浮法玻璃退火窯余熱在冷端區(qū)域綜合利用技術(shù)與實踐

康分輝,于克文,王 磊

(中國耀華玻璃集團有限公司,秦皇島 066000)

浮法玻璃生產(chǎn)線廠房目前一般都采用鋼結(jié)構(gòu)形式，廠房墻壁和屋頂大都使用單層彩鋼瓦。在北方冬季室外最低氣溫達(dá)到零下10 ℃，彩鋼瓦保溫效果極差，室內(nèi)與室外溫度相差無幾。而生產(chǎn)寬板超薄浮法玻璃對環(huán)境和設(shè)備要求極為苛刻，玻璃原板寬在5.2 m時，環(huán)境溫度對玻璃板質(zhì)量影響較大，環(huán)境溫度較低溫時易出現(xiàn)玻璃板彎曲、炸裂、切割刀口質(zhì)量差、掰邊縱分多少角等現(xiàn)象。另外，環(huán)境溫度在5 ℃以下時，對堆垛機器人等設(shè)備的潤滑系統(tǒng)、吸盤有較大影響，出于設(shè)備自身保護(hù)，堆垛機器人將自動停止工作。

退火窯是浮法玻璃生產(chǎn)線的三大熱工設(shè)備之一，從錫槽拉引出的連續(xù)玻璃帶溫度約在600 ℃左右，經(jīng)過渡輥臺進(jìn)入退火窯，通過退火窯適當(dāng)冷卻降溫，退火窯密封區(qū)出口玻璃板溫度約為290 ℃。退火窯冷卻風(fēng)與玻璃板進(jìn)行熱交換后溫度能達(dá)到210～360 ℃左右，并直接排出室外，大量的熱能不僅白白浪費，而且對大氣造成熱污染。綜合利用退火窯余熱給冷端廠房和設(shè)備供暖，可達(dá)到節(jié)能減排目的。

1 退火窯熱工工藝分析

退火窯采用全鋼隧道式結(jié)構(gòu)，分為退火段和冷卻段，其中退火段是密封的，分為A、B1、B2和C區(qū)，冷卻段是敞開的，分為RET區(qū)和F區(qū)，在每個區(qū)設(shè)置風(fēng)冷系統(tǒng)。退火段的熱工原理為：輻射熱交換。玻璃帶上下方空間安裝熱交換器，玻璃帶向熱交換器輻射熱量，熱交換器中是室溫冷空氣，與玻璃帶逆向而行[1]。退火窯A、B1、B2、C區(qū)溫度分別為540 ℃、470 ℃、420 ℃、290 ℃左右，產(chǎn)生余熱風(fēng)溫度分別為340 ℃、360 ℃、300 ℃、210 ℃左右。冷卻段的熱工原理為：強制對流熱交換，RET、F區(qū)分別采用冷熱風(fēng)混合和冷風(fēng)強制對流熱交換，因RET區(qū)和F區(qū)在進(jìn)行熱交換后的余熱風(fēng)充滿在廠房內(nèi)，且溫度較低，回收意義不大。所以重點是回收退火段產(chǎn)生的余熱風(fēng)，退火段排廢的余熱功率見表1。

表1 退火窯退火段各區(qū)排廢的余熱功率

2 退火窯余熱回收用于冷端廠房采暖方案分析及實施

2.1 退火窯余熱回收用于冷端廠房采暖方案對比分析

退火窯對溫度相當(dāng)敏感，系統(tǒng)受到干擾，控制就不穩(wěn)定，溫度就產(chǎn)生波動，對玻璃質(zhì)量和產(chǎn)量造成嚴(yán)重的影響。目前退火窯余熱回收用于冷端廠房采暖的方案有多種情況，總結(jié)起來有以下幾種：

1)方案一：余熱風(fēng)回收混合后熱風(fēng)直接供暖 退火窯上各區(qū)直排熱風(fēng)管與室內(nèi)新風(fēng)管共同接入混合箱，由變頻風(fēng)機抽出混合風(fēng)送到冷端廠房排出采暖[2]。這種方案優(yōu)點是混合風(fēng)全部排放到冷端現(xiàn)場，沒有中間換熱環(huán)節(jié)，利用效率高，缺點一是因變頻風(fēng)機和新風(fēng)調(diào)節(jié)閥都是手動調(diào)節(jié)，操作繁瑣，可能對退火工藝造成影響和不能最大限度回收余熱；二是通過風(fēng)嘴排到冷端的熱風(fēng)強度減弱，依靠空氣對流加熱整個冷端廠房，因廠房面積太大，對整個廠房采暖杯水車薪；三是與冷空氣形成的上下對流，對人體產(chǎn)生不適感。

