窑炉

采用高低温二段蓄热技术使玻璃熔窑真正节能

发布时间:2025/1/17 11:32:49   
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蓄热室是玻璃熔窑最重要的节能设施,能够回收大部分烟气的余热,降低排出的烟气温度,从而降低炉窑的燃料消耗,对节能减排有很明显的作用。

  蓄热室在工业炉窑上应用是逐步扩展、逐渐成熟起来的,目前应用得最广泛、最成熟、规模最大、效果最明显的蓄热室装置是在玻璃熔窑上。玻璃熔窑蓄热室装置的体积、格子体重量、投资费用等都大于其他行业,节能减排效果比较显著。

  玻璃熔窑是高温擦融炉,投产之后需要连续运行多年,运行期间不能停火。生产玻璃的原料是粒径在0.1~0.5mm占90%以上的细粉,这样的细粉原料在玻璃熔窑内很容易飞扬,而被烟气带走进入蓄热室。同时玻璃原料中含有较高比例的纯碱和芒硝(Na2S04),碱性粉尘对蓄热室格子体有碱性侵蚀作用,烟气中的芒硝蒸气冷凝温度为℃,容易出现芒硝冷凝造成格子体堵塞,所以用空气助燃的玻璃熔窑必须配置大格孔、大体积的蓄热室,才能连续运行多年。

  传统玻璃熔窑蓄热室内的格子体高度一般为8m左右,烟气进入格子体温度为~℃,出格子体温度为~℃,蓄热室的烟气热回收效率可达60%以上,仍有40%的烟气余热从烟囱白白跑掉了。要想再进一步回收烟气热量,大体有以下措施:①在传统蓄热室基础上加高格子体;②在每个小炉对应的传统蓄热室后加设低温蓄热室,低温蓄热室个数同小炉个数;③在每侧小炉烟气汇合后的干支烟道上加设低温蓄热室,低温蓄热室个数共2个;④在烟囱前的总烟道上加设旋转蓄热室。

(1)在传统蓄热室基础上加高格子体

  目前玻璃熔窑蓄热室内的格子体高度一般为8m左右,格子孔尺寸为mm左右,可以把烟气平均温度从℃降低到大约℃,格子体高度每米大约降低℃。如果格子体高度增加到10m或更高,烟气温度就可降低到大约℃、℃或更低,就可把现在的燃料消耗节省3%、5%或更多。但是格子体高度增加,就需要蓄热室地面标高往下降、熔窑基础多往下挖,或者整个玻璃生产线的厂房要增加高度,或者熔化部厂房要增加宽度。这三种做法都要增加数目不小的投资,需要把节能效果与增加投资做经济分析对比。如今燃料、建筑材料、建筑投资都涨价了,但还是燃料价格涨得更多,笔者认为增加格子体高度是玻璃熔窑节能减排的重要措施之一,玻璃熔窑蓄热室格子体高度应随燃料价格的上涨而加高。格子孔尺寸不变,加高格子体的做法有以下几种思路。

①单腔道蓄热室。所谓单腔道蓄热室就是对应每个小炉只有一段格子体,这是玻璃熔窑最常见的蓄热室形式。国内外绝大多数玻璃熔窑的蓄热室都是单腔道式,烟气余热只在一段格子体内被回收。格子体顶部的烟气温度一般在℃左右,常规玻璃熔窑蓄热室炉条碹下部的烟气温度一般在℃左右。如果要降低排出烟气的温度,就要增加格子体高度。

②二腔道蓄热室。二腔道蓄热室由高、低温两个腔道构成,烟气在两个腔道蓄热室的格子体内路径为U形。高温蓄热室格子体顶部的烟气温度在℃左右,高温蓄热室炉条碹下部的烟气温度为℃左右,烟气从下部转向进入低温蓄热室,经过低温蓄热室格子体之后的烟气温度一般为~℃。二腔道蓄热室的烟道需要架空安装,由于增加了低温段蓄热室,同时还要考虑架空安装烟道的位置,玻璃熔窑厂房的宽度就要增加。

③三腔道蓄热室。三腔道蓄热室是近几年在国内的马蹄焰玻璃熔窑上有采用的,实际起作用的还是两个腔道,中间腔道无格子体,只起烟道作用,三个腔道的烟气路径为S形。高温蓄热室格子体顶部的烟气温度为℃左右,高温蓄热室炉条碹下部的烟气温度为℃左右,烟气从下部转向进入中间腔道、再转向进入低温蓄热室,低温蓄热室格子体之后的烟气温度一般为~℃。三腔道蓄热室的烟道在地面上,需要熔窑厂房的宽度更大些。

(2)在蓄热室后加设低温蓄热室

  在每个小炉对应的传统蓄热室后加设低温蓄热室,低温蓄热室个数同小炉个数。针对常规玻璃熔窑的烟气余热利用并没有真正实现节能减排的情况,北京某热能技术有限公司创新开发出了“神雾玻璃熔窑节能减排新技术”。此项新技术是在原有熔窑厂房限度内,在熔窑燃烧系统的结构上做了创新的突破,使得能耗和排放量较大幅度降低下来。

