文 献 综 述

1玻璃窑

1.1我国玻璃窑的发展

近年来，我国玻璃工业取得了长足的发展。2004年至2007年4年间，全国共新增85条浮法玻璃生产线，到2007年年底，全国共有178条浮法玻璃生产线，2008年上半年又新增8条线，在建和拟建玻璃生产线分别为23条和19条。2007年我国平板玻璃产量为5.3亿重量箱，其中浮法玻璃产量为4.4亿重箱。2008年上半年，国内平板玻璃产量完成2.95亿重量箱，比去年同期增长11％。2009年全国已建成投产的浮法玻璃生产线约210条，平均熔化能力约510 t/d，最大规模已达到1300t/d。目前，全国平板玻璃产量已超过7亿重箱，产量占全球的一半以上，已连续21年位居世界第一^[1,7]。

1.2玻璃窑的工作特点

玻璃窑是将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和均化的重要热工设备^[2]。

玻璃窑最重要的特点就是在一个窑龄内不停窑。窑龄是指玻璃窑自点火生产到停窑之间的时间周期，通常燃用重油的玻璃窑窑龄为8~10年，甚至更长。因此，玻璃窑对与其相关的设备、设施和材料的工作安全、稳定可靠要求极高^[3]。

2 全氧燃烧

2.1全氧燃烧的定义^[4-5]

玻璃窑全氧燃烧是一种提高窑内燃烧温度与燃烧效率的新兴技术。全氧燃烧技术完全以氧气代替空气，炉窑则省去了蓄热室、小炉，增加了设在胸墙上的全氧重油或天然气喷枪，大大提高了燃烧效率；由于碱蒸汽浓度的增加，要求熔窑上部耐火材料的抗碱性、耐火度有所提高；全氧燃烧熔窑节约了燃料、而且提高了玻璃质量，增加了产量；全氧燃烧熔窑为用废气预热玻璃配合料提供了最佳的应用条件。

2.2全氧燃烧的优点^[6]

(1)富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。研究表明，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高。富氧燃烧可明显提高火焰温度，提高火焰对配合料和玻璃液的加热效果。

(2)富氧燃烧改变了燃料与助燃气体的接触方式，降低燃料的燃点温度，可明显缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积。

(3)富氧燃烧可以加快燃烧速度，改善燃料的燃烧条件，使得燃烧在窑内充分完成，减少了在蓄热室内的残余燃烧，因而能充分地利用燃料。

(4)富氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降。

(5)富氧燃烧可以增加热量利用率，实验表明，富氧助燃可提高热量的利用率。

2.3展望

随着我国经济的不断快速发展，对能源的依赖性越来越大，但能源利用率低的问题更加突出。一方面世界能源日趋紧张，一方面建材工业能源消耗居高不下，能源利用率提高较慢。对于玻璃工业来说，随着产能不断扩大，市场竞争日益加剧，如何减少消耗，降低成本，进一步提高企业的市场竞争力是一项长期艰巨的任务。近年来，随着玻璃熔窑节能降耗技术研究的深入，余热利用技术、富氧燃烧技术、全氧燃烧技术以及”0”号小炉全氧燃烧助熔技术可以进一步使其达到节能降耗的目的。

3玻璃窑烟气余热回收

3.1玻璃窑烟气余热回收的必要性^[7-8]

随着玻璃工业的不断发展，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，大部分都没有被充分利用。

在工业发达国家，玻璃熔窑的热效率一般在(30～40)％，而我国平均仅为(20~30)％。在玻璃熔窑的各项热损失中，离开蓄热室的排烟余热量所占比例最大。通常烟气离开蓄热室的温度为(500～600)℃，其带走的热量约占窑炉总收入热的25％左右，燃料化学热的40％。

近年来，全国大部分浮法平板玻璃企业面临缺电的困境，同时，我国能源紧缺加剧，国家原油进口量增加、国际原油价格大幅度攀升。其中华东、华南地区属于严重紧缺。这些均对玻璃企业的正常生产造成了很大的制约。能耗在玻璃生产成本中所占比例接近1／4，能耗的高低逐步成为市场竞争的最主要指标。因此余热综合回收利用技术越来越受到玻璃企业的重视。

图0玻璃窑热平衡图

3.2余热回收设备

目前，应用较多的是管壳式、回转式空气预热器以及热管式空气预热器。

3.2.1管壳式空气预热器^[9-13]

