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1、玻璃窑炉的余热回收一、 我国玻璃工业窑炉能耗现况：我国大约有40005500座各种类型的玻璃窑炉，其中熔化面积 80m2以下的中小型炉数量大约占总量的80%左右，使用燃料种类分： 燃煤炉约占63%，燃油炉约占29%，天然气炉、全电熔炉等约占 8%o2008年全国玻璃产量大约为20003000万吨。年耗用标准煤 17002100万吨。其中平板玻璃产量为53192万重量箱，所用能耗 折合标准煤1000万吨/年。平均能耗为7800千焦/公斤玻璃液，窑 炉热效率2025%，比国际先进指标30%壬低5%10%。每年排 rvv?rv,v?rv,v?rv,v?rv,v?rv,v?rwv?rv,v?rv*vw
2、v*vwvs*vwvs*vwvs*vwv*vwv*vwvs*vwvs*vwv*vw*vwvs*ws*wrvs*wrv*wrvs*wrv*wrvs*wrv*wrv*wrv*w*vwv*vnrw 放SO约16万吨、烟尘1.2万吨、N0X14万吨。.2 - - - -玻璃熔窑在玻璃工厂中是消耗燃料最多的热工设备，一般占全厂 总能耗的 8085%左右，目前我国玻璃工业所用的主要能源是：煤、 油、电和天然气等燃料。由于燃料价格几年来持续上涨，企业燃料成 本逐年增加，效益锐减，在此形势下，玻璃工业根据我国能源蕴藏品 种结构、分布、数量和价格等不得不做使用调整。使以前规划设计推 行的使用清洁、高热值能源的思
3、路发生了一定的变化。即近几年来企 业欲争取较大效益。有不少燃油炉改成燃煤炉，以此带来不小的环境 保护问题。当然这几年随着我国电力工业的发展，全氧炉、电助熔、 全电熔炉有了较大的发展。玻璃企业的能耗主要在玻璃的熔制过程中消耗，熔制玻璃的目的，是在高温下将多种固相的配合料经熔融转变为单一的均匀玻璃液，当然在实际生产中玻璃行业抓住了窑炉的节能就是抓住了行业节能的主题。玻璃的熔制过程是一个非常复杂的过程，它包括一系列物理的、 化学的、物理化学的现象和反应。这些现象和反映的结果，使各种配 合料经机械混合后送入炉内，炉内配合料在加热过程中经过：硅酸盐 形成（约在600900C）玻璃的形成（普通玻璃约为12
4、001250C） f澄清（普通玻璃约为14001500C,粘度n10帕秒）均化（玻璃液长时间处于高温下，其化学组成趋向均一）-冷却，澄清均化好 的玻璃液在不损坏玻璃的质量前题下，需将温度降至加工工艺要求粘 度的温度区域（一般降温200 300 C ）进行成型加工制造出所需产 品。就目前玻璃窑炉生产技术状况下分析，平均熔化每公斤玻璃能耗约为15004000千卡（理论值为576624千卡公斤玻璃），由于 炉型的差异、采用技术手段先进程度的不同、熔化玻璃品种不同、工 艺技术、日常管理等因素，熔化玻璃能耗差距较大。玻璃窑炉有热效能利用率平均只有 1838，而 7265不能被有效利用。国内比较先进的燃油
5、玻璃窑炉经热测试的结论：70m2窑炉热能利 用率 58.84，全窑热效率38.18。熔窑训舸退火窑图14浮法玻璃工艺示意图在玻璃熔窑的各项热损失中，由蓄热室排出烟气的余热量占有很一：. r f. ，. * mu mu m . . * m. * *，八.mu fm ：m ，: m m _：. _ ： ，:. .; m. j _ . 二 j “ ； j 一； j大比例。如何提高熔窑排烟余热的回收利用，一直是国内外热门的研 究课题。现阶段，人们对排烟余热回收的途径主要有余热发电、余热制冷、余热锅炉和余热预热玻璃配合料等几种途经。二、热管技术在玻璃窑炉余热回收中的应用热管是一种具有特高导热性能的新颖传
6、热元件。热管起源于二卜世纪六十年代的美国，1967年第一根不锈钢水-水热管首次被送入 地球卫星轨道并运行成功，热管理论一经提出就得到了各国科学家 的高度重视，并展开了大量的研究工作，使得热管技术得以很快发 展。热管技术开始主要用于航天航空领域，我国自二十世纪70年代 开始对热管进行研究，自80年代以来相继开发了热管气-气换热器、热管气-水换热器、热管余热锅炉、热管蒸汽发生器、热管热风炉等各类热管产品，使得热管在建材工业、冶金工业、化工及石油化工、 动力工程、纺织工业、玻璃工业、电子电器工程等领域内得到广泛 的应用。mu A龄 输2.1用热管式空气预热器回收工业炉窑尾气余热加热冷空气 11主要作
7、用目前，工业窑炉尾气温度一般在250300C。回收这部分热量 用以预热二次风冷空气，使常温冷空气加热成100C以上的热空气，ri-i -ri-i-ri-i -ri-i -ri-i -ri-i -ri-i-ri-i -ri-i -ri*T* -ri*T* -ri*T* -ri*T* -ri-送入窑内，可以提高燃料的理论燃烧温度，保证以加快升温速率达到 必须的炉温，并能显著节约燃料。其主要用途如下。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100C可提高理论燃烧温度50C左右，如图1 和表1所列数据。表
