一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)分析

李 偉,吳文貴,李培濤,羅嗣友

(深圳市凱盛科技工程有限公司,深圳 518054)

隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，玻璃窯煙氣在排放前需進(jìn)行脫硝及脫硫，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才允許排放。由于脫硝系統(tǒng)設(shè)備及脫硫系統(tǒng)設(shè)備均對(duì)玻璃窯煙氣溫度有要求，脫硝系統(tǒng)設(shè)備要求進(jìn)口煙氣溫度范圍為350～380 ℃，脫硫系統(tǒng)設(shè)備要求進(jìn)口煙氣溫度范圍為180～200 ℃，而玻璃窯煙氣溫度大部分介于450～550 ℃，因此，煙氣在進(jìn)入脫硝系統(tǒng)設(shè)備和脫硫系統(tǒng)設(shè)備前均需進(jìn)行降溫，需在脫硝系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)口和脫硫系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)口配置減溫用余熱鍋爐[1,2]。

目前，常用的煙氣降溫技術(shù)方案中，在脫硝系統(tǒng)進(jìn)口配置兩臺(tái)高溫余熱鍋爐，一用一備，在脫硫系統(tǒng)進(jìn)口配置兩臺(tái)低溫余熱鍋爐，一用一備。采用一用一備方式的目的在于保障鍋爐檢修時(shí)，脫硝系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)均不受影響，有效的保證了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的要求，而且系統(tǒng)比較穩(wěn)定可靠。但是，這種技術(shù)方案中，需要占用場(chǎng)地較大，投資成本也很高，為了解決這一問題，結(jié)合余熱鍋爐系統(tǒng)的組成，該文提出了一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)余熱鍋爐系統(tǒng)的組成

該技術(shù)方案中，余熱鍋爐系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

上述工藝流程里，余熱鍋爐系統(tǒng)主要包含高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐、連接煙道和閥門、鍋爐引風(fēng)機(jī)。

2 余熱鍋爐

余熱鍋爐包含高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐。高溫余熱鍋爐布置于脫硝系統(tǒng)進(jìn)口前，主要用于將熔窯排放的煙氣溫度從450～550 ℃降至350～380 ℃，滿足脫硝系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行所需溫度。低溫余熱鍋爐布置于脫硫系統(tǒng)進(jìn)口前，主要用于將煙氣溫度從約340 ℃降至約200 ℃，滿足脫硫系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行所需溫度。高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐所產(chǎn)蒸汽，可滿足廠區(qū)用汽需求，可給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。余熱鍋爐的設(shè)計(jì)和選型，需根據(jù)工藝流程和不同的功能，選擇不同的參數(shù)，例如高溫余熱鍋爐，需根據(jù)熔窯所排放煙氣的溫度和煙氣量，選取合適的鍋爐進(jìn)口煙氣溫度和煙氣量，高溫余熱鍋爐出口煙氣的溫度，根據(jù)脫硝設(shè)備所需的煙氣溫度來設(shè)計(jì)；針對(duì)低溫余熱鍋爐，根據(jù)脫硝系統(tǒng)出口的煙氣溫度以及脫硝系統(tǒng)的漏風(fēng)率，選取合適的鍋爐進(jìn)口煙氣溫度和煙氣量，鍋爐出口煙氣溫度，需根據(jù)脫硫設(shè)備所需的煙氣溫度來設(shè)計(jì)。例如，某拉引量為400 t/d的玻璃生產(chǎn)線，根據(jù)熔窯燃燒的天然氣耗量，高溫余熱鍋爐進(jìn)口煙氣量為50 000 Nm3/h，煙氣溫度為470 ℃，出口煙氣溫度為380 ℃；低溫余熱鍋爐進(jìn)口煙氣量為51 500 Nm3/h，煙氣溫度為340 ℃，出口煙氣溫度為200 ℃。不同拉引量的玻璃生產(chǎn)線，鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)均不相同[3]。

