玻璃窑炉尾气余热利用中的应用
2023-02-15 02:57:00
玻璃窑炉尾气余热利用中的应用
为了充分利用玻璃窑炉尾气余热，使用热管换热器—热管余热燃烧器定制与热管式空气预热器回收余热，产生低压饱和蒸汽与加热二次风，达到节能的目的，本文详细介绍了热管余热燃烧器定制及热管式空气预热器的用途、特点及使用。
一、热管余热燃烧器定制回收玻璃窑炉尾气余热
玻璃生产过程中，从池窑蓄热室、换热室（或换热器）出来的烟气一般在500℃以下。这些烟气可以通过热管余热燃烧器定制来产生蒸汽。蒸汽可用于加热和雾化重油、管道保温，以及生活取暖等。对于排烟量较大，温度较高的烟气，可通过热管余热燃烧器定制产生较高压力的蒸汽（3.5MPa）用于蒸汽透平来发电，或者直接驱动透平空压机、风机、水泵等机械。对于从工作池和供料道等处排出的烟气，气量少而温度高，可以采用少量的高温热管（工作温度＞650℃）来预热空气，当离炉烟气温度为1000～1200℃，空气预热温度可达400～500℃，节油效果可达20%。在退火炉烟气的烟道中，以及退火炉缓冷带以后的部位都可以设制热管换热器以回收烟气的余热和玻璃制品的散热量来预热空气，作为助燃空气、干燥热源或车间取暖等的热源，都可以获得很好的节能效果。
当前国内玻璃窑炉所使用的燃料大多为重油和渣油，对于这种燃料的烟气余热回收应该特别注意热管蒸发段管外的积灰堵塞问题。我们公司经过若干年工业应用的实践，已经积累了保证热管换热器能长期运行的方法，重要的一条设计原则是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在结构上确保清洗方便。
该设备具有如下优越性：
① 烟气侧压力降小，可以满足工艺窑炉内负压的要求；
② 不容易积灰，设备具有热水冲冼装置，可以在线清冼；
③ 管壁温度可全部控制在烟气露点之上，避免结露及低温腐蚀；
④ 可连续长期运转，单根热管破坏不影响设备运行；
⑤ 设备成本一年内回收。
二、用热管式空气预热器回收玻璃窑炉尾气余热加热冷空气
目前回收利用玻璃窑炉尾气余热，达到节能的目的，已被广大企业所认识和落实。目前回收窑炉尾气余热使用的设备基本是采用余热燃烧器定制，而玻璃企业所使用的燃料大部分是煤气，煤气发生炉本身自带水夹套，可以副产低压蒸汽供生产生活使用，只有在吹扫烟道时，需要的蒸汽较多，需外供蒸汽加以补充。烟道吹扫结束以后，蒸汽需要量较少，这时企业为了降低运行成本，就将余热燃烧器定制停开或微开。这样大部分烟气的余热，还是被排空放掉了，回收利用余热，生产蒸汽供生产和生活使用，取消外供燃煤(气、油)燃烧器定制，为能完全回收窑炉尾气余热，达到充分节能的目的。
主要用途：目前玻璃窑炉尾气余热一般在200~300℃左右,约有30~50万大卡的热量,回收这部分热量用以预热二次风冷空气,使常温冷空气变成达到100℃左右的热空气,送入窑内,可以提高燃料理论燃烧温度作用,保证必须的炉温以加快升温速度并能显著节约燃料。主要用途分述如下：
1、提高燃料的理论燃烧温度
空气预热后可以提高燃料的理论燃烧温度，温度的提高程度与燃料种类及气体的预热温度有关，一般空气预热温度每提高100℃可提高理论燃烧温度50℃左右。准确数据可通过燃烧公式（2-1）计算或查表2-1。
Tli= (2-1)
式中：T1i--------理论燃烧温度（℃）
Qnet---------燃料低位发热量（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
cftf---------燃料带入的物理热（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
vacata-------空气带入的物理热（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
Qdi----------燃料产物中部分CO2和H2O在高温下热分解反应消耗的热量（（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
