1.0MPa玻璃余热锅炉设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

一、前言

1.1我国工业余热回收利用概况

当前，我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济性差，生态环境压力大的主要问题，节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容，是解决我国能源问题的根本途径，处于优先发展的地位。我国相对落后的生产工艺,冶金、化工行业的大量高温尾气采取直接排放方式,既浪费能源,又污染大气环境，因此,大力推广余热锅炉既能够更好地开发和利用二次能源,提高能源利用效率,又间接解决了环境污染问题[1,2]。当然最终我们是想寻求一种生态工业网络，把工业废热能够很好的利用起来。因为它能达到经济与环境的互利互惠[3]。

1.2烧结及余热锅炉简介

1.2.1烧结技术

烧结，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。遵循可持续发展原则，节能减排已成为当今大型烧结的发展重点。烧结节能主要方向为降低固体燃料消耗、电耗、点火能耗以及烧结废烟气余热回收。烧结余热回收属于中低温余热回收，主要是指烧结机的废气余热和环冷机废气带出的烧结矿显热[4]。

1.2.2余热锅炉

余热锅炉，顾名思义是指利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量把水加热到一定工质的锅炉。余热锅炉通过余热回收可以生产热水或蒸汽来供给其它地方使用。现代余热锅炉多采用热管，热管是非常灵活的系统方面的有效的热控制。它们可以很容易地实现作为吸附和蒸汽压缩热泵，冰箱等内部热交换器类型的热传递装置[5]。

二、研究进展

2.1余热锅炉工作原理

余热锅炉中不发生燃烧过程，从本质上讲只是一个气－水/蒸汽的换热器，可利用高温烟气余热、化学反应余热、可燃气体余热以及高温产品余热等，生产高压、中压或低压蒸汽或热水，用于工艺流程或进入管内供热。同时，余热锅炉是低温汽轮机发电

系统中的重要设备，为汽轮机等动力机械提供做功蒸汽工质[1,6]。下图给出了余热锅炉汽水及烟气流程图。

余热锅炉的应用原理还包括能量守恒，质量守恒和压力损失等等[7]。

2.2余热锅炉的分类和选型

按照烟气流动的方向,余热锅炉典型的分成两种:卧式的和立式的。在国外,大多数北美的余热锅炉是卧式的;而欧洲则普遍是立式的,这两种都有一定的优点,又都有一定的缺点[6，8]。

卧式余热锅炉的特点就是自然循环,典型的由多压蒸汽系统组成。立式余热锅炉原来需要强制循环蒸发段来保证蒸汽产生后是同一方向流动。卧式自然循环与立式强制循环余热锅炉对比如下:

一种创新的余热锅炉,直流式余热锅炉,既可用于水平布置又能用于垂直布置。给水直接被转变成过热蒸汽而不设任何汽包[6]。

按结构形式大致有火管式、水管式和热管式。它们各有各的特点,要因地制宜的选择。选用余热锅炉必须要考虑如下问题:回收热效率要高;清灰要简单易行、方便;运行动力成本(引风机电机功率)要低或无动力成本[9]。

另外余热锅炉是指利用工业过程中的余热以产生蒸汽的锅炉,其一个重要特点是烟气条件取决于工艺过程,而且不能将它向有利于锅炉的方向做出改变。所以,烟气条件会对锅炉的设计和运行产生重要影响[10]。例如：洁净的烟气。适用的炉型有:(1)光管水管锅炉、自然循环或强制循环、立式或卧式布;(2)具有部分或全部螺旋鳍片或纵向鳍片等延伸受热面的水管锅炉、自然循环或强制循环、立式或卧式布置;(3)直烟管锅筒锅炉。出来烟气条件，蒸汽状况，压力条件等等因素也对锅炉选型有一定的影响[11]。

2.3余热锅炉的防腐与除积灰措施

腐蚀形成的机理：余热锅炉的腐蚀一般分为低温腐蚀和高温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性的腐蚀。它使管壁厚度慢慢减薄以至破裂。高温腐蚀的特点是局部性、溃疡性腐蚀。它使管子因管壁穿孔而破坏[2，12]。腐蚀的防范措施如下表：

余热锅炉上的积灰按其粘结强度可分为松散性积灰和粘结性积灰，松散性积灰的产生仅是一个物理过程，只要保证合适的受热面结构设计尺寸和足够的气流能量而且在必要时配合正常的定期吹灰等即可将灰污染程度控制在合理的范围内。但对同时伴有物理化学两种作用的粘结性积灰，由于积灰层强度高，用物理方法难以消除，带来的危害性较大，容易造成堵灰。防止积灰的措施：（1）提高省煤器的进水温度（2）采用热管技术（3）采用耐腐蚀材料。特殊的对于翅片管积灰处理措施：(1)减少承压管的数量提高运行的可靠性；(2)可大幅度减少余热锅炉的金属耗量且使其支吊更为方便；(3)余热锅炉布置更加紧凑，烟气流动阻力更为减少[13]。