3 煙道和閥門

煙道和閥門主要是指煙風(fēng)系統(tǒng)部分，包含室外磚煙道至高溫余熱鍋爐段、高溫余熱鍋爐至脫硝系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)至低溫余熱鍋爐、低溫余熱鍋爐至鍋爐引風(fēng)機(jī)、鍋爐引風(fēng)機(jī)至煙囪段。其中，每段連接煙道，均設(shè)置有煙道閥門，鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口，也分別設(shè)置有煙道閥門。煙道和閥門的設(shè)計(jì)和選型，需根據(jù)煙氣溫度和煙氣流量，選取合適的煙氣流速來設(shè)計(jì)。同樣以拉引量為400 t/d的玻璃生產(chǎn)線為例，室外磚煙道至高溫余熱鍋爐進(jìn)口段煙道設(shè)計(jì)，煙氣量選取50 000 Nm3/h，煙氣溫度選取470 ℃，煙氣流速選取不超過15 m/s，煙道材質(zhì)選取15CrMo鋼；高溫余熱鍋爐至脫硝系統(tǒng)間連接煙道，煙氣量選取50 000 Nm3/h，煙氣溫度選取380 ℃，煙氣流速選取不超過15 m/s，煙道材質(zhì)選取Q345鋼；脫硝系統(tǒng)至低溫余熱鍋爐段連接煙道，考慮脫硝系統(tǒng)1%漏風(fēng)率，煙氣量選取50 500 Nm3/h，煙氣溫度選取340 ℃，煙氣流速選取不超過15 m/s，煙道材質(zhì)選取Q345鋼；低溫余熱鍋爐至鍋爐引風(fēng)機(jī)、鍋爐引風(fēng)機(jī)至煙囪段連接煙道，考慮脫硫系統(tǒng)1%漏風(fēng)率，煙氣量選取51 000 Nm3/h，煙氣溫度選取200 ℃，煙氣流速選取不超過20 m/s，煙道材質(zhì)選取Q235鋼。

4 鍋爐引風(fēng)機(jī)

鍋爐引風(fēng)機(jī)分高溫鍋爐出口風(fēng)機(jī)和低溫鍋爐出口風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)提供的抽力滿足余熱鍋爐及煙道(不考慮脫硝系統(tǒng))的阻力需要。風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和選型，主要依據(jù)煙氣量、煙氣溫度、系統(tǒng)阻力、運(yùn)行頻率等參數(shù)。同樣以拉引量為400 t/d的玻璃生產(chǎn)線為例，高溫鍋爐出口風(fēng)機(jī)選型時(shí)，煙氣量依據(jù)低溫余熱鍋爐出口煙氣量，選取值為50 500 Nm3/h，煙氣溫度選取380℃，變頻電機(jī)的電壓等級(jí)為AC 380 V，運(yùn)行頻率為38 Hz運(yùn)行，系統(tǒng)阻力正常約為1 000 Pa；低溫鍋爐出口風(fēng)機(jī)選型時(shí)，煙氣量需充分考慮漏風(fēng)率，煙氣量選取值為51 000 Nm3/h，煙氣溫度選取200 ℃，變頻電機(jī)的電壓等級(jí)為AC 380 V，運(yùn)行頻率為38 Hz運(yùn)行，系統(tǒng)阻力正常約為1 000 Pa。

5 傳統(tǒng)的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)分析

傳統(tǒng)余熱鍋爐系統(tǒng)的流程圖如圖2所示：包含兩臺(tái)高溫余熱鍋爐( 互為備用)和兩臺(tái)低溫余熱鍋爐( 互為備用)，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)等。

