利用热管蒸发器_余热锅炉_回收玻璃窑炉烟道废气余热综述_李宝江
利用热管蒸发器(余热锅炉)回收玻璃窑炉烟道废气余热综述
天津华能北方热力设备有限公司:李宝江(3019000)
一、前言
“节能减排”是当今国策,是可持续发展的重中之重。玻璃企业是耗能大户,它能耗的高低,
也直接关联到“节能减排”国策在企业的贯彻执行力度的高低。
在玻璃融化过程中,窑炉产生的废(烟)气很多企业将它直截排放到空中,不仅浪费能源,
还污染了环境。在原烟道旁设置旁路烟道,安装余热回收系统设备(热管余热锅炉),将5的℃
一220℃左右烟气余热进行回收利用,降到180℃一160℃左右进入下道工序(脱硫)或排空。回
收这部分余热是玻璃企业行之有效的“节能减排”措施之一。每回收30(MJ)余热量,即可回
收标煤约1(kg),同时可减少污染排放0.68(Kg)碳、L9625(Kg)二氧化碳,社会效益不可
估量。还可以获得政府“节能减排”奖励基金03元以上。
通过余热回收系统设备(热管余热锅炉)可产出一定表压力的、一定量的饱和蒸汽或过热蒸
汽,用于发电、生产、生活使用,替代外供(燃煤、燃气、燃油)锅炉。
热管技术是一项成熟的技术,因它的独特的特点日前被广泛的应用于电器、空调、化工、石
化、冶金、建材等众多领域。我在上世纪的九十年代,开始将热管技术应用到玻璃窑炉,回收烟
道废气的余热,生产出一定压力的饱和(过热)蒸汽,用于生产和生活。日前已被众多公司企业
认可并使用,收到较好的经济效益和社会效益。
二、余热回收系统概述。
根据窑炉烟气余热量的大小,余热回收系统的设计流程如卜:
该系统由以卜装置组成:热管余热回收系统装置设备(热管水加热器、热管余热锅炉等)、
引风机、供水系统(软水处理装置)、输汽系统(储汽缸、分汽缸等)、外连管路和控制仪表等
组成。
1、流程图示:洲如.自创
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2、系统流程
烟气余热回收系统装置设备流程如下:
1)在原烟道上(在余热锅炉入口后)设置烟道闸板,在旁路烟道(余热锅炉入口前、引风机出
口后)分别设置旁路闸板。
2)操作:
1、如有脱硝、脱硫:
关闭主烟道闸板阀,高温烟气沿经旁路烟道依次进入“热管余热回收系统装置设备I”
经热量回收降至300℃,进入脱硝,脱硝后再进入“热管余热回收系统装置设备n”将烟气温度
降至180℃—160℃左右进入脱硫、除尘或烟囱排空。
o、无脱硝:
关闭主烟道闸板阀,高温烟气沿经旁路烟道依次进入“热管余热回收系统装置设备I”,经
热量回收降至190℃左右进入脱硫除
尘或烟囱排空。
3、系统主要功能:
常温工业软化水通过水泵经过热力除氧、进入热管余热回收系统装置设备的汽包里,高温的
烟气进入热管余热锅炉的烟箱里,通过传导元件一热管,将吸收的烟气余热,传递到汽包里,使
汽包里的软水加热、沸腾、蒸发。进入输汽系统(储汽缸、分汽缸),把一定压力的饱和蒸汽或
过热蒸汽输送到不同岗位(发电、生产、生活等)。烟气通过烟囱抽力或引风机,将烟气排空或
进入脱硝、脱硫除尘装置。
三、热管余热锅炉结构形式及作用。
热管余热锅炉结构形式,根据不同的烟气量和用处,它的的结构形式也不同。主要有如下二
种形式。现分别介绍如一F:、
结构形式I(图示一5)
1一烟气入口2一除尘导3一吹灰导
4一烟箱5一落灰斗6一烟气出口,一汽包
图示一5(卧式)热管余热锅炉的简图
此结构形式的热管余热锅炉主要应用于单.台进入的烟气量在延s000oNm3小以内、表压力在
o.SMpa,烟气走向为水平方向。
所产蒸汽主要用于:雾化重油、吹扫烟道(煤气发生炉)、烘干物料(碎玻璃、原料等)、生
活用汽(供暖、洗澡、空调)。
该系统余热锅炉主要由:(1)压力容器(蒸汽聚集器一汽包),在其中产生蒸汽;(2)传热元
