為了充分利用玻璃窯爐尾氣余熱，使用熱管余熱鍋爐與熱管式空氣預熱器回收余熱，產生低壓飽和蒸汽與加熱二次風，達到節能的目的，本文詳細介紹了熱管余熱鍋爐及熱管式空氣預熱器的用途、特點及使用。

一、熱管余熱鍋爐回收玻璃窯爐尾氣余熱

玻璃生產過程中，從池窯蓄熱室、換熱室（或換熱器）出來的煙氣一般在500℃以下。這些煙氣可以通過熱管余熱鍋爐來產生蒸汽。蒸汽可用于加熱和霧化重油、管道保溫，以及生活取暖等。對于排煙量較大，溫度較高的煙氣，可通過熱管余熱鍋爐產生較高壓力的蒸汽（3.5MPa）用于蒸汽透平來發電，或者直接驅動透平空壓機、風機、水泵等機械。對于從工作池和供料道等處排出的煙氣，氣量少而溫度高，可以采用少量的高溫熱管（工作溫度＞650℃）來預熱空氣，當離爐煙氣溫度為1000～1200℃，空氣預熱溫度可達400～500℃，節油效果可達20%。在退火爐煙氣的煙道中，以及退火爐緩冷帶以后的部位都可以設制熱管換熱器以回收煙氣的余熱和玻璃制品的散熱量來預熱空氣，作為助燃空氣、干燥熱源或車間取暖等的熱源，都可以獲得很好的節能效果。

當前國內玻璃窯爐所使用的燃料大多為重油和渣油，對于這種燃料的煙氣余熱回收應該特別注意熱管蒸發段管外的積灰堵塞問題。我們公司經過若干年工業應用的實踐，已經積累了保證熱管換熱器能長期運行的方法，重要的一條設計原則是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在結構上確保清洗方便。

某玻璃廠由蓄熱室排出的煙氣溫度為420℃，煙氣量為（標準狀態）17800m3/h，要求將煙氣溫度降到200℃以下，回收的熱量產生0.5MPa（表壓）的低壓飽和蒸汽。

該設備具有如下優越性：

① 煙氣側壓力降小，可以滿足工藝窯爐內負壓的要求；

② 不容易積灰，設備具有熱水沖冼裝置，可以在線清冼；

③ 管壁溫度可全部控制在煙氣露點之上，避免結露及低溫腐蝕；

④ 可連續長期運轉，單根熱管破壞不影響設備運行；

⑤ 設備成本一年內回收。

二、用熱管式空氣預熱器回收玻璃窯爐尾氣余熱加熱冷空氣

目前回收利用玻璃窯爐尾氣余熱，達到節能的目的，已被廣大企業所認識和落實。目前回收窯爐尾氣余熱使用的設備基本是采用余熱鍋爐，而玻璃企業所使用的燃料大部分是煤氣，煤氣發生爐本身自帶水夾套，可以副產低壓蒸汽供生產生活使用，只有在吹掃煙道時，需要的蒸汽較多，需外供蒸汽加以補充。煙道吹掃結束以后，蒸汽需要量較少，這時企業為了降低運行成本，就將余熱鍋爐停開或微開。這樣大部分煙氣的余熱，還是被排空放掉了，回收利用余熱，生產蒸汽供生產和生活使用，取消外供燃煤(氣、油)鍋爐，為能完全回收窯爐尾氣余熱，達到充分節能的目的。

(1)主要用途

目前玻璃窯爐尾氣余熱一般在200~300℃左右,約有30~50萬大卡的熱量,回收這部分熱量用以預熱二次風冷空氣,使常溫冷空氣變成達到100℃左右的熱空氣,送入窯內,可以提高燃料理論燃燒溫度作用,保證必須的爐溫以加快升溫速度并能顯著節約燃料。主要用途分述如下：

1、提高燃料的理論燃燒溫度

空氣預熱后可以提高燃料的理論燃燒溫度，溫度的提高程度與燃料種類及氣體的預熱溫度有關，一般空氣預熱溫度每提高100℃可提高理論燃燒溫度50℃左右。準確數據可通過燃燒公式（2-1）計算或查表2-1。

Tli= (2-1)

