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摘要：本文简要介绍了新型玻璃窑余热锅炉的技术特点,主要包括脱硝温度调节系统、各受热面结构优化和一些保护措施。该余热利用系统能更高效、安全运行，使锅炉本体经济性进一步提高。最后对锅炉炉型进一步的优化提出了一些技术建议。

关键词：新型玻璃窑余热锅炉 结构特点

0 前言

随着环评要求的不断提高及各行各业节能和环保技术创新的不断突破，玻璃行业在脱硫、脱硝、除尘的技术也取得了较好成绩。我公司针对这些技术成果，对玻璃窑余热发电锅炉进行了较大的改进，研发出一新型玻璃窑余热锅炉。

1 锅炉介绍

1.1 原有玻璃窑余热锅炉存在的问题

玻璃窑燃料有石油焦、重油、天然气，炉内温度达1300℃以上，配合料中所含的部分盐类就会升华而随废气排出。当废气在蓄热室内冷却时，这些盐类的蒸汽由于凝华作用又变回固态，这些盐类的粉尘极细，呈烟雾状，粉尘粒度多在0.0005um左右。玻璃窑余热烟气中的灰尘吸附性强，溶水性好，粉尘沉降性差。石油焦燃料余热烟气中含尘量较高，重油燃料烟气中含尘量次之，

天燃气含尘量相对较低。在排放的废气中除上述烟雾外，同时余热烟气中均会带有窑生产工艺过程中的含腐蚀性的酸性气体，特别是HCL，SO2，SO3及NO2。

另外NOx的含量均较高。原有玻璃窑余热利用系统采取的是在进锅炉前或锅炉中间段不除尘、不脱硝、不脱硫，所以余热锅炉运行中须定期进行喷淋除尘处理，喷淋水污染严重。同时要防止尾部低温段低温腐蚀。维修和停工停产成本高。NOx的排放严重超标。后来随着环保要求的提高，主要是降低NOx的排放。各玻璃窑余热发电企业采用改造措施，在脱硝反应温度段增加脱硝设备，因未除尘，脱硝技术尚未完善，脱硝过程中“氨逃逸”造成脱硝后受热面的灰黏黏在受热面上，除尘更为困难，腐蚀更为严重。锅炉停炉运行周期更短，维修和停工停产成本加大。原有锅炉一般采用管束散发到现场工地组装，现场安装成本高、周期长。

1.2 新型玻璃窑余热锅炉的设计

各机构和企业经过不懈的努力，研发出低温除尘、脱硫、脱硝三位一体的技术，解决了玻璃窑尘含量、SO2、NOx含量排放超标的问题，同时也解决了余热锅炉运行中积灰、低温腐蚀的问题，针对这些新技术，余热锅炉相应地进行了较多的改进，具体如下：

1.2.1 脱硝温度的稳定措施

玻璃窑行业，一般采用低温脱硝方式，即SCR形式。有效的低温脱硝反应温度在350℃~380℃，玻璃窑余热烟气工艺特性是随着时间的延续，余热烟气温度会越来越高，余热锅炉初期余热烟气偏低，同时因生产工艺产量的变化，余热烟气的温度变化较大。为满足余热锅炉NOx含量排放达标，同时实现在线不停炉生产，须采取有效的措施确保脱硝处余热温度稳定在350℃~380℃。新型玻璃窑余热锅炉采用一体式多级烟温调节系统见图1。

一体式多级烟温调节系统，在脱硝前各级受热面组中将流通烟道进行分区，分受热面区和直通区，直通区设置调节阀，运行时根据脱硝装置进口前烟气温度的高低，电动或手动连锁进行高低温段调节阀的开启和调节阀门的开度，有效控制脱硝前的进口温度。调节阀设置在锅炉本体通道内，结构紧凑。

