一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統分析

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)

隨著社會對環保要求越來越嚴格，玻璃窯煙氣在排放前需進行脫硝及脫硫，達到排放標準時才允許排放。由于脫硝系統設備及脫硫系統設備均對玻璃窯煙氣溫度有要求，脫硝系統設備要求進口煙氣溫度范圍為350～380 ℃，脫硫系統設備要求進口煙氣溫度范圍為180～200 ℃，而玻璃窯煙氣溫度大部分介于450～550 ℃，因此，煙氣在進入脫硝系統設備和脫硫系統設備前均需進行降溫，需在脫硝系統設備進口和脫硫系統設備進口配置減溫用余熱鍋爐[1,2]。

目前，常用的煙氣降溫技術方案中，在脫硝系統進口配置兩臺高溫余熱鍋爐，一用一備，在脫硫系統進口配置兩臺低溫余熱鍋爐，一用一備。采用一用一備方式的目的在于保障鍋爐檢修時，脫硝系統和脫硫系統均不受影響，有效的保證了環保達標排放的要求，而且系統比較穩定可靠。但是，這種技術方案中，需要占用場地較大，投資成本也很高，為了解決這一問題，結合余熱鍋爐系統的組成，該文提出了一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統。

1 傳統余熱鍋爐系統的組成

該技術方案中，余熱鍋爐系統的工藝流程如圖1所示。

上述工藝流程里，余熱鍋爐系統主要包含高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐、連接煙道和閥門、鍋爐引風機。

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進口前，主要用于將熔窯排放的煙氣溫度從450～550 ℃降至350～380 ℃，滿足脫硝系統設備運行所需溫度。低溫余熱鍋爐布置于脫硫系統進口前，主要用于將煙氣溫度從約340 ℃降至約200 ℃，滿足脫硫系統設備運行所需溫度。高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐所產蒸汽，可滿足廠區用汽需求，可給企業帶來經濟效益。余熱鍋爐的設計和選型，需根據工藝流程和不同的功能，選擇不同的參數，例如高溫余熱鍋爐，需根據熔窯所排放煙氣的溫度和煙氣量，選取合適的鍋爐進口煙氣溫度和煙氣量，高溫余熱鍋爐出口煙氣的溫度，根據脫硝設備所需的煙氣溫度來設計；針對低溫余熱鍋爐，根據脫硝系統出口的煙氣溫度以及脫硝系統的漏風率，選取合適的鍋爐進口煙氣溫度和煙氣量，鍋爐出口煙氣溫度，需根據脫硫設備所需的煙氣溫度來設計。例如，某拉引量為400 t/d的玻璃生產線，根據熔窯燃燒的天然氣耗量，高溫余熱鍋爐進口煙氣量為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線，鍋爐的設計參數均不相同[3]。

3 煙道和閥門

煙道和閥門主要是指煙風系統部分，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、脫硝系統至低溫余熱鍋爐、低溫余熱鍋爐至鍋爐引風機、鍋爐引風機至煙囪段。其中，每段連接煙道，均設置有煙道閥門，鍋爐引風機進口和出口，也分別設置有煙道閥門。煙道和閥門的設計和選型，需根據煙氣溫度和煙氣流量，選取合適的煙氣流速來設計。同樣以拉引量為400 t/d的玻璃生產線為例，室外磚煙道至高溫余熱鍋爐進口段煙道設計，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，煙道材質選取15CrMo鋼；高溫余熱鍋爐至脫硝系統間連接煙道，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，煙道材質選取Q345鋼；脫硝系統至低溫余熱鍋爐段連接煙道，考慮脫硝系統1%漏風率，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，煙道材質選取Q345鋼；低溫余熱鍋爐至鍋爐引風機、鍋爐引風機至煙囪段連接煙道，考慮脫硫系統1%漏風率，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，煙道材質選取Q235鋼。

4 鍋爐引風機

鍋爐引風機分高溫鍋爐出口風機和低溫鍋爐出口風機，風機提供的抽力滿足余熱鍋爐及煙道(不考慮脫硝系統)的阻力需要。風機的設計和選型，主要依據煙氣量、煙氣溫度、系統阻力、運行頻率等參數。同樣以拉引量為400 t/d的玻璃生產線為例，高溫鍋爐出口風機選型時，煙氣量依據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℃，變頻電機的電壓等級為AC 380 V，運行頻率為38 Hz運行，系統阻力正常約為1 000 Pa；低溫鍋爐出口風機選型時，煙氣量需充分考慮漏風率，煙氣量選取值為51 000 Nm3/h，煙氣溫度選取200 ℃，變頻電機的電壓等級為AC 380 V，運行頻率為38 Hz運行，系統阻力正常約為1 000 Pa。

