………………( 41 )

　　GB/T 33957—20 17

　　式中：

　　V1 — 通过水平孔洞的逸气量，单位为立方米每小时(m3 /h) ;

　　p1 — 水平孔洞底部的炉气表压，单位为帕斯卡(Pa) ;

　　ρy — ty1 下炉气密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　μ — 流量系数，厚墙 μ =0.82,薄墙μ =0.62(当δ <3.5d时为薄墙，δ 为炉墙的厚度，d为炉门、

　　孔洞的当量直径);

　　A — 水平孔洞的逸气面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　τ — 水平孔洞 1 h 内的开启时间，单位为小时(h) ;

　　pc — 大气压，单位为帕斯卡(Pa) ;

　　ty1 — 水平孔洞处的炉气温度，单位为摄氏度(℃)。

　　逸气化学热量计算按式(42)计算：

　　QV1 ………………

　　式中：

　　Qch — 逸气化学热量，单位千焦每吨(kJ/t) ;

　　Gp — 每小时入炉物料量，单位为吨每小时(t/h ) ;

　　V1 — 通过炉门、孔洞的逸气量，单位为立方米每小时(m3 /h) ;

　　φCO 、φH2 、φCH4 、φCm Hn— 炉门、孔洞逸出气体成分含量(体积分数)，%。

　　8 . 2 . 9 冷却水的吸热量计算按式(43)计算：

　　Q’9 =G9(c’t’-ct) …………………………( 43 )

　　式中：

　　Q’9 — 冷却水的吸热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　G9 — 每吨入炉物料的冷却水用量，单位为千克每吨(kg/t) ;

　　c’、c — 冷却水在 t’、t下的比热容 ，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃ )] ;

　　t’、t — 冷却水出、入温度，单位为摄氏度(℃)。

　　8 . 2 . 10 保护气体带出的热量按式(44)计算：

　　Q …………………………

　　式中：

　　Q’10 — 保护气体带出的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Vb — 测试时间内保护气体总耗量，单位为立方米(m3 ) ;

　　Gg — 热处理炉物料装炉的质量，对间断式热处理炉为总装入量，对连续式热处理炉为测

　　试时间内的生产量，单位为吨(t) ;

　　t’10-1 、t’10-2 — 保护气体入、出炉温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　c’10-1 、c’10-2 — 保护气体在 0 至 t’10-1 及 t’10-2 间的平均比热容，单位为千焦每立方米摄氏度[kJ/ (m3 · ℃ )]。

　　8 . 2 . 1 1 马弗(垫铁、保护料等)带出的物理热量按式(45)计算：

　　Q …………………………

　　式中：

　　Q’11 — 马弗(垫铁、保护料等)带出的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Gm — 马弗(垫铁、保护料等)的总质量，单位为吨(t) ;

　　GB/T 33957—20 17

　　Gg — 热处理炉物料装炉的质量，对间断式热处理炉为总装入量，对连续式热处理炉为测试时间内的生产量，单位为吨(t) ;

　　t’11 — 马弗(垫铁、保护料等)加热温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　c’11 、c1e — 马弗(垫铁、保护料等)在 0 至 t’11 及 tc 间的平均比热容，单位为千焦每千克摄氏度[kJ/(kg · ℃ )]。

　　8 . 2 . 12 热平衡各项收入热量总和与已测各项支出热量总和之差即为差值按式(46)计算：

　　ΔQ=ΣQ-(Q’1 + Q’2 + Q’3 + …… +Q’11) ……………………( 46 )

　　式中：

　　ΣQ — 收入热量总和，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’1 — 出炉物料带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’2 — 烟气带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’3 — 化学不完全燃烧损失的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’4 — 机械不完全燃烧损失的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’5 — 炉体蓄热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’6 — 炉体表面散热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’7 — 炉门及孔洞辐射的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’8 — 炉门及孔洞逸气损失热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’9 — 冷却水的吸热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’10 — 保护气体带出的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’11 — 马弗(垫铁、保护料等)带出的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　ΔQ — ΣQ与已测各项支出热量总和之差，单位为千焦每吨(kJ/t)。

　　差值包括未测出的支出热量及误差。热平衡允许相对误差值为 ±5%以内，按式(47)计算：

　　…………………………( 47 )

　　式中：

　　ΣQ — 收入热量总和，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　ΔQ — ΣQ与已测各项支出热量总和之差，单位为千焦每吨(kJ/t)。

　　8 . 2 . 13 支出热量总和计算按式(48)计算：

　　ΣQ’=Q’1 + Q’2 + Q’3 + …… + Q’11 + ΔQ ……………………( 48 )

　　式中：

　　ΣQ’ — 支出热量总和，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’1 — 出炉物料带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’2 — 烟气带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’3 — 化学不完全燃烧损失的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’4 — 机械不完全燃烧损失的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’5 — 炉体蓄热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’6 — 炉体表面散热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’7 — 炉门及孔洞辐射的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’8 — 炉门及孔洞逸气损失热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’9 — 冷却水的吸热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’10 — 保护气体带出的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q’11 — 马弗(垫铁、保护料等)带出的热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　ΔQ — ΣQ与已测各项支出热量总和之差，单位为千焦每吨(kJ/t)。

　　GB/T 33957—20 17

　　8 . 3 热平衡表

　　将炉膛或全炉(包括余热回收装置)热平衡各收、支项热量的计算结果列入表 1 中 。

　　表 1 热平衡表

　　8 . 4 热效率

　　热效率按式(49)计算：

　　…………………………( 49 )

　　式中：

　　η — 热处理炉热效率，% ;

　　Q′1 — 出炉物料带出的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　Q5 — 物料带入的物理热量，单位为千焦每吨(kJ/t) ;

　　ΣQ— 收入热量总和，单位为千焦每吨(kJ/t)。

　　8 . 5 主要技术经济指标

　　主要技术经济指标按表 2 计算和填写。

　　GB/T 33957—20 17

　　表 2 主要技术经济指标

　　9 热平衡测试报告

　　热平衡测试报告主要包括以下内容：

　　a) 前言 ;

　　b) 主要设备概况及生产状况;

　　c) 主要测试数据;

　　d) 物料平衡表;

　　e) 热平衡表;

　　f) 主要技术经济指标;

　　g) 分析及改进意见;

　　h ) 测试单位、负责人、报告执笔人、审核人(签字)。

　　GB/T 33957—20 17

　　附 录 A

　　(资料性附录)设备及炉子概况

　　表 A.1 设备及炉子概况表

　　GB/T 33957—20 17

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　炉子近期生产状况

　　表 B.1 炉子近期生产状况表

　　GB/T 33957—20 17

　　附 录 C

　　(资料性附录)主要测试内容

　　表 C.1 主要测试内容表

　　GB/T 33957—20 17

　　附 录 D (资料性附录)函数值查询表

　　图 D.1 函数值查询表