0引言

集團(tuán)內(nèi)部（21條玻璃熔窯生產(chǎn)線）各區(qū)域公司余熱鍋爐的運行狀況差異較大，在同樣的煙氣特性下，有的余熱鍋爐能運行18個月之久（如15線），有的僅能運行1個月（如9線）。余熱鍋爐運行的不穩(wěn)定性，已經(jīng)成為影響環(huán)保系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的一個重要因素。SCR對余熱鍋爐的影響究竟有多大，余熱鍋爐設(shè)計選型是否適應(yīng)于浮法玻璃熔窯，余熱鍋爐運行工藝是否合理等問題，都是目前急需考慮和解決的。通過調(diào)研各區(qū)域公司鍋爐實際運行情況，對以上問題進(jìn)行初步分析與探討。

1浮法玻璃熔窯余熱鍋爐堵塞原因分析

1.1調(diào)研目的

（1）分析各區(qū)域公司余熱鍋爐運行情況；

（2）分析余熱鍋爐與SCR運行影響關(guān)系。

1.2調(diào)研方式

為了解目前公司在余熱鍋爐運行方面存在的問題，通過現(xiàn)場原因調(diào)查、運行報表數(shù)據(jù)提取分析、與操作人員技術(shù)交流溝通等方式，總結(jié)分析余熱鍋爐的運行與優(yōu)化、煙氣治理等相關(guān)方面的問題及國內(nèi)外新工藝技術(shù)的發(fā)展，支持企業(yè)節(jié)能減排。

本次調(diào)研選擇集團(tuán)各區(qū)域公司的余熱鍋爐運行狀況作為調(diào)研對象，通過橫向比較集團(tuán)內(nèi)部各生產(chǎn)線運行中存在的問題及優(yōu)劣對比分析，對余熱鍋爐的運行條件及可能對脫硫脫硝產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行了分析、總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決措施。

1.3玻璃熔窯余熱鍋爐

1.3.1余熱鍋爐的作用

（1）經(jīng)濟(jì)效益

浮法玻璃熔窯煙氣余熱發(fā)電是利用玻璃熔窯排出的大量高溫?zé)煔?，通過余熱鍋爐進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生過熱蒸汽，由過熱蒸汽推動汽輪機實現(xiàn)熱能和機械能的轉(zhuǎn)換，然后通過汽輪機的高速運轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機組運轉(zhuǎn)，從而完成將機械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。該技術(shù)的推廣應(yīng)用減少了玻璃生產(chǎn)過程的能源消耗和環(huán)境污染，實現(xiàn)了玻璃熔窯煙氣的余熱利用，起到了節(jié)能、減排、增效的作用。

（2）為SCR脫硝提供合適的反應(yīng)條件

SCR脫硝對于反應(yīng)溫度要求非?？量?，余熱鍋爐設(shè)備作為SCR脫硝的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過余熱鍋爐換熱將煙氣溫度調(diào)節(jié)到最適合的溫度區(qū)間，保證了SCR脫硝的有效、穩(wěn)定、安全運行。

1.3.2余熱鍋爐應(yīng)用存在的問題

鍋爐選型：從目前我公司余熱鍋爐運行狀況來看，主要參照電廠燒煤、燒天然氣的鍋爐選型，至今沒有針對燃燒石油焦工況而專門設(shè)計的余熱鍋爐。因而鍋爐在實際使用中存在吹灰不徹底、易堵塞、易腐蝕等運行弊端。

