玻璃退火窯的余熱利用方法

楊小平,朱 慧

(中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063)

玻璃行業為高耗能、高排放行業。玻璃工業中三大熱工設備之一的退火窯，存在大量的排風余熱資源。在國家節能減排的大環境下，將節能理念應用于玻璃生產線項目前期方案設計及施工圖設計中，通過回收的方式充分利用退火窯排風余熱，既能減少熱污染排放，又能降低采暖空調系統的能耗。

1 退火窯余熱利用參數

玻璃在退火工段冷卻過程中首先經過預熱均熱區，該區一般由A區、B1區、B2區、C區四個冷卻系統組成[1]，從A區到C區玻璃溫度由600 ℃降至370 ℃，因玻璃退火窯窯內風壓控制嚴格,每個區配置一臺冷卻風機，各區域風系統均獨立設置，風機將熱風直接接至室外高空排放。

以一條日產600 t浮法生產線，退火窯余熱通過風管接至末端輻射管為例來計算(該數據僅作為計算依據，每條生產線以實測為準)。假設各區域回收利用后排風溫度均為100 ℃，則退火窯理論回收總熱量為1 180 kW。每個區可回收的熱量及計算參數見表1。

表1 退火窯各區域參數

此部分熱量回收之后用于生產線的輻射采暖系統，每天運行24 h，每年運行120 d，累計可回收12 234 240 MJ熱能，累計可節省標煤417 t，或節省天然氣 33.6萬m3，或節省余熱蒸汽5 653 t(增加余熱發電113萬度)。通過以上計算說明，在不影響工藝生產的情況下，充分利用退火窯A區、B1區、B2區、C區的余熱，可以實現節能減排，提高企業的經濟效益與社會效益。

2 退火窯余熱利用方式

2.1 直接利用退火窯熱風

目前很多北方的浮法項目，切裁成品工段支線機械手區域，要求操作溫度在12 ℃以上，溫度過低機械手吸盤容易掉片，影響設備的正常工作。切裁成品區屬于高大廠房，需要采暖的機械手區域在廠房中間，因生產線的關系，機械手區域無法單獨隔開。鑒于以上原因，在玻璃廠切裁成品區域采暖系統設計時，采用散熱器值班采暖加退火窯熱風局部采暖相結合的供暖方案。

2.1.1 退火窯熱風接至局部采暖區低溫輻射管內

以A區為例，在管路2上增加止回風閥和壓力測點P1，管路3上設置電磁風閥F1，電磁風閥F1與風機連鎖聯動，風機選用變頻風機，熱風經風機加壓后由管道4送至機械手上方的輻射管內，通過輻射供熱的方式保證機械手區域溫度。管路5上設置電磁閥F2及二氧化硫氣體檢測裝置，管路6上設置電磁閥F3，系統原理圖如圖1所示。(B1區、B2區、C區的余熱回收系統原理圖與A區同，各區域單獨設置管路接至末端輻射管，互不影響)。

該熱風系統的溫度控制邏輯：當室外溫度低于10 ℃，啟動熱風系統。當室外溫度高于20 ℃，關閉熱風系統。啟動順序：打開風機入口前的電磁風閥F1，開啟送風機，風機低頻運行，同時檢測風管2上的壓力測點P1，確保壓力在0 Pa附近，當壓力低于0 Pa時，則降低風機的頻率直至P1風壓升至0 Pa；關閉順序：關閉送風機，關閉電磁風閥。

熱風通過輻射管，將熱量輻射至室內，出風溫度降至70 ℃左右，經管路5末端圓形散流器下送至廠房內。退火窯A區在生產中會使用二氧化硫，因此排風中可能會含有微量二氧化硫氣體[2]，當管道5上的氣體檢測裝置報警，電磁閥F2自動關閉，電磁閥F3自動開啟，輻射管內熱風排至室外。除A區外，B1區、B2區、C區熱風中不含有毒氣體，不需要設置管路6，熱風經輻射管降溫后，均可排至室內，充分利用熱風的余熱。