件(热管),吸收流经烟箱中的烟气余热、将热量传递给压力容器中的软水,使其汽化、蒸发;(3)
烟箱,它包裹着热管管束,和热源进出口连接,并设有吹灰、清灰、除尘装置(根据川户需要配
置),和控制仪表等组成。
2、结构形式11(图示一6)
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此结构形式的热管余热锅炉主要应用于单台进入烟气量在)s000oNm3爪以上,烟气走向为水
平走向。如浮法玻璃企业、焦化企业、水泥企业。
该结构形式的余热锅炉主要是和余热发电系统、脱硝、脱硫系统配套使用。所产过热蒸汽主
要供发电使用,发电后的背压蒸汽用于:雾化重油、吹扫烟道(煤气发生炉)、烘干物料、生活用
汽(供暖、洗澡、空调)。烟温出口温度为180℃左右,进入除尘、脱硫。
该系统余热锅炉主要由以下装置组成:蒸汽过热器、软水预热器、蒸汽发生器、汽包、上升、
下降管、外连管路和控制
仪表、辅助支架等组成。
系统原理:工业软化水经过软水泵进入热力除氧器除氧,除氧水一部分由给水泵输入软水预
热器预热后进入汽包,除氧水通过下降管进入蒸汽发生器,水吸收热量变成饱和水,饱和水再经上
升管进入汽包,在汽包里进行水汽分离,形成一定压力的(饱和一过热)蒸汽,一小部份蒸汽送至
除氧器除氧,其余蒸汽送至总管进入发电系统装置,或其它用户。
3、结构形式111(图示一7)
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图示一7(U型立式)热管余热锅炉的简图
此结构形式的热管余热锅炉主要应用于单台进入烟气量在)so000Nm3爪以上,烟气走向
为“U”型方向,也可水平走向。如浮法玻璃企业、焦化企业、水泥企业。
该结构形式的余热锅炉主要是和脱硝、脱硫系统配套使用。高温烟气(450℃一500℃)经“I”
号余热锅炉将温度降至300℃,进入脱硝装置,脱硝后的烟气温度(285℃)进入“n”号余热锅
炉,烟气温度降至180℃进入脱硫、除尘装置。
127根据所产蒸汽量的多少:具备发电条件,可发电,不具备条件的可用于、雾化重油、吹扫烟
道(煤气发生炉)、烘干物料、生活用汽(供暖、洗澡、空调)等。
该系统余热锅炉主要由以下装置组成:蒸汽过热器、软水预热器、蒸汽发生器、汽包、上升、
下降管、外连管路和控制仪表、辅助支架等组成。
系统原理:工业软化水经过软水泵进入热力除氧器除氧,除氧水一部分由给水泵输入软水预
热器预热后进入汽包,除氧水通过下降管进入蒸汽发生器,水吸收热量变成饱和水,饱和水再经上
升管进入汽包,在汽包里进行水汽分离,形成一定压力的(饱和一过热)蒸汽,一小部份蒸汽送至
除氧器除氧,其余蒸汽送至总管进入使用区域。
四、《QSR/BL一00一00/S型(系列)汽一水两用热管余热回收器》在高效节
能型窑炉的应用
高
效节能型窑炉,它的烟气排放温度有的低于240℃,有的只有220℃。有的企业认为烟气温
度低,没有回收价值,就直接排放到大气中。如果是需要在冬季取暖的企业,他们只好购置燃煤锅
炉进行供暖。一个供暖期(如北京地区、3ooomZ左右),耗标煤约在142.8吨左右,费用也得在24
万元以上。如回收了这部分余热,即可减少碳排放97.104吨,减少二氧化碳排放297.89吨。又可
节约费用24万元左右。还可获得政府“节能减排”奖励基金约在4.3万元,合计约283万元。头
一年项目投资费用基本够用还有结余,以后是每年可节约费用在28万元。即有社会效益又有经济
效益。如果这部分余热能否回收利用取得较好的经济效果,那主要取决于企业用户采用何种方法。
日前有的企业采用蒸汽余热锅炉方法,用蒸汽换热成热水加以利用。因蒸汽余热锅炉所产的
的饱和蒸汽的焙值是较大的,因此需要的热值也较多,因节能型高效窑炉的烟道温度较低,余热锅
炉的出口温度要高于饱和蒸汽温度40一50℃,所以余热量有限,因此所产蒸汽量较少,用蒸汽转化
