提高玻璃熔窯余熱鍋爐的余熱利用率

方海燕　劉余慶

摘 要 本文介紹了玻璃熔窯余熱利用的最有效方式—余熱發(fā)電。余熱鍋爐作為余熱發(fā)電站的主要設(shè)備，提高其余熱利用率對(duì)玻璃熔窯余熱利用有重大意義。減少熱損失以及提高余熱鍋爐的有效輸出熱量均可提高玻璃熔窯余熱鍋爐余熱利用率。

關(guān)鍵詞 玻璃熔窯；余熱鍋爐；余熱利用率

中圖分類號(hào) TQ17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2015）09-0071-02

國家政策和社會(huì)輿論越來越重視工業(yè)生產(chǎn)中的能源節(jié)約和廢氣達(dá)標(biāo)排放。作為建材行業(yè)的耗能大戶，玻璃生產(chǎn)需消耗大量能源，燃料燃燒釋放的熱量，只有35%～40%是玻璃熔制的有效熱，約30%～40%是通過排煙所帶走的。將這部分熱量利用起來可給玻璃企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)節(jié)能減排帶來顯著促進(jìn)作用。

以前玻璃熔窯排煙主要用于供熱蒸汽和加熱燃料，這種余熱利用方式利用率低。如果由余熱鍋爐吸收煙氣廢熱，生產(chǎn)過熱蒸汽，將過熱蒸汽送至汽輪機(jī)發(fā)電，這種玻璃熔窯余熱回收發(fā)電裝置可將玻璃熔窯燃料熱量利用效率提高10%左右，并且產(chǎn)生的電量滿足玻璃生產(chǎn)線60%～80%以上的用電量。

余熱鍋爐作為吸收煙氣廢熱、生產(chǎn)發(fā)電用蒸汽的重要設(shè)備，是提高熱能利用效率的關(guān)鍵設(shè)備。提高余熱鍋爐的余熱利用率，對(duì)提高玻璃熔窯余熱發(fā)電的效率以及玻璃生產(chǎn)線的節(jié)能環(huán)保有一定意義。

1 余熱鍋爐的熱平衡系統(tǒng)

玻璃熔窯余熱鍋爐的熱源來自玻璃熔窯排煙，所以輸入熱量由玻璃熔窯決定。從圖1可看出，減少鍋爐各項(xiàng)熱損失，提高有效輸出熱量，是提高鍋爐余熱利用率的唯一方法。

2 影響玻璃熔窯余熱鍋爐的余熱利用率的主要因素

2.1 玻璃熔窯余熱鍋爐的各項(xiàng)熱損失

玻璃熔窯余熱鍋爐的熱損失主要是排煙熱損失、散熱損失、排塵渣熱損失和其它熱損失。

余熱鍋爐排煙熱損失按下式計(jì)算：

式中：I〞—相應(yīng)排煙溫度下煙氣的焓，kJ/Nm2 ；Vy″—余熱鍋爐出口煙氣量，Nm2/h；Q′—煙氣帶入的熱量，kJ/h；余熱鍋爐排煙熱損失在鍋爐熱損失中占比較大，實(shí)際運(yùn)行中其變化較大。

余熱鍋爐的散熱損失，主要由鍋爐本體的散熱面積和保溫條件所決定，在鍋爐設(shè)計(jì)和安裝完畢后，正常運(yùn)行條件下降低鍋爐散熱損失基本不可能。所以在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，通過選用恰當(dāng)?shù)谋夭牧弦约霸黾颖睾穸葋頊p少鍋爐本體的散熱損失，人孔門、卸灰孔在滿足使用要求下盡可能面積減小，從而減少散熱面積，做好人孔門、通風(fēng)梁與爐壁的密封，減少冷風(fēng)進(jìn)入鍋爐本體，降低煙氣的熱量。

