玻璃退火窑的余热利用方法

杨小平,朱 慧

(中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063)

玻璃行业为高耗能、高排放行业。玻璃工业中三大热工设备之一的退火窑，存在大量的排风余热资源。在国家节能减排的大环境下，将节能理念应用于玻璃生产线项目前期方案设计及施工图设计中，通过回收的方式充分利用退火窑排风余热，既能减少热污染排放，又能降低采暖空调系统的能耗。

1 退火窑余热利用参数

玻璃在退火工段冷却过程中首先经过预热均热区，该区一般由A区、B1区、B2区、C区四个冷却系统组成[1]，从A区到C区玻璃温度由600 ℃降至370 ℃，因玻璃退火窑窑内风压控制严格,每个区配置一台冷却风机，各区域风系统均独立设置，风机将热风直接接至室外高空排放。

以一条日产600 t浮法生产线，退火窑余热通过风管接至末端辐射管为例来计算(该数据仅作为计算依据，每条生产线以实测为准)。假设各区域回收利用后排风温度均为100 ℃，则退火窑理论回收总热量为1 180 kW。每个区可回收的热量及计算参数见表1。

表1 退火窑各区域参数

此部分热量回收之后用于生产线的辐射采暖系统，每天运行24 h，每年运行120 d，累计可回收12 234 240 MJ热能，累计可节省标煤417 t，或节省天然气 33.6万m3，或节省余热蒸汽5 653 t(增加余热发电113万度)。通过以上计算说明，在不影响工艺生产的情况下，充分利用退火窑A区、B1区、B2区、C区的余热，可以实现节能减排，提高企业的经济效益与社会效益。

2 退火窑余热利用方式

2.1 直接利用退火窑热风

目前很多北方的浮法项目，切裁成品工段支线机械手区域，要求操作温度在12 ℃以上，温度过低机械手吸盘容易掉片，影响设备的正常工作。切裁成品区属于高大厂房，需要采暖的机械手区域在厂房中间，因生产线的关系，机械手区域无法单独隔开。鉴于以上原因，在玻璃厂切裁成品区域采暖系统设计时，采用散热器值班采暖加退火窑热风局部采暖相结合的供暖方案。

2.1.1 退火窑热风接至局部采暖区低温辐射管内

以A区为例，在管路2上增加止回风阀和压力测点P1，管路3上设置电磁风阀F1，电磁风阀F1与风机连锁联动，风机选用变频风机，热风经风机加压后由管道4送至机械手上方的辐射管内，通过辐射供热的方式保证机械手区域温度。管路5上设置电磁阀F2及二氧化硫气体检测装置，管路6上设置电磁阀F3，系统原理图如图1所示。(B1区、B2区、C区的余热回收系统原理图与A区同，各区域单独设置管路接至末端辐射管，互不影响)。

该热风系统的温度控制逻辑：当室外温度低于10 ℃，启动热风系统。当室外温度高于20 ℃，关闭热风系统。启动顺序：打开风机入口前的电磁风阀F1，开启送风机，风机低频运行，同时检测风管2上的压力测点P1，确保压力在0 Pa附近，当压力低于0 Pa时，则降低风机的频率直至P1风压升至0 Pa；关闭顺序：关闭送风机，关闭电磁风阀。

热风通过辐射管，将热量辐射至室内，出风温度降至70 ℃左右，经管路5末端圆形散流器下送至厂房内。退火窑A区在生产中会使用二氧化硫，因此排风中可能会含有微量二氧化硫气体[2]，当管道5上的气体检测装置报警，电磁阀F2自动关闭，电磁阀F3自动开启，辐射管内热风排至室外。除A区外，B1区、B2区、C区热风中不含有毒气体，不需要设置管路6，热风经辐射管降温后，均可排至室内，充分利用热风的余热。

