《鋁和鋁合金加工時效爐熱效率測定方法》編制說明

《鋁和鋁合金加工時效爐熱效率測定方法》

編制說明

編制小組

2023年11月

1項目概況

1.1任務(wù)來源

2021年，佛山市清潔生產(chǎn)與低碳經(jīng)濟(jì)協(xié)會針對佛山地區(qū)工業(yè)企業(yè)

的用能情況，要進(jìn)一步量化耗能設(shè)備的能效設(shè)想，提出在鋁型材加工

行業(yè)對部分重點耗能設(shè)備進(jìn)行能耗效率的量化評價，提出團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《

鋁和鋁合金加工時效爐熱效率測定方法》（以下簡稱時效爐熱效率測

試方法）。2022年，根據(jù)國家發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境部的要求，在南海區(qū)

生態(tài)環(huán)境局的指導(dǎo)下，廣東省清潔生產(chǎn)協(xié)會會同佛山市清潔生產(chǎn)與低

碳經(jīng)濟(jì)協(xié)會、南海區(qū)鋁型材加工協(xié)會向國家生態(tài)環(huán)境部提出實時“南

海區(qū)鋁型材加工行業(yè)清潔生產(chǎn)整體審核創(chuàng)新試點”項目（以下簡稱行

業(yè)審核創(chuàng)新）。該項目在2022年11月獲得國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)部的批準(zhǔn)。

經(jīng)過多方的協(xié)商，同意將時效爐熱效率測試方法列入行業(yè)審核創(chuàng)新的

工作內(nèi)容，并作為各協(xié)會的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

2023年8月，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)時效爐熱效率檢測方法正式立項。在立項

前，佛山市清潔生產(chǎn)與低碳經(jīng)濟(jì)協(xié)會已經(jīng)開展了部分前期工作，例如，

有關(guān)資料的查找，企業(yè)的調(diào)研等等。時效爐熱效率檢測方法原名是《

時效爐熱效率檢測方法》，考慮到在金屬加工行業(yè)可能存在著多種工

業(yè)時效爐，決定改名為《鋁型材加工行業(yè)時效爐熱效率檢測方法》。

1.2目的和意義

1.2.1目的

時效爐是鋁和合金鋁加工過程中常用的耗能設(shè)備，在一定的條

件下是必不可少的設(shè)備。時效爐是主要耗能設(shè)備之一。在時效爐的耗

能中，耗熱的占比最大，電耗占比小。測定時效爐的熱效率是評定和

判斷時效爐的能耗所必要的工作。然而，目前尚未有時效爐熱效率檢

測方法的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，測定熱效率的方法隨意性太大，缺乏科學(xué)

性和合理性。通過制定時效爐熱效率測定方法的技術(shù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，不

僅彌補了時效爐熱效率檢測方法標(biāo)準(zhǔn)的空白，也有利于時效爐的節(jié)能

工作的發(fā)展。

1.2.2意義

評價時效爐熱能利用狀況有兩種方法：單位產(chǎn)品時效過程熱耗

以及時效爐的熱效率。由于兩種方法的統(tǒng)計口徑和原理的不同，兩者

有各自的優(yōu)缺點。

單位產(chǎn)品時效過程熱耗是以單位產(chǎn)品在時效過程中消耗燃料的

量或燃料的熱量表示，直觀，在計算成本時十分有效。但是，統(tǒng)計數(shù)

據(jù)基本上是一個時期的，同時，由于測量僅僅局限在熱能的消耗量，

沒有與其他因素掛鉤，例如，環(huán)境溫度、工作的起始溫度等等，部分

影響因素不可知。

時效爐熱效率是針對一個具體的過程，在測試過程會涉及到環(huán)

境溫度、起始時爐內(nèi)溫度等等數(shù)據(jù)，更加有利于分析影響時效爐熱效

率的相關(guān)因素。

本標(biāo)準(zhǔn)編制意義在于：標(biāo)準(zhǔn)給出統(tǒng)一的測定標(biāo)準(zhǔn)，有助于時效

爐熱效率測定方法的規(guī)范化以及指導(dǎo)企業(yè)開展時效爐熱效率測定工

作；使用本標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測的時效爐熱效率，可以進(jìn)行不同時效爐