2.1.2 退火窯熱風接至局部采暖區側送

利用高溫熱風直接向采暖區供熱，是效率最高方式，但規范要求集中熱風供暖系統，送風溫度不得高于70 ℃。因此需要將退火窯熱風及室外新風引至混風靜壓箱內，在靜壓箱內充分混合至70 ℃左右，送至采暖區。以C區為例闡述系統原理，如圖2所示，在管路2上設置電動風閥F1和壓力測點P1，管路3上設置電動風閥F2、壓力測點P2、風速測點V2，管路4上設置新風機、電動風閥F3、止回風閥、壓力測點P3、風速測點V3，管路5上設置電動風閥F4、壓力測點P4、風速測點V4、溫度測點T4，管路6末端設置球形噴口將70 ℃熱風送至機械手區域。(B1區、B2區的余熱回收利用時，可將各管路接至靜壓箱，混風至合適溫度。靜壓箱前管路原理與C區同)。

該熱風系統的溫度控制邏輯：系統初始狀態，電動閥F1全開，F2、F3、F4全關，在室外溫度低于10 ℃，啟動熱風系統。首先開啟電動閥F3、F4至開度30%，開啟新風機，低頻運行，逐步加大頻率及電動閥F3開度，同時開啟送風機，低頻運行，逐步加大頻率及電動閥F4，期間保證新風機風量與送風機風量相匹配，當新風量達到設計值，新風管路不再調節，開啟電動閥F2，逐步加大F2開度，減小電動閥F1的開度，同時逐步加大送風機的頻率及電動閥F4，將總風量調整到設計值，直至F1全關，F2全開。混風后溫度保證T4在70 ℃ 左右，溫度低于設定值可以減小電動閥F3開度，溫度高于設定值可以增大電動閥F3開度。當室外溫度高于20℃，關閉熱風系統。關閉順序：開啟電動閥F1，關閉電動閥F2，關閉新風機及電動閥F3，關閉送風機及電動閥F4。此采暖方式，不適合A區熱風利用(空氣中含微量二氧化硫)。

2.2 間接利用退火窯熱風

通過余熱回收利用裝置間接利用退火窯熱風，置換出的熱源，用途更廣泛。

通過空氣-水換熱器置換為熱水，可作為冬季采暖系統的熱源，也可作為全年生活熱水熱源，供廠前區使用。以A區為例，原理圖如圖3所示。(B1區、B2區、C區的余熱回收系統原理圖與A區同，各區域換熱后的管路可并聯起來供末端使用)。

通過余熱鍋爐裝置轉換為過熱蒸汽[3]，供暖季節蒸汽可作為采暖系統的熱源，供冷季節蒸汽可作為溴化鋰制冷機組的熱源，同時蒸汽可用于工藝設備的保溫和加濕，比如原料車間的混合機處。以A區為例，原理圖如圖4所示。(B1區、B2區、C區的余熱回收系統原理圖與A區同，各區域通過連管均接至熱風鍋爐)。

2.3 退火窯熱風回收利用設計注意事項

對于工業化生產來說，生產線穩定是第一位，熱風引用時，需要在不影響窯溫窯壓的情況下進行，否則破壞原有熱平衡，得不償失。退火窯熱風產量冬天與夏季相比明顯減少，利用余熱來采暖的項目，需要考慮熱源的備用，防止退火窯余熱不足。目前退火窯熱風利用的計算參數來源于機電專業提供的設計參數，并不是實測值。建議機電專業在退火窯設計時，排風管路上安裝風溫、風速、風壓測點，保存好生產線上的一手資料，為熱風利用提供更科學的計算依據。退火窯周圍空氣溫度在40 ℃以上，排風管內的溫度500～200 ℃ 不等， 根據項目需求，需要利用退火窯余熱時，應在項目初期設計好方案與生產線一同施工，項目投產之后再施工，施工難度大，高溫作業危險性高。

3 結 論

退火窯余熱利用形式多樣，直接利用熱風的形式簡單方便，適合用于北方采暖區域，間接利用熱風的形式用途更為廣泛，可用于采暖、制冷、生活熱水、生產線工藝加濕等。利用退火窯余熱時，需要結合每個項目的實際情況，經技術經濟分析比較后選用合理的回收形式[4]，在減少熱污染排放的同時，降低企業運行成本，實現減排和經濟效益的雙贏。