玻璃窯余熱發(fā)電鍋爐效率的優(yōu)化設(shè)計(jì)

萬中波

摘要：分析了玻璃窯余熱鍋爐的技術(shù)現(xiàn)狀和存在的問題，以及在現(xiàn)有產(chǎn)品操作和新產(chǎn)品開發(fā)中如何解決這些問題。

關(guān)鍵詞：玻璃窯;系統(tǒng);優(yōu)化

前言：目前，玻璃窯工業(yè)余熱利用的主要存在的問題是：如何提高鍋爐島的效率和減少積灰，減少停爐次數(shù)，解決玻璃熔窯氣體特性引起的低溫腐蝕問題，針對(duì)這些問題如何降低鍋爐鋼耗，提高能效。本文著重從現(xiàn)有產(chǎn)品的運(yùn)作和新產(chǎn)品的開發(fā)中解決這些問題。

一、提高鍋爐島效率

鍋爐島的效率包括利用余熱鍋爐的排氣、減少余熱鍋爐（包括風(fēng)機(jī)和水泵）的能源消耗，以及使用合理的熱力參數(shù)來提高發(fā)電機(jī)組的效率。因此，選擇合理的壓力等級(jí)、氣阻、供熱系統(tǒng)等參數(shù)對(duì)提高鍋爐島效率具有重要意義。

（一）發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)的合理選擇

根據(jù)主蒸汽參數(shù)，常見壓力等級(jí)分為低壓（1.27-1.57MPa，350℃），次中壓（2.45MPa，400℃），中壓（3.82MPa，450℃），次高壓（5.29-6.27MPa，5.29-6.27℃）汽輪機(jī)組按輸入?yún)?shù)可分為低壓機(jī)組（1.27MPa，340℃），次中壓機(jī)組（2.35MPa，340℃），中壓機(jī)組（3.43MPa，435℃）和次高壓機(jī)組（4.90-5.887MPa，435-470℃）機(jī)組。

鍋爐發(fā)電系統(tǒng)的效率是有效供熱。通過減少風(fēng)機(jī)和水泵的能耗，提高了鍋爐島系統(tǒng)的效率，提高了汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的效率。玻璃熔窯排氣溫度在350～550℃之間，負(fù)壓在350～700℃之間。

（二）爐型結(jié)構(gòu)布置

玻璃窯余熱發(fā)電鍋爐整體采用倒U型布置，余熱氣體底進(jìn)底出，主要特點(diǎn)是：（1）縮短了單通道安裝所需的進(jìn)出口煙囪的長(zhǎng)度、面積和強(qiáng)度，并使鍋爐結(jié)構(gòu)更加緊湊;（2） 蒸發(fā)受熱面位于鍋爐下方，其循環(huán)高度足以加強(qiáng)傳熱，能夠保證爐水循環(huán)的安全可靠，確保鍋爐提供充足的供給;（3） 逆U裝置可以將熱水部分和燃燒氣體的中間流反向，解決熱水中介質(zhì)上下流動(dòng)（燃燒氣體從下游進(jìn)入）時(shí)的空氣堵塞和氧氣腐蝕問題。強(qiáng)化傳熱，受熱面緊湊，用鋼量低。提高鍋爐島整體效率。

二、鍋爐熱力系統(tǒng)選擇

（一）單壓系統(tǒng)

余熱鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽進(jìn)入并在汽輪機(jī)得以應(yīng)用，然后從供氧水泵送至省煤器。見下圖：

單壓系統(tǒng)余熱鍋爐系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比更為簡(jiǎn)單，但當(dāng)鍋爐固定在狹窄的位置時(shí)，省煤器段能夠吸收的熱量最小，而其余鍋爐的排放溫度最高，導(dǎo)致鍋爐的熱效率較低。

（二）熱水閃蒸系統(tǒng)

熱水閃蒸系統(tǒng)即在原單壓系統(tǒng)上加入熱水閃蒸。進(jìn)入汽輪機(jī)高壓進(jìn)汽口的是高壓蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽口的是熱水閃蒸后的低壓蒸汽，這種主蒸汽和其他低壓蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)部混合做功，使得汽輪機(jī)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，共同作用產(chǎn)生大量電能。工作過程見下圖：