Va、V------实际空气量和实际烟气量（NM3/Kg Nm3/Nm3）
Cf、Ca、C---燃料、空气和燃烧产物平均比热
Tf 、ta-----燃料和空气进入燃烧室的温度（℃）
2-1不同空气预热器温度时燃烧的理论燃烧温度2、保证必需的炉温
提高燃料的理论燃烧温度后对提高炉温有直接作用，炉温t1值与理论燃烧温度t1i的关系见式（2-2）
t1=ηgt1i(℃) (2-2)
式中：t1i-----燃料的理论燃烧温度（℃）、ηg---炉子高温系数
燃料的理论燃烧温度提高后炉温亦即提高，其辐射热量与绝对温度的4次方成正比，从而又提高炉子的生产能力。根据经验：空气预热温度每提高100℃，约可提高炉子生产能力2%。
对使用低热值煤气的高温炉来说，预热空气和煤气成为必需的前提，否则将达不到加热工艺所需求的炉温。为达到规定炉温所要求的空气预热温度可按图2-1或表2-1查得燃料的理论燃烧温度值，再按（2-2）求出炉温值。不同发热量的低热值煤气为达到规定炉温所需空气或煤气的最低预热温度见表2-2。
表2-2使用低温值煤气时空气煤气的最低预热温度3、节约燃料
单独预热空气或空气煤气同时预热时，燃料的节约率按下面公式计算。
ηj=×100% (2-3)
式中
ηj --------------燃料节约率(%)
Qw--------------空气或空气与煤气同时预热时得到的物理热(KJ/Nm3)
Qy----------烟气带走的热量(KJ/Nm3)
Qd---------------燃料低发热量[(KJ/Nm3)或(KJ/Kg)]
预热空气、煤气和炉料相当于直接向炉内回收一部分热量，对强化燃料和节约燃料有明显效果。随着空气预热温度提高，燃料节约率亦响应增大。一般认为：每提高空气预热温度100℃，可节约燃料5%左右，是有效的节能手段，投资回收期短，有高的经济效益。
4、提高燃料效率并降低钢材烧损
空气预热后由于体积膨胀使气体流动速度加快，促使可燃物混和加强，混合物活性增加，从而能实现低氧完全燃烧并提高了燃烧效率。另外，在低氧燃烧情况下由于烟气中氧含量减少，加火焰温度有所提高，使钢材在高温状态下停留的时间相应减少，从而钢材的氧化烧损量减少。
5、减少烟气排放量有利保护环境
（1）随着环境保护标准的提高，不仅要求降低烟气中的SO2和NOx的排放浓度，同时要求烟气的总排放量也要减少，这是因为烟气中CO2的大量排放将影响全球的大气质量。
回收烟气余热可在总供热量不变的情况下减少燃料的供给量，亦即减少了烟气的生成量和排放量。回收的热量越多，则烟气排放量越少，对环境保护的意义就更大。
（2）热管式空气预热器的特点
热管式空气预热器是由具有超导传热元件之称的热管组成，它和其他形式的空气预热器既有如下特点：
1、传热性能高。
由于热管式空气预热器的加热段和冷却段都可以带有翅片，大大增加了扩展表面，因此其传热系数比普通的光管空气预热器要大好多倍。如图示
2、对数平均温差大。
由于热管式空气预热器，可以方便的做到冷流体与热流体的纯逆向流动，这样在相同的进、出口温度就可以产生最大的对数平均温差。
3、传递热量大。
由于热管式空气预热器传热系数和对数平均温差大，因此，传输的热量就大。热管传递的热量是指管内从沸腾段液体吸热变为蒸汽的汽化潜热到凝结段蒸汽又变为液体放出的潜热量，这种吸收或放出的潜热量是相当的大，比不是靠相变吸收或放出潜热方式传热量的元件要大得多。特别适合在玻璃窑炉尾气的余热这种热复符量较少的工况上使用。
4、体积小、重量轻、结构紧凑。
热管式空气预热器，所传输的热量大，因此，如果在传输同样的热量情况下，热管式空气预热器就显得小，结构紧凑，因此金属的消耗量少，占地面积也可以大大减少。
5、便于拆装、检查和更换。
热管式空气预热器是由许多根独立的换热元件热管，按着一定的排列方式组成的。因此，有部分热管更换不会影响整台热管式空气预热器的正常工作。根据玻璃窑炉尾气余热工况的实际情况，热管式空气预热器的热管可以定期的拆装进行清灰。