1.2.2 过热器的特殊设计

1.2.2.1 汽温调节系统

过热器设置汽温调节系统。过热器分高温和低温过热器，在高低温过热器间设置喷水减温器，设置两个喷水口，因玻璃窑余热锅炉蒸发量一般在7~30t/h之间，蒸发量相对较少，调节用减温水量偏低，考虑调节阀的调节能力，对低流量的调节灵敏度难度较高，所以两个喷水口的设置分化了单只调节阀的调节难度，在玻璃窑余热烟温的变化和流量的变化时主蒸汽温度控制极为有效。

1.2.2.2 高温段有效清灰措施

过热器设置高温段有效清灰措施。在高温过热器和低温过热器间留300mm~500mm的检修和除尘空间（见图），在该空间内布置检修门孔和吹灰装置，该处的吹灰装置使所有过热器受热面全部在吹扫的有效半径内，运行时增加该处的吹扫频率，可有效实现大修间不停炉除尘清理维护。

1.2.2.3 过热器结构设计变化

过热器管间节距120mm，较常规锅炉要大，较大的节距可防止运行中烟尘的搭桥，同时确保流通截面积，控制锅炉在长期运行后烟气总阻力，有效保证锅炉安全运行。过热器受热面积在热力计算时，热有效系数按0.5~0.55选取，较低的热有效系数在锅炉运行后即使受热面上粘有灰尘，也能确保主蒸汽的温度，延长锅炉有效的运行时间。现有的玻璃窑生产线均实行在线控制排放指标，一旦锅炉不能正常运行均不可采取旁路排放，只能停炉检修，所以过热器的上述措施均能保证玻璃窑安全运行于大修之间。

考虑吹灰装置吹扫半径有效宽度和深度，锅炉烟道的深度一般小于3m，所有在设计大型玻璃窑时要合理设计管内介质的流速，合理选择采用单管圈、双管圈或三管圈，因流阻造成的压损最好不要超过10%的额定压力，利用锅炉壁厚强度的经济选择，且较低的压损，可降低锅炉运行的饱和蒸汽温度，对受热面、蒸发量、发电效率等均更为有利。

1.2.3 蒸发器的特殊设计

1.2.3.1 脱硝前蒸发器的特殊设计

脱硝前蒸发器设置多级烟温调节系统（见图1）。脱硝前蒸发器受热面积在热力计算时，热有效系数按0.5~0.55选取，较低的热有效系数在锅炉运行后即使受热面上粘有灰尘，富裕的受热面积，在满足锅炉充分吸热的同时，确保锅炉在长期运行后还能控制进脱硝烟道的进口烟温，确保脱硝反应正常进行，确保有害气体的排放指标不超标，同时保证锅炉正常运行。因蒸发器留有充足的富裕量，将一体式多级烟温调节系统设置在同一通道内，两者相互配合，富裕的受热面在温度较低时，连锁启动一体式多级烟温调节系统，就能有效控制脱硝温度。

1.2.3.2 脱硝后蒸发器变化

经除尘、脱硫和脱硝后烟气中灰含量和有害气体含量均低于行业标准《大气污染物排放要求》中的要求，烟气较为洁净。所以脱硝后的蒸发器受热面可参考较为干净的烟气进行设计，在热力计算时热有效系数按0.65选取，管子间节距净距离按40~45mm设计。相较原有的锅炉蒸吨钢耗明显降低，相应的烟风阻力也有所降低，锅炉的运行成本降低。

1.2.3.3 蒸发受热面的水动力设计

玻璃窑余热锅炉常规布置成倒“U”型结构，脱硝前后没有采取不同热有效系数进行热力计算时，各组受热面的粘污特性基本相同，吸热特性一致，各组蒸发器沿流程方向的热负荷逐渐降低。在前烟道，较高热负荷的受热面在下部，循环高度越高的热负荷越大。在前烟道的蒸发受热面共用水循环系统较为合理，在后烟道内沿高度方向热负荷逐步降低。前后烟道蒸发受热面的水循环高度差较大，为水循环安全将前后烟道内蒸发器水循环系统分开即可。