现代电站锅炉中, 最常见的空气预热器是管壳式空气预热器。管壳式空气预热器构造简单, 制造、安装和维护方便, 价格便宜, 工作稳定。但是管壳式空气预热器运行的主要间题是低温腐蚀。低温腐蚀会使积灰加剧，甚至造成堵灰，由此会增加烟气阻力，使引风机电耗上升，严重时被迫降负荷运行，另外，严重的低温腐蚀会造成大而积漏风，使燃烧工况恶化、锅炉效率下降，引风量增加。图1为管壳式空气预热器。

3.2.2回转式空气预热器

回转式空气预热器是一种转动机构，因此动、静部件之间总要留有一定间隙。流经预热器的烟气是负压，空气是正压，其间存在一定的压差。空气在压差作用下，会通过这些间隙漏到烟气中。另外，转动部件还会把一部分空气带到烟气中。大量的漏风使引风机电耗增加，排烟热损失增大， 降低锅炉的经济性， 而且漏风还会导致腐蚀、堵灰、降负荷甚至停炉，影响其运行安全性。图2为回转式空气预热器。

图2 回转式空气预热器

3.2.3热管式空气预热器

3.2.3.1热管工作原理^[14-15]

热管的典型结构见图3，它由管壳、毛细多孔材料(吸液芯)和蒸气腔(蒸气通道) 所组成。从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段、冷凝段3部分。工作时，蒸发段因受热而使毛细材料中的工作液体(工作介质)蒸发，蒸气流向冷凝段，在这里受到冷却使蒸气凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环，热量由热管的一端传至另一端。

图3热管结构图

热管几乎是在等温状态下传递热量，导热速度快。实验表明，1根长为0.6m、直径为13mm、质量为0.34kg的热管，在10 ℃ 工作温度下输送20 W 的能量，其温降仅为0.5℃ 。而输送同等能量的同样长的实心铜棒质量为0.7kg，两端温差竟高达70℃ 。^[16-17]

当热管在地面上应用时，只要将热管倾斜放置，加热段在下，冷却段在上，便可利用重力来帮助凝液回流，这样对吸液芯的要求大大降低。当热管与水平方向倾角达到某值时， 就可以不加吸液芯，完全依靠重力回流液体，这种热管称为重力热管(或称热虹吸管)。重力热管结构简单，制造容易，成本低，适用于节能工程中^[18]。

3.2.3.2玻璃窑采用热管空气预热器的优势^[19-21]

热管式空气预热器相对于传统空气预热器主要有以下优点。

(1) 热管式空气预热器能彻底解决漏风问题。

根据热管换热器的工作原理和工作方式，热管方案可以彻底解决漏风问题。这是由于工作时冷热介质间严格隔开，即使万一热管被磨穿，也只能引起该热管失效，热管另一端还是完好的，不会使空气泄漏到烟气侧，因此在任何情况下都不会漏风。

(2) 热管方案可以减轻腐蚀及控制腐蚀。

热管是等温传热，管壁各部分温度近似相等，这就可使热管在酸露点以上工作。当壁温比酸露点高10 ℃ 以上时，就可以避免受热面腐蚀。对于工作在低温段烟道的空气预热器，可采用调整设计参数的方法将工作在最大腐蚀温度区间内的热管管壁温度调高，避开最大腐蚀温度区。

(3)热管方案能减轻积灰和堵灰，并可采取防止堵灰的技术措施。

通过调节热管冷热段表面扩展受热面的大小来调节管壁温度，使之高于烟露点温度或最大腐蚀区，由于壁温高于露点温度，附着热管外表面的积。灰呈干燥疏松状态，清灰容易脱落，只发生松散性积灰而无豁性积灰，积灰很少。

(4)热管式空气预热器换热效率高，

烟气和空气的换热均在热管外表面进行，而且热管外表面经过翅化，增大换热面积，强化传热:把传统空气预热器的交叉流改为纯逆流流动，增大传热温压: 其次把烟气的管内流动改为管外流动，使得换热系数得到提高，传热性能优越。

3.2.3.3热管结构参数对空气预热器最低壁温的影响^[22-23]

壁温随管径减小而增加，但其调温范围很小。管径的变化使烟气和空气对管壁的换热热阻R_h与R_c 向同一方向变化，而变化率相差不大，R_h在总热阻中所占的比例变化不大， 因此，壁温变化不明显，一般情况下不会选择管径作为调节壁温的参数。