式中：T1i--------理論燃燒溫度（℃）

Qnet---------燃料低位發熱量（KJ/Kg或 KJ/Nm3）

cftf---------燃料帶入的物理熱（KJ/Kg或 KJ/Nm3）

vacata-------空氣帶入的物理熱（KJ/Kg或 KJ/Nm3）

Qdi----------燃料產物中部分CO2和H2O在高溫下熱分解反應消耗的熱量（（KJ/Kg或 KJ/Nm3）

Va、V------實際空氣量和實際煙氣量（NM3/Kg Nm3/Nm3）

Cf、Ca、C---燃料、空氣和燃燒產物平均比熱[KJ/(Kg.℃)、KJ/（Nm3.℃）]

Tf、ta-----燃料和空氣進入燃燒室的溫度（℃）

2-1不同空氣預熱器溫度時燃燒的理論燃燒溫度


2、保證必需的爐溫

提高燃料的理論燃燒溫度后對提高爐溫有直接作用，爐溫t1值與理論燃燒溫度t1i的關系見式（2-2）

t1=ηgt1i(℃) (2-2)

式中：t1i-----燃料的理論燃燒溫度（℃）、ηg---爐子高溫系數

燃料的理論燃燒溫度提高后爐溫亦即提高，其輻射熱量與絕對溫度的4次方成正比，從而又提高爐子的生產能力。根據經驗：空氣預熱溫度每提高100℃，約可提高爐子生產能力2%。

對使用低熱值煤氣的高溫爐來說，預熱空氣和煤氣成為必需的前提，否則將達不到加熱工藝所需求的爐溫。為達到規定爐溫所要求的空氣預熱溫度可按圖2-1或表2-1查得燃料的理論燃燒溫度值，再按（2-2）求出爐溫值。不同發熱量的低熱值煤氣為達到規定爐溫所需空氣或煤氣的最低預熱溫度見表2-2。

表2-2使用低溫值煤氣時空氣煤氣的最低預熱溫度


3、節約燃料

單獨預熱空氣或空氣煤氣同時預熱時，燃料的節約率按（2-3）計算。

ηj=×100% (2-3)

式中

ηj --------------燃料節約率(%)

Qw--------------空氣或空氣與煤氣同時預熱時得到的物理熱(KJ/Nm3)

Qy----------煙氣帶走的熱量(KJ/Nm3)

Qd---------------燃料低發熱量[(KJ/Nm3)或(KJ/Kg)]

預熱空氣、煤氣和爐料相當于直接向爐內回收一部分熱量，對強化燃料和節約燃料有明顯效果。隨著空氣預熱溫度提高，燃料節約率亦響應增大。一般認為：每提高空氣預熱溫度100℃，可節約燃料5%左右，是有效的節能手段，投資回收期短，有高的經濟效益。

4、提高燃料效率并降低鋼材燒損

空氣預熱后由于體積膨脹使氣體流動速度加快，促使可燃物混和加強，混合物活性增加，從而能實現低氧完全燃燒并提高了燃燒效率。另外，在低氧燃燒情況下由于煙氣中氧含量減少，加火焰溫度有所提高，使鋼材在高溫狀態下停留的時間相應減少，從而鋼材的氧化燒損量減少。

5、減少煙氣排放量有利保護環境

（1）隨著環境保護標準的提高，不僅要求降低煙氣中的SO2和NOx的排放濃度，同時要求煙氣的總排放量也要減少，這是因為煙氣中CO2的大量排放將影響全球的大氣質量。

回收煙氣余熱可在總供熱量不變的情況下減少燃料的供給量，亦即減少了煙氣的生成量和排放量。回收的熱量越多，則煙氣排放量越少，對環境保護的意義就更大。

（2）熱管式空氣預熱器的特點

熱管式空氣預熱器是由具有超導傳熱元件之稱的熱管組成，它和其他形式的空氣預熱器既有如下特點：

1、傳熱性能高。

由于熱管式空氣預熱器的加熱段和冷卻段都可以帶有翅片，大大增加了擴展表面，因此其傳熱系數比普通的光管空氣預熱器要大好多倍。如圖示


2、對數平均溫差大。

由于熱管式空氣預熱器，可以方便的做到冷流體與熱流體的純逆向流動，這樣在相同的進、出口溫度就可以產生最大的對數平均溫差。

3、傳遞熱量大。

由于熱管式空氣預熱器傳熱系數和對數平均溫差大，因此，傳輸的熱量就大。熱管傳遞的熱量是指管內從沸騰段液體吸熱變為蒸汽的汽化潛熱到凝結段蒸汽又變為液體放出的潛熱量，這種吸收或放出的潛熱量是相當的大，比不是靠相變吸收或放出潛熱方式傳熱量的元件要大得多。特別適合在玻璃窯爐尾氣的余熱這種熱復符量較少的工況上使用。

