利用全氧窑高温烟气加热玻璃配合料的节能分析

Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａ］Ｇｌａｓｓ№２　２０１１　利用全氧窑高温烟气加热玻璃配合料的节能分析　中国新型建筑材料工业杭州设计研究院　崔登国　陆静娟　王伟峰　摘要：初步论述了利用全氧窑炉高温烟气加热玻璃配合料的换热过程和预热机理，通过热工计算判　玻璃配合料预热　节能　断可达到的节能效果。　关键词：全氧窑　高温烟气１前言　能耗高、热效率低一直是玻璃生产中力求解决和　改善的问题，也是影响成本的主要因素之一。全氧玻　风机④控制常温空气量对烟气进行稀释降温，降温后　的混合烟气进入直接接触式预热器②的底部，在引风　机⑤的作用下，混合烟气穿过混合料层，通过辐射和　对流的换热过程，混合料得到预热，烟气余热得以利　用。　Ｉ　璃熔窑浮法玻璃熔制技术的研究开发是“十一五”国　家重点科技攻关计划的课题。课题的主要目标就是节　能降耗，而全氧窑所产生的烟气温度高达１２００￣（２以　上，烟气排出带走的热量占向熔窑输入热量的３０％以　上，必须对这部分热量进行余热回收；全氧窑烟气量　小、温度高，采用常用的余热锅炉、余热发电等利用方　式很不经济，而用来加热玻璃配合料，热利用率高，经　济合理。　２预热工艺流程　先将各种原料如硅砂、白云石、石灰石、纯碱、芒　硝等原料按比例配料混合均匀后，加入一定量的水和　粘结剂，通过压制或成球工艺制成具有一定强度的块　或球，配合料中各种原料的典型组成见表ｌ。　表１　配合料的典型组成及其比热值　原料　硅砂　配比（％）　５８．５　Ｅ　热（ｋＪ／ｋｇ・℃）　①一混合室②一直接接触式预热器③一收尘器　０．９２　④一鼓风机⑤一引风机⑥一烟气通道　图１　配合料预热机组　白云石　石灰石　长石　１４．３　４．７　３．０　０．９２５　１．１２ｌ　０．７９５　混合均匀的配合料首先送到粒化车间进行粒化，　配合料的粒度≤３０ｍｍ，具有足够的强度以保证在预　热的过程中破碎率低，水分≤１Ｏ％。　粒化料与碎玻璃一起被送到预热机组，之前碎玻　璃先经过破碎，块度￣＜５０ｒａｍ，经电子秤称量后均匀布　纯碱　芒硝　水分　１８．５　１．０　９．０　１．０４２　１．０４２　４．１８７　利用全氧熔窑的外排废烟气作为热介质，通过专　门研究开发的配合料预热机组（见图１）对玻璃配合　落在配合料带上。根据设定的产量将粒化料和碎玻璃　均匀喂入直接接触式预热器②。物料在直接接触式预　热器②内依靠自身的重力，漏斗和屋顶型挡板形成环　料进行预热。主烟道的烟气直接引入混合室①，由鼓　一形物料层，烟气由引风机⑤牵引与环形物料层直接接　２一　建筑玻璃与工业玻璃２０１　１，ＮＱ２　触换热，根据检测仪器所测到的物料的温度，采用可　调阻尼系数和无级变速卸料系统、切换系统，把达到　设定温度的配合料及时卸出。　在直接接触式预热器②中，配合料与热烟气直接　接触，通过对流和辐射传热，将烟气的部分热量传给　配合料，在配合料温度上升的同时，烟气温度随之下　降。　