玻璃退火窯的余熱利用方法

楊小平,朱 慧

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063)

玻璃行業(yè)為高耗能、高排放行業(yè)。玻璃工業(yè)中三大熱工設(shè)備之一的退火窯，存在大量的排風(fēng)余熱資源。在國家節(jié)能減排的大環(huán)境下，將節(jié)能理念應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)線項目前期方案設(shè)計及施工圖設(shè)計中，通過回收的方式充分利用退火窯排風(fēng)余熱，既能減少熱污染排放，又能降低采暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

1 退火窯余熱利用參數(shù)

玻璃在退火工段冷卻過程中首先經(jīng)過預(yù)熱均熱區(qū)，該區(qū)一般由A區(qū)、B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)四個冷卻系統(tǒng)組成[1]，從A區(qū)到C區(qū)玻璃溫度由600 ℃降至370 ℃，因玻璃退火窯窯內(nèi)風(fēng)壓控制嚴(yán)格,每個區(qū)配置一臺冷卻風(fēng)機(jī)，各區(qū)域風(fēng)系統(tǒng)均獨(dú)立設(shè)置，風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)直接接至室外高空排放。

以一條日產(chǎn)600 t浮法生產(chǎn)線，退火窯余熱通過風(fēng)管接至末端輻射管為例來計算(該數(shù)據(jù)僅作為計算依據(jù)，每條生產(chǎn)線以實測為準(zhǔn))。假設(shè)各區(qū)域回收利用后排風(fēng)溫度均為100 ℃，則退火窯理論回收總熱量為1 180 kW。每個區(qū)可回收的熱量及計算參數(shù)見表1。

表1 退火窯各區(qū)域參數(shù)

此部分熱量回收之后用于生產(chǎn)線的輻射采暖系統(tǒng)，每天運(yùn)行24 h，每年運(yùn)行120 d，累計可回收12 234 240 MJ熱能，累計可節(jié)省標(biāo)煤417 t，或節(jié)省天然氣 33.6萬m3，或節(jié)省余熱蒸汽5 653 t(增加余熱發(fā)電113萬度)。通過以上計算說明，在不影響工藝生產(chǎn)的情況下，充分利用退火窯A區(qū)、B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)的余熱，可以實現(xiàn)節(jié)能減排，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

2 退火窯余熱利用方式

2.1 直接利用退火窯熱風(fēng)

目前很多北方的浮法項目，切裁成品工段支線機(jī)械手區(qū)域，要求操作溫度在12 ℃以上，溫度過低機(jī)械手吸盤容易掉片，影響設(shè)備的正常工作。切裁成品區(qū)屬于高大廠房，需要采暖的機(jī)械手區(qū)域在廠房中間，因生產(chǎn)線的關(guān)系，機(jī)械手區(qū)域無法單獨(dú)隔開。鑒于以上原因，在玻璃廠切裁成品區(qū)域采暖系統(tǒng)設(shè)計時，采用散熱器值班采暖加退火窯熱風(fēng)局部采暖相結(jié)合的供暖方案。

2.1.1 退火窯熱風(fēng)接至局部采暖區(qū)低溫輻射管內(nèi)

以A區(qū)為例，在管路2上增加止回風(fēng)閥和壓力測點(diǎn)P1，管路3上設(shè)置電磁風(fēng)閥F1，電磁風(fēng)閥F1與風(fēng)機(jī)連鎖聯(lián)動，風(fēng)機(jī)選用變頻風(fēng)機(jī)，熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后由管道4送至機(jī)械手上方的輻射管內(nèi)，通過輻射供熱的方式保證機(jī)械手區(qū)域溫度。管路5上設(shè)置電磁閥F2及二氧化硫氣體檢測裝置，管路6上設(shè)置電磁閥F3，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。(B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)的余熱回收系統(tǒng)原理圖與A區(qū)同，各區(qū)域單獨(dú)設(shè)置管路接至末端輻射管，互不影響)。