4、體積小、重量輕、結構緊湊。

熱管式空氣預熱器，所傳輸的熱量大，因此，如果在傳輸同樣的熱量情況下，熱管式空氣預熱器就顯得小，結構緊湊，因此金屬的消耗量少，占地面積也可以大大減少。

5、便于拆裝、檢查和更換。

熱管式空氣預熱器是由許多根獨立的換熱元件熱管，按著一定的排列方式組成的。因此，有部分熱管更換不會影響整臺熱管式空氣預熱器的正常工作。根據玻璃窯爐尾氣余熱工況的實際情況，熱管式空氣預熱器的熱管可以定期的拆裝進行清灰。

6、熱管式空氣預熱器具有很大的靈活性，可以根據不同的熱負荷和氣體流量，將幾個熱管式空氣預熱器串聯和并聯使用。

三、熱管式空氣預熱器的結構及安裝運行

1、結構及安裝方式

熱管式空氣預熱器其結構特點為：由若干根熱管組成一個管束。中間用中孔板分開，一邊走煙氣（排氣）為加熱段，另一邊走空氣（給氣）為冷卻段。窯爐尾氣余熱從加熱段通過，經熱管吸熱段吸收熱量，使管內的液體工質吸熱、汽化相變、潛熱經冷卻段放熱，將冷空氣加熱，達到預期目的。結構形式如下圖所示。加熱段煙箱入口與窯爐主煙道相連，出口經引風機與煙囪入口相連。


2、運行

1）待余熱鍋爐停止運行或減負荷運行時，關閉煙氣入余熱鍋爐的閘板，打開空氣預熱器和通引風機的閘板使煙氣從空氣預熱器通過，加熱冷空氣，給窯爐配送熱風，以節約燃料。

2）與煙氣接觸的煙箱內的熱管時間長了會附著一層結塵。操作者在空氣預熱器運行一段時間后，可以將熱管抽出，進行清灰，然后將熱管重新裝入煙箱內，使空氣預熱器繼續工作。

3）某單位使用熱管式空氣預熱器運行參數


四、總結

1、對于高效節能型玻璃窯爐低溫煙氣的余熱利用，熱管式空氣預熱器更能充分回收利用余熱，充分達到節能的目的。

2、熱管式空氣預熱器既有造價低、安裝使用方便，投資回收期短，半年左右可回收投資。

3、一座尾氣余熱流量8000（Nm3/h）左右的玻璃窯爐，可利用余熱420（KW）。若8000（Nm3/h）空氣流量，空氣溫升可達140（℃），按日耗標煤15t計算，可節約燃料0.75（t/d）左右。

4、熱管式空氣預熱器可以充分回收利用窯爐尾氣的余熱，使排放的煙塵和SO2氣體大大減少，它的社會效益是不可估量的。

玻璃窯爐降耗節能的途徑

玻璃窯爐的耗能量占玻璃工廠總耗能的75%以上，近年來，很多企業在玻璃料方、加料系統、燃燒系統、窯爐結構、窯體保溫、余熱利用、作業控制等方面采取了很多節能措施，取得很大的成績。不少廠的燃耗指標已有明顯下降。有的廠達到了一等爐或特等爐的水平。但和國外相比，還有不小的差距。就如何降低能耗的問題，下面提出8條節能途徑：

第一、在不提高火焰溫度下提高玻璃液溫度

玻璃液溫度提高后就可加快熔化速度、縮短熔化時間，也就提高了產量降低了單耗。具體方法是：

(一)提高火焰空間對玻璃液的輻射熱量。

1.玻璃液是選擇性地吸收輻射能。小于3微米波長的能透過液面向下傳。能噴射出小于3微米波長輻射能的是火焰中的碳粒和窯空間內墻表面。所以，提高火焰的黑度(籍缺氧熱介或增碳措施)和保持窯砌體高的黑度值(與砌體表面的粗糙度和溫度有關。粘土磚和硅磚在高溫下的黑度值為：1000℃下0.61-0.62、1200℃下0.52-0.53、1400℃下0.47-0.49。高溫下電熔耐火磚的黑度值為0.4-0.5)就可增大火焰空間對玻璃液的輻射熱量。