2)方案二：余熱風(fēng)回收經(jīng)余熱鍋爐換熱成熱水供暖 通過智能調(diào)節(jié)儀控制風(fēng)閥和手操器調(diào)節(jié)變頻引風(fēng)機從退火窯各區(qū)直排熱風(fēng)管抽取熱風(fēng)，經(jīng)余熱鍋爐換熱后得到熱水，再由暖氣管路循環(huán)到冷端現(xiàn)場的暖氣片來采暖[3]。這種方案的優(yōu)點是依據(jù)排風(fēng)壓力，自動調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度，手動調(diào)節(jié)變頻引風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，對退火窯工藝影響小。缺點一是熱風(fēng)通過鍋爐后的溫度較高，熱轉(zhuǎn)化效率低；二是對整個廠房和設(shè)備采暖效果不顯著。

3)方案三：余熱風(fēng)回收經(jīng)熱輻射管輻射供暖 自動控制變頻引風(fēng)機從退火窯各區(qū)直排熱風(fēng)管抽取熱風(fēng)，通過輸送管把熱風(fēng)輸送到冷端現(xiàn)場的熱輻射管，再通過熱輻射管直接把熱源輻射到設(shè)備和現(xiàn)場而達(dá)到采暖的目的。這種方案的優(yōu)點一是排風(fēng)壓力設(shè)定為5 Pa，自動調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，在引風(fēng)機的進(jìn)出風(fēng)口和直排風(fēng)管上設(shè)計了止回風(fēng)閥，對退火窯工藝不產(chǎn)生影響；二是熱風(fēng)直接由熱輻射管輻射出去，熱源轉(zhuǎn)換效率高；三是直接對設(shè)備和現(xiàn)場輻射熱源而達(dá)到局部加熱目的，空氣不會產(chǎn)生上下對流，不會對人體產(chǎn)生不適感[4]。

通過對三個方案的對比分析，余熱風(fēng)回收經(jīng)熱輻射管輻射給冷端區(qū)域供暖方案是最優(yōu)的選擇。

2.2 退火窯余熱回收經(jīng)熱輻射管輻射給冷端廠房采暖方案實施

在原有A、B1、B2、C區(qū)熱風(fēng)直排風(fēng)管上分別增設(shè)止回風(fēng)閥和壓力傳感器，并通過三通的形式將熱風(fēng)旁通至引風(fēng)機，旁通管道設(shè)電動啟閉閥并與引風(fēng)機連鎖聯(lián)動，引風(fēng)機選用變頻風(fēng)機，由引風(fēng)機和負(fù)壓風(fēng)機將熱風(fēng)通過輸送管送至熱輻射管，通過輻射供熱的方式為冷端主線、支線及機器人提供熱能，達(dá)到采暖的目的。A、B1、B2、C區(qū)各設(shè)一套設(shè)備分別為生產(chǎn)主線和一、二、三支線及堆垛機器人提供采暖。下面以退火窯A區(qū)余熱風(fēng)回收經(jīng)熱輻射管輻射給冷端生產(chǎn)主線供暖說明方案，見圖1。

1)在直排風(fēng)管上安裝微差壓壓力傳感器檢測排風(fēng)壓力，引風(fēng)機采用變頻調(diào)速電機，根據(jù)設(shè)定壓力自動調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，在保證熱風(fēng)直排管路排出余熱風(fēng)壓為微正壓的情況下，最大限度地回收余熱風(fēng)量，對退火窯工藝不受影響。

2)在直排風(fēng)管上、引風(fēng)機的進(jìn)口和出口安裝止回風(fēng)閥，為保證退火工藝穩(wěn)定，余熱風(fēng)按正常路徑流動，一小部分氣流排出室外，大部分余熱由引風(fēng)機抽走，直排風(fēng)管上的止回風(fēng)閥起到了防止室外風(fēng)倒流，引風(fēng)機出口的止回風(fēng)閥防止輸送管路氣流回流。

3)引風(fēng)機進(jìn)出口的旁路管道上安裝電動風(fēng)閥，并與引風(fēng)機連鎖，在啟動和停止系統(tǒng)時通過操作電動風(fēng)閥，在緊急情況下，關(guān)閉電動風(fēng)閥，避免對工藝造成影響。

