玻璃窯爐尾氣余熱的充分利用

 

      一、熱管蒸汽發(fā)生器回收玻璃窯爐尾氣余熱

 

      玻璃生產(chǎn)過程中，從池窯蓄熱室、換熱室(或換熱器)出來的煙氣一般在500℃以下。這些煙氣可以通過熱管余熱鍋爐來產(chǎn)生蒸汽。蒸汽可用于加熱和霧化重油、管道保溫，以及生活取暖等。對于排煙量較大，溫度較高的煙氣，可通過熱管余熱鍋爐產(chǎn)生較高壓力的蒸汽(3.5MPa)用于蒸汽透平來發(fā)電，或者直接驅(qū)動透平空壓機、風(fēng)機、水泵等機械。對于從工作池和供料道等處排出的煙氣，氣量少而溫度高，可以采用少量的高溫?zé)峁?工作溫度>650℃)來預(yù)熱空氣，當(dāng)離爐煙氣溫度為1000～1200℃，空氣預(yù)熱溫度可達400～500℃，節(jié)油效果可達20％。在退火爐煙氣的煙道中，以及退火爐緩冷帶以后的部位都可以設(shè)制熱管換熱器以回收煙氣的余熱和玻璃制品的散熱量來預(yù)熱空氣，作為助燃空氣、干燥熱源或車間取暖等的熱源，都可以獲得很好的節(jié)能效果。

 

      當(dāng)前國內(nèi)玻璃窯爐所使用的燃料大多為重油和渣油，對于這種燃料的煙氣余熱回收應(yīng)該特別注意熱管蒸發(fā)段管外的積灰堵塞問題。我們公司經(jīng)過若干年工業(yè)應(yīng)用的實踐，已經(jīng)積累了保證熱管換熱器能長期運行的方法，重要的一條設(shè)計原則是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在結(jié)構(gòu)上確保清洗方便。

 

      某玻璃廠由蓄熱室排出的煙氣溫度為420℃，煙氣量為(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))17800m3/h，要求將煙氣溫度降到200℃以下，回收的熱量產(chǎn)生0.5MPa(表壓)的低壓飽和蒸汽。該余熱回收設(shè)備如下圖所示：

 

      該設(shè)備具有如下優(yōu)越性：

 

      ①煙氣側(cè)壓力降小，可以滿足工藝窯爐內(nèi)負壓的要求;

 

      ②不容易積灰，設(shè)備具有熱水沖冼裝置，可以在線清冼;

 

       ③管壁溫度可全部控制在煙氣露點之上，避免結(jié)露及低溫腐蝕;

 

      ④可連續(xù)長期運轉(zhuǎn)，單根熱管破壞不影響設(shè)備運行;

 

      ⑤設(shè)備成本一年內(nèi)回收。

 

      二、用熱管式空氣預(yù)熱器回收玻璃窯爐尾氣余熱加熱冷空氣

 

      目前回收利用玻璃窯爐尾氣余熱，達到節(jié)能的目的，已被廣大企業(yè)所認識和落實。目前回收窯爐尾氣余熱使用的設(shè)備基本是采用余熱鍋爐，而玻璃企業(yè)所使用的燃料大部分是煤氣，煤氣發(fā)生爐本身自帶水夾套，可以副產(chǎn)低壓蒸汽供生產(chǎn)生活使用，只有在吹掃煙道時，需要的蒸汽較多，需外供蒸汽加以補充。煙道吹掃結(jié)束以后，蒸汽需要量較少，這時企業(yè)為了降低運行成本，就將余熱鍋爐停開或微開。這樣大部分煙氣的余熱，還是被排空放掉了，回收利用余熱，生產(chǎn)蒸汽供生產(chǎn)和生活使用，取消外供燃煤(氣、油)鍋爐，為能完全回收窯爐尾氣余熱，達到充分節(jié)能的目的。

 

      (1)主要用途

 

      目前玻璃窯爐尾氣余熱一般在200~300℃左右，約有30~50萬大卡的熱量，回收這部分熱量用以預(yù)熱二次風(fēng)冷空氣，使常溫冷空氣變成達到100℃左右的熱空氣，送入窯內(nèi)，可以提高燃料理論燃燒溫度作用，保證必須的爐溫以加快升溫速度并能顯著節(jié)約燃料。主要用途分述如下：

 

      1、提高燃料的理論燃燒溫度

 

      空氣預(yù)熱后可以提高燃料的理論燃燒溫度，溫度的提高程度與燃料種類及氣體的預(yù)熱溫度有關(guān)，一般空氣預(yù)熱溫度每提高100℃可提高理論燃燒溫度50℃左右。準(zhǔn)確數(shù)據(jù)可通過燃燒公式(2-1)計算或查表2-1。