①降低蓄热室排烟温度,充分回收烟气余热,可实现节能减排12%~15%。

  采用新型的蓄热室结构,可以将从蓄热室排出的烟气温度从℃降低到℃以下,这样做理论计算下来可以节能15%以上,考虑到一些环节上增加的能量损失等情况,实际节能可达12%。具体措施是:熔窑的蓄热室采用高、低温两段式结构,传统的玻璃熔窑蓄热室为高温段,采用大格子孔;在其后面增加低温段蓄热室,采用小格子孔,可使烟气温度降低到℃以下排出。这比单一加高格子体的做法节能效果明显,并且总体建设投资增加不多。

②提髙助燃空气预热温度和燃料的预热温度,可实现节能减排3%~4%。

  从燃料的燃烧温度计算公式可知:提高助燃空气的预热温度和燃料的预热温度,就能提高燃料的燃烧温度。而玻璃熔窑内的温度要求是有最高限度的,比如浮法玻璃熔窑内的热点温度一般不能超过1℃,超过了就会对窑体结构造成严重烧损,影响窑炉使用寿命。为了保证窑内温度不超过最高限度,可以通过减少燃料量来把温度控制在限度内。

  有国外资料介绍,提高助燃空气预热温度能大大降低燃料消耗。在助燃空气预热温度到0℃的熔窑内,若将这个温度提高到1℃,可以节省燃料8%;若提高到1℃可节省燃料15%。根据这一资料可以大致的认为:助燃空气预热温度每升高℃,可以节省燃料7%~8%。常规技术的浮法玻璃熔窑助燃空气预热温度约为1℃,采用上述公司创新开发出的燃烧技术后,助燃空气预热温度可达到1℃以上,提高了50℃,可以节省燃料3%~4%。

③采用以上两项节能减排新技术,可实现节能减排15%~18%。

  综合分析以上两项节能措施的节能数据可看出,应用此技术的玻璃熔窑可以实现节能和减排15%~18%,有希望达到或接近20%。此项技术已经初次应用到了某t/d玻璃熔窑上,取得了大约10%的节能减排效果,目前正在改进和完善之中。

(3)在干支烟道上加设低温蓄热室

  在每侧小炉烟气汇合后的干支烟道上加设低温蓄热室,低温蓄热室个数共两个。首先介绍一下美国PPG公司的二段式蓄热室结构:为了解决玻璃熔窑烟气中的芒硝蒸气冷凝造成格子体堵塞,美国PPG公司采用了高低温二段式蓄热室。高温段蓄热室位于熔化部两侧,格子体高度大约5m,炉条碹下的烟气温度为~℃,正好处于芒硝蒸气冷凝温度(℃)附近。烟气中气态的芒硝在炉条碹上下冷凝成液体,下落汇集到冷凝池内,从排液孔定时排出。这就解决了单段蓄热室容易出现芒硝冷凝造成格子体堵塞的弊病。

PPG公司的高温段蓄热室炉条碹下为全连通结构,烟气从蓄热室前端山墙下部的烟道口排出进入干支烟道(无分支烟道),而不是从对应每个小炉的分支烟道排出再汇入干支烟道。低温段蓄热室位于干支烟道上,采用“D”形结构,前后两段低温格子体,低温段蓄热室的格子孔尺寸与髙温段蓄热室接近。烟气在低温段蓄热室内向上、水平转向,再向下流过低温段蓄热室,排出的烟气温度为~℃。参照PPG公司的低温段蓄热室做法,如果将低温段蓄热室的格子孔尺寸适当减小、格子体的体积适当加大,即可使排出的烟气温度下降到~℃,将会出现比较显著的节能减排效果。

(4)在烟囱前的总烟道上加设旋转蓄热室

  火力发电厂的锅炉是热效率比较高的工业炉窑,由于排烟温度已经比较低(~℃),以往基本不采用余热回收装置。而今随着燃料价格日趋高涨,供应日趋紧张,相关企业也开始重视并做起了余热回收。根据电站锅炉的燃烧和排烟方式,旋转式蓄热室已经成功研发出来,其特点是:电站锅炉并不采用换向燃烧,助燃空气管道和烟道内的气体流动方向都是不变的,烟气放热和助燃空气吸热是通过旋转蓄热室内的换热体在旋转中周期循环改变位置完成的。旋转蓄热室为圆柱形,轴线垂直、水平旋转,圆柱壳体内的换热体呈大圆环状,换热体内的孔垂直方向连通,空气管道系统和烟气管道系统分别相对布置在旋转蓄热室的上下方。在蓄热室的旋转过程中,半数换热体的孔成为烟气通道,换热体吸热,烟气放热降温;另一半换热体的孔成为空气通道,换热体放热,助燃空气吸热升温,如此循环周期交替进行,回收烟气的余热。

  旋转式蓄热室是不采用换向燃烧的新型蓄热室类型,与换向燃烧的蓄热室装置差别很大。这种旋转式蓄热室对于玻璃熔窑换向燃烧汇合到总烟道的高达~℃的烟气余热回收也有重要的参考价值。



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