其它熱損失，在運(yùn)行中避免閥門跑、冒、滴、漏，減少鍋爐排污率，從而減少余熱鍋爐的汽水熱損失。

塵渣熱損失所占比例相對(duì)很小，其值不大，通過運(yùn)行降低這項(xiàng)損失的方法不多。

1）減少熱損失。由于余熱鍋爐的傳熱過程為：玻璃熔窯尾氣通過對(duì)流和輻射的方式經(jīng)由鍋爐對(duì)流管束導(dǎo)熱至管內(nèi)介質(zhì)（水或蒸汽）。所以管壁的傳熱效率會(huì)很大程度影響到余熱鍋爐的余熱利用率。

傳熱基本方程為： （3）

式中K為傳熱系數(shù)，單位為kW/（m2.℃），K表示溫壓為1℃時(shí)1m2對(duì)流受熱面熱通量的大小，傳熱系數(shù)越大，傳熱過程越強(qiáng)烈。

2）清理鍋爐積灰。由于余熱鍋爐熱源為玻璃熔窯煙氣，煙氣中含塵量較大，粘性較強(qiáng)，較易積灰在余熱鍋爐的受熱面對(duì)流管束上，且不易清理。積灰的傳熱系數(shù)小，鍋爐的積灰會(huì)減少煙氣對(duì)管內(nèi)介質(zhì)的傳熱。所以余熱鍋爐需安裝吹灰器定時(shí)清理鍋爐積灰，如長期運(yùn)行后吹灰器效率降低清理積灰效果不理想，需進(jìn)行洗爐，以提高余熱鍋爐對(duì)流管束的傳熱效果。

3）鍋爐水處理。余熱鍋爐對(duì)流管束內(nèi)的水垢也會(huì)降低傳熱效果。因?yàn)樗笗?huì)減小受熱管束內(nèi)的流速截面，增加管內(nèi)水循環(huán)的流動(dòng)阻力，也會(huì)腐蝕管壁，阻礙熱傳導(dǎo)，降低熱效率，有可能引起爆管，也有可能引起汽水共騰現(xiàn)象，從而使輸出的蒸汽品質(zhì)惡化。

所以鍋爐給水需經(jīng)爐外和爐內(nèi)處理后達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。爐外處理包括水的凈化、軟化、除鹽和除氧。水的凈化分為凝聚、沉淀和過濾。目的是除去水中所含懸浮物的膠體，并為軟化或除鹽創(chuàng)造良好條件。鍋爐給水經(jīng)軟化后，將水中的鈣鎂離子等易形成水垢的硬度離子用鈉離子進(jìn)行離子交換，鈉鹽的溶解度很高，可避免隨溫度升高而造成的水垢生成。由于軟化處理只能除去水中的硬度離子，但由于鍋爐高溫高壓運(yùn)行，需將水中所有鹽類幾乎除盡，以使給水質(zhì)量達(dá)到要求。鍋爐給水中溶有多種氣體，而其中的氧氣會(huì)在水、汽溫度較高的鍋爐內(nèi)加快鍋爐的氧腐蝕，玻璃熔窯余熱鍋爐一般通過低壓鍋筒除氧器來除氧，除氧熱源來自鍋爐尾端煙氣余熱。爐內(nèi)處理主要是爐內(nèi)加藥處理。利用加入的堿性藥劑使水中所有結(jié)垢鹽類轉(zhuǎn)化為泥渣CaCO3、Mg（OH）2而沉積處理，在借助鍋爐排污排出塵渣。有關(guān)鍋外水處理的給水和鍋水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，見GBT1576-2008《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》。