6、热管式空气预热器具有很大的灵活性，可以根据不同的热负荷和气体流量，将几个热管式空气预热器串联和并联使用。
三、热管式空气预热器的结构及安装运行
1、结构及安装方式
热管式空气预热器其结构特点为：由若干根热管组成一个管束。中间用中孔板分开，一边走烟气（排气）为加热段，另一边走空气（给气）为冷却段。窑炉尾气余热从加热段通过，经热管吸热段吸收热量，使管内的液体工质吸热、汽化相变、潜热经冷却段放热，将冷空气加热，达到预期目的。结构形式如下图所示。加热段烟箱入口与窑炉主烟道相连，出口经引风机与烟囱入口相连。
2、运行
1）待余热燃烧器定制停止运行或减负荷运行时，关闭烟气入余热燃烧器定制的闸板，打开空气预热器和通引风机的闸板使烟气从空气预热器通过，加热冷空气，给窑炉配送热风，以节约燃料。
2）与烟气接触的烟箱内的热管时间长了会附着一层结尘。操作者在空气预热器运行一段时间后，可以将热管抽出，进行清灰，然后将热管重新装入烟箱内，使空气预热器继续工作。
3）某单位使用热管式空气预热器运行参数
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/eUYHgdVwk2dstS7eKxISibD4BUfC615cLuuXOHfogUK1w1cEoY3mDng253h2QN1CwdJ6osTswRmnF2Ueib1GueAg/640?wx_fmt=jpeg四、总结
1、对于高效节能型玻璃窑炉低温烟气的余热利用，热管式空气预热器更能充分回收利用余热，充分达到节能的目的。
2、热管式空气预热器既有造价低、安装使用方便，投资回收期短，半年左右可回收投资。
3、一座尾气余热流量8000（Nm3/h）左右的玻璃窑炉，可利用余热420（KW）。若8000（Nm3/h）空气流量，空气温升可达140（℃），按日耗标煤15t计算，可节约燃料0.75（t/d）左右。
4、热管式空气预热器可以充分回收利用窑炉尾气的余热，使排放的烟尘和SO2气体大大减少，它的社会效益是不可估量的。
内容来源：烟气余热利用
为了充分利用玻璃窑炉尾气余热，使用热管换热器—热管余热燃烧器定制与热管式空气预热器回收余热，产生低压饱和蒸汽与加热二次风，达到节能的目的，本文详细介绍了热管余热燃烧器定制及热管式空气预热器的用途、特点及使用。
一、热管余热燃烧器定制回收玻璃窑炉尾气余热
玻璃生产过程中，从池窑蓄热室、换热室（或换热器）出来的烟气一般在500℃以下。这些烟气可以通过热管余热燃烧器定制来产生蒸汽。蒸汽可用于加热和雾化重油、管道保温，以及生活取暖等。对于排烟量较大，温度较高的烟气，可通过热管余热燃烧器定制产生较高压力的蒸汽（3.5MPa）用于蒸汽透平来发电，或者直接驱动透平空压机、风机、水泵等机械。对于从工作池和供料道等处排出的烟气，气量少而温度高，可以采用少量的高温热管（工作温度＞650℃）来预热空气，当离炉烟气温度为1000～1200℃，空气预热温度可达400～500℃，节油效果可达20%。在退火炉烟气的烟道中，以及退火炉缓冷带以后的部位都可以设制热管换热器以回收烟气的余热和玻璃制品的散热量来预热空气，作为助燃空气、干燥热源或车间取暖等的热源，都可以获得很好的节能效果。
当前国内玻璃窑炉所使用的燃料大多为重油和渣油，对于这种燃料的烟气余热回收应该特别注意热管蒸发段管外的积灰堵塞问题。我们公司经过若干年工业应用的实践，已经积累了保证热管换热器能长期运行的方法，重要的一条设计原则是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在结构上确保清洗方便。
该设备具有如下优越性：
① 烟气侧压力降小，可以满足工艺窑炉内负压的要求；
② 不容易积灰，设备具有热水冲冼装置，可以在线清冼；
③ 管壁温度可全部控制在烟气露点之上，避免结露及低温腐蚀；
④ 可连续长期运转，单根热管破坏不影响设备运行；
⑤ 设备成本一年内回收。
二、用热管式空气预热器回收玻璃窑炉尾气余热加热冷空气