３预热机组的预热机理　全氧熔窑排出的烟气温度高达１２００％以上，如果　直接用于配合料加热，将给设备制造和实际操作带来　一定的难度，设备费用和运行成本也相对较高，对物　料的性质也会造成不确定的影响，为此先引入一定量　的常温空气在混合室与高温烟气混合并使之降到设　定的温度后再引入预热器中与配合料直接接触，通过　对流和辐射传热，将烟气的部分热量传给配合料，在　配合料温度上升的同时，烟气温度随之下降。在配合　料与热烟气并流操作时，预热器简体内物料温度即使　在出口处也很接近于气体的湿球温度，这说明预热过　程基本上是在等速阶段进行，即水分主要从配合料团　球表面蒸发而无降速阶段，这是因为当团球与烟气接　触时，水分从表面蒸发，而埋人料层的团球，水分几乎　停止蒸发。这时团球内部的水分继续向表面扩散，当　团球再露出料层与烟气接触时，团球表面又有自由水　分存在，使团球温度一直维持在烟气的湿球温度附　近。因此可认为此预热过程仅仅是配合料与烟气之间　的外部传热、传质过程。　筒壁和挡板与烟气接触时被加热，而与物料接触　时被冷却，但由于变化周期很短，温度变化幅度很小，　所以筒壁温度基本上可以认为是一常数。此外，由于　配合料对筒壁传导的给热系数大于烟气对筒壁的对　流给热系数，故筒壁温度实际上接近配合料温度，加　上配合料只有很薄的一层被加热，因此配合料中心温　度升高极少。　预热器中一部分热量是配合料团球辐射传热，这　时团球表面受辐射热。在配合料预热时，烟气温度不　太高（约７００￣Ｃ），辐射的热量在最佳条件下所占比例　较少。预热器主要是对流传热，热量以对流方式由热　烟气传给与其直接接触的配合料表面，再由表面传到　内部，这是传热过程；水分从配合料内部以液态或气　态扩散，透过料层而达到表面，然后水气通过配合料　表面的气膜扩散到烟气中，这是传质过程。所以加热　是由传热和传质两个过程组成，两者之间是相互联系　的。加热过程得以进行的条件，是必须使被预热的配　合料表面所产生水气压力大于热烟气中水气的分压，　压差越大，加热过程进行得越迅速。为此，烟气须及时　地将气化的水汽带走，以保持一定的气化水分的推动　力。　４热工计算　按照２００ｔ／ｄ熔化量的全氧玻璃熔窑所需的配合　料和产生的烟气量为计算依据。　烟气参数：烟气进混合室的温度ｔ　＝ｌ２００℃，烟气　量Ｖｇｏ＝４０００Ｎｍ３／ｈ；　空气参数：空气进混合室的温度ｔｏ＝２０￣Ｃ。　空气与烟气混合，空气升温到ｈ＝７００￣Ｃ，烟气降　温到ｔｇｌ＝７００￣Ｃ放出热量Ｑ　ｌ为：　ｔ￣９＝１２００￣Ｃ时，Ｃ　２．２７６ｋＪ／Ｎｍ　・℃　ｔｇｌ＝７００￣Ｃ时，Ｃｇｉ＝２．０９９ｋＪ／Ｎｍ　・℃　Ｑｇｌ＝Ｖｇ（ｔｓｏ　Ｃｓｏ—ｔｓｌ　Ｃｇ１）　＝４０００ｘ（１２００ｘ２．２７６－７００￣２．０９９１　＝５０４７６００ｋＪ／ｈ　空气的升温到ｈ＝７００￣Ｃ，Ｃ　＝１．１３６ｋＪ／ｍ　・ｃＣ　ｔ０＝２０℃时，Ｃ０：１．２１２ｋＪ／ｍ。・℃　混合室的热利用率１１　为９０％　贝０：Ｖ空气（ｈＣ１一ｔ０Ｃ０）＝Ｑ　ｌ×　１　Ｖ空气（７００ｘ１．１３６—２０ｘ１．２１２）＝５０４７６００￣９０％　Ｖ　ｑ＝５８９２　Ｎｍ３／ｈ　稀释后的烟气参数：　进直接接触式预热器的温度ｔｇ　＝７００￣Ｃ，　稀释烟气总量为４００Ｏ＋５８９２＝９８９２　Ｎｍ　稀释烟气综合比热：　ｔｇｌ＝７００￣（２时，Ｃ　＝１．０９５ｋＪ／Ｎｍ。・℃　ｔｇ２＝１６０￣Ｃ时，Ｃ　＝１．