4）降低鍋爐排煙溫度。降低鍋爐排煙溫度，減少鍋爐熱損失，將煙氣焓更多地轉(zhuǎn)化為工質(zhì)焓，可獲得最大的余熱鍋爐的余熱利用率。

P、t、tf和△tpp影響余熱鍋爐的排煙溫度，其中P的影響最大。當(dāng)過熱蒸汽壓力升高時(shí)，蒸發(fā)器的飽和壓力及其對(duì)應(yīng)的飽和溫度升高，在窄點(diǎn)溫差和接近點(diǎn)溫差不變的情況下，余熱鍋爐的蒸發(fā)量減少，給水在余熱鍋爐省煤器內(nèi)的吸熱量減少，所以余熱鍋爐的排煙溫度也相應(yīng)升高，從而導(dǎo)致余熱鍋爐的余熱利用率降低。當(dāng)過熱蒸汽壓力降低時(shí)，余熱鍋爐的蒸發(fā)量增加，排煙溫度降低，鍋爐余熱利用率增加。但排煙溫度不能無限降低，鍋爐尾端易發(fā)生低溫腐蝕，排煙溫度受煙氣露點(diǎn)、水蒸氣露點(diǎn)和酸露點(diǎn)的限制，所以，鍋爐排煙溫度不能低于露點(diǎn)溫度。

2.2 提高有效輸出熱量

提高玻璃熔窯余熱鍋爐的有效輸出熱量，是提高玻璃熔窯余熱鍋爐余熱利用率的重要方法。不考慮熱損失的情況下：

式中 E—玻璃熔窯余熱鍋爐有效輸出工質(zhì)熱量；q—工質(zhì)流量；h2—余熱鍋爐輸出工質(zhì)的焓值；h1—余熱鍋爐鍋爐給水的焓值；P2—余熱鍋爐輸出工質(zhì)的壓力；t2—余熱鍋爐輸出工質(zhì)的溫度；P1—余熱鍋爐鍋爐給水的壓力；t1—余熱鍋爐鍋爐給水的溫度。

根據(jù)熱力學(xué)原理，余熱鍋爐的余熱利用率會(huì)隨著輸出的主蒸汽壓力、溫度和流量的升高而升高，單純從提高效率的角度考慮，主蒸汽參數(shù)越高越好，但是提高參數(shù)受到很多外在因素的影響。

主蒸汽壓力決定了余熱鍋爐中壓鍋筒的工作壓力（略大于主蒸汽壓力），同時(shí)決定了蒸發(fā)器內(nèi)汽水的飽和溫度。在窄點(diǎn)溫差一定的情況下，主蒸汽壓力越高，汽包壓力越高，蒸發(fā)器內(nèi)汽水飽和溫度越高，此時(shí)余熱鍋爐蒸發(fā)量下降，離開蒸發(fā)器的煙氣溫度升高。若接近點(diǎn)溫差也一定，主蒸汽壓力升高時(shí)，蒸發(fā)量減少，省煤器內(nèi)介質(zhì)流量減少，但介質(zhì)出口溫度升高，省煤器吸熱量基本不變，而隨著蒸發(fā)量減少，低壓蒸發(fā)器的吸熱量減少，鍋爐的總吸熱量減少，所以會(huì)造成鍋爐的排煙溫度升高。即窄點(diǎn)溫差、接近點(diǎn)溫差一定的情況下，主蒸汽壓力越高，鍋爐排煙溫度越高，鍋爐排煙溫度越高，排煙熱損失越高，余熱鍋爐的有效輸出熱量越少，余熱鍋爐余熱利用率越低。

提高主蒸汽溫度，蒸汽產(chǎn)量會(huì)減少，而提高蒸汽溫度，需增加過熱器的換熱面積，也增加對(duì)材料的要求，需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性。

提高余熱鍋爐蒸發(fā)量，鍋爐排煙溫度降低，余熱利用率提高，但排煙溫度受露點(diǎn)溫度限制。提高蒸發(fā)量需擴(kuò)大蒸發(fā)器省煤器的換熱面積從而增加設(shè)備費(fèi)用，需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)論

通過減少鍋爐積灰、提高鍋爐給水品質(zhì)、降低鍋爐排煙溫度等方式減少余熱鍋爐的各項(xiàng)熱損失，在考慮經(jīng)濟(jì)性以及露點(diǎn)溫度的前提下，優(yōu)化主蒸汽參數(shù)的選擇，綜合以上方式來提高玻璃熔窯余熱鍋爐余熱利用率。

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