2.消除液面附近“冷氣”膜。要注意小爐底板離液面高度和火焰噴出角度。還可考慮采用吹氧助熔措施(國外以195-500米/秒速度吹入氧后，加快了傳熱速度，液面附近的火焰溫度提高了100℃左右)。

(二)提高窯池內玻璃液溫度或溫度均勻性。

觀點是籍降低液面溫度來提高火焰對玻璃液的傳熱量。在液面溫度降低的同時也就提高了池深方向玻璃液溫度的均勻性。欲實現上述觀點采取的措施是：

1.池底鼓泡(要注意鼓泡介質的凈化和鼓泡磚的蝕損).

2.加深池深。可加劇垂直方向的對流，是池深上的玻璃液溫度均勻性提高。同時也適應熔化率的提高。

3.窯體保溫。

4.電助熔。

第二、強化均化

大多數工廠反映，均化是影響產品質量的關鍵過程。目前，均化過程基本上處于“先天不足、后天失調”的狀況。配合料入窯后難以保持混合后的均勻程度造成了組成的不均勻。玻璃液的熱透過性和窯向四周的散熱造成了溫度上的不均勻。單單依靠自然擴散來進行均化顯然是不能滿足的。為此，必須要采取強制均化的措施。當前行之有效的措施有：池低鼓泡(對深色料最明顯)，料道攪拌，工作料或料道底泄料(設漏料孔)及料道電加熱.采用攪拌措施時要注意攪拌點位置\攪拌器插入深度和攪拌工藝,否則得不到理想的效果.國產攪拌器的材質是急需解決的問題.表面液流不僅能加強橫向流\提高溫度均勻性,還能拉走液面的臟料和結皮.耳遲大小要合適,不要造成太多的熱量損失,泄料可以是連續的或間斷的。電加熱能明顯改善料道池深方向的溫度均勻性，但料到水平面的溫度分布不一定都好轉。電極形狀，電基間玻璃液電阻的確定和電極調節、安裝、維護的方法是采用加熱時需注意的問題。在采取強制均化措施的同時，仍要充分發揮自然擴散的作用。所以，在設計是要慎重考慮工作部大小和供料道長度。

第三、減少無用熱量

(一)減少無法利用的熱量，如窯體表面散熱量、孔口輻射熱量、孔口和磚縫逸出氣體帶走的熱量等。采取的措施有：1.窯體保溫。我國采用窯體保溫數年來效國顯著。但只是初級階段，還可以進一步提高保溫效果。方向是搞多層組合型保溫層，采用復合式(如夾層型、填充型)隔熱材料，發展散狀混凝土型隔熱材料，研制與各種耐火材料配套的密封料等等。2.孔口與磚縫的密封。要注意的是加料口、測溫孔、看火孔等處。有條件的應選用全封閉型的加料機(如螺旋式、裹入式)，改用剛玉嵌入管來測溫，采用工業電視來觀察火焰和化料情況。3.窯爐的大型化。窯規模越大，單位產量的散熱量越低。

(二)減少重復加熱的熱量。主要是要減少回流玻璃液重復加熱消耗的熱量(通常，此熱量要占玻璃熔化耗熱量的十分之一左右)。采取的措施有:設窯坎，流液洞下沉，適當減小流液洞高度和適當降低進流液洞的玻璃液溫度。

第四、淺層澄清，深層取料，控制液流按單通道直流方向流動

這是從提高澄清區玻璃液溫度，減少回流和選取優質玻璃液入流液洞的觀點出發的。這樣可提高玻璃液的產量、質量和減少回流玻璃液的損失。欲實現上述觀點采取的措施是:設矮闊窯坎以減淺澄清池以下沉流液洞(熔化深色料時可不下沉)。