5 傳統的玻璃窯余熱鍋爐系統分析

傳統余熱鍋爐系統的流程圖如圖2所示：包含兩臺高溫余熱鍋爐( 互為備用)和兩臺低溫余熱鍋爐( 互為備用)，兩臺引風機等。

這套系統正常運行時，關閉煙囪根大閘板11b，470 ℃煙氣從生產線總煙道11進入高溫鍋爐進口煙道12(13)，經高溫鍋爐進口煙道蝶閥14(15)進入高溫余熱鍋1(2)，煙氣溫度降至380 ℃，再經鍋爐出口煙道16(17)進入高溫鍋爐出口風機7(8)，再經風機出口煙道18(19)、蝶閥20(21)、脫硝系統進口蝶閥22，進入脫硝系統5，煙氣經脫硝系統處理后，降溫至340 ℃，通過脫硝出口煙道23，進入低溫余熱鍋爐3(4)，煙氣經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)，進入低溫鍋爐出口風機9(10)，通過引風機送至脫硫系統進口煙道28，然后進入脫硫系統6，最后，經過脫硫系統處理后的煙氣回至煙囪。在該系統中，當低溫余熱鍋爐3(4)停運時，煙氣流經脫硝系統進口前去煙囪煙道29和去煙囪蝶閥30，煙氣由煙囪排出；當該余熱鍋爐系統全部停止使用時，則打開總煙道閘板11b，使煙氣由煙囪排出。

目前，這種傳統的余熱鍋爐系統，在脫硝系統進口配置兩臺高溫余熱鍋爐1和2，一用一備，在脫硫系統進口配置兩臺低溫余熱鍋爐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，脫硝系統和脫硫系統均不受影響，有效的保證了環保達標排放的要求，而且系統比較穩定可靠。但是，這種系統設計方案，有以下幾個缺點：

1)占用場地較大。因為煙氣需先進行脫硝，然后進行脫硫，在脫硝系統前和脫硫系統前均布置兩臺余熱鍋爐(共四臺)，同時風機需配置四臺，需占用較大場地。

2)資金投入較大。為了保證鍋爐檢修時，脫硝系統和脫硫系統均不受影響，脫硝系統進口和脫硫系統進口余熱鍋爐均設計一用一備方式，共四臺鍋爐(同時配置四臺風機)，建設資金投入較大。

3)系統設備維護量較大。由于有四臺臥式余熱鍋爐，為了保證鍋爐檢修時，備用余熱鍋爐能立即投運，平時不僅需維護兩臺運行中鍋爐，同樣需對兩臺備用鍋爐進行維護，以便能及時投運，因此，設備維護工作量較大。

6 新型的玻璃窯余熱鍋爐系統分析

為了有效的解決傳統的玻璃窯余熱鍋爐系統占用場地大、建設資金投入大以及設備維護工作量較大的問題，針對建設方對系統的運行需求，結合傳統余熱鍋爐系統的特點，提出了一種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統，具體系統流程圖如圖3所示。

這種新型的玻璃窯余熱鍋爐系統工作時，關閉總煙道閘板11b，開啟煙氣調節閘板11a，煙氣進入總煙道11；當脫硝余熱鍋爐1與脫硫余熱鍋爐2均正常時，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，煙氣經過脫硝余熱鍋爐1換熱后，通過第一引風機7進入脫硝系統3進行脫硝處理，通過第四煙道13進入脫硫余熱鍋爐2換熱，之后通過第二引風機8進入脫硫系統4進行脫硫處理，最后由排煙煙囪5排出，完成煙氣的處理。

當脫硝余熱鍋爐1需要停爐維護時，關閉第一煙道閘板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的工況運行，煙氣進入備用余熱鍋爐6換熱后，通過第三引風機9進入脫硝系統3進行脫硝處理，通過第四煙道13進入脫硫余熱鍋爐2換熱，之后通過第二引風機8進入脫硫系統4進行脫硫，最后由排煙煙囪5排出，完成煙氣的處理。

當脫硫余熱鍋爐2需要停爐維護時，關閉第四煙道閘板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的工況運行，煙氣經過脫硝余熱鍋爐1換熱后，通過第一引風機7進入脫硝系統3進行脫硝處理，在通過第四煙道13進入備用余熱鍋爐6換熱，之后通過第三引風機9進入脫硫系統4脫硫，最后由排煙煙囪5排出，完成煙氣的處理。

當脫硝系統3停機維護時，打開第一旁通煙道閘板20a，煙氣直接進入排煙煙道15由排煙煙囪5排出；當脫硫系統4停機維護時，根據情況打開第二旁通煙道閘板21a或第三旁通煙道閘板22a，使煙氣直接進入排煙煙道15由排煙煙囪5排出。

當該余熱鍋爐系統停止使用時，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在運行過程中，當脫硝余熱鍋爐停止使用時，將備用余熱鍋爐當作脫硝余熱鍋爐使用，通過備用余熱鍋爐降溫的煙氣進入脫硝系統；當脫硫余熱鍋爐停止使用時，將備用余熱鍋爐當作脫硫余熱鍋爐使用，通過備用余熱鍋爐降溫的煙氣進入脫硫系統；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，相比傳統的玻璃窯余熱鍋爐系統，減少了一臺余熱鍋爐和配套的風機、煙道等，能夠減少設備占用場地、減少系統設備維護量、降低成本，另外，系統考慮了有單體設備需檢修停運時，整個系統如何繼續穩定運行，保證環保達標排放，系統穩定性強。

7 結 論

該文分析了傳統的玻璃窯余熱鍋爐系統，由于這種系統方案設備多、占地大、建設投資額大，而且投運后，系統設備維護量也大，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。不僅完全解決了上述這些難題，而且有設備需檢修停運時，整個系統能繼續穩定運行，保證環保達標排放，系統穩定性強。