玻璃窑4T/h管屏式余热锅炉的设计开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一、我国玻璃工业现状

我国的玻璃年产量约占世界总产量的一半，并且随着经济的高速发展，仍以15%以上的年均产量增速发展。据统计，我国平板玻璃年产量已高达6.3亿重量箱，连续20多年位居世界第一，国内典型的产量为日产量300～900 t的玻璃窑^[1-2]。玻璃熔窑是将各种玻璃原料在高温下加热,使之发生一系列物理化学反应形成玻璃液并实现玻璃液澄清、匀化的热工设备。玻璃熔窑工作特点是在它的窑龄期间不停窑，玻璃窑窑龄是玻璃熔窑自点火生产到停窑的时间周期，一般为8～10年^[3]。

平板玻璃自20世纪问世以来，有多种生产方法：有槽法、无槽法、平拉法、对辊法、格拉威伯尔法^[4]。浮法玻璃成型工艺的采用程度和发展水平是衡量一个国家平板玻璃技术水平的标志，我国平板玻璃工艺经过几代人的不懈努力，在玻璃工艺技术水平和产品质量方面已经有了长足的进步。浮法玻璃工艺具有产品质量好、产量高、生产成本低等优点，根据各部分功能不同，其构造分为玻璃熔制、热源供给、余热回收、排烟供气四大部分^[5]。浮法玻璃工艺如图1所示：

图1 浮法玻璃工艺流程图

截至2007年，我国浮法玻璃产量已占平板玻璃总产量的80%以上，浮法玻璃窑的产能为大型窑（玻璃液产量500t/d以上）、中型窑（300-400t/d）、小型窑（200t/d以下）。据统计，目前我国浮法玻璃生产线超过240条, 但安装脱硫除尘装置的生产线仅占现有浮法玻

璃生产线的10%左右^[6]。

我国的平板玻璃技术和国外的先进技术相比有很大差距，窑炉的热效率低、燃耗高和寿命短是目前我国玻璃工业存在的主要问题。例如：国外玻璃熔窑的热效率为40%～50%，我国大中型的玻璃熔窑热效率只有20%～30%左右,国外玻璃窑产品成品率达到95%以上，而我国只有70%～80%^[7]。

二、我国玻璃窑余热利用现状

中国是世界最大能源消费国，我国政府在《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中颁布了十大重点节能工程，其中就有余热余压利用工程。截至2005年底，我国工业窑炉能耗占全国工业总能耗的35%左右。一般工业窑炉排放的烟气带走的热量占总热量的30%～70%。因此，回收利用窑炉烟气余热是节约能源的重要途径。余热属于二次能源，一般分成下列七大类:高温烟气余热、高温蒸汽余热、高温炉渣余热、高温产品余热(包括中间产品)、冷却介质余热、可燃废气余热、化学反应及残炭的余热、冷凝水余热等^[8-9]。

窑炉的热效率为玻璃形成过程中的理论耗热量与燃料所提供的总热量比值，玻璃的能源主要用于三个方面：玻璃的熔化能、窑墙外部散热、排出物带出的热量。通过玻璃形成的耗热分析可知，玻璃液加热到熔化温度时的耗热量最大，约占60％以上。玻璃行业耗能占玻璃成本的20%～30%左右，当前我国玻璃窑能源利用率低、燃料燃烧效率低、动力消耗高、经济效益较差^[10-12]。

玻璃窑炉的热利用率约为40%，玻璃窑的热损失主要是烟气的显热损失，废气余热按温度可分为高温废气余热（650℃）；中温废气余热（360℃～650℃）；低温废气余热（350℃）^[13]，低温余热利用有一定的难度, 主要难点为: 一是在工业烟气条件下的防积灰问题；二是低温条件下的低温腐蚀问题，余热锅炉的锅炉管失效的原因往往是因为炉边腐蚀的发生 ^[14]。