1.2.3.4 新型玻璃窑余热锅炉蒸发器的结构设计

在前烟道，脱硝前和脱硝后蒸发受热面的热力特性有所不同，脱硝前的烟气未进行除尘、烟温高、烟尘极细、粘结性强，随着运行时间的延迟，受热面上灰会越积越多，配合清灰装置的运行，到一定时间达到一个平衡点。但此时受热面表面热负荷会因灰的热阻而降低。考虑蛇形管的制造成本，即管接头的焊接量、管子弯头数、不同弯管半径模的变换等等，单管圈制造成本最低，双管圈次之，三管圈最高。

对于管内介质的流阻，管束的阻力主要是沿程摩檫阻力，而沿程摩檫阻力阻力值与管束总长度成正比。脱硝前的管束在下部，管组的水循环高度高，一般在考虑管箱运输界限、管束弯管半径和制造成本情况下，经水动力计算，该处的管束采用双管圈即可。

而脱硝后蒸发器，烟气经过除尘处理，该处烟温虽然较前部的受热面低，受热面基本无积灰，该管组的吸热量接近脱硝前管组，但该管组水循环回路高度低，经水动力计算，该处的管束须采用三管圈才能满足水循环安全性。前烟道所有蒸发受热面共用上升和下降管，中间连接管脱硝前为小管径，脱硝后为大管径。

后烟道蒸发器，两管组热力特性与前烟道相差较大，水循环高度差也较大，为防止前后管组水循环出现倒流将前后管组水动力回路各自独立。

1.2.4 省煤器设计

省煤器在脱硝后，热力计算时热有效系数按0.6~0.7选取，管子间节距净距离按40~45mm设计。为了调节锅炉尾部排烟温度，采用“解列式”热力系统，当排烟温度过低时解列一组省煤器，提高排烟温度，防止出现低温腐蚀现象。

1.2.5 除氧蒸发器的设计

除氧蒸发器在脱硝后，热力计算时热有效系数按0.6~0.7选取，管子间节距净距离按40~45mm设计。

因玻璃窑余热烟气流量和温度的均会波动，且随着前面受热面积灰越来越严重，前面受热面吸收的热量越来越少，尾部除氧蒸发器的吸热量反而要增加，且所需除氧的水量要降低。而除氧蒸发器的压力较低，无论是流量的变化还是温度的变化都会引起蒸发量的变化，当蒸发量超过除氧所需的蒸汽量时，多余的蒸汽就需要排出。因低压蒸汽密度低，排氧口口径又不宜太大，当除氧蒸发段无需产出低压蒸汽时，富裕的蒸汽就会随排氧口排出，此时排汽口的流速会较高，较高的流速会携带除氧头中喷淋的水，造成汽带水的问题，水资源浪费和烫伤安全隐患。所以低压除氧蒸发器设计时建议除氧蒸发量要有一定的欠量，确保在其他负荷和不同工况下运行时均能安全运行。对所欠的除氧用蒸汽，可采用从总蒸汽段锅筒中抽取或从汽轮机低压排汽口抽取的热力系统。

2 研究方向

考虑烟尘的粘接性，现有的玻璃窑所有受热面都是顺列。因脱硝后，烟气经除尘后达到了排放要求，烟气较为干净，对脱硝的受热面灰的粘污程度要进行跟踪研究，如脱硝后受热面运行中不粘接任何灰或粘接量很少，能否将受热面采用错列布置，抑或能否采用螺旋翅片管，这样就能大大减少锅炉的体积，一次性投资成本会降低，其他运行成本也会降低。

3 总结

该新型玻璃窑余热锅炉脱硝前蒸发器设置两级烟温调节系统，有效控制脱硝温度，保证有效脱硝，满足环保要求。脱硝后各受热面合理布置，锅炉余热利用系统能更高效、安全运行，使锅炉本体经济性得到进一步提高。该余热锅炉采用受热面厂内管箱组装，现场模块安装，降低了安全成本且安装周期短。该新型玻璃窑余热锅炉提高了余热利用效率，有利于保护环境，符合国家产业结构和节能减排政策，提高了企业经济效益，必将具有极好的应用前景。

来源：《特种设备安全技术》

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