這套系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉煙囪根大閘板11b，470 ℃煙氣從生產(chǎn)線總煙道11進(jìn)入高溫鍋爐進(jìn)口煙道12(13)，經(jīng)高溫鍋爐進(jìn)口煙道蝶閥14(15)進(jìn)入高溫余熱鍋1(2)，煙氣溫度降至380 ℃，再經(jīng)鍋爐出口煙道16(17)進(jìn)入高溫鍋爐出口風(fēng)機(jī)7(8)，再經(jīng)風(fēng)機(jī)出口煙道18(19)、蝶閥20(21)、脫硝系統(tǒng)進(jìn)口蝶閥22，進(jìn)入脫硝系統(tǒng)5，煙氣經(jīng)脫硝系統(tǒng)處理后，降溫至340 ℃，通過脫硝出口煙道23，進(jìn)入低溫余熱鍋爐3(4)，煙氣經(jīng)低溫余熱鍋爐后降溫至200 ℃，再通過低溫鍋爐出口蝶閥24(25)、低溫鍋爐出口煙道26(27)，進(jìn)入低溫鍋爐出口風(fēng)機(jī)9(10)，通過引風(fēng)機(jī)送至脫硫系統(tǒng)進(jìn)口煙道28，然后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)6，最后，經(jīng)過脫硫系統(tǒng)處理后的煙氣回至煙囪。在該系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)蜏赜酂徨仩t3(4)停運(yùn)時(shí)，煙氣流經(jīng)脫硝系統(tǒng)進(jìn)口前去煙囪煙道29和去煙囪蝶閥30，煙氣由煙囪排出；當(dāng)該余熱鍋爐系統(tǒng)全部停止使用時(shí)，則打開總煙道閘板11b，使煙氣由煙囪排出。

目前，這種傳統(tǒng)的余熱鍋爐系統(tǒng)，在脫硝系統(tǒng)進(jìn)口配置兩臺(tái)高溫余熱鍋爐1和2，一用一備，在脫硫系統(tǒng)進(jìn)口配置兩臺(tái)低溫余熱鍋爐3和4，一用一備。采用一用一備方式的目的在于保障鍋爐檢修時(shí)，脫硝系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)均不受影響，有效的保證了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的要求，而且系統(tǒng)比較穩(wěn)定可靠。但是，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

1)占用場(chǎng)地較大。因?yàn)闊煔庑柘冗M(jìn)行脫硝，然后進(jìn)行脫硫，在脫硝系統(tǒng)前和脫硫系統(tǒng)前均布置兩臺(tái)余熱鍋爐(共四臺(tái))，同時(shí)風(fēng)機(jī)需配置四臺(tái)，需占用較大場(chǎng)地。

2)資金投入較大。為了保證鍋爐檢修時(shí)，脫硝系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)均不受影響，脫硝系統(tǒng)進(jìn)口和脫硫系統(tǒng)進(jìn)口余熱鍋爐均設(shè)計(jì)一用一備方式，共四臺(tái)鍋爐(同時(shí)配置四臺(tái)風(fēng)機(jī))，建設(shè)資金投入較大。

3)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)量較大。由于有四臺(tái)臥式余熱鍋爐，為了保證鍋爐檢修時(shí)，備用余熱鍋爐能立即投運(yùn)，平時(shí)不僅需維護(hù)兩臺(tái)運(yùn)行中鍋爐，同樣需對(duì)兩臺(tái)備用鍋爐進(jìn)行維護(hù)，以便能及時(shí)投運(yùn)，因此，設(shè)備維護(hù)工作量較大。

6 新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)分析

為了有效的解決傳統(tǒng)的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)占用場(chǎng)地大、建設(shè)資金投入大以及設(shè)備維護(hù)工作量較大的問題，針對(duì)建設(shè)方對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行需求，結(jié)合傳統(tǒng)余熱鍋爐系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)，具體系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

這種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)工作時(shí)，關(guān)閉總煙道閘板11b，開啟煙氣調(diào)節(jié)閘板11a，煙氣進(jìn)入總煙道11；當(dāng)脫硝余熱鍋爐1與脫硫余熱鍋爐2均正常時(shí)，打開第一煙道閘板10a、第三煙道閘板12a、第四煙道閘板13a、第五煙道閘板14a、排煙煙道閘板15a，煙氣經(jīng)過脫硝余熱鍋爐1換熱后，通過第一引風(fēng)機(jī)7進(jìn)入脫硝系統(tǒng)3進(jìn)行脫硝處理，通過第四煙道13進(jìn)入脫硫余熱鍋爐2換熱，之后通過第二引風(fēng)機(jī)8進(jìn)入脫硫系統(tǒng)4進(jìn)行脫硫處理，最后由排煙煙囪5排出，完成煙氣的處理。