2.1.2 退火窑热风接至局部采暖区侧送

利用高温热风直接向采暖区供热，是效率最高方式，但规范要求集中热风供暖系统，送风温度不得高于70 ℃。因此需要将退火窑热风及室外新风引至混风静压箱内，在静压箱内充分混合至70 ℃左右，送至采暖区。以C区为例阐述系统原理，如图2所示，在管路2上设置电动风阀F1和压力测点P1，管路3上设置电动风阀F2、压力测点P2、风速测点V2，管路4上设置新风机、电动风阀F3、止回风阀、压力测点P3、风速测点V3，管路5上设置电动风阀F4、压力测点P4、风速测点V4、温度测点T4，管路6末端设置球形喷口将70 ℃热风送至机械手区域。(B1区、B2区的余热回收利用时，可将各管路接至静压箱，混风至合适温度。静压箱前管路原理与C区同)。

该热风系统的温度控制逻辑：系统初始状态，电动阀F1全开，F2、F3、F4全关，在室外温度低于10 ℃，启动热风系统。首先开启电动阀F3、F4至开度30%，开启新风机，低频运行，逐步加大频率及电动阀F3开度，同时开启送风机，低频运行，逐步加大频率及电动阀F4，期间保证新风机风量与送风机风量相匹配，当新风量达到设计值，新风管路不再调节，开启电动阀F2，逐步加大F2开度，减小电动阀F1的开度，同时逐步加大送风机的频率及电动阀F4，将总风量调整到设计值，直至F1全关，F2全开。混风后温度保证T4在70 ℃ 左右，温度低于设定值可以减小电动阀F3开度，温度高于设定值可以增大电动阀F3开度。当室外温度高于20℃，关闭热风系统。关闭顺序：开启电动阀F1，关闭电动阀F2，关闭新风机及电动阀F3，关闭送风机及电动阀F4。此采暖方式，不适合A区热风利用(空气中含微量二氧化硫)。

2.2 间接利用退火窑热风

通过余热回收利用装置间接利用退火窑热风，置换出的热源，用途更广泛。

通过空气-水换热器置换为热水，可作为冬季采暖系统的热源，也可作为全年生活热水热源，供厂前区使用。以A区为例，原理图如图3所示。(B1区、B2区、C区的余热回收系统原理图与A区同，各区域换热后的管路可并联起来供末端使用)。

通过余热锅炉装置转换为过热蒸汽[3]，供暖季节蒸汽可作为采暖系统的热源，供冷季节蒸汽可作为溴化锂制冷机组的热源，同时蒸汽可用于工艺设备的保温和加湿，比如原料车间的混合机处。以A区为例，原理图如图4所示。(B1区、B2区、C区的余热回收系统原理图与A区同，各区域通过连管均接至热风锅炉)。

2.3 退火窑热风回收利用设计注意事项

对于工业化生产来说，生产线稳定是第一位，热风引用时，需要在不影响窑温窑压的情况下进行，否则破坏原有热平衡，得不偿失。退火窑热风产量冬天与夏季相比明显减少，利用余热来采暖的项目，需要考虑热源的备用，防止退火窑余热不足。目前退火窑热风利用的计算参数来源于机电专业提供的设计参数，并不是实测值。建议机电专业在退火窑设计时，排风管路上安装风温、风速、风压测点，保存好生产线上的一手资料，为热风利用提供更科学的计算依据。退火窑周围空气温度在40 ℃以上，排风管内的温度500～200 ℃ 不等， 根据项目需求，需要利用退火窑余热时，应在项目初期设计好方案与生产线一同施工，项目投产之后再施工，施工难度大，高温作业危险性高。

3 结 论

退火窑余热利用形式多样，直接利用热风的形式简单方便，适合用于北方采暖区域，间接利用热风的形式用途更为广泛，可用于采暖、制冷、生活热水、生产线工艺加湿等。利用退火窑余热时，需要结合每个项目的实际情况，经技术经济分析比较后选用合理的回收形式[4]，在减少热污染排放的同时，降低企业运行成本，实现减排和经济效益的双赢。