1.3.3余熱鍋爐運行周期影響因素分析

從以下幾個方面對余熱鍋爐運行周期的影響因素進(jìn)行分析。

（1）余熱鍋爐換熱效率與運行周期的關(guān)系

余熱鍋爐換熱效率=（入口溫度－出口溫度）/入口溫度。余熱鍋爐運行周期與換熱效率的關(guān)系見圖1。

圖1余熱鍋爐運行周期與換熱效率的關(guān)系

從圖1可以看出，余熱鍋爐運行周期與余熱自身換熱效率之間關(guān)系不明顯。

（2）余熱鍋爐運行周期與進(jìn)出口溫度的關(guān)系

余熱鍋爐運行周期與進(jìn)出口溫度的關(guān)系見圖2。

圖2余熱鍋爐運行周期與鍋爐運行溫度的關(guān)系

從余熱進(jìn)、出口溫度與運行周期來看，運行周期長短與煙氣進(jìn)、出口溫度關(guān)系不大。

（3）余熱鍋爐運行周期與進(jìn)水量的關(guān)系

余熱鍋爐運行周期與進(jìn)水量的關(guān)系見圖3。

圖3余熱鍋爐運行周期與進(jìn)水量的關(guān)系

從進(jìn)水量來看，玻璃單位進(jìn)水量在10kg/t左右，從運行周期對比來看，進(jìn)水量對運行周期影響不大。

（4）余熱鍋爐運行周期與單位發(fā)電量的關(guān)系

單位發(fā)電量=余熱鍋爐實際發(fā)電量/玻璃熔窯拉引量。余熱鍋爐運行周期與單位發(fā)電量的對比見圖4。

圖4余熱鍋爐單位發(fā)電量對比

從玻璃單位發(fā)電量來看，A、B、C、F鍋爐單位發(fā)電量要略大于D、E、G、H鍋爐，初步分析原因如下：

①由于A、B、C、F鍋爐對應(yīng)脫硝運行不規(guī)范，而其它區(qū)域脫硝運行較為規(guī)范，脫硝熱損較多，因而造成單位發(fā)電量較??；

②A、B、C、F鍋爐對應(yīng)玻璃窯齡相對較老，窯爐的熱利用率較低、蓄熱能力較差，因而煙氣帶走的熱量較大，造成單位發(fā)電量略高。

（5）SCR脫硝對余熱鍋爐運行周期的影響

SCR運行規(guī)范：指噴氨正常，脫硝運行穩(wěn)定，SCR能長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運行。

SCR運行不規(guī)范：指脫硝運行不穩(wěn)定，NOX無法長期穩(wěn)定的達(dá)標(biāo)排放。

脫硝運行與余熱鍋爐運行周期的關(guān)系見圖5。

圖5脫硝運行與余熱鍋爐運行周期的關(guān)系

從圖5可以看出，余熱鍋爐運行周期與SCR運行規(guī)范性、變化規(guī)律關(guān)系較強?？傮w來說，SCR運行規(guī)范，余熱鍋爐運行周期較短；SCR運行不規(guī)范，余熱鍋爐運行周期較長。（1線、15線數(shù)據(jù)需單獨進(jìn)行分析。）

（6）其他因素

從余熱鍋爐吹灰方式、余熱鍋爐蒸汽出口溫度、額定蒸發(fā)量、余熱鍋爐除灰量等參數(shù)分析，未發(fā)現(xiàn)有明顯關(guān)系的變化規(guī)律。

綜上分析，余熱鍋爐運行周期與SCR運行規(guī)范性所呈現(xiàn)的規(guī)律性較強，因此把SCR運行對鍋爐的影響作為主要因素來進(jìn)一步分析考慮。

1.4SCR運行因素對余熱鍋爐的影響分析

1.4.1余熱鍋爐堵塞較為嚴(yán)重的線別

余熱鍋爐堵塞較為嚴(yán)重的線別見表1。

表1余熱鍋爐堵塞較為嚴(yán)重線別

1.4.2余熱鍋爐堵塞位置

余熱鍋爐堵塞位置見表2。高、中、低溫段堵灰狀態(tài)見圖6。

表2余熱鍋爐堵塞位置

圖6高、中、低溫段堵灰狀態(tài)

1.4.3堵塞原因分析

（1）高溫段堵塞原因

①高溫段堵塞均在余熱鍋爐入口段，堵塞周期較長，基本在6個月以上；堵塞沉淀均為玻璃熔窯實際所產(chǎn)生粉塵，固化后較為堅硬，不易清理。分析因煙氣與鍋爐接口均屬于直角（90°）交叉進(jìn)入，煙氣流場較為紊亂，造成煙氣流速不均，從而導(dǎo)致煙氣中粉塵多在此處聚集沉淀；再者，脫硝運行時，由于SCR脫硝工藝限制及運行制度（煙氣不完全通過SCR脫硝），而造成進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣量過少，導(dǎo)致煙氣流速過低，從而使煙氣中粉塵沉積，造成高溫段堵塞。

②鍋爐高溫段與中溫段連通閥：此閥門大部分為電動插板閥，在長期運行中粉塵易沉積在閥板上，過量累積造成粉塵大量掉落，堵塞余熱鍋爐入口高溫段。

③余熱鍋爐換熱管排列分布結(jié)構(gòu)：目前我公司鍋爐換熱管道分布基本上以“十字交叉狀”及“平行分布狀”為主，從目前來看，換熱管“平行分布狀”要優(yōu)于“十字交叉分布狀”。同一子公司1線為“十字交叉狀”分布，在不運行脫硝情況下清洗周期為2.5個月1次；2、3、4、5、6、7、8線換熱管分布均為“平行分布狀”，在同樣運行條件下，要明顯優(yōu)于1線，運行周期在8個月左右。

④換熱列管間距：換熱列管間距越大，就越不容易堵灰。在保證換熱效率的前提下，選擇合適的列管間距，有利于余熱鍋爐運行。從同一子公司的15、16線比較來看，15線列管間距為13cm左右，16線為8cm左右，從運行情況來看，15線要明顯優(yōu)于16線。

