玻璃窯爐煙氣的餘熱利用(附:玻璃窯爐降耗節能的途徑)

北極星環保網訊:為了充分利用玻璃窯爐尾氣餘熱，使用熱管餘熱鍋爐與熱管式空氣預熱器回收餘熱，產生低壓飽和蒸汽與加熱二次風，達到節能的目的，本文詳細介紹了熱管餘熱鍋爐及熱管式空氣預熱器的用途、特點及使用。

一、熱管餘熱鍋爐回收玻璃窯爐尾氣餘熱

玻璃生產過程中，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餘熱鍋爐來產生蒸汽。蒸汽可用於加熱和霧化重油、管道保溫，以及生活取暖等。對於排煙量較大，溫度較高的煙氣，可通過熱管餘熱鍋爐產生較高壓力的蒸汽（3.5MPa）用於蒸汽透平來發電，或者直接驅動透平空壓機、風機、水泵等機械。對於從工作池和供料道等處排出的煙氣，氣量少而溫度高，可以採用少量的高溫熱管（工作溫度＞650℃）來預熱空氣，當離爐煙氣溫度為1000～1200℃，空氣預熱溫度可達400～500℃，節油效果可達20%。在退火爐煙氣的煙道中，以及退火爐緩冷帶以後的部位都可以設制熱管換熱器以回收煙氣的餘熱和玻璃製品的散熱量來預熱空氣，作為助燃空氣、乾燥熱源或車間取暖等的熱源，都可以獲得很好的節能效果。

當前國內玻璃窯爐所使用的燃料大多為重油和渣油，對於這種燃料的煙氣餘熱回收應該特別注意熱管蒸發段管外的積灰堵塞問題。我們公司經過若干年工業應用的實踐，已經積累了保證熱管換熱器能長期運行的方法，重要的一條設計原則是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在結構上確保清洗方便。

某玻璃廠由蓄熱室排出的煙氣溫度為420℃，煙氣量為（標準狀態）17800m3/h，要求將煙氣溫度降到200℃以下，回收的熱量產生0.5MPa（表壓）的低壓飽和蒸汽。

該設備具有如下優越性：

① 煙氣側壓力降小，可以滿足工藝窯爐內負壓的要求；

② 不容易積灰，設備具有熱水衝冼裝置，可以在線清冼；

③ 管壁溫度可全部控制在煙氣露點之上，避免結露及低溫腐蝕；

④ 可連續長期運轉，單根熱管破壞不影響設備運行；

⑤ 設備成本一年內回收。

二、用熱管式空氣預熱器回收玻璃窯爐尾氣餘熱加熱冷空氣

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

(1)主要用途

目前玻璃窯爐尾氣餘熱一般在200~300℃左右,約有30~50萬大卡的熱量,回收這部分熱量用以預熱二次風冷空氣,使常溫冷空氣變成達到100℃左右的熱空氣,送入窯內,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並能顯著節約燃料。主要用途分述如下：

1、提高燃料的理論燃燒溫度

空氣預熱後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熱溫度有關，一般空氣預熱溫度每提高100℃可提高理論燃燒溫度50℃左右。準確數據可通過燃燒公式（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----------燃料產物中部分CO2和H2O在高溫下熱分解反應消耗的熱量（（KJ/Kg或 KJ/Nm3）

Va、V------實際空氣量和實際煙氣量（NM3/Kg Nm3/Nm3）

Cf、Ca、C---燃料、空氣和燃燒產物平均比熱[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後對提高爐溫有直接作用，爐溫t1值與理論燃燒溫度t1i的關係見式（2-2）

t1=ηgt1i(℃) (2-2)

式中：t1i-----燃料的理論燃燒溫度（℃）、ηg---爐子高溫係數

燃料的理論燃燒溫度提高後爐溫亦即提高，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能力。根據經驗：空氣預熱溫度每提高100℃，約可提高爐子生產能力2%。

對使用低熱值煤氣的高溫爐來說，預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。為達到規定爐溫所要求的空氣預熱溫度可按圖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。不同發熱量的低熱值煤氣為達到規定爐溫所需空氣或煤氣的最低預熱溫度見表2-2。

表2-2使用低溫值煤氣時空氣煤氣的最低預熱溫度

3、節約燃料

單獨預熱空氣或空氣煤氣同時預熱時，燃料的節約率按（2-3）計算。

ηj=×100% (2-3)

式中

ηj --------------燃料節約率(%)

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

Qy----------煙氣帶走的熱量(KJ/Nm3)

Qd---------------燃料低發熱量[(KJ/Nm3)或(KJ/Kg)]

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

4、提高燃料效率並降低鋼材燒損

空氣預熱後由於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，從而能實現低氧完全燃燒並提高了燃燒效率。另外，在低氧燃燒情況下由於煙氣中氧含量減少，加火焰溫度有所提高，使鋼材在高溫狀態下停留的時間相應減少，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境

（1）隨著環境保護標準的提高，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量。

回收煙氣餘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。回收的熱量越多，則煙氣排放量越少，對環境保護的意義就更大。

（2）熱管式空氣預熱器的特點

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

1、傳熱性能高。

由於熱管式空氣預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，因此其傳熱係數比普通的光管空氣預熱器要大好多倍。如圖示

2、對數平均溫差大。

由於熱管式空氣預熱器，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、出口溫度就可以產生最大的對數平均溫差。

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