700T/D玻璃窑SCR高温段余热锅炉的设计文献综述

 2021-10-13 20:14:29

毕业论文课题相关文献综述

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文献综述

一、课题背景

我国玻璃行业产能严重过剩、耗能过高、资源浪费严重、行业内恶性竞争激烈、效益低下,很多玻璃企业举步维艰。因此如何使玻璃行业尽快走出困境并实现可持续发展,是当前结构调整、建设资源节约型社会要着力解决的一个重要问题。在工业发达国家,玻璃熔窑的热效率一般在(30~40)%[1],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%[2]。玻璃窑炉燃烧重油(或其它燃料)后所产生废气的再次利用,及所谓的二次利用在玻璃,水泥行业基本上都已开始使用。目前窑炉费用的利用,一般是余热蒸汽锅炉或余热发电锅炉[4,5]。玻璃熔窑(400~55O)℃的高温烟气除少量回收利用外,约80%不回收,直接通过烟囱高空排放,尤其是南方企业,这样既大量浪费能源,又对环境造成了污染。高效利用玻璃生产中的余热成为目前降低玻璃生产综合能耗的有效途径。目前,玻璃熔窑烟气余热利用的方法主要有三种:产蒸汽直接使用、余热加热玻璃配合料、余热发电。余热锅炉是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,把水加热到一定温度工质的锅炉,高温烟气先进入炉膛,再进入前烟箱的余热回收装置,接着进入烟火管,最后进入后烟箱烟道内的余热回收装置,高温烟气变成低温烟气后排出。

二、玻璃窑余热锅炉

玻璃窑余热锅炉,即将玻璃窑余热烟气通过余热锅炉,吸收烟气中的热能,将锅炉给水加热产生一定参数的过热蒸汽,然后过热蒸汽送到汽轮机内膨胀做功,将热能转换为机械能,进而带动发电机发电。余热发电可以充分吸收玻璃窑烟气中的余热,产生的电能可以采用并网不上网的方式供企业生产用,不存在资源无处使用的问题。浮法玻璃生产线采用余热发电可以充分地回收烟气中的余热,对浮法玻璃工业的节能效果明显、意义重大,是玻璃工业能源综合利用实现节能减排的重要手段。玻璃窑余热发电系统的关键设备是余热余热锅炉2008[5],其它设备都可以采用现有的技术。

三、玻璃窑余热锅炉的工作原理

玻璃窑余热锅炉的工作原理如图1所示。将玻璃窑余热烟气通过余热锅炉,吸收烟气中的热能,将锅炉给水加热产生一定参数的过热蒸汽,然后过热蒸汽送到汽轮机内膨胀做功,将热能转换为机械能,进而带动发电机发电[8]。

四、SCR工艺

由于玻璃窑余热锅炉温度在450℃左右,需要采用脱硝装置,目前主要的商业化烟气脱硝技术包括选择性非催化还原(SelectiveNonCatalyticReduction,SNCR)技术、选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)技术和SNCR/SCR混合技术等。选择性催化还原法和选择性非催化还原法烟气,脱硝技术是20世纪70年代实现工业化应用的NO脱除技术,是目前比较成熟的烟气NO处理技术。其中选择性催化还原法烟气脱硝技术具有成熟可靠、脱硝效率高、几乎无二次污染等优点,在全球范围内有数百台成功应用的业绩和十几年的运行经验,国外70%以上的烟气脱硝装置采用选择性催化还原法技术,在我国烟气脱硝技术占有90%以上的市场[13,14]。

SNCR脱硝技术采用高温反应方式,由锅炉炉膛作为脱硝反应器,还原剂被喷入炉膛中,在950~1010℃的温度范围内由还原剂与NO、NO2发生还原反应,生成无害的氮气和水。由于受炉膛内烟气温度、停留时间、烟气流场等条件的影响,此技术方案用于玻璃窑炉的氮氧化物脱除处理有一定的局限性。SCR脱硝技术是在催化剂作用下,向温度280~420℃的烟气中喷入氨气,将NO还原成无害的氮气和水[13,15]。

五、玻璃熔窑的分类

1.玻璃窑热管余热锅炉

热管式余热锅炉可以分成两大类;汽包式和水套管式,前者适用于小容量的余热锅炉,热管冷凝段直接插入汽包内,产气量一般小于2t/h;后者适用于大容量的余热锅炉,热管冷凝段插入套管内,许多套管由上下联箱连接成一片了片管束再通过蒸汽引出管连至汽包。这种结构的水汽循环比较复杂,目前玻璃窑炉的热负荷较大,故一般采用后者结构。