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1）可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的用水量來調(diào)節(jié)鍋爐出口煙氣溫度;（2）可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的用水量來滿足發(fā)電用蒸汽參數(shù)。

（三）雙壓自除氧系統(tǒng)

雙壓自除氧系統(tǒng)在運(yùn)行中能夠同時(shí)產(chǎn)生高壓和低壓蒸汽。高壓蒸汽作為主蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)主進(jìn)口，使汽輪機(jī)發(fā)電;低壓蒸汽可以作為鍋爐除氧器用汽，剩余蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)低壓部分。工作過程見下圖：

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1）除氧器布置在余熱鍋爐內(nèi);（2）解決了高硫煙氣的低溫腐蝕問題。

三、系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

天然氣、重油和石油焦是玻璃窯生產(chǎn)線爐常用的燃料。天然氣燃燒后，煙氣灰分和SO2含量降低，煙氣的酸露點(diǎn)溫度在150℃左右，故排煙溫度高150℃。重油含硫量低，但燃燒后氣體的灰分粘性強(qiáng)，煙氣的酸露點(diǎn)溫度在180℃左右石，故排煙溫度高180℃。油焦粉含灰量大，含硫量高，煙氣中灰和SO2含量也大，煙氣酸露點(diǎn)溫度200℃左右，故排煙溫度高200℃。

（一）采用單壓抽飽和蒸汽除氧系統(tǒng)。

隨著玻璃窯出口排煙溫度的升高，鍋爐的蒸發(fā)量也會(huì)增加，熱水段的效率逐漸升高，排出的氣體溫度也會(huì)逐漸下降;在玻璃窯爐排氣條件相同的情況下，額定壓力越低，蒸發(fā)量越大，進(jìn)熱水器的溫度越低，熱水段熱量越大，排氣溫度越低，鍋爐出口溫度越低。

對(duì)于使用天然氣的窯爐，供水溫度應(yīng)高于140℃，以避免在沒有其他脫硫措施的情況下發(fā)生低溫腐蝕。如果沒有特殊工藝，系統(tǒng)排氣溫度過高，無法達(dá)到節(jié)能的目的。

（二）采用閃蒸除氧系統(tǒng)

玻璃窯爐排煙條件相同的情況下，凝結(jié)水溫度為定值，進(jìn)入汽包的熱水溫度為定值。依據(jù)公式，可得，鍋爐出口煙氣溫度為定值，與除氧器的熱水供給溫度無關(guān)，必須優(yōu)化鍋爐島的經(jīng)濟(jì)效益，即鋼材、風(fēng)機(jī)、水泵的電耗。當(dāng)其它參數(shù)不變時(shí)，受熱面與溫差成反比。即供水溫度越低，受熱面越小，鍋爐煙風(fēng)阻力越小;供水溫度越低，供水量越低，水泵功率越低。

（三）雙壓自除氧系統(tǒng)

在玻璃窯爐排煙條件相同的情況下，凝結(jié)水溫度為定值，進(jìn)入汽包的熱水溫度為定值，依據(jù)公式，可得，鍋爐出口煙氣溫度和總吸熱量均為定值。鍋爐性能與除氧壓力有關(guān)，壓力越高，介質(zhì)飽和溫度越高，溫差越小，受熱面越多，煙氣阻力越大。雙壓自除氧系統(tǒng)，需根據(jù)煙氣的特性、尾部受熱面的腐蝕情況和鍋爐島的經(jīng)濟(jì)性、熱效率綜合考慮確定合適的自除氧系統(tǒng)壓力參數(shù)。

四、結(jié)論

綜上所述，建議天然氣玻璃熔窯采用閃蒸自除氧化系統(tǒng)，其他燃料則需要進(jìn)行各方面的信息收集，特別是制作工藝要求，從而選用單壓或自主脫氧系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋洪偉.玻璃窯爐煙氣余熱發(fā)電技術(shù)相關(guān)探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019（13）144.