目前回收利用玻璃窑炉尾气余热，达到节能的目的，已被广大企业所认识和落实。目前回收窑炉尾气余热使用的设备基本是采用余热燃烧器定制，而玻璃企业所使用的燃料大部分是煤气，煤气发生炉本身自带水夹套，可以副产低压蒸汽供生产生活使用，只有在吹扫烟道时，需要的蒸汽较多，需外供蒸汽加以补充。烟道吹扫结束以后，蒸汽需要量较少，这时企业为了降低运行成本，就将余热燃烧器定制停开或微开。这样大部分烟气的余热，还是被排空放掉了，回收利用余热，生产蒸汽供生产和生活使用，取消外供燃煤(气、油)燃烧器定制，为能完全回收窑炉尾气余热，达到充分节能的目的。
主要用途：目前玻璃窑炉尾气余热一般在200~300℃左右,约有30~50万大卡的热量,回收这部分热量用以预热二次风冷空气,使常温冷空气变成达到100℃左右的热空气,送入窑内,可以提高燃料理论燃烧温度作用,保证必须的炉温以加快升温速度并能显著节约燃料。主要用途分述如下：
1、提高燃料的理论燃烧温度
空气预热后可以提高燃料的理论燃烧温度，温度的提高程度与燃料种类及气体的预热温度有关，一般空气预热温度每提高100℃可提高理论燃烧温度50℃左右。准确数据可通过燃烧公式（2-1）计算或查表2-1。
Tli= (2-1)
式中：T1i--------理论燃烧温度（℃）
Qnet---------燃料低位发热量（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
cftf---------燃料带入的物理热（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
vacata-------空气带入的物理热（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
Qdi----------燃料产物中部分CO2和H2O在高温下热分解反应消耗的热量（（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
Va、V------实际空气量和实际烟气量（NM3/Kg Nm3/Nm3）
Cf、Ca、C---燃料、空气和燃烧产物平均比热
Tf 、ta-----燃料和空气进入燃烧室的温度（℃）
2-1不同空气预热器温度时燃烧的理论燃烧温度2、保证必需的炉温
提高燃料的理论燃烧温度后对提高炉温有直接作用，炉温t1值与理论燃烧温度t1i的关系见式（2-2）
t1=ηgt1i(℃) (2-2)
式中：t1i-----燃料的理论燃烧温度（℃）、ηg---炉子高温系数
燃料的理论燃烧温度提高后炉温亦即提高，其辐射热量与绝对温度的4次方成正比，从而又提高炉子的生产能力。根据经验：空气预热温度每提高100℃，约可提高炉子生产能力2%。
对使用低热值煤气的高温炉来说，预热空气和煤气成为必需的前提，否则将达不到加热工艺所需求的炉温。为达到规定炉温所要求的空气预热温度可按图2-1或表2-1查得燃料的理论燃烧温度值，再按（2-2）求出炉温值。不同发热量的低热值煤气为达到规定炉温所需空气或煤气的最低预热温度见表2-2。
表2-2使用低温值煤气时空气煤气的最低预热温度3、节约燃料
单独预热空气或空气煤气同时预热时，燃料的节约率按下面公式计算。
ηj=×100% (2-3)
式中
ηj --------------燃料节约率(%)
Qw--------------空气或空气与煤气同时预热时得到的物理热(KJ/Nm3)
Qy----------烟气带走的热量(KJ/Nm3)
Qd---------------燃料低发热量[(KJ/Nm3)或(KJ/Kg)]
预热空气、煤气和炉料相当于直接向炉内回收一部分热量，对强化燃料和节约燃料有明显效果。随着空气预热温度提高，燃料节约率亦响应增大。一般认为：每提高空气预热温度100℃，可节约燃料5%左右，是有效的节能手段，投资回收期短，有高的经济效益。
4、提高燃料效率并降低钢材烧损