2.玻璃窑水管余热锅炉

1.玻璃窑热管余热锅炉

热管式余热锅炉可以分成两大类;汽包式和水套管式,前者适用于小容量的余热锅炉,热管冷凝段直接插入汽包内,产气量一般小于2t/h;后者适用于大容量的余热锅炉,热管冷凝段插入套管内,许多套管由上下联箱连接成一片了片管束再通过蒸汽引出管连至汽包。这种结构的水汽循环比较复杂,目前玻璃窑炉的热负荷较大,故一般采用后者结构。

2.玻璃窑水管余热锅炉

水管锅炉的本体由较小直径的锅筒和管子组成,受力条件好,且受热面和炉膛的布置方便,传热性能好,热效率较高,钢材消耗率较低,在结构上可适用于大容量和高参数的锅炉,但对水质和运行要求较高。相比火管式余热锅炉,火管式锅炉是在锅筒内部发展受热面,水管锅炉则是在锅筒外部发展受热面。即火管锅炉管内是火(烟气),水管锅炉管内是水[20]。火管锅炉也就是锅壳锅炉。水管锅炉与锅壳式锅炉相比,在结构上没有特大直径的锅壳,富有弹性的弯水管替代了直的烟管,不但节约金属,更重要的是为提高容量和蒸气参数创造了条件。在燃烧方面,由于炉膛不再受锅筒的限制,可以根据燃用燃料的特性自如地进行设计,从而改善了燃烧条件,使热效率有较大的提高。因水管锅炉有良好的水循环,水质一般又经过严格处理,即便在受热面蒸发率很高的条件下,也有可能使金属管壁不致过热而损坏。加上水管锅炉受热面布置简便,清垢、除灰等条件也比烟管锅炉为好。

3.玻璃窑烟管余热锅炉

火管锅炉,就是燃料燃烧后产生的烟气在火筒或烟管中流过,对火筒或烟管外水、汽或汽水混合物加热。火管锅炉又称锅壳式锅炉。

由于受到其结构条件特点的限制,火管锅炉效率较低,一般用于容量不大的用户。

六、三者对比

火管式锅炉和水管锅炉的差别主要在于:火管式锅炉是在锅筒内部发展受热面,水管锅炉则是在锅筒外部发展受热面。即火管锅炉管内是火(烟气),水管锅炉管内是水。火管锅炉也就是锅壳锅炉。水管锅炉与锅壳式锅炉相比,在结构上没有特大直径的锅壳,富有弹性的弯水管替代了直的烟管,不但节约金属,更重要的是为提高容量和蒸气参数创造了条件。在燃烧方面,由于炉膛不再受锅筒的限制,可以根据燃用燃料的特性自如地进行设计,从而改善了燃烧条件,使热效率有较大的提高。因水管锅炉有良好的水循环,水质一般又经过严格处理,即便在受热面蒸发率很高的条件下,也有可能使金属管壁不致过热而损坏。加上水管锅炉受热面布置简便,清垢、除灰等条件也比烟管锅炉为好。

七、玻璃熔窑余热锅炉的积灰和腐蚀

璃璃窑烟气系统中,一各处的积灰情况差别很大,蓄热室至空气交换机段凡乎无灰,空气交换机以后,灰尘骤然增多,转动闸板和锅炉进气阿板处积灰较重,有的闸板被蕨包覆,已面目全非,开麈受限制,烟道底和烟道壁的灰厚可达200mm,此外烟道拐弯处,锅炉前后烟箱、烟囱根部,均有较厚的积豫。余热锅炉烟管的烟垢一般厚这3~5mm引风机的叶片上灰厚达30~50mm,引风机进出口处,厚度可达200~300mm[23]。积灰的性质不同,有的是易清除的干灰,有的是难以清除的粘灰。清灰方式一般采用钢丝刷通或蒸汽吹扫。

八、灰的成因:

锅炉中粘性灰的形成与燃烧过程的未燃黑和硫酸液的生成有关。烟气中的粒子有两个来源;一是油气热分解形成韵黑直径小到O.01~1.15p.m;另一来源是由滴燃烧后剩下的焦粒,直径迭几十微米,当雾他不良时,焦粒变粗:换火时也可能因风,油入窑时间配合不好,引起不完全燃烧增加了烟气中碳粒子含量。炭粒子很细,很轻烟道中很难沉降,只在生成硫酸液的地方才会被捕获[24]

九、结语

我国玻璃行业产能严重过剩、耗能过高、资源浪费严重、行业内恶性竞争激烈、效益低下,很多玻璃企业举步维艰。因此如何使玻璃行业尽快走出困境并实现可持续发展,是当前结构调整、建设资源节约型社会要着力解决的一个重要问题。玻璃熔窑的节能是一项系统工程,需要采取综合技术措施,从原材料优化、燃烧新技术、改进熔窑结构、加强窑体保温、延长熔窑寿命、富氧燃烧、全氧燃烧、余热利用等方面共同推进[28,30]。玻璃窑余热锅炉技术是提高玻璃行业节能减排、增加效益的重要手段,同时对电力行业具有非常重要的意义,前景广阔。

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