玻璃窑余热发电锅炉效率的优化设计

万中波

摘要：分析了玻璃窑余热锅炉的技术现状和存在的问题，以及在现有产品操作和新产品开发中如何解决这些问题。

关键词：玻璃窑;系统;优化

前言：目前，玻璃窑工业余热利用的主要存在的问题是：如何提高锅炉岛的效率和减少积灰，减少停炉次数，解决玻璃熔窑气体特性引起的低温腐蚀问题，针对这些问题如何降低锅炉钢耗，提高能效。本文着重从现有产品的运作和新产品的开发中解决这些问题。

一、提高锅炉岛效率

锅炉岛的效率包括利用余热锅炉的排气、减少余热锅炉（包括风机和水泵）的能源消耗，以及使用合理的热力参数来提高发电机组的效率。因此，选择合理的压力等级、气阻、供热系统等参数对提高锅炉岛效率具有重要意义。

（一）发电机组技术参数的合理选择

根据主蒸汽参数，常见压力等级分为低压（1.27-1.57MPa，350℃），次中压（2.45MPa，400℃），中压（3.82MPa，450℃），次高压（5.29-6.27MPa，5.29-6.27℃）汽轮机组按输入参数可分为低压机组（1.27MPa，340℃），次中压机组（2.35MPa，340℃），中压机组（3.43MPa，435℃）和次高压机组（4.90-5.887MPa，435-470℃）机组。

锅炉发电系统的效率是有效供热。通过减少风机和水泵的能耗，提高了锅炉岛系统的效率，提高了汽轮机发电系统的效率。玻璃熔窑排气温度在350～550℃之间，负压在350～700℃之间。

（二）炉型结构布置

玻璃窑余热发电锅炉整体采用倒U型布置，余热气体底进底出，主要特点是：（1）缩短了单通道安装所需的进出口烟囱的长度、面积和强度，并使锅炉结构更加紧凑;（2） 蒸发受热面位于锅炉下方，其循环高度足以加强傳热，能够保证炉水循环的安全可靠，确保锅炉提供充足的供给;（3） 逆U装置可以将热水部分和燃烧气体的中间流反向，解决热水中介质上下流动（燃烧气体从下游进入）时的空气堵塞和氧气腐蚀问题。强化传热，受热面紧凑，用钢量低。提高锅炉岛整体效率。

二、锅炉热力系统选择

（一）单压系统

余热锅炉产生的主蒸汽进入并在汽轮机得以应用，然后从供氧水泵送至省煤器。见下图：

单压系统余热锅炉系统与其他系统相比更为简单，但当锅炉固定在狭窄的位置时，省煤器段能够吸收的热量最小，而其余锅炉的排放温度最高，导致锅炉的热效率较低。

（二）热水闪蒸系统

热水闪蒸系统即在原单压系统上加入热水闪蒸。进入汽轮机高压进汽口的是高压蒸汽，进入汽轮机低压进汽口的是热水闪蒸后的低压蒸汽，这种主蒸汽和其他低压蒸汽在汽轮机内部混合做功，使得汽轮机进行高速旋转，共同作用产生大量电能。工作过程见下图：

该系统的特点是：（1）可以通过调节系统的用水量来调节锅炉出口烟气温度;（2）可以通过调节系统的用水量来满足发电用蒸汽参数。

（三）双压自除氧系统

双压自除氧系统在运行中能够同时产生高压和低压蒸汽。高压蒸汽作为主蒸汽，进入汽轮机主进口，使汽轮机发电;低压蒸汽可以作为锅炉除氧器用汽，剩余蒸汽进入汽轮机低压部分。工作过程见下图：

该系统的特点是：（1）除氧器布置在余热锅炉内;（2）解决了高硫烟气的低温腐蚀问题。

三、系统的优化设计

天然气、重油和石油焦是玻璃窑生产线炉常用的燃料。天然气燃烧后，烟气灰分和SO2含量降低，烟气的酸露点温度在150℃左右，故排烟温度高150℃。重油含硫量低，但燃烧后气体的灰分粘性强，烟气的酸露点温度在180℃左右石，故排烟温度高180℃。油焦粉含灰量大，含硫量高，烟气中灰和SO2含量也大，烟气酸露点温度200℃左右，故排烟温度高200℃。

（一）采用单压抽饱和蒸汽除氧系统。

随着玻璃窑出口排烟温度的升高，锅炉的蒸发量也会增加，热水段的效率逐渐升高，排出的气体温度也会逐渐下降;在玻璃窑炉排气条件相同的情况下，额定压力越低，蒸发量越大，进热水器的温度越低，热水段热量越大，排气温度越低，锅炉出口温度越低。

对于使用天然气的窑炉，供水温度应高于140℃，以避免在没有其他脱硫措施的情况下发生低温腐蚀。如果没有特殊工艺，系统排气温度过高，无法达到节能的目的。

（二）采用闪蒸除氧系统

玻璃窑炉排烟条件相同的情况下，凝结水温度为定值，进入汽包的热水温度为定值。依据公式，可得，锅炉出口烟气温度为定值，与除氧器的热水供给温度无关，必须优化锅炉岛的经济效益，即钢材、风机、水泵的电耗。当其它参数不变时，受热面与温差成反比。即供水温度越低，受热面越小，锅炉烟风阻力越小;供水温度越低，供水量越低，水泵功率越低。

（三）双压自除氧系统

在玻璃窑炉排烟条件相同的情况下，凝结水温度为定值，进入汽包的热水温度为定值，依据公式，可得，锅炉出口烟气温度和总吸热量均为定值。锅炉性能与除氧压力有关，压力越高，介质饱和温度越高，温差越小，受热面越多，烟气阻力越大。双压自除氧系统，需根据烟气的特性、尾部受热面的腐蚀情况和锅炉岛的经济性、热效率综合考虑确定合适的自除氧系统压力参数。

四、结论

综上所述，建议天然气玻璃熔窑采用闪蒸自除氧化系统，其他燃料则需要进行各方面的信息收集，特别是制作工艺要求，从而选用单压或自主脱氧系统。

参考文献：

[1]宋洪伟.玻璃窑炉烟气余热发电技术相关探讨[J].建筑工程技术与设计，2019（13）144.