⑤鍋爐吹灰：現(xiàn)有鍋爐吹灰均采用乙炔爆破定時進(jìn)行吹灰，未實現(xiàn)在線連續(xù)吹灰，導(dǎo)致吹灰不徹底，鍋爐長期運行下來，積灰板結(jié)較為嚴(yán)重，導(dǎo)致鍋爐運行周期較短。

（2）中溫段堵塞原因

中溫段堵塞溫度均在240℃左右，且凝結(jié)物質(zhì)為灰白色黏性物質(zhì)，使用蒸汽吹掃易結(jié)晶。從現(xiàn)象來看，運行脫硝是影響余熱中溫段堵塞的主要原因。從脫硝的副反應(yīng)來看，在240℃左右，煙氣中的SO3、SO2與逃逸的NH3反應(yīng)生成粘附性強的硫酸銨與硫酸氫銨，硫酸銨與硫酸氫銨遇冷凝結(jié)、并吸附其它粉塵，最終導(dǎo)致鍋爐中溫段堵塞。

（3）低溫段堵塞原因

低溫段堵塞從堵灰顏色、形狀來看，均屬于煙氣結(jié)露硫酸等對金屬氧化腐蝕形成的二價金屬硫酸鹽顏色（如：硫酸亞鐵、硫酸銅等）。低溫段堵塞分析主要為煙氣結(jié)露，煙氣中三氧化硫形成硫酸霧對系統(tǒng)氧化腐蝕造成。結(jié)合各區(qū)域運行經(jīng)驗，鍋爐低溫段做好保溫密封，適當(dāng)提高余熱出口溫度，能有效減少低溫段結(jié)露腐蝕現(xiàn)象。

綜上，從目前我公司余熱鍋爐運行狀況來看，SCR運行造成中溫段堵塞是影響鍋爐運行周期、環(huán)保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的最關(guān)鍵因素，因此將中溫段堵塞確定為影響鍋爐長期穩(wěn)定運行的主要因素。

1.5.1硫酸鹽生成規(guī)律分析

根據(jù)玻璃熔窯煙氣監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，玻璃熔窯燃燒過程中，煙氣中的SO2約有2％被氧化成SO3。

鍋爐爐膛內(nèi)煙氣中SO2有0.5％~1.0%被氧化成SO3，此數(shù)據(jù)與我們對玻璃熔窯SCR脫硝前后SO2監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析基本一致。

玻璃熔窯煙氣中原有的SO3及經(jīng)SCR氧化后SO3與逃逸的氨（NH3）、水蒸氣反應(yīng)生成硫酸氫氨或硫酸氨：

硫酸氨在余熱鍋爐空預(yù)器的運行溫度區(qū)間內(nèi)為干燥固體粉末，對空預(yù)器影響很小。而硫酸氫銨具有很強的黏性，很容易在空預(yù)器沉積，并吸附大量煙塵，從而降低余熱鍋爐熱效率，并增大系統(tǒng)阻力。

1.5.2煙氣中SO3與NH4濃度計算

15、16線安裝了SCR氨逃逸監(jiān)測系統(tǒng)，從在線監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，SCR氨逃逸基本為15×10-6左右，因此氨逃逸系統(tǒng)暫確定為15×10-6。

煙氣中SO3濃度沒有實際監(jiān)測過，從目前我公司原煙氣酸露點（150℃左右）來計算，SO3體積濃度應(yīng)在50×10-6以上；根據(jù)玻璃熔窯燃燒在8%氧含量下燃料中約有2%硫燃燒轉(zhuǎn)化為SO3，按照燃燒2.5%含硫率的石油焦粉計算，燃燒產(chǎn)生的SO3濃度約為80mg/m3，在SCR脫硝中又約2%的SO2轉(zhuǎn)化為SO3。因此在經(jīng)過SCR脫硝后原煙氣中SO3濃度約為80mg/m3，共計折合45×10-6，與按照煙氣酸露點計算得出的結(jié)果基本相符，因此我公司煙氣中SO3濃度按照50×10-6計算。

當(dāng)氨逃逸為15×10-6、SO3濃度為50×10-6時，主要生成硫酸氫銨，生成溫度為230℃左右，這個溫度點與我公司實際運行中煙氣溫度240℃左右稍有差異。經(jīng)調(diào)研分析，230℃左右與鍋爐在此階段運行蒸汽溫度（225℃）基本一致，分析認(rèn)為，高溫?zé)煔饨?jīng)過與鍋爐列管中的水進(jìn)行換熱，煙氣在接觸低溫管壁的過程中，硫酸氫銨在鍋爐管壁凝結(jié)形成（管壁溫度為225℃左右）。由于硫酸氫銨黏性很強，進(jìn)而吸附煙氣中粉塵，進(jìn)而對鍋爐形成粘結(jié)堵塞，導(dǎo)致鍋爐換熱能力下降。