之間的熱效率對比或評價，有利于促進(jìn)時效爐的節(jié)能工作；鋁型材加

工企業(yè)可以運用本標(biāo)準(zhǔn)的方法，對生產(chǎn)工藝的熱效率進(jìn)行研究和分析，

確定節(jié)能的時效爐控制工藝。

1.3主要起草單位及工作

主要起草單位有佛山市清潔生產(chǎn)與低碳經(jīng)濟(jì)協(xié)會、廣東省清潔

生產(chǎn)協(xié)會、南海區(qū)鋁型材加工行業(yè)協(xié)會和廣東華昌鋁業(yè)有限公司等單

位。

佛山市清潔生產(chǎn)與低碳經(jīng)濟(jì)協(xié)會負(fù)責(zé)開展行業(yè)情況調(diào)研、時效

爐熱效率測定方法的提出和驗證，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的編制等工作。

廣東省清潔生產(chǎn)協(xié)會負(fù)責(zé)項目組織、項目立項、項目評定以及

聘請行業(yè)專家等工作。

南海區(qū)鋁型材加工行業(yè)協(xié)會負(fù)責(zé)組織行業(yè)調(diào)研，咨詢行業(yè)的專

家意見等工作。

廣東華昌鋁業(yè)有限公司等企業(yè)負(fù)責(zé)提供實驗場地和時效爐用于

方法的驗證，并結(jié)合生產(chǎn)實際情況對標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容提出意見。

1.4編制過程

2021年，提出編制《時效爐熱效率測定方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。同時，

開始查找資料和行業(yè)調(diào)研。

2022年中，將編制《時效爐熱效率測定方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)列入行

業(yè)審核創(chuàng)新項目的工作內(nèi)容。

2023年8月，廣東省清潔生產(chǎn)協(xié)會正式立項。11月，發(fā)出征求意

見稿。

預(yù)計該項目在2024年4月份前完成。

2.鋁型材加工行業(yè)時效爐的應(yīng)用

2.1基本情況

鋁型材加工行業(yè)是佛山市重點支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是耗能較大的

傳統(tǒng)行業(yè)之一。鋁型材加工生產(chǎn)工藝流程主要分為镕鑄、擠壓成形和

表面處理。擠壓成形后的鋁型材需要通過時效去除鋁型材中的應(yīng)力，

提高鋁型材的強度等物理性能。時效屬于金屬的熱處理工序之一。鋁

型材加工時效爐是鋁型材熱處理生產(chǎn)工序中的設(shè)備，擠壓成型后的鋁

型材需要經(jīng)過時效熱處理后才能進(jìn)入電泳、拋光及氧化等表面處理工

藝。據(jù)不完全統(tǒng)計，佛山市共計有200多家鋁型材加工企業(yè)，這些企

業(yè)大小、時效爐狀況參差不齊。

“十二五”以來，佛山鋁型材加工企業(yè)開展了一系列節(jié)能減排

工作，時效爐已全部由燃煤（油）改造為燃天然氣或液化石油氣，部

分企業(yè)也開展了時效爐熱效率狀況的研究，用于評價時效爐節(jié)能效果。

在鋁型材加工行業(yè)中開展過時效爐熱效率的檢測。但是，由于缺乏系

統(tǒng)的研究以及標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法。有關(guān)的數(shù)據(jù)不能相互對比和引用。要

提高能源利用水平就必須有標(biāo)準(zhǔn)的能源消耗檢測方法和程序，用于評

價各種耗能設(shè)備的能源消耗和利用水平，評價各種工藝工況下的用能

水平。因此，對時效爐熱能的利用效率進(jìn)行檢測十分必要。

2.2時效爐的特點

用于鋁和合金鋁時效的時效爐通常由爐體、燃燒器、熱風(fēng)循環(huán)

系統(tǒng)、物料輸入輸出系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)等組成。時效爐的熱源數(shù)是

燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，通常有煤、油料、天然氣和液化氣。在南海區(qū)

的鋁型材加工企業(yè)已經(jīng)全部使用液化氣或天然氣作為熱源。時效爐的

加熱方式有直接加熱和間接加熱兩種方式。通常情況下，時效爐的加

熱溫度在200℃左右，時效爐最高溫度為250℃，時效保溫時間在2-4

個小時。時效爐進(jìn)出料的方式有單向和雙向兩種方式。起開門的方式

有人工手動啟開和自動起開。

2.3時效爐熱效率

時效爐的熱平衡可以見圖1.。

圖1.時效爐熱平衡示意圖

結(jié)合圖1有以下的討論。

1.鋁型材升溫吸收熱、循環(huán)空氣升溫吸收熱、物料裝載裝載

升溫吸收熱量以及時效爐爐壁吸收熱量是必不可少的。但是，真正有

效的熱量僅僅是鋁型材升溫吸收熱。因此，只有鋁型材升溫吸收熱能

作為有效熱。

2.表面散發(fā)熱量以及各種帶出熱量是無法精確測量或計算的。

時效爐熱利用效率的檢測只能是正平衡方式，而不能用反平衡方式。

3.編制原則與方法

3.1編制原則

3.1.1合規(guī)性原則

標(biāo)準(zhǔn)編制符合GB/T1.1-2020，標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)內(nèi)容符合國家標(biāo)