壁温随着烟气侧管长的增加而上升，随着空气侧管长的减小而上升。由图3可知，热管两侧管长对壁温的影响非常显著，调温范围比较大。但是管长的变化造成了流通面积的改变， 这会显著改变流体的速度。为了使流体的速度保持在比较合适的范围内，只能对管长作较小范围的改动，或者改变管长的同时也改变换热器箱体的宽度，所以只有在壁温与露点相差较大的时候，才会选择管长作为调温参数。

壁温随着烟气侧翅片高度的增大而升高，随着空气侧翅片高度的减小而升高。图4表明翅片高度对壁温有显著的影响。

壁温随着烟气侧翅片间距的减小而升高，随着空气侧翅片间距的增大而升高。由图5可得翅片间距的调节对壁温的影响同样非常显著。

壁温随着烟气侧翅片厚度的增大而升高，壁温随着空气侧翅片厚度的减小而升高，由图6可见翅片厚度对壁温的影响比较小。所以在设计时一般只选择合适的翅片厚度，而不需通过改变翅片厚度来调节壁温。

4热管空气预热器在使用中遇到的问题

4.1积灰^[24-28]

4.1.1积灰机理

烟气流过热管式空气预热器时，会出现两种性质的积灰: 低温松散性积灰和低温粘结性积灰。

前者主要发生在管子背风面，积灰层化合物之间主要表现为机械力的聚合作用，此种积灰不存在粘性熔化物，液体凝结少，机械强度低。后者主要发生在管子迎风面，增大烟气流速会加重积灰。此种积灰有无限生长的趋势，且伴随有液体冷凝，并出现金属腐蚀物及积灰层间的化学反应，使得积灰层的机械强度大大增强。热管空气预热器冷段区的烟气和空气温度都较低， 粘结性积灰显著，松散性积灰的性质相应减少。

4.1.2减轻积灰的措施

可采用以下几种措施来减轻积灰:

1．改造预热器结构

(1)加大热管倾斜度。可把热管倾斜角设计为15-45#176;，这可使积灰靠本身重力而不会长期在热管上积存，给予一定外力，积灰也较易脱落。

(2)在预热器迎风面前放置导向板。在烟气侧通道上设一导向板使烟道分为左右两侧， 利用烟气聚流来吹灰。

2．应适当加大翅片间距

目前我国大多数厂家生产的热管，肋间距为4~5mm。对于在含尘气流中运行的热管空气预热器是不可取的。有文献指出，在含尘气流件，翅片间距S一般取8~15mm。考虑到热管空气预热器所处的恶劣环境，特别是其低烟壁温区，S还应稍取大一点。

3．应用化学清灰剂

防止热管空气预热器低烟壁温区的粘结性积灰， 目前较有效的方法是在烟气中加入化学清灰剂。它的主要作用是:

(1) 降低与受热面相接触的那一层烟气膜的露点，防止或减少硫酸在受热面上的冷凝；

(2) 中和在受热面已冷凝出的硫酸，防止或减轻对受热面的腐蚀和慢性积灰；

(3)催化氧化受热面上积灰中的炭黑，降低其燃点，使其在较低温度下氧化，产生无火燃烧，使原来粘结紧密的粘结性积灰变疏松，易洁除。

4.2.1露点腐蚀^[29]

露点腐蚀原因和影响因素

余热回收系统中空气预热器自身的露点腐蚀问题也比较突出。露点腐蚀是由于产生于烟气中的SO₃在预热管壁温度低于露点时，与水蒸气形成H₂SO₄冷凝液，这种冷凝液的浓度有时非常高，附着在预热管的管壁上，腐蚀空气预热器的预热管，造成预热管蚀穿、折断。而且实践证明，烟气中的含硫量、烟气温度、成分、空气预热器的结构和运行状况都会对空气预热器的失效有影响。

4.2.3 防止和减轻空气预热器低温腐蚀的措施^[30-31]

1提高空气预热器冷端综合温度

(1) 确保空气预热器冷端综合温度在烟气露点之上，合理降低空气预热器入口风温，提高换热效果。

(2)加强巡回检查，避免空气预热器壁温严重低于烟气露点，导致大量的硫酸蒸汽凝结现象的发生，造成空气预热器堵灰。

2空气预热器冷端改造，采用耐腐蚀材料。

5.总结

玻璃窑余热利用将是继水泥窑余热利用之后，又一个余热利用的重要领域。预计在未来的几年内，国内大部分的玻璃生产线都将投入该系统。国际上尤其是发达国家由于在环保及节能降耗等方面的要求，也会相继投入该系统，前景非常可观。

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