从玻璃窑蓄热室出来的烟气温度一般在400℃～550℃之间，属于中温废气余热。玻璃窑余热的回收途径有热利用和动力回收，玻璃窑废气余热可通过余热锅炉来产生蒸汽，蒸汽可用来加热雾化重油、管道的保温及生活取暖等^[15]。我国玻璃窑主要以重油、天然气、石油焦等作为燃料，其中90%左右的玻璃企业以重油为燃料，重油平均含硫率在0.5% ～ 3%，其燃烧产物含有大量的腐蚀性气体和黏结性较强的油灰^[16-17]。

目前玻璃窑余热利用方式主要有四种：1.玻璃熔窑→蓄热室→余热锅炉，用这种方式生产低压蒸汽，大概0.8～1.3MP，用于加热雾化重油、煤的气化或者取暖；2.余热锅炉与辅助锅炉联合使用，有一种焚烧炉，它产生用于发电的高压蒸汽，它是在重石油工业中使用的气体焚烧炉。余热电站的发电量能够满足玻璃生产线用电量的60%～80%以上；3.玻璃熔窑→余热锅炉→钢制空气预热器→间壁式空气预热器→余热锅炉→空气预热器；4.余热锅炉与内燃气轮机联合使用。目前玻璃行业余热利用主要存在的问题是：1.如何提高锅炉岛效率；2.如何清理积灰减少停炉次数；3.如何解决玻璃窑烟气特性造成的低温腐蚀等^[18-19]。

三、玻璃窑余热回收利用的意义

玻璃窑排放的烟气量随窑炉规模而不同，在标准状态下，约为310⁴m/h～1210⁴m/h，如果这部分热量全部被余热锅炉吸收利用，玻璃窑的热效率可由25%提高到40%。目前国内玻璃窑余热锅炉蒸汽成本一般相当于燃煤锅炉蒸汽成本的1/2～1/3，回收年限3～8年^[20]。

装设余热锅炉不仅能回收余热,对提高玻璃熔窑后期熔化能力有良好作用。据估算，余热锅炉每回收30 MJ 余热量，即可以节约标煤约1 kg，同时可减少污染排放0.68kg C、1.9625kg CO₂,社会效益不可估量，研究发现，烟气温度的降低可减少硫氧化物，氮氧化物等污染物的排放^[21]，特别是氮氧化物的排放会造成空气中臭氧的形成，这会对环境造成很大的危害^[22]。因此，玻璃窑余热回收利用具有相当的经济效益，节约能源、降低企业成本、减少污染物排放、保护环境，这既符合国家的能源政策，又给企业带来较好的经济效益，对发展循环经济有着重要的战略意义^[23]。

四、玻璃窑余热锅炉的类型及其特点

最近十几年来，由于技术发展，余热锅炉在国内外得到迅速发展。玻璃企业常用的余热锅炉有烟管式、热管式和水管式，

1.烟管式余热锅炉

烟管式余热锅炉，烟气从前烟箱进入本体的烟管, 与外面的锅水进行热交换, 产生饱和蒸汽。烟管式余热锅炉具有以下特点：

优点：（1）烟管式余热锅炉烟管中烟气流速高，烟气纵向冲刷烟管，可减少烟管积；

（2）不需要停炉就可以用蒸汽或钢丝刷清扫粘在烟管内的烟垢。

缺点：（1）烟气走管程，灰尘结在内壁，清灰时需要人工用刷子伸进管内刷灰；

（2）清灰劳动强度大、效率低、时间长^[24-25]。

某种烟管式余热锅炉如图2所示：

图2 玻璃窑烟管式余热锅炉

2.热管式余热锅炉

对玻璃行业中存在烟气排放温度高、运行成本高、普通余热回收设备效率低，堵灰、结露、漏水等情况，采用以热管为换热元件的余热锅炉可以达到生产稳定、维修率低、节能降耗的目的。热管式余热锅炉，它以热管为传热元件^[26]。目前在玻璃企业的热管余热锅炉常用的热管有：（1）采用环形翅片管形式的；（2）采用纯光管形式的；（3）采用波纹管形式的。