第五、穩定的供料系統

料滴形狀、大小和溫度的穩定是保證成型質量和產量的前提。供料道與工作部之間的分隔程度以及料道的斷面、尺寸、保溫情況、加熱系統與冷卻系統是影響穩定供料的主要因素。供料道與工作部件間全分隔能使料道保持獨立作業制度，不受干擾。有些廠不用全分隔，籍熔化部熱量來加熱料道的做法是值得商榷的。料道底部橫斷面呈馬鞍形能減少橫向溫差。適當加深料盆可增大靜壓頭，使料滴溫度較穩定。料道長度和寬度要根據流料量、產量大小來確定。料道偏長些對調節溫度有利，能在較大范圍內適應流料量的變化。料道的散熱量很大，尤其是料盆處。所以要加強保溫。加熱和冷卻系統要能靈便、可靠的調節玻璃液的溫度，并保持溫度的均勻性。冷卻系統起粗調作用，加熱系統起細調作用。大多數人認為，多噴咀煤氣加熱和電加熱相結合的系統是較理想的。

第六、改變料方和配合料球化

(一)在料方中摻入少量助熔組份，如鋰云母之類能降低玻璃熔化溫度，加速玻璃熔化。出料量明顯增加。

(二)配合料球化。配合料定形處理是大家關心的課題。我們主張用干法球化處理。配合料在不加粘結劑下壓成小球粒。它能消除窯內外的粉塵，加速固相反應，增加配合料與玻璃液的接觸面積。這樣就可縮短熔化時間和延長爐齡，單位耗熱量亦隨之降低。

第七、利用可用熱量

(一)燃料要充分燃燒，把熱量全部放出來。為燒煤氣時要確定合適的空、煤氣動量比，并使空氣包圍煤氣。

(二)提高換熱效率，盡可能提高空氣預熱溫度，為此，要增大格子磚受熱表面積，采用較高的格子體，采用新穎格子磚及其排列方式(如十字形和筒形磚、排列成編籃式或煙囪式)。還要研究格子磚材質和格子體內氣流分布的均勻性(氣流分布均勻性與格子磚利用率直接有關。影響分布均勻性的因素有格子體的構筑系數，格子體上部和下部通道體積與格子體體積的比值等)。

(三)煙氣余熱利用。從蓄熱室排出的煙氣所攜帶的熱量在允許條件下應盡量回收。不少廠在煙道系統內設置廢熱鍋爐。個別廠還安裝了熱管來回收熱量。此外，應該研究怎樣利用煙氣余熱來加熱甚至燒結配合料。

對于玻璃窯爐采用熱管技術進行煙氣余熱回收，一般可應用以下兩種形式：

①在玻璃窯爐蓄熱室底部500℃以下部位安裝余熱回收裝置，利用輻射換熱的原理，充分回收煙氣的熱量，生產出飽和蒸汽。

②在玻璃窯爐的煙道旁邊設置旁路，安裝熱管式余熱回收裝置，可以把煙道中250～300℃低溫廢氣的余熱回收，生產出飽和蒸汽。

產生的蒸汽一般可以用于以下幾種途徑：

①將兩處產的飽和蒸汽經過蓄熱室頂部夾墻里的蒸汽過熱器進行過熱，可以達400℃以上，用以霧化重油，去掉壓縮空氣，達到節電的目的。

②用作加熱重油或天然氣汽化劑，去掉外供蒸汽，達到節能的效果。

③將余熱鍋爐產出的飽和蒸汽，可以用以吹掃煙道，封阻煤氣鉛封，去掉外供蒸汽。

④除了完全滿足生產用汽外，還有部分余汽可以用于生活使用（取暖、洗浴等）。

第八、采用優質耐火材料并合理配套

目前公認，必須采用各種優質耐用的耐火材料(如電容耐火材料，鋯質、鉻質、剛玉質、尖晶石質和堿性耐火材料，高密度、高強度耐火材料等)并給予合理配套，使窯爐整體的使用期限同步增長。眾所周知，砌爐材料的質量對窯產量、玻璃質量、燃料消耗量和爐齡的影響至關重要。與國外相比，我國玻璃窯爐使用耐火材料的品種、規格和質量尚存在相當的差距。改變這種狀況已刻不容緩。我們還應擴大優質耐火材料的使用部位。從長遠觀點來看，在耐火材料上多花些費用是值得的。玻璃窯爐節能涉及面廣，需要多方配合，共同努力，才能見效。