準(zhǔn)GB/T2588《設(shè)備熱效率計算通則》、GB/T13338《工業(yè)燃料

爐熱平衡測定與計算基本規(guī)則》和GB/T40816.11《工業(yè)爐及相關(guān)

工藝設(shè)備能量平衡測試及能效計算方法第11部分：各種效率評

估》等的要求。標(biāo)準(zhǔn)編制過程符合《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》的要求。

3.1.2可操作性原則

標(biāo)準(zhǔn)中的各項規(guī)定和要求是生產(chǎn)企業(yè)或有關(guān)檢測機構(gòu)在實

際工作可以操作的。

3.1.3與實際生產(chǎn)實際相結(jié)合原則

為了使到該標(biāo)準(zhǔn)具有良好的實用性，標(biāo)準(zhǔn)中所選擇測定方法能與

企業(yè)生產(chǎn)狀況相符合，便于操作，測試方法的原理也便于理解。

3.2編制方法

在編制該標(biāo)準(zhǔn)過程中，采用了以下的方法：

1.資料查詢。在標(biāo)準(zhǔn)編制的準(zhǔn)備階段，就開展了資料查詢工作，

主要查詢了國內(nèi)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范以及有關(guān)論文，以確定編制

該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容、測定方法的提出和確定等等。

2.行業(yè)情況調(diào)研。對鋁型材加工行業(yè)的生產(chǎn)情況和時效爐的使

用情況進(jìn)行調(diào)研，尤其是時效爐的種類、使用特點等等情況進(jìn)行調(diào)研。

3.現(xiàn)場的測試。在資料查詢和行業(yè)情況調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了

測定時效爐熱效率的基本方法，到企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實地開展時效爐

熱效率的測定，檢驗提出方法的實用性和適用性，并不斷地對有關(guān)內(nèi)

容進(jìn)行修改和補充。

4.征求行業(yè)和專家的意見。在標(biāo)準(zhǔn)的編制過程和形成征求意見

稿后，就標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容向鋁型材加工行業(yè)的專家、企業(yè)技術(shù)人員以及節(jié)

能專家等，征求意見，并根據(jù)他們的意見進(jìn)行不斷地修改和補充。

4.標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

4.1標(biāo)準(zhǔn)名稱

《鋁和鋁合金加工時效爐熱效率測定方法》

4.2適用范圍

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以天然氣或液化氣等氣態(tài)燃料的鋁和鋁合金加工

時效爐熱能效率的測定流程、測定方法和計算方法，適用于鋁和鋁合

金加工時效爐生產(chǎn)制造廠家和使用廠家測定鋁和鋁合金加工時效爐

熱能效率。

使用煤、油料等燃料的率和鋁合金加工時效爐測定熱效率時可

以參考該標(biāo)準(zhǔn)。其他的耗熱設(shè)備熱效率的測定也可以參考本標(biāo)準(zhǔn)。

4.3文本框架

本標(biāo)準(zhǔn)主要的內(nèi)容有：

1.熱效率。在此給出了時效爐熱效率的定義、測定方法等等。

其中，有效熱是需要說明的。在此規(guī)定有效熱僅僅是加入鋁和鋁合金

在達(dá)到時效溫度時所吸收的熱量。其他的部分熱量，如時效爐爐體吸

收的熱量、循環(huán)空氣吸收的熱量以及裝載鋁和鋁合金裝置所吸收的熱

量等等，都是整個工作過程所需要的熱量，但是不能作為有效熱部分。

2.測量和計算。在本標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了測量熱效率時所需要測量

的量有爐內(nèi)問題、氣體燃料的消耗量。加入的鋁和鋁合金的質(zhì)量，在

實際工作中都是根據(jù)米重計算。在此，認(rèn)可這種方法。

3.準(zhǔn)備工作。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定之前準(zhǔn)備工作的內(nèi)容。在實際

工作中可以根據(jù)實際情況做好準(zhǔn)備工作。

4.時效爐熱效率測定步驟。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定時效爐熱效率的6

個步驟