2.4余热锅炉的历史与发展

70年代末,美国Q-DOT公司开始研制热管余热锅炉,世界上第一台热管余热锅炉用于甲苯的蒸发加热。1981年江苏圣诺热管集团公司研制出了我国第一台热管余热回收锅炉。随后,我国热管科技人员针对工业领域余热利用具体案例研制出了不少的热管余热锅炉,并对热管余热锅炉的传热、构造等共性问题开展了一系列的探索研究,取得了不少研发成果。历经二十多年的研究和开发,在我国的冶金、化工、建材、机械等工业领域均有了成功的热管余热锅炉应用案例[14]。2003年以来，我国已相继建成并正式投运的9Ｆ级重型燃气轮机联合循环发电机组为共计54台，总装机容量达到20000ＭＷ。主要设备涉及到国内外多个厂家。余热锅炉为电厂中关键的主机之一，其性能的优劣直接影响锅炉产汽量的大小和蒸汽品质的高低，也对整个联合循环机组热效率的高低有直接影响[15]。

余热锅炉的发展经历了三个重要阶段：20世纪50年代以前为余热锅炉的发展初期；60年代前后为发展中期,主要炉型有多通道式余热锅炉；;60年代末至70年代初,余热锅炉进入成熟期,锅炉炉型以直通式炉型为主[16]。

三、本课题研究内容（玻璃余热回收锅炉）

3.1热管技术在玻璃窑上的应用

我国从80年代至今先后运行了许多大型浮法玻璃生产线,原来传统的浮法玻

璃窑炉配套的是烟管式余热锅炉,这种类型的余热锅炉经过许多年的实际运行,在

生产中存在不少弊端,正逐步被新型的热管式余热锅炉所取代[17,18]。

玻璃生产的能耗按照不同燃料（焦炉煤气、石油焦、重油、天然气）占到玻璃生产成本的35%~65%，能耗主要用于玻璃液的熔化、窑炉表面散热、被带走的450~550℃的热烟气3大部分，其中烟气带走的热量占30%~33%[19]。做好工业窑炉烟气余热发电的三项基本原则:(1)余热发电是工业窑炉的配套设施,余热电站特别是余热锅炉系统的启、停、事故等操作不能影响工业窑炉的正常运行,不对窑炉的产量、质量和能耗造成影响;(2)需充分掌握烟气余热参数,根据烟气余热参数及烟气特性优化设计余热锅炉及热力系统,可以获得最大化的余热利用率和热电转换效率,避免烟气余热资源的二次浪费;(3)需综合考虑余热发电、烟气脱硫、脱硝和除尘的要求,实现烟气治理的一体化,同时实现节能降耗和环保排放达标的要求[20]。

3.2玻璃窑烟气余热发电技术

随着玻璃工业的不断发展和完善，对玻璃熔窑余热的利用要求方式发生了变化，特别是在我国南方地区，余热利用除了少量的需要生产供热外，大部分都没有充分利用[21]。玻璃窑余热发电即利用玻璃生产线尾部排出的大量中低温低品质废气，通过余热锅炉产生一定压力的过热蒸汽，推动汽轮机实现热能和机械能的转换，再带动发电机发电的过程[22]。玻璃窑余热发电技术早期借鉴了水泥窑余热发电系统的经验，虽然经过吸收和改进，但在实际实施过程中，仍然存在一些问题和不足[23]。这就给后人研究玻璃余热锅炉留下空间。

玻璃窑烟气具有以下特点：烟气灰尘含量较低，但细密，颗粒小，粘附能力强，清灰困难；玻璃窑大多有换火操作，烟气流量和温度存在周期波动；玻璃窑产量波动时，窑炉漏风情况变化时，能够导致烟气流量和温度发生较大范围的波动，尤其是随着窑炉运行时间延长，烟气流量和温度可能会达到10%以上的上涨[24]。目前玻璃余热锅炉多采用热管型[25]。下面是集中热管的比较：

四、结语

随着经济的快速发展，社会对能源的需求和对环保的要求越来越高。21世纪能源

问题将成为制约社会可持续发展的主要因素。各行各业都应该为环境保护出一份力，耗能工业尤为关键。我们不能一味的追求经济效益，最好的途径是做到环保节能与经济利益的双赢。所以我觉得本课题的研究还是有一定的社会现实意义和现实价值的，然而做好这项任务还需要我们一代又一代人的不懈努力。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本毕业设计的题目为1.0MPa玻璃余热锅炉设计，玻璃窑炉排烟含尘大温度高，热量浪费较大,热效率较低,一般玻璃窑炉出口烟气温度大约在400℃左右，热效率很低，本课题结合国家节能减排的大政方针，沿着科研与生产相结合的原则，进行余热利用生产过热蒸汽，提高系统的热效率。本课题工艺参数为：热流体为玻璃窑炉出口废气，废气流量为50000Nm3/h,废气进口温度为400℃，要求废气出口温度为160℃，生产1.0MPa300℃过热蒸汽，冷流体为水,给水进口温度为20℃。

研究手段：根据任务书进行文献检索、英文翻译；书写开题报告；进行余热锅炉的热力计算、阻力计算、强度计算；根据计算数据绘制设计图纸；书写毕业设计论文；毕业答辩。