空气预热后由于体积膨胀使气体流动速度加快，促使可燃物混和加强，混合物活性增加，从而能实现低氧完全燃烧并提高了燃烧效率。另外，在低氧燃烧情况下由于烟气中氧含量减少，加火焰温度有所提高，使钢材在高温状态下停留的时间相应减少，从而钢材的氧化烧损量减少。
5、减少烟气排放量有利保护环境
（1）随着环境保护标准的提高，不仅要求降低烟气中的SO2和NOx的排放浓度，同时要求烟气的总排放量也要减少，这是因为烟气中CO2的大量排放将影响全球的大气质量。
回收烟气余热可在总供热量不变的情况下减少燃料的供给量，亦即减少了烟气的生成量和排放量。回收的热量越多，则烟气排放量越少，对环境保护的意义就更大。
（2）热管式空气预热器的特点
热管式空气预热器是由具有超导传热元件之称的热管组成，它和其他形式的空气预热器既有如下特点：
1、传热性能高。
由于热管式空气预热器的加热段和冷却段都可以带有翅片，大大增加了扩展表面，因此其传热系数比普通的光管空气预热器要大好多倍。如图示
2、对数平均温差大。
由于热管式空气预热器，可以方便的做到冷流体与热流体的纯逆向流动，这样在相同的进、出口温度就可以产生最大的对数平均温差。
3、传递热量大。
由于热管式空气预热器传热系数和对数平均温差大，因此，传输的热量就大。热管传递的热量是指管内从沸腾段液体吸热变为蒸汽的汽化潜热到凝结段蒸汽又变为液体放出的潜热量，这种吸收或放出的潜热量是相当的大，比不是靠相变吸收或放出潜热方式传热量的元件要大得多。特别适合在玻璃窑炉尾气的余热这种热复符量较少的工况上使用。
4、体积小、重量轻、结构紧凑。
热管式空气预热器，所传输的热量大，因此，如果在传输同样的热量情况下，热管式空气预热器就显得小，结构紧凑，因此金属的消耗量少，占地面积也可以大大减少。
5、便于拆装、检查和更换。
热管式空气预热器是由许多根独立的换热元件热管，按着一定的排列方式组成的。因此，有部分热管更换不会影响整台热管式空气预热器的正常工作。根据玻璃窑炉尾气余热工况的实际情况，热管式空气预热器的热管可以定期的拆装进行清灰。
6、热管式空气预热器具有很大的灵活性，可以根据不同的热负荷和气体流量，将几个热管式空气预热器串联和并联使用。
三、热管式空气预热器的结构及安装运行
1、结构及安装方式
热管式空气预热器其结构特点为：由若干根热管组成一个管束。中间用中孔板分开，一边走烟气（排气）为加热段，另一边走空气（给气）为冷却段。窑炉尾气余热从加热段通过，经热管吸热段吸收热量，使管内的液体工质吸热、汽化相变、潜热经冷却段放热，将冷空气加热，达到预期目的。结构形式如下图所示。加热段烟箱入口与窑炉主烟道相连，出口经引风机与烟囱入口相连。
2、运行
1）待余热燃烧器定制停止运行或减负荷运行时，关闭烟气入余热燃烧器定制的闸板，打开空气预热器和通引风机的闸板使烟气从空气预热器通过，加热冷空气，给窑炉配送热风，以节约燃料。
2）与烟气接触的烟箱内的热管时间长了会附着一层结尘。操作者在空气预热器运行一段时间后，可以将热管抽出，进行清灰，然后将热管重新装入烟箱内，使空气预热器继续工作。
3）某单位使用热管式空气预热器运行参数
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/eUYHgdVwk2dstS7eKxISibD4BUfC615cLuuXOHfogUK1w1cEoY3mDng253h2QN1CwdJ6osTswRmnF2Ueib1GueAg/640?wx_fmt=jpeg四、总结
1、对于高效节能型玻璃窑炉低温烟气的余热利用，热管式空气预热器更能充分回收利用余热，充分达到节能的目的。
2、热管式空气预热器既有造价低、安装使用方便，投资回收期短，半年左右可回收投资。
3、一座尾气余热流量8000（Nm3/h）左右的玻璃窑炉，可利用余热420（KW）。若8000（Nm3/h）空气流量，空气温升可达140（℃），按日耗标煤15t计算，可节约燃料0.75（t/d）左右。
4、热管式空气预热器可以充分回收利用窑炉尾气的余热，使排放的烟尘和SO2气体大大减少，它的社会效益是不可估量的。
内容来源：烟气余热利用