热管余热锅炉具有以下特点：

（1） 热管余热锅炉热回收效率高，结构紧凑，安装方便，通风阻力小；

（2） 不易结尘，除尘方便，节省劳动力，减少劳动强度。

（3） 可以调整管壁温度，以避开或减轻露点腐蚀；

（4） 热管换热设备具有使用周期长、安全可靠^[27-28]。

热管工作原理图及安装示意图如图3、4所示：

图3热管工作原理图

图4 热管式余热锅炉

3.管屏式（水管式）余热锅炉

管屏式（水管式）余热锅炉的特点是水走管内、烟走管外横向或纵向掠过进行热交换，能承受高压，不怕产生水冲击，不容易积灰堵塞烟道，但蛇形管难以清洗，钢管不耐腐蚀，对水质的要求比较严格，所以，给水必须经过软化和除氧处理。

相比于烟管式余热锅炉和热管式余热锅炉，水管式余热锅炉具有以下优点

优点 （1）管屏式余热锅炉成本低，换热效果不比热管式余热锅炉差；

（2）管屏式余热锅炉可用于较高的烟气温度、蒸汽量和蒸汽压；

（3）管屏式余热锅炉的金属耗量比烟管式余热锅炉少得多；

（4）管屏式余热锅炉在烟气温度高和温度波动的情况下也能正常工作；

（5）废气流通面积大，烟气流通阻力小，能取得较高压力产量的蒸汽；

（6）管屏式余热锅炉平时可以自动进行吹灰, 减轻了工作量。

然而管屏式余热锅炉也存在一些缺点

缺点 （1）不易清灰，管外壁粘着的烟垢除平时用蒸汽吹扫外，尚需定期轮换停炉；

（2）漏风量大，投资和体积也比同容量的烟道锅炉大。

（3）管子可能会被腐蚀导致漏水^[29]。

某种管屏式余热锅炉如图5所示：

图5玻璃窑管屏式余热锅炉

五．总结

玻璃行业将烟道中的废气余热回收利用的方法是在蓄热室和烟囱之间设置余热锅炉。余热锅炉是回收余热以提高整个设备热效率的一种理想节能设备，随着节能工作的深入开展，余热锅炉越来越受到人们的青睐。选用何种型式的余热锅炉要考虑如下问题:回收热效率要高；清灰要简单方便易行；运行动力成本低或无动力成本。

管屏式余热锅炉可以在较高温度的废气中工作，承压能力比较高，适用于大型余热锅炉，成本比热管式余热锅炉低，由于管屏式余热锅炉相比烟管式余热锅炉和热管式余热锅炉具有诸多优点，因此本毕业设计要设计的余热锅炉选管屏式余热锅炉^[30-32]。

参考文献

[1] 李传光,刘洪国,诸彦菊.玻璃窑余热发电工程实例[J].玻璃,2012,(7):17-19.

[2] 李志伟,张波,何宏舟.1200 t/d 玻璃窑余热发电系统运行参数选型[J].电站系统工程,2013,29(3):79-81.

[3] 胡帆,史庆玺,吴晓光.玻璃窑余热利用关键技术问题的探讨[J].动力工程学报,2011,31(5):382-386.

[4] 赵旭辉,陈松林,王杰曾等.我国玻璃工业和玻璃窑用硅砖的现状及发展趋势[J].玻璃,2011,(3):16-19.

[5] 王健.玻璃窑炉节能改造效果测评分析[J].机械与工艺,2013:233

[6] 陈旭晔,丁明,张洪涛.浮法玻璃熔窑烟气治理和利用[J].材料科学与工程学报,2012,30(1):145-149.

[7] 高增丽,张爱娟.我国玻璃炉窑的现状及其节能技术的发展[J].冶金能源,2004,23(6):35-37.

[8] 王学涛,曹玉春,兰泽全.工业窑炉节能技术[M].化学工业出版社2010:4-6.

[9] 赵钦新,王宇峰,徐通模.我国余热利用现状与技术进展[J].工业锅炉,2009,(5):8-15.

[10]汪庆卫,顾一乱,孙成果.玻璃窑炉中的节能途径[J].2013,33-36.