4)熱輻射管采用意大利卡利歐瑪EUCERK系列輻射采暖設(shè)備，出風(fēng)口安裝負(fù)壓風(fēng)機和室內(nèi)外排風(fēng)電動閥，便于余風(fēng)順利排出。

5)所有大門安裝等溫底吹式空氣幕，空氣幕由左右兩路風(fēng)機產(chǎn)生高壓氣流，交匯于地下配風(fēng)道，通過出風(fēng)口產(chǎn)生向上氣流，形成幕障，隔斷室內(nèi)外空氣的對流，在不影響人員、貨品進(jìn)出的情況下，達(dá)到防塵、防污染、保溫、隔熱的目的。

6)系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，PLC采用西門子S7-200 SMART PLC，人機界面采用觸摸屏，系統(tǒng)對排風(fēng)壓力、溫度等過程參數(shù)以及風(fēng)機、電動閥進(jìn)行顯示和自動控制，圖2是退火窯余熱風(fēng)回收PLC控制流程圖。

3 退火窯余熱回收用于冷端采暖實施效果

3.1 退火窯余熱回收利用的能量

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)計算退火窯余熱回收利用的能量，見表2。

表2 退火窯退火段各區(qū)余熱回收利用的功率

根據(jù)實際測算的各區(qū)總熱回收利用量為917 kW/h,北方冬季采暖期每年按5個月，每天運行24 h，一個采暖期累計可回收330.1萬kWh熱能，折合節(jié)省標(biāo)煤405.4 t，或天然氣32.4萬m3，或電能330.1萬kWh。電按0.51元/kWh計算，節(jié)約168.3萬元人民幣，節(jié)能減排效果明顯。

3.2 冷端生產(chǎn)主線及支線機器人區(qū)域采暖效果

秦皇島冬季采暖室外設(shè)計計算溫度：-9.6 ℃；冷端生產(chǎn)主線和支線機器人區(qū)域設(shè)計溫度：6 ℃。

在不同室外溫度，采暖設(shè)備開啟或關(guān)閉條件下，對生產(chǎn)主線及支線堆垛機器人區(qū)域的溫度進(jìn)行了實際測量，實測數(shù)據(jù)見表3 。

表3 生產(chǎn)主線及支線機器人區(qū)域?qū)崪y溫度

從表3數(shù)據(jù)中可以得出結(jié)論，在不使用采暖設(shè)備時，室內(nèi)比室外溫升4 ℃，在使用熱輻射管采暖，同時又開啟空氣幕時比室外溫升16.8 ℃，在室外-9.0 ℃時室內(nèi)安裝熱輻射管的地方均達(dá)到6.0 ℃以上，對比室外溫度，冷端有熱輻射管采暖區(qū)域可保證12 ℃溫升。

輻射采暖設(shè)備將退火窯熱風(fēng)轉(zhuǎn)化為輻射熱，作用在冷端生產(chǎn)主線、支線的設(shè)備和現(xiàn)場，玻璃板和設(shè)備表面吸收熱量，等溫底吹式空氣幕阻斷了室外冷風(fēng)的滲入，防止室內(nèi)熱量散失，使室內(nèi)溫度有所提高。設(shè)備溫度的升高，使切割刀動作順暢，中分輪頂落靈活，堆垛機器人抓取穩(wěn)固，設(shè)備故障率明顯減少，冷端生產(chǎn)主線玻璃板表面受到均勻的熱輻射，減小了橫向溫度差，減少玻璃炸裂、彎曲、不走刀痕、刀口玻璃絲、多少角現(xiàn)象，玻璃產(chǎn)量和質(zhì)量得到了提高。

4 結(jié) 論

熱輻射采暖首次在玻璃行業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)了退火窯余熱綜合高效利用，降低了熱能浪費，取得了良好的效果，可以在北方地區(qū)玻璃行業(yè)推廣應(yīng)用。

a.方案余熱風(fēng)回收采用PLC自動控制系統(tǒng)，對退火窯溫度、壓力等工藝參數(shù)沒有影響，并且最大限度地回收了熱量。

b.提升了冬季北方地區(qū)浮法玻璃生產(chǎn)線冷端現(xiàn)場和設(shè)備的溫度，減少了玻璃炸裂現(xiàn)象，改善了玻璃切割質(zhì)量，提高了堆垛機器人工作效率，杜絕了機器人的停工現(xiàn)象，從而提高了玻璃產(chǎn)成品率。

c.降低了退火窯余熱對大氣的熱污染，減緩了大氣溫室效應(yīng)，促進(jìn)了玻璃生產(chǎn)企業(yè)綠色工廠的創(chuàng)建。