當(dāng)脫硝余熱鍋爐1需要停爐維護(hù)時(shí)，關(guān)閉第一煙道閘板10a、第三煙道閘板12a，打開第二煙道閘板16a、脫硝煙道閘板17a，并使備用余熱鍋爐6按照脫硝余熱鍋爐1的工況運(yùn)行，煙氣進(jìn)入備用余熱鍋爐6換熱后，通過第三引風(fēng)機(jī)9進(jìn)入脫硝系統(tǒng)3進(jìn)行脫硝處理，通過第四煙道13進(jìn)入脫硫余熱鍋爐2換熱，之后通過第二引風(fēng)機(jī)8進(jìn)入脫硫系統(tǒng)4進(jìn)行脫硫，最后由排煙煙囪5排出，完成煙氣的處理。

當(dāng)脫硫余熱鍋爐2需要停爐維護(hù)時(shí)，關(guān)閉第四煙道閘板13a、第五煙道閘板14a，打開備用煙道閘板19a、脫硫煙道閘板18a，并使備用余熱鍋爐6按照脫硫余熱鍋爐2的工況運(yùn)行，煙氣經(jīng)過脫硝余熱鍋爐1換熱后，通過第一引風(fēng)機(jī)7進(jìn)入脫硝系統(tǒng)3進(jìn)行脫硝處理，在通過第四煙道13進(jìn)入備用余熱鍋爐6換熱，之后通過第三引風(fēng)機(jī)9進(jìn)入脫硫系統(tǒng)4脫硫，最后由排煙煙囪5排出，完成煙氣的處理。

當(dāng)脫硝系統(tǒng)3停機(jī)維護(hù)時(shí)，打開第一旁通煙道閘板20a，煙氣直接進(jìn)入排煙煙道15由排煙煙囪5排出；當(dāng)脫硫系統(tǒng)4停機(jī)維護(hù)時(shí)，根據(jù)情況打開第二旁通煙道閘板21a或第三旁通煙道閘板22a，使煙氣直接進(jìn)入排煙煙道15由排煙煙囪5排出。

當(dāng)該余熱鍋爐系統(tǒng)停止使用時(shí)，則打開總煙道閘板11b，使煙氣由排煙煙囪5排出。

因此，這種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，當(dāng)脫硝余熱鍋爐停止使用時(shí)，將備用余熱鍋爐當(dāng)作脫硝余熱鍋爐使用，通過備用余熱鍋爐降溫的煙氣進(jìn)入脫硝系統(tǒng)；當(dāng)脫硫余熱鍋爐停止使用時(shí)，將備用余熱鍋爐當(dāng)作脫硫余熱鍋爐使用，通過備用余熱鍋爐降溫的煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)；只需要改變備用余熱鍋爐的工作條件即可按需要分別作為脫硝余熱鍋爐或者脫硫余熱鍋爐使用，相比傳統(tǒng)的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)，減少了一臺(tái)余熱鍋爐和配套的風(fēng)機(jī)、煙道等，能夠減少設(shè)備占用場(chǎng)地、減少系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)量、降低成本，另外，系統(tǒng)考慮了有單體設(shè)備需檢修停運(yùn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)如何繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，保證環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。

7 結(jié) 論

該文分析了傳統(tǒng)的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)，由于這種系統(tǒng)方案設(shè)備多、占地大、建設(shè)投資額大，而且投運(yùn)后，系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)量也大，為了合理解決這些問題，提出了一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統(tǒng)。不僅完全解決了上述這些難題，而且有設(shè)備需檢修停運(yùn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，保證環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。