根據(jù)調(diào)研了解目前的實際運行經(jīng)驗，當(dāng)SCR脫硝出口的氨逃逸濃度控制在較低值時，余熱鍋爐的系統(tǒng)阻力仍會因為少量硫酸氫銨的沉積附著而呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢。一般當(dāng)余熱鍋爐運行阻力大于設(shè)計值50%時，需要停運鍋爐，啟動沖洗水系統(tǒng)對余熱鍋爐進(jìn)行沖洗。余熱鍋爐的沖洗周期與SCR脫硝氨逃逸濃度直接相關(guān)，氨逃逸的濃度越大，余熱鍋爐阻力的上升也就越快，余熱鍋爐的沖洗周期也就越短，氨逃逸濃度與鍋爐沖洗周期見表3及圖7。

表3氨逃逸與鍋爐運行周期的關(guān)系

圖7氨逃逸與鍋爐運行周期的關(guān)系

綜上所述，硫酸氫銨是造成我公司余熱鍋爐積灰堵塞、運行周期短的主要原因。

2解決方案探討分析

2.1氨逃逸控制

2.1.1噴氨系統(tǒng)設(shè)計

（1）噴氨距離

根據(jù)設(shè)計規(guī)范，噴氨位置到催化劑的距離應(yīng)為煙道通徑（煙道截面周長）的5～10倍。例如煙道設(shè)計為2.3m×2.3m的正方形，那么噴氨位置距催化劑的合理距離應(yīng)該為46～92m。最小設(shè)置距離為3～5倍時，需要加裝靜態(tài)混合器，噴氨位置距催化劑的合理距離應(yīng)該為27.6～46m。從公司噴氨位置基本都在10m左右，由于煙氣與氨氣混合距離過短，導(dǎo)致混合不均勻，造成局部氨量較高，因而氨逃逸過量，生成過量硫酸氫銨，導(dǎo)致堵塞余熱鍋爐。根據(jù)在其它工程案例進(jìn)行的調(diào)研情況來看，噴氨位置設(shè)置均較我公司合理，從實際運行情況來看，也較為穩(wěn)定。

（2）噴氨格柵

目前我公司的噴氨格柵由1根主管分為4根支管接入煙道，然后在煙道內(nèi)進(jìn)行噴氨。由于各管上噴氨點壓力不同，從而導(dǎo)致噴氨不均勻。因此，如何對噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計與改造，如何提高煙道截面范圍內(nèi)的噴氨均勻性，是控制和減少氨逃逸的主要手段之一。

2.2脫硝控制存在問題

2.2.1噴氨溫度、壓力不穩(wěn)定

圖8為噴氨溫度為10℃時噴氨壓力與脫硝壓差上升的關(guān)系圖。

圖8供氨壓力與脫硝運行壓差的關(guān)系

從圖8可以看出，脫硝運行壓差與噴氨壓力呈正方向關(guān)系，噴氨壓力高，脫硝壓差越高，脫硝運行不穩(wěn)定。

圖9為供氨壓力在0.2MPa時氨氣溫度與脫硝壓差關(guān)系圖。

圖9氨氣溫度與脫硝運行壓差的關(guān)系

從圖9可以看出，噴氨溫度與脫硝壓差呈反方向關(guān)系，噴氨溫度高脫硝壓差低，脫硝運行穩(wěn)定。

綜上，噴氨溫度控制在15℃以上，壓力控制在0.2MPa左右，玻璃熔窯SCR脫硝運行較為合理。根據(jù)調(diào)研，供氨系統(tǒng)氨的氣化量不夠，導(dǎo)致供氨溫度、壓力不穩(wěn)定，尤其是在冬季表現(xiàn)更為顯著，SCR脫硝保證穩(wěn)定運行更是難中之難，因此保證脫硝供氨系統(tǒng)的氨氣氣化量，從而穩(wěn)定供氨溫度、壓力是保證玻璃熔窯SCR穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。

2.2.2噴氨控制

玻璃熔窯由于其特有的燃燒工藝導(dǎo)致NOx產(chǎn)生濃度波動較大。圖10為NOx產(chǎn)生量與熱點溫度關(guān)系圖。

圖10NOx產(chǎn)生量與熱點溫度關(guān)系

從圖10看，溫度高于1400℃時，NOx產(chǎn)生量與溫度成指數(shù)關(guān)系上升，溫度越高，NOx產(chǎn)生濃度升高越快。因而在實際生產(chǎn)中，燃燒溫度波動幾攝氏度時，就能引起NOx產(chǎn)生濃度的大幅度波動。因此需要通過調(diào)整、穩(wěn)定熔窯燃燒工藝，使NOx產(chǎn)生濃度相對比較均衡，便于脫硝噴氨的控制，從而使脫硝系統(tǒng)