机械排烟系统在国外玻璃生产线上的应用

揣颖龙

（上海吉驰玻璃科技有限公司 上海 201102）

0 引言

烟囱是玻璃窑炉的重要辅助设备之一，它直接影响玻璃窑炉的运行状态。玻璃熔窑熔化各种原材料期间，需要把大量的天然气、重油等燃料送入玻璃熔窑内进行燃烧，把投入到熔窑的原料进行高温熔化，同时需要保证玻璃熔窑内温度、压力系统的稳定。在燃料燃烧和原料熔化的同时产生了大量的烟气，并且使窑内压力增加，其结果，一方面使窑炉侵蚀加剧，另一方面使气氛不稳定。烟囱的功能就是控制烟气排放，调节玻璃熔窑内压力，使其保持在稳定状态。

玻璃熔窑烟道的常规做法是：熔窑与烟囱之间通常会设一支路用来给余热锅炉或烟气处理系统单独提供烟气，烟气经过余热锅炉或烟气处理系统后回到烟囱，最终排放到大气。

在某国外项目中，由于玻璃生产线距离飞机场比较近，按照项目当地相关部门的要求烟囱高度不能高于30 m，但是当地环保对于烟囱的建造以及烟气的排放方面要求不高，通过与业主沟通，厂内不需设余热锅炉系统。根据该项目的实际要求，在满足玻璃生产工艺的前提下，采用了另增一套机械排烟的工艺，解决了烟囱抽力不够的问题。

1 机械排烟系统工艺布置

在玻璃生产线总图规划时，烟囱布置在联合车间前侧，烟囱与玻璃熔窑之间通过烟道进行连接。而整套机械排烟系统布置在联合车间的外侧，并取代一段烟道。烟道出联合车间一段距离后（约6 m），在左右两侧分别开孔，与引风机的进风口相连，而引风机排风口通过内部砌筑耐火砖的钢烟道与烟囱连接。在引风机的进出口位置分别设有阀门，在引风机维修期间可通过阀门控制烟气左右走向。

参考布置见图1。

图1 机械排烟系统结构示意图

2 机械排烟系统的控制

玻璃熔窑内压力系统的稳定主要是通过烟气排放量自控的，正常情况下通过烟囱的抽力来控制玻璃熔窑内压力为微正压。采用机械排烟必须满足烟气排放量的稳定，同时保持自身系统的连续运行。

机械排烟系统运用的可行性，主要有以下两点因素：一是项目的外界因素对烟囱高度是否有限制要求；二是玻璃熔窑内压力是否满足生产工艺要求。机械排烟系统的使用，用来解决烟囱抽力不足、排烟量自控能力低的问题。

对于机械排烟系统的控制，采用了变频控制外加设置UPS不间断电源供电，既能保证引风机的连续运行又能保证引风机的稳定节能运行。另外，考虑到引风机定期检修需要停止运行，所以采用两台引风机，正常情况下一用一备，在运行引风机出现故障停止运行的情况下及时切换到备用引风机，保证玻璃生产的正常运行。

3 烟道及风机的材料和材质

根据玻璃熔窑的热工计算，烟气在进引风机位置时的温度大约为380 ℃，在设计引风机进出口的钢烟道时，考虑防止钢烟道长期运行时损坏，钢烟道需采用耐热钢材质或经过其他的方式处理。设计时在钢烟道内部砌筑耐火砖，既能保证钢板的正常使用，又能防止操作时操作人员的意外烫伤。

机械排烟系统对引风机质量有着较高的要求。选取国内某知名品牌风机厂家。对于引风机的叶轮、蜗壳将采用不锈钢钢板制作，同时安装散热冷却装置，对金属铸件与轴头进行降温，确保电机在高温下正常运行。

4 引风机参数选型

4.1 风量

该项目玻璃窑炉熔化量为120 t/d，通过玻璃熔窑的热工计算，烟气进引风机位置的温度约为380 ℃，烟囱按照最大排烟量20000 Nm3/h进行设计。在引风机风量计算时，引风机的储备系数按照1.3考虑，当地大气温度按20 ℃。引风机选型计算风量为：（当地大气压与标准大气压相近，可忽略不计）

20000×1.3÷（20+273）×（380+273）

=57945（m3/h）

4.2 风压的计算

玻璃熔窑烟气流程总阻力损失主要来自两部分，一是局部阻力损失；二是沿程阻力损失。烟气的流程总阻力都是由烟气来克服，因此引风机所产生的抽力必须与烟气的总阻力相适应。正常生产的情况下，熔窑内压力为微正压，根据玻璃熔窑的热工计算，该项目烟囱底部抽力需要约300 Pa，引风机的储备系数按照1.2考虑，可选取引风机的抽力为：