[11]扈永刚.窑炉节能技术应用与探讨[J].节能环保,2014,(3):28-29.

[12]潘云云.玻璃窑余热发电技术的应用与研究[J].价值工程,2014:67-68.

[13]黄飞,王洪云.余热锅炉受热面低温腐蚀分析[J].锅炉技术,2000,31(7):18-20.

[14] S.Srikanth，B.Ravikumar，Swapan K. Das，K. Gopalakrishna, K.Nandakumar, P. Vijayanc. Analysis of

failures in boiler tubes due to fireside corrosion in a waste heat recovery boiler[J].Engineering Failure

Analysis,2003:59-66.

[15]路明,蔡欣,张晓琴.玻璃窑余热发电系统的优化设计[J].玻璃,2014.(2):23-26.

[16]宋冠军,孙士华,李昌勇.余热发电在玻璃厂中的应用及节能分析[J].硅酸盐通报,2012,31(5):1209-1211.

[17]李国栋.玻璃窑余热锅炉发电能力影响因素的研究[J].河北省科学院学报,2013, 30(3):48-49.

[18]Sanaz Mahmoodi Takaghaj, Chris J. B. Macnab. Neural-Adaptive Control of Waste-to-Energy Steam Generators [J]. CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY,2014,22(5):1920-1925

[19]张智斌,陆子龙.玻璃窑余热发电锅炉的优化设计[J].工业锅炉,2012.(6):5-8.

[20]王德和.浅析玻璃行业余热利用与发电[J].节能技术,2000,18(3):37-38.

[21]Omar Abdelaziz. New configurations of a heat recovery absorption heat pump integrated with a natural gas

boiler for boiler efficiency improvement[J]. Energy Conversion and Management,2014:175-184.

[22]A.T.McQueen, E.F.Bouse. cement kiln NO_x CONTROL[J]. THE ORIGINAL.1993:242-261

[23]李宝江.利用热管蒸发器(余热锅炉)回收玻璃熔窑[J].玻璃与搪瓷,2013,41(1):13-17.

[24]曹家牲.余热锅炉技术进展[C].会议论文.杭州余热锅炉研究所,2010:293-300.

[25]刘吉田.回转窑余热锅炉的选型和使用[J].新疆有色金属,2013,(4):170-172.

[26]郭东方.热管技术在玻璃熔窑尾气余热回收中的应用[J].玻璃与搪瓷,2014, 42(4):15-16.

[27]王继方,钱会敏.玻璃行业的余热锅炉如何选型[J].玻璃与搪瓷,2009,37(1):203-206.

[28]李峰,绳启云,王继方等.热管式余热锅炉在节能玻璃窑炉余热回收中的应用[J]. 2012:331-335.

[29]地力木拉提.余热锅炉省煤器管屏腐蚀原因分析及处理方法[J].科技探索,2010,(10):32-33.

[30]冯秋红,马王哲,许伟民等.余热锅炉特点及其关键制造技术[J].机械工程师,2012.(1):138-139.

[31]王继方,姚文志,张俊如.再谈余热锅炉的选型[J]. 玻璃与搪瓷,2010,38(5):24-27.

[32]BRAD BUECKER,CONTRIBUTING EDITOR.Combined-Cycle HRSG Shutdown,and Startup Chemistry

Control[J]. power engineering,2010:64-67.

2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1.本课题要研究或解决的问题

该课题目的是对浮法玻璃窑的烟气余热进行回收，要求学生设计一台玻璃窑管屏式余热锅炉，用户要求两用一备。

2.拟采用的研究手段（途径）

查阅大量有关中外文献资料，完成3000字以上的英文资料翻译，2000字以上的文献综述以及开题报告，进行管屏式余热锅炉的热力计算、烟气阻力计算、锅炉汽包和有关受压元件的强度计算以及对玻璃窑余热回收的经济分析等。在完成计算书后确定管屏式余热锅炉的外形结构，完成工程制图6张以上A1图，独立完成毕业设计技术报告。

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年 月 日

所在专业审查意见：

负责人：

年 月 日