非木浆碱回收燃烧系统能量平衡及能量效率检测

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非木浆碱回收燃烧系统能量平衡及能量效率检测技术研究

简介

在制浆造纸行业中，非木浆碱回收燃烧系统是实现资源循环利用与节能减排的核心环节。该系统通过高温燃烧黑液回收碱金属化合物，同时释放热能用于蒸汽发电或工艺供热。能量平衡与效率检测能够量化系统能量流动特征，识别能量损耗节点，为工艺优化提供数据支撑。随着全球造纸行业对碳中和目标的推进，建立精准的能量效率评估体系已成为提升企业环境效益与经济效益的重要技术手段。

适用范围

本检测技术适用于以芦苇、竹材、甘蔗渣等非木材纤维为原料的制浆企业，涵盖连续式碱回收炉、喷射式碱炉等主流设备类型。检测对象包括燃烧工段的热能输入输出系统、化学能转化过程以及余热回收装置，适用于新建项目能效验证、在运设备性能评估及技术改造效果跟踪等场景。

检测项目及技术要点

1. 输入能量计量 检测黑液固形物热值（HHV）、补充燃料（如天然气）低位发热量，同步记录黑液流量、浓度及辅助燃料消耗量。需重点分析黑液粘度对雾化效果的影响，建立热值-流量动态关联模型。

2. 燃烧产物能量分布 测定熔融物显热（≥850℃）、烟气物理显热与化学潜热（CO、H₂未燃组分）。采用红外热像仪监测炉膛温度场分布，结合烟气成分分析仪（O₂、CO₂、CO）计算化学不完全燃烧损失。

3. 热回收系统效率 评估余热锅炉蒸汽产量与参数（压力、温度、干度），检测省煤器进水/出水温差。使用超声波流量计测量蒸汽管网输送损耗，建立蒸汽焓值-发电量转换系数。

4. 能量平衡偏差分析 通过输入总能量与输出有用能量对比，计算系统热效率（η=有效能/输入能×100%）。重点关注碱尘飞扬造成的碱损失（约占总输入能的3-5%）及炉体散热（2-3%）。

检测参考标准

1. GB/T 2587-2021《热设备能量平衡通则》 规定能量平衡模型构建原则与边界条件划分方法，明确基准温度选取规则（通常取环境温度20℃）。

2. ISO 13686:2014《Pulps—Determination of heating value》 提供黑液固形物高位热值的氧弹量热法标准测试流程，要求重复性误差≤1.5%。

3. TAPPI T650 pm-21《Chemical recovery boiler energy balance》 详细规范烟气取样点布置方案（需避开涡流区与死角），规定灰分含碳量的灼烧减量法测定步骤。

4. HJ 75-2017《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》 对烟气流量、温度、压力等参数在线监测设备的技术指标提出强制性要求。

检测方法及仪器配置

1. 数据采集阶段 采用分布式数据采集系统（如NI CompactDAQ），集成K型热电偶（测温范围0-1300℃）、罗斯蒙特3051S压力变送器（精度0.075%）。黑液流量检测优先选用科氏力质量流量计（误差±0.2%），配合在线折光仪实时获取固含量数据。

2. 燃烧效率检测 使用Testo 350烟气分析仪（量程CO 0-4000ppm，O₂ 0-25%）进行原位测量，每30分钟采集一组数据。同步采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）检测H₂S、CH₄等痕量可燃气体，数据修正系数取1.05-1.12。

3. 热流密度测算 在炉墙外表面布置热流计（Schmidt-Boelter型，响应时间<2s），按1m×1m网格布点。结合ANSYS Fluent流体模拟软件，重构三维温度场分布，计算辐射热损失占比。

4. 能效计算模型 基于ASPEN Plus流程模拟平台建立物质-能量耦合模型，输入参数包括黑液元素分析（C、H、O、S、Na）、过剩空气系数（1.15-1.25）、熔融物温度等。通过蒙特卡洛法进行不确定性分析（置信度95%）。

技术发展展望

随着激光诱导击穿光谱（LIBS）技术在碱尘成分在线检测中的应用，以及数字孪生系统对动态能效的实时仿真能力提升，未来检测周期可缩短至72小时以内。人工智能算法（如LSTM神经网络）的引入，将实现能效异常点的智能诊断与优化策略自动生成，推动碱回收系统热效率突破85%的技术瓶颈。

通过系统化检测与数据分析，企业可精准定位能量损耗环节。实践表明，优化空气分级燃烧策略可减少化学不完全燃烧损失15%，改造熔融物急冷系统可回收余热2.3GJ/h。这些技术改进不仅降低吨浆综合能耗12-18%，更使CO₂排放强度下降21%，为造纸行业绿色转型提供关键技术支撑。