300×1.2＝360（Pa）

玻璃生产线到后期，往往会有部分蓄热室堵塞的情况，相应会造成烟气的阻力有所增加，所以在对引风机选型时，引风机的风压会稍大于引风机的计算风压。根据风量、风压计算结果，推荐选取引风机的风量65000 m3/h，风压500 Pa，运行介质温度380 ℃。

4.3 实际运行情况

该项目实际采购的引风机风量75208 m3/h，风压682 Pa，转速520 r/min，介质温度380 ℃。根据项目业主提供的实际运行资料，玻璃生产线前期机械排烟系统变频运行频率约为30 Hz（满频率50 Hz），按照30 Hz进行核算（即运行风量为额定风量的60%）。理论计算运行烟气量为：

75208×60%＝45124.8（m3/h）

理论计算运行风压为：

682×60%×60%＝245.52（Pa）

引风机厂家提供的引风机具体参数及引风机曲线见表1。

表1 引风机理论计算参数（380 ℃）

引风机理论计算时，温度按380 ℃考虑，但电机的选型和引风机制造完毕后的测试，都需要在常温（20 ℃）的条件下进行，需把理论计算参数表中数据转换为20 ℃时的数据。以风量为固定值计算压力，根据理想气体气体状态方程，压力与温度成正比关系，压力随之会成比例降低，但引风机电机实际选型时，要考虑满足380 ℃时的运行工况，根据引风机的工作原理，所以引风机的实际压力参数按温度与压力的反比进行计算，可得20 ℃时数据，见表2。引风机性能曲线见图2。

图2 引风机性能曲线

5 钢烟道截面尺寸的确定

通过计算，烟气在380 ℃时的最大流量为57945 m3/h。烟气的流速取8 m/s，计算可得钢烟道的截面积为：

57945÷3600÷8＝2.01（m2）

根据“水力最优断面”的概念，采取圆形截面的钢烟道，计算可得烟道内半径为：

pR2＝2.01

计算可得R＝0.8 m。

钢烟道内部采用耐酸砖进行环形砌筑，耐酸砖厚度为114 mm，外部采用12 mm厚钢板焊接制作。

所以，钢烟道外径取值可为1.85 m。

6 烟囱简易工艺计算

采用机械排烟，对于烟囱的抽力要求可以有所降低，设计时可仅考虑烟气的排放量，计算烟囱出口内径即可。

我国国家环境保护局提出的现行规范GB 9078—1996《工业炉窑大气污染物排放标准》相关规定：4.6.1 各种工业炉窑烟囱（或排气筒）最低允许高度为15 m。4.6.2 1997年1月1日起新建、改建、扩建的排放烟（粉）尘和有害污染物的工业炉窑，其烟囱（或排气筒）最低允许高度除应执行4.6.1和4.6.3规定外，还应按批准的环境影响报告书要求确定。4.6.3 当烟囱（或排气筒）周围半径200 m距离内有建筑物时，除应执行4.6.1和4.6.2规定外，烟囱（或排气简）还应高出最高建筑物3 m以上。4.6.4 各种工业炉窑烟囱（或排气筒）高度如果达不到4.6.1、4.6.2和4.6.3的任何一项规定时，其烟（粉）尘或有害污染物最高允许排放浓度，应按相应区域排放标准值的50%执行。

没有了抽力的限制，参照我国国内及当地相关部门的规定，综合厂区整体合理的布局，烟囱的具体高度经与客户的商讨，高度定为25 m。

烟囱出口烟气温度的计算，经过钢烟道和烟囱的烟气，温降按照2 ℃/m［1］，钢烟道长度按7.5 m考虑，烟囱出口烟气温度：

380 -（25＋7.5）×2=315（℃）

烟囱出口烟气量为：

57945÷（380＋273）×（315＋273）＝52177（m3/h）

计算烟囱出口直径时，对于机械排烟，烟气出烟囱出口的速度范围为8～15 m/s，考虑熔窑日后期窑炉老化的问题，本文取值8 m/s。可以计算出烟囱的出口内径D：

得出：烟囱出口内径为D＝1.5 m。

7 结语

本文以国外某项目的生产工艺需求以及外界环境的要求为实例，创新设计玻璃熔窑机械排烟系统，该设计与实践满足了环境的要求和玻璃生产线生产工艺的需求。机械排烟系统的设计，解决了外部环境因素对烟囱高度的限制，对于以后玻璃熔窑冷修扩建，是一个可供选择的较好技术方案。