8、1：不同空气预热温度时燃料的理论燃烧温度燃料种类低发热量空气预热温度/cKJ/Nm3 (Kg)02004006008001000燃料油4055198021202250240025502700烟煤27170172018401960焦炉煤气16750198021002230237025502650发生炉煤气6270165017501830193020302130高炉煤气3762135014301500157016501720天然气35950190020202150-O hr J-耐 444 缈 J Hi inh空吒SI趁!ISf代El空吒预热后几种疏料的理论燃挠沮麼L-ffi护Str ft-1&7
9、5 tJZNm3 2谯脅澤扬炉盘与茨生加痰吒遠东沪睹7羁制而城圾D = 3勺冗KP伽一就生妒蜕汽也=5440 kJ打屛 41甜叮皿詁2、保证必需的炉温。燃料的理论燃烧温度提高后炉温亦即提高,其辐射传热量与绝对温度的4次方成正比，从而又可提高窑炉的生产能力。根据经验：空气预热温度每提高100C，约可提高窑炉生产能力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1或表1查得燃料的理论燃烧温度值，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.表 2：蓄热式池窑使用低热值煤气
10、时空气煤气的最低预热温度炉温煤气低位发热量（KJ/Nm）5020-54406070N6700预热空气预热空气煤气预热空气预热空气煤气预热空气预热空气煤气1450各400各350400各2501300400各250350各250300各2503、节约燃料。单独预热空气或空气煤气同时预热，燃料的节约率按式（1）计算：耳=QWX100%（1）j Qd + QW - Qy式中耳一燃料节约率，%jQ 一空气或空气与煤气同时预热时得到的物理热， KJ/Nm 3WQy 烟气带走的热量，KJ/Nm3Qd 燃料低位发热量，KJ/Nm3或KJ/Kg预热空气、煤气和配合料相当于直接向炉内提供一部分热量，对 强化燃烧
11、和节约燃料有明显效果。如图2所示，随着空气预热温度提 高，燃料节约率亦相应增大。Q ffi 2QQ TO 4M6)n2空气箍诵与燃料节约卓的关系1-魅料油巾=制000 W前2盂护毎气仏=I* W kJr-tR发生沪煤汽乳小G50 WXkB一般认为，空气预热温度每提高100C，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、提高燃烧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，促使可燃物混合加强，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 烟气中含氧量减少，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
12、少，从而钢材的氧化烧损量减少。5、减少烟气排放量，有利于保护环境。随着环境保护标准的提 高，不仅要求降低烟气中S02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 质量和产生温室效应。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，则烟气排放量减 少，对环境保护的意义就更大。1.2 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 形式的空气预热器相比较具有如下特点。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
13、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（见表 3）。表3：不同空气预热器传热系数比较传热元件光管翅片管热管传热系数/W/mC203037.450200268.82、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 流体和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大的，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。如图3所示，铜
14、棒在100C温差下才能传递30W的热量，而热管在几度的温度下就可以传递上百瓦的热量。热管传递量的强度约为良导体的103倍，有时可达106倍左右。Q 5 fl 5D ICO MO IOQ0|U 値宜吊欄棒悽逮热fit对比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，在传输同样热量的情况下，热管式空气预热器就显得结 构紧凑，因而金属的消耗量少，占地面积也可以大大减少。5、便于拆装、检査和更换。热管式空气预热器是由许多根独立 的换热元件一热管，按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地拆装进行清 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。2.2大型玻璃窑炉烟气余热发电：利用玻璃熔窑废气余热发电是一项资源综合利用项目，不仅节能，而且环保，玻璃熔窑废气余热发电。在对废气余热进行综合利用 的同时，可以大大提高全厂的能源利用率，降低了单位玻璃生产成本 的电耗和能耗，减少大气污染物的排放，减少温室效应。这对于玻璃 生产企业来说，在获得显