  

      Tli=(2-1)

 

      式中：T1i________理論燃燒溫度(℃)

 

      Qnet________-燃料低位發(fā)熱量(KJ/Kg或KJ/Nm3)

 

      cftf________-燃料帶入的物理熱(KJ/Kg或KJ/Nm3)

 

      vacata______-空氣帶入的物理熱(KJ/Kg或KJ/Nm3)

 

      Qdi__________燃料產(chǎn)物中部分CO2和H2O在高溫下熱分解反應(yīng)消耗的熱量((KJ/Kg或KJ/Nm3)

 

      Va、V______實際空氣量和實際煙氣量(NM3/KgNm3/Nm3)

 

      Cf、Ca、C__-燃料、空氣和燃燒產(chǎn)物平均比熱[KJ/(Kg.℃)、KJ/(Nm3.℃)]

 

      Tf、ta____-燃料和空氣進入燃燒室的溫度(℃)

 

      2-1不同空氣預(yù)熱器溫度時燃燒的理論燃燒溫度

 

      2、保證必需的爐溫

 

      提高燃料的理論燃燒溫度后對提高爐溫有直接作用，爐溫t1值與理論燃燒溫度t1i的關(guān)系見式(2-2)

 

      t1=ηgt1i(℃)(2-2)

 

      式中：t1i____-燃料的理論燃燒溫度(℃)、ηg__-爐子高溫系數(shù)

 

      燃料的理論燃燒溫度提高后爐溫亦即提高，其輻射熱量與絕對溫度的4次方成正比，從而又提高爐子的生產(chǎn)能力。根據(jù)經(jīng)驗：空氣預(yù)熱溫度每提高100℃，約可提高爐子生產(chǎn)能力2％。

 

      對使用低熱值煤氣的高溫爐來說，預(yù)熱空氣和煤氣成為必需的前提，否則將達不到加熱工藝所需求的爐溫。為達到規(guī)定爐溫所要求的空氣預(yù)熱溫度可按圖2-1或表2-1查得燃料的理論燃燒溫度值，再按(2-2)求出爐溫值。不同發(fā)熱量的低熱值煤氣為達到規(guī)定爐溫所需空氣或煤氣的最低預(yù)熱溫度見表2-2。

 

       3、節(jié)約燃料

 

      單獨預(yù)熱空氣或空氣煤氣同時預(yù)熱時，燃料的節(jié)約率按(2-3)計算。

 

      ηj=×100％(2-3)

  

      式中：ηj______________燃料節(jié)約率(％)

 

      Qw______________空氣或空氣與煤氣同時預(yù)熱時得到的物理熱(KJ/Nm3)

 

      Qy__________煙氣帶走的熱量(KJ/Nm3)

 

      Qd______________-燃料低發(fā)熱量[(KJ/Nm3)或(KJ/Kg)]

 

      預(yù)熱空氣、煤氣和爐料相當(dāng)于直接向爐內(nèi)回收一部分熱量，對強化燃料和節(jié)約燃料有明顯效果。隨著空氣預(yù)熱溫度提高，燃料節(jié)約率亦響應(yīng)增大。一般認為：每提高空氣預(yù)熱溫度100℃，可節(jié)約燃料5％左右，是有效的節(jié)能手段，投資回收期短，有高的經(jīng)濟效益。

 

      4、提高燃料效率并降低鋼材燒損

 

      空氣預(yù)熱后由于體積膨脹使氣體流動速度加快，促使可燃物混和加強，混合物活性增加，從而能實現(xiàn)低氧完全燃燒并提高了燃燒效率。另外，在低氧燃燒情況下由于煙氣中氧含量減少，加火焰溫度有所提高，使鋼材在高溫狀態(tài)下停留的時間相應(yīng)減少，從而鋼材的氧化燒損量減少。

 

      5、減少煙氣排放量有利保護環(huán)境

 

      (1)隨著環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)的提高，不僅要求降低煙氣中的SO2和NOx的排放濃度，同時要求煙氣的總排放量也要減少，這是因為煙氣中CO2的大量排放將影響全球的大氣質(zhì)量。

 

      回收煙氣余熱可在總供熱量不變的情況下減少燃料的供給量，亦即減少了煙氣的生成量和排放量?；厥盏臒崃吭蕉啵瑒t煙氣排放量越少，對環(huán)境保護的意義就更大。

 

      (2)熱管式空氣預(yù)熱器的特點

 

      熱管式空氣預(yù)熱器是由具有超導(dǎo)傳熱元件之稱的熱管組成，它和其他形式的空氣預(yù)熱器既有如下特點：

 