該熱風(fēng)系統(tǒng)的溫度控制邏輯：當(dāng)室外溫度低于10 ℃，啟動熱風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)室外溫度高于20 ℃，關(guān)閉熱風(fēng)系統(tǒng)。啟動順序：打開風(fēng)機(jī)入口前的電磁風(fēng)閥F1，開啟送風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行，同時檢測風(fēng)管2上的壓力測點(diǎn)P1，確保壓力在0 Pa附近，當(dāng)壓力低于0 Pa時，則降低風(fēng)機(jī)的頻率直至P1風(fēng)壓升至0 Pa；關(guān)閉順序：關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，關(guān)閉電磁風(fēng)閥。

熱風(fēng)通過輻射管，將熱量輻射至室內(nèi)，出風(fēng)溫度降至70 ℃左右，經(jīng)管路5末端圓形散流器下送至廠房內(nèi)。退火窯A區(qū)在生產(chǎn)中會使用二氧化硫，因此排風(fēng)中可能會含有微量二氧化硫氣體[2]，當(dāng)管道5上的氣體檢測裝置報警，電磁閥F2自動關(guān)閉，電磁閥F3自動開啟，輻射管內(nèi)熱風(fēng)排至室外。除A區(qū)外，B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)熱風(fēng)中不含有毒氣體，不需要設(shè)置管路6，熱風(fēng)經(jīng)輻射管降溫后，均可排至室內(nèi)，充分利用熱風(fēng)的余熱。

2.1.2 退火窯熱風(fēng)接至局部采暖區(qū)側(cè)送

利用高溫?zé)犸L(fēng)直接向采暖區(qū)供熱，是效率最高方式，但規(guī)范要求集中熱風(fēng)供暖系統(tǒng)，送風(fēng)溫度不得高于70 ℃。因此需要將退火窯熱風(fēng)及室外新風(fēng)引至混風(fēng)靜壓箱內(nèi)，在靜壓箱內(nèi)充分混合至70 ℃左右，送至采暖區(qū)。以C區(qū)為例闡述系統(tǒng)原理，如圖2所示，在管路2上設(shè)置電動風(fēng)閥F1和壓力測點(diǎn)P1，管路3上設(shè)置電動風(fēng)閥F2、壓力測點(diǎn)P2、風(fēng)速測點(diǎn)V2，管路4上設(shè)置新風(fēng)機(jī)、電動風(fēng)閥F3、止回風(fēng)閥、壓力測點(diǎn)P3、風(fēng)速測點(diǎn)V3，管路5上設(shè)置電動風(fēng)閥F4、壓力測點(diǎn)P4、風(fēng)速測點(diǎn)V4、溫度測點(diǎn)T4，管路6末端設(shè)置球形噴口將70 ℃熱風(fēng)送至機(jī)械手區(qū)域。(B1區(qū)、B2區(qū)的余熱回收利用時，可將各管路接至靜壓箱，混風(fēng)至合適溫度。靜壓箱前管路原理與C區(qū)同)。