热水流量也相对较少,余热使用受到限制。
根据市场要求,我们推出了((QSR/BL一00一00/S型(系列)汽一水两用热管余热回收器》介绍如
一卜:
1、概述:
《QSR/BL一00一00/S型(系列)汽一水两用热管余热回收器》是针对高效节能型工业窑炉烟道废气
余热温度低(220℃左右)的回收利用,设计制作的余热回收设备。特别适用于:烟道温度低,融化
燃料是“天然气”还需要冬季取暖的北方地区的玻璃企业。
此型号余热回收装置,它的功能为加热软水产出90一100℃左右高温热水,经管式或板式换热
器来加热普通水,供生产、生活使用(供暖、洗澡等)。还可以根据需要,设备可以进行功能转换,
128产出一定压力少量的饱和蒸汽,供使用。即“一机两用”。
使用及设备特点:
《QSR/BL一oo一00/S型(系列)汽一水两用热管余热回收器》系统运行:(图示)
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说明:系统运行是“小系统”(余热回收系统一出口热水90℃一80℃左右,回水温度70℃一60℃
左右)带动“大系统”(供热系统一热水初始温度70℃一80℃左右,回水温度50℃一60℃左右)。
2.2、系统特点:
2.2.1、本系统具有“一机两用”功能。即可产出饱和蒸汽又产出一定温度的高温热水。
2.2.2、“大系统”可用普通水,“小系统”用软化水。“小系统”中软水可以一次注入,丛本没有
损耗,节约软水处理费用。
2
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2.3、热水循环量大,
供热面积多。
2.2.4、烟气温度(入口)偏低(220℃)的工况也可以使用。
2
.
2
.
5、对软水的化学指标要求不是很高。
3、应用实例
l)河北华兴应用实例:
河北华兴地处河北廊坊永清工业区,天然气作燃料,窑炉融化面积86m2,产品以啤酒瓶为主,
烟道温度不到300℃。他们是2009年冬季开始投运((QSR/BL一160一00/S型汽一水两用热管余热回收
器》供暖使用,供暖面积为8700m,。除了供暖还保证了职工洗澡。
2)济南力诺玻璃制品有限公司应用实例:济南力诺玻璃制品有限公司地处山东济南商河县玉皇镇,天然气作燃料,他们分别于2008年投
运使用的((QsR/BL一100一00/S型汽一水两用热管余热回收器》技术参数为:烟气流量为3500Nm3、烟
气温度为450℃供暖使用及洗澡。供暖面积为4600m,左右。
于2009年冬季投运使用的((QSR/BL一160一00/S型、汽一水两用热管余热回收器》技术参数为:烟
道流量为3500N矿、烟道温度为400℃供暖使用及洗澡,供暖面积为7000了。
3)东营力诺玻璃制品有限公司应用实例:
东营力诺玻璃制品有限公司地处山东东营仙河镇孤东,天然气作燃料。他们分别于2010年投运
使用的《QSR/BL一100一00/S型汽一水两用热管余热回收器》技术参数为:烟气流量为3500Nm,、烟气
温度为450℃供暖使用及洗澡。供暖面积为4600扩左右。
4)武汉力诺渡阳力诺玻璃制品有限公司应用实例:
武汉力诺淮阳力诺玻璃制品有限公司地处河南省淮阳
一
市文留镇,天然气作燃料,于2010年投
运使用的《QSR/BL一100一00/S型汽一水两用热管余热回收器))技术参数为:烟气流量为3500Nm3、烟
气温度为320℃供暖使用及洗澡。供暖面积为3600m2左右。
5)辽宁朝阳龙达玻璃制品有限公司应用实例:
辽宁朝阳龙达玻璃制品有限公司地处辽宁朝阳市,发生炉煤气作燃料,窑炉融化面积38m2,烟
道温度230左右,于2009年投运《QSR/BL一65一00/S型汽一水两用热管余热回收器》
供暖面积为26oomZ左右。
6)黑龙江科伦药品包装有限公司应用实例:
黑龙江科伦药品包装有限公司地处黑龙汀哈尔滨!lj阿城市,发生炉煤气作燃料,窑炉融化面积
38m2,烟道温度220左右,于2009年投运《QSR/BL一76一00/S型汽一水两用热管余热回收器)),供暖
面积为Z000mZ左右。
以上应用实例说明,工况的余热量较少,回收余热主要是以热水为主、供暖、洗澡等生活使用。
如设计的余热锅炉是蒸汽锅炉,蒸汽温度相比较高,烟气的出口温度要高于蒸汽温度40℃以上,因
此余热锅炉能吸收的余热相比较少些,所产蒸汽量比较少,用蒸汽转化成热水量相比也少,因此供
暖面积也要少,约1/3左右。
有的企业回收利用这部分余热,来加热二次风,将配风由冷空气变成100一200℃热空气送入窑
内,可以提高燃料理论燃烧温度作用,保证必须的炉温以加快升温速度并能显著节约燃料,特别在
冬季效果更明显。其主要作用:
、
可以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100℃可提高理论燃烧温度50℃左右。
2、可以保证必需的炉温。
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
又可提高炉子的生产能力。根据经验:空气预热温度每提高100℃,约可提高炉子生产能力2%。
3、可以节约燃料。
单独预热空气、或空气煤气同时预热时,燃料的节约率按式计算.
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碳愉X‘00%
式中”j一燃料节约率(%)
Q~空气或空气与煤气同时预热时得到的物理热(KJ/Nm,)
Qv一烟气带走的热量(KJ/Nm3)
Q二燃料低发热量[(KJ/Nm3)或(KJ/kg)]
预热空气、煤气和炉料相当于直接向炉内回收一部分热量,对强化燃烧和节约燃料有明显
的效果。一般认为:每提高空气预热温度100℃,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、可以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氧含量减少,加
火焰温度有所提高,使钢材在高温状态卜停留的时间相应减少,从而钢材的氧化烧损量减少。
卜面图示是某企业的设备安装示意图:五、总结
无论何种形式的工业窑炉(抽屉窑、隧道窑、横火焰窑、马蹄焰窑、浮法窑等),经溶化后,
都有废烟气余热经烟道排放到大气中,这部分的余热如不加以回收利用,它既污染了环境又浪费了
能源,为了子孙后代和国家可持续发展,我们要积极主动的回收利用这部分余热,这样即“节能”
又“减排”净化了环境。
目前,余热回收的技术是成功的,可行的,回收后的经济效益、社会效益是可观的,广大企
业是认可的。一下面就余热回收提几点建议:
1、作为用户要根据企业的实际情况“因地制宜”的选则回收方案。即企业窑炉共有多大的余热量,
余热回收后,所产物料如何使用等条件,来选取不同形式的余热锅炉。否则要“是以愿违”。
2、选择的余热回收系统(设备),它既要满足“出力”要求,又要满足运行动力“小”的要求,即
是要降低运行成本,我们不能是节约了“煤”浪费了“电”,两者要统筹考虑,不要偏重·方。
3、余热回收系统(设备)的烟气走向的布置、安装要本着“紧凑、顺畅、弯道少不要有直弯”的
原则,以减少阻力,降低运行动力(电
耗)。
4、余热回收系统(设备)安装、使用后,要加强设备管理、定期清灰、排污,否则,因管理不到
位,而损坏设备。
5、水质要符合“软水、除氧”要求,否则,因“水垢”问题,影响换热效果,直至损坏设备。
总之,我们选用余热锅炉形式,各企业一定要“因地制宜”的选用,不能一言从。
参考文献
1、哈尔滨工业大学热工教研室刘纪福教授主编《热管换热器》哈尔滨工业大学出版
1986.9
2、张玉萍主编《热工基础》中国建材工业出版社出版2005.10