２Ｏ８ｋＪ，Ｎｍ３・℃　预热过程中稀释烟气从ｔｇｌ＝７００￣Ｃ降至ｔｇ２＝１６０￣Ｃ　放出热量Ｑｚ计算：　Ｑ２＝Ｖｇ（ｔｇｌＣｇｌ—ｔｇ２Ｃｇ２）＝９８９２×（７００　ｘ１．０９５—１６０×　１．２０８）　＝５６７０２９２ｋＪ／ｈ　配合料参数：　配合料进预热器的温度ｔｏ１＝２０￣Ｃ，　配合料量Ｇ。＝ｌＯ０００ｋｇ／ｈ　配合料的综合比热ｃ　＝０．９４７ｋＪ／ｋｇ・ｏＣ　配合料的含水率按８％计算，初始温度ｔｗ。＝２０℃，　排出时水蒸气的温度与预热后配合料的温度相同，计　算水蒸发需要的热量。　Ｑｗ：：Ｇｗ［ｃ　（１００一　１）＋２４９１．３＋（Ｃｖｚｔｐｚ－１００Ｃ　１）】　其中：Ｑ　一水蒸发需要的热量，ｋＪ／ｈ　一　一　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｇｌａｓｓ№２　２０１　１　Ｃ　一水的重量，Ｃｗ＝８％Ｇ。，ｋｇ／ｈ　ＣＶ２　一水蒸气在ｔｖ２时的比热，ｋＪ／ｋｇ・ｃＩ二　ｔ　一工艺水进玻璃熔窑时的温度，按２０℃计算　ｔ　一水蒸气出玻璃熔窑时的温度，按１２００％计算　合计节能Ｑ　Ｑ　，＝１　１２９７０７６０ｋＪ／ｄ　５．３以燃料为重油计算节省的重油量　Ｃ　一水的比热，ｋＪ／ｋｇ・ｏＣ　Ｃ　。一水蒸气在１００￣（２时的比热，ｋＪ／ｋｇ・ｏＣ　Ｃｖ厂水蒸气在　时的比热，ｋＪ／ｋｇ・℃　配合料预热温度ｔｐ２计算　直接接触式预热器的热利用率１１　为９０％　则：Ｇｐ×（　ｔｐ０ｘＣｐ＋Ｑｗ－－Ｑ２ｘ￣２　ｔ￣＝２６２．２℃　Ｇｏｎ＝（Ｑ　Ｑ　）［ｑｏｉｌ＝２８　１０ｋ＃ｄ　式中ｑ　一重油的热值，按４０１９５ｋＪ／ｋｇ　通过以上计算，采用该预热方案后，对２０Ｏｄｄ的　全氧燃烧玻璃熔窑来说相当于每千克玻璃液节能　５６４ｋｊ，每年可节省重油约１０２５吨（重油的热值按　４０１９５ｋＪ／ｋｇ计）。　配合料预热后的温度可达到约２６２℃。　５节能效果　以２００ｆｆｄ熔化量的全氧玻璃熔窑为例计算节能　效果。　５．１配合料从ｔｐｌ＝２０℃预热至ｔ。２＝＝２６２℃所吸收的热量　６结束语　用全氧熔窑外排高温烟气的余热预热配合料，按　２０Ｏｄｄ熔化量的玻璃生产线计算，配合料的温度可被　加热至２６２℃，每千克玻璃液的能耗可降低５６４ｋｊ，每　年可节省重油约１０２５吨（重油的热值按４０１９５ｋＪ／ｋｇ　计）。　Ｑ　Ｇｔｐ）（（ｔ￣－ｔｐ１）ｘＣｐ＝５５００１７６０ｋ￣ｄ　５．２在玻璃生产过程中，配合料中含水一般为４％～　５％，按照４％计算。配合料预热后，这部分水在预热过　程中就蒸发了不再进入玻璃熔窑。它所节省的热量用　下式计算：　烟气与配合料直接接触，烟气中一部分有害气体　与配合料中的碱性成分反应，从而在预热器中被排　Ｑｊ＝Ｇ　，［Ｃ　（１００一【ｗｌ　）＋２４９１．３＋（Ｃｖ２ｔｖ２　一１００Ｃ　１）］　＝５７　９６９　０ｏｏｋＪ／ｄ　除，ＣＯ　散发物与能耗成比例地下降。　通过配合料预热使玻璃生产能耗下降，环保成本　降低，玻璃生产过程中的综合成本降低，从而提高了　经济效益。　其中：Ｑ　一工艺水节省的热量，ｋＪ／ｄ　Ｇｗ　一工艺水的重量，Ｇ　＝４％Ｇｐ，按７８００ｋ￣ｄ计算　Ｃ　一水的比热，ｋＪ／Ｋｇ・℃　Ｃ　ｌ一水蒸气在１００℃时的比热，ｋＪ／ｋｇ・ｏＣ　一４一