提高玻璃熔窑余热锅炉的余热利用率

方海燕　刘余庆

摘 要 本文介绍了玻璃熔窑余热利用的最有效方式—余热发电。余热锅炉作为余热发电站的主要设备，提高其余热利用率对玻璃熔窑余热利用有重大意义。减少热损失以及提高余热锅炉的有效输出热量均可提高玻璃熔窑余热锅炉余热利用率。

关键词 玻璃熔窑；余热锅炉；余热利用率

中图分类号 TQ17 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0071-02

国家政策和社会舆论越来越重视工业生产中的能源节约和废气达标排放。作为建材行业的耗能大户，玻璃生产需消耗大量能源，燃料燃烧释放的热量，只有35%～40%是玻璃熔制的有效热，约30%～40%是通过排烟所带走的。将这部分热量利用起来可给玻璃企业带来经济效益，并对节能减排带来显著促进作用。

以前玻璃熔窑排烟主要用于供热蒸汽和加热燃料，这种余热利用方式利用率低。如果由余热锅炉吸收烟气废热，生产过热蒸汽，将过热蒸汽送至汽轮机发电，这种玻璃熔窑余热回收发电装置可将玻璃熔窑燃料热量利用效率提高10%左右，并且产生的电量满足玻璃生产线60%～80%以上的用电量。

余热锅炉作为吸收烟气废热、生产发电用蒸汽的重要设备，是提高热能利用效率的关键设备。提高余热锅炉的余热利用率，对提高玻璃熔窑余热发电的效率以及玻璃生产线的节能环保有一定意义。

1 余热锅炉的热平衡系统

玻璃熔窑余热锅炉的热源来自玻璃熔窑排烟，所以输入热量由玻璃熔窑决定。从图1可看出，减少锅炉各项热损失，提高有效输出热量，是提高锅炉余热利用率的唯一方法。

2 影响玻璃熔窑余热锅炉的余热利用率的主要因素

2.1 玻璃熔窑余热锅炉的各项热损失

玻璃熔窑余热锅炉的热损失主要是排烟热损失、散热损失、排尘渣热损失和其它热损失。

余热锅炉排烟热损失按下式计算：

式中：I〞—相应排烟温度下烟气的焓，kJ/Nm2 ；Vy″—余热锅炉出口烟气量，Nm2/h；Q′—烟气带入的热量，kJ/h；余热锅炉排烟热损失在锅炉热损失中占比较大，实际运行中其变化较大。

余热锅炉的散热损失，主要由锅炉本体的散热面积和保温条件所决定，在锅炉设计和安装完毕后，正常运行条件下降低锅炉散热损失基本不可能。所以在锅炉设计时，考虑经济性的前提下，通过选用恰当的保温材料以及增加保温厚度来减少锅炉本体的散热损失，人孔门、卸灰孔在满足使用要求下尽可能面积减小，从而减少散热面积，做好人孔门、通风梁与炉壁的密封，减少冷风进入锅炉本体，降低烟气的热量。

其它热损失，在运行中避免阀门跑、冒、滴、漏，减少锅炉排污率，从而减少余热锅炉的汽水热损失。

尘渣热损失所占比例相对很小，其值不大，通过运行降低这项损失的方法不多。

1）减少热损失。由于余热锅炉的传热过程为：玻璃熔窑尾气通过对流和辐射的方式经由锅炉对流管束导热至管内介质（水或蒸汽）。所以管壁的传热效率会很大程度影响到余热锅炉的余热利用率。

传热基本方程为： （3）

式中K为传热系数，单位为kW/（m2.℃），K表示温压为1℃时1m2对流受热面热通量的大小，传热系数越大，传热过程越强烈。

2）清理锅炉积灰。由于余热锅炉热源为玻璃熔窑烟气，烟气中含尘量较大，粘性较强，较易积灰在余热锅炉的受热面对流管束上，且不易清理。积灰的传热系数小，锅炉的积灰会减少烟气对管内介质的传热。所以余热锅炉需安装吹灰器定时清理锅炉积灰，如长期运行后吹灰器效率降低清理积灰效果不理想，需进行洗炉，以提高余热锅炉对流管束的传热效果。

3）锅炉水处理。余热锅炉对流管束内的水垢也会降低传热效果。因为水垢会减小受热管束内的流速截面，增加管内水循环的流动阻力，也会腐蚀管壁，阻碍热传导，降低热效率，有可能引起爆管，也有可能引起汽水共腾现象，从而使输出的蒸汽品质恶化。