      1、傳熱性能高。

 

      由于熱管式空氣預(yù)熱器的加熱段和冷卻段都可以帶有翅片，大大增加了擴展表面，因此其傳熱系數(shù)比普通的光管空氣預(yù)熱器要大好多倍。如圖示

 

      2、對數(shù)平均溫差大。

 

      由于熱管式空氣預(yù)熱器，可以方便的做到冷流體與熱流體的純逆向流動，這樣在相同的進、出口溫度就可以產(chǎn)生最大的對數(shù)平均溫差。

 

      3、傳遞熱量大。

 

      由于熱管式空氣預(yù)熱器傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差大，因此，傳輸?shù)臒崃烤痛?。熱管傳遞的熱量是指管內(nèi)從沸騰段液體吸熱變?yōu)檎羝钠瘽摕岬侥Y(jié)段蒸汽又變?yōu)橐后w放出的潛熱量，這種吸收或放出的潛熱量是相當(dāng)?shù)拇?，比不是靠相變吸收或放出潛熱方式傳熱量的元件要大得多。特別適合在玻璃窯爐尾氣的余熱這種熱復(fù)符量較少的工況上使用。

 

      4、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。

 

      熱管式空氣預(yù)熱器，所傳輸?shù)臒崃看螅虼?，如果在傳輸同樣的熱量情況下，熱管式空氣預(yù)熱器就顯得小，結(jié)構(gòu)緊湊，因此金屬的消耗量少，占地面積也可以大大減少。

 

      5、便于拆裝、檢查和更換。

 

      熱管式空氣預(yù)熱器是由許多根獨立的換熱元件熱管，按著一定的排列方式組成的。因此，有部分熱管更換不會影響整臺熱管式空氣預(yù)熱器的正常工作。根據(jù)玻璃窯爐尾氣余熱工況的實際情況，熱管式空氣預(yù)熱器的熱管可以定期的拆裝進行清灰。

 

      6、熱管式空氣預(yù)熱器具有很大的靈活性，可以根據(jù)不同的熱負荷和氣體流量，將幾個熱管式空氣預(yù)熱器串聯(lián)和并聯(lián)使用。

 

      三、熱管式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)及安裝運行

 

      1、結(jié)構(gòu)及安裝方式

 

      熱管式空氣預(yù)熱器其結(jié)構(gòu)特點為：由若干根熱管組成一個管束。中間用中孔板分開，一邊走煙氣(排氣)為加熱段，另一邊走空氣(給氣)為冷卻段。窯爐尾氣余熱從加熱段通過，經(jīng)熱管吸熱段吸收熱量，使管內(nèi)的液體工質(zhì)吸熱、汽化相變、潛熱經(jīng)冷卻段放熱，將冷空氣加熱，達到預(yù)期目的。結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。加熱段煙箱入口與窯爐主煙道相連，出口經(jīng)引風(fēng)機與煙囪入口相連。

 

      2、運行

 

      1)待余熱鍋爐停止運行或減負荷運行時，關(guān)閉煙氣入余熱鍋爐的閘板，打開空氣預(yù)熱器和通引

 

      風(fēng)機的閘板使煙氣從空氣預(yù)熱器通過，加熱冷空氣，給窯爐配送熱風(fēng)，以節(jié)約燃料。

 

      2)與煙氣接觸的煙箱內(nèi)的熱管時間長了會附著一層結(jié)塵。操作者在空氣預(yù)熱器運行一段時間后，可以將熱管抽出，進行清灰，然后將熱管重新裝入煙箱內(nèi)，使空氣預(yù)熱器繼續(xù)工作。

 

      3)某單位使用熱管式空氣預(yù)熱器運行參數(shù)

 

      四、總結(jié)

 

      1、對于高效節(jié)能型玻璃窯爐低溫?zé)煔獾挠酂崂?，熱管式空氣預(yù)熱器更能充分回收利用余熱，充分達到節(jié)能的目的。

 

      2、熱管式空氣預(yù)熱器既有造價低、安裝使用方便，投資回收期短，半年左右可回收投資。

 

      3、一座尾氣余熱流量8000(Nm3/h)左右的玻璃窯爐，可利用余熱420(KW)。若8000(Nm3/h)空氣流量，空氣溫升可達140(℃)，按日耗標(biāo)煤15t計算，可節(jié)約燃料0.75(t/d)左右。

 

      4、管式空氣預(yù)熱器可以充分回收利用窯爐尾氣的余熱，使排放的煙塵和SO2氣體大大減少，它的社會效益是不可估量的。