該熱風(fēng)系統(tǒng)的溫度控制邏輯：系統(tǒng)初始狀態(tài)，電動閥F1全開，F(xiàn)2、F3、F4全關(guān)，在室外溫度低于10 ℃，啟動熱風(fēng)系統(tǒng)。首先開啟電動閥F3、F4至開度30%，開啟新風(fēng)機(jī)，低頻運(yùn)行，逐步加大頻率及電動閥F3開度，同時開啟送風(fēng)機(jī)，低頻運(yùn)行，逐步加大頻率及電動閥F4，期間保證新風(fēng)機(jī)風(fēng)量與送風(fēng)機(jī)風(fēng)量相匹配，當(dāng)新風(fēng)量達(dá)到設(shè)計值，新風(fēng)管路不再調(diào)節(jié)，開啟電動閥F2，逐步加大F2開度，減小電動閥F1的開度，同時逐步加大送風(fēng)機(jī)的頻率及電動閥F4，將總風(fēng)量調(diào)整到設(shè)計值，直至F1全關(guān)，F(xiàn)2全開?；祜L(fēng)后溫度保證T4在70 ℃ 左右，溫度低于設(shè)定值可以減小電動閥F3開度，溫度高于設(shè)定值可以增大電動閥F3開度。當(dāng)室外溫度高于20℃，關(guān)閉熱風(fēng)系統(tǒng)。關(guān)閉順序：開啟電動閥F1，關(guān)閉電動閥F2，關(guān)閉新風(fēng)機(jī)及電動閥F3，關(guān)閉送風(fēng)機(jī)及電動閥F4。此采暖方式，不適合A區(qū)熱風(fēng)利用(空氣中含微量二氧化硫)。

2.2 間接利用退火窯熱風(fēng)

通過余熱回收利用裝置間接利用退火窯熱風(fēng)，置換出的熱源，用途更廣泛。

通過空氣-水換熱器置換為熱水，可作為冬季采暖系統(tǒng)的熱源，也可作為全年生活熱水熱源，供廠前區(qū)使用。以A區(qū)為例，原理圖如圖3所示。(B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)的余熱回收系統(tǒng)原理圖與A區(qū)同，各區(qū)域換熱后的管路可并聯(lián)起來供末端使用)。

通過余熱鍋爐裝置轉(zhuǎn)換為過熱蒸汽[3]，供暖季節(jié)蒸汽可作為采暖系統(tǒng)的熱源，供冷季節(jié)蒸汽可作為溴化鋰制冷機(jī)組的熱源，同時蒸汽可用于工藝設(shè)備的保溫和加濕，比如原料車間的混合機(jī)處。以A區(qū)為例，原理圖如圖4所示。(B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)的余熱回收系統(tǒng)原理圖與A區(qū)同，各區(qū)域通過連管均接至熱風(fēng)鍋爐)。

2.3 退火窯熱風(fēng)回收利用設(shè)計注意事項

對于工業(yè)化生產(chǎn)來說，生產(chǎn)線穩(wěn)定是第一位，熱風(fēng)引用時，需要在不影響窯溫窯壓的情況下進(jìn)行，否則破壞原有熱平衡，得不償失。退火窯熱風(fēng)產(chǎn)量冬天與夏季相比明顯減少，利用余熱來采暖的項目，需要考慮熱源的備用，防止退火窯余熱不足。目前退火窯熱風(fēng)利用的計算參數(shù)來源于機(jī)電專業(yè)提供的設(shè)計參數(shù)，并不是實測值。建議機(jī)電專業(yè)在退火窯設(shè)計時，排風(fēng)管路上安裝風(fēng)溫、風(fēng)速、風(fēng)壓測點(diǎn)，保存好生產(chǎn)線上的一手資料，為熱風(fēng)利用提供更科學(xué)的計算依據(jù)。退火窯周圍空氣溫度在40 ℃以上，排風(fēng)管內(nèi)的溫度500～200 ℃ 不等， 根據(jù)項目需求，需要利用退火窯余熱時，應(yīng)在項目初期設(shè)計好方案與生產(chǎn)線一同施工，項目投產(chǎn)之后再施工，施工難度大，高溫作業(yè)危險性高。

3 結(jié) 論

退火窯余熱利用形式多樣，直接利用熱風(fēng)的形式簡單方便，適合用于北方采暖區(qū)域，間接利用熱風(fēng)的形式用途更為廣泛，可用于采暖、制冷、生活熱水、生產(chǎn)線工藝加濕等。利用退火窯余熱時，需要結(jié)合每個項目的實際情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較后選用合理的回收形式[4]，在減少熱污染排放的同時，降低企業(yè)運(yùn)行成本，實現(xiàn)減排和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。