所以锅炉给水需经炉外和炉内处理后达到水质标准。炉外处理包括水的净化、软化、除盐和除氧。水的净化分为凝聚、沉淀和过滤。目的是除去水中所含悬浮物的胶体，并为软化或除盐创造良好条件。锅炉给水经软化后，将水中的钙镁离子等易形成水垢的硬度离子用钠离子进行离子交换，钠盐的溶解度很高，可避免随温度升高而造成的水垢生成。由于软化处理只能除去水中的硬度离子，但由于锅炉高温高压运行，需将水中所有盐类几乎除尽，以使给水质量达到要求。锅炉给水中溶有多种气体，而其中的氧气会在水、汽温度较高的锅炉内加快锅炉的氧腐蚀，玻璃熔窑余热锅炉一般通过低压锅筒除氧器来除氧，除氧热源来自锅炉尾端烟气余热。炉内处理主要是炉内加药处理。利用加入的碱性药剂使水中所有结垢盐类转化为泥渣CaCO3、Mg（OH）2而沉积处理，在借助锅炉排污排出尘渣。有关锅外水处理的给水和锅水水质标准，见GBT1576-2008《工业锅炉水质》。

4）降低锅炉排烟温度。降低锅炉排烟温度，减少锅炉热损失，将烟气焓更多地转化为工质焓，可获得最大的余热锅炉的余热利用率。

P、t、tf和△tpp影响余热锅炉的排烟温度，其中P的影响最大。当过热蒸汽压力升高时，蒸发器的饱和压力及其对应的饱和温度升高，在窄点温差和接近点温差不变的情况下，余热锅炉的蒸发量减少，给水在余热锅炉省煤器内的吸热量减少，所以余热锅炉的排烟温度也相应升高，从而导致余热锅炉的余热利用率降低。当过热蒸汽压力降低时，余热锅炉的蒸发量增加，排烟温度降低，锅炉余热利用率增加。但排烟温度不能无限降低，锅炉尾端易发生低温腐蚀，排烟温度受烟气露点、水蒸气露点和酸露点的限制，所以，锅炉排烟温度不能低于露点温度。

2.2 提高有效输出热量

提高玻璃熔窑余热锅炉的有效输出热量，是提高玻璃熔窑余热锅炉余热利用率的重要方法。不考虑热损失的情况下：

式中 E—玻璃熔窑余热锅炉有效输出工质热量；q—工质流量；h2—余热锅炉输出工质的焓值；h1—余热锅炉锅炉给水的焓值；P2—余热锅炉输出工质的压力；t2—余热锅炉输出工质的温度；P1—余热锅炉锅炉给水的压力；t1—余热锅炉锅炉给水的温度。

根据热力学原理，余热锅炉的余热利用率会随着输出的主蒸汽压力、温度和流量的升高而升高，单纯从提高效率的角度考虑，主蒸汽参数越高越好，但是提高参数受到很多外在因素的影响。

主蒸汽压力决定了余热锅炉中压锅筒的工作压力（略大于主蒸汽压力），同时决定了蒸发器内汽水的饱和温度。在窄点温差一定的情况下，主蒸汽压力越高，汽包压力越高，蒸发器内汽水饱和温度越高，此时余热锅炉蒸发量下降，离开蒸发器的烟气温度升高。若接近点温差也一定，主蒸汽压力升高时，蒸发量减少，省煤器内介质流量减少，但介质出口温度升高，省煤器吸热量基本不变，而随着蒸发量减少，低压蒸发器的吸热量减少，锅炉的总吸热量减少，所以会造成锅炉的排烟温度升高。即窄点温差、接近点温差一定的情况下，主蒸汽压力越高，锅炉排烟温度越高，锅炉排烟温度越高，排烟热损失越高，余热锅炉的有效输出热量越少，余热锅炉余热利用率越低。

提高主蒸汽温度，蒸汽产量会减少，而提高蒸汽温度，需增加过热器的换热面积，也增加对材料的要求，需综合考虑经济性。

提高余热锅炉蒸发量，锅炉排烟温度降低，余热利用率提高，但排烟温度受露点温度限制。提高蒸发量需扩大蒸发器省煤器的换热面积从而增加设备费用，需综合考虑经济性。

3 结论

通过减少锅炉积灰、提高锅炉给水品质、降低锅炉排烟温度等方式减少余热锅炉的各项热损失，在考虑经济性以及露点温度的前提下，优化主蒸汽参数的选择，综合以上方式来提高玻璃熔窑余热锅炉余热利用率。

参考文献

[1]杨学峰.9FA余热锅炉效率影响因素分析[J].中国电力教育，2009（2）.

[2]何语平.大型天然气联合循环电厂对余热锅炉蒸汽系统的选择[J].中国电力，2004（2）.

[3]杨爱丽.联合循环电站中余热锅炉主要参数的计算与选择[J].燃气轮机技术，2003（6）.

[4]陈学俊，陈听宽.锅炉原理[M].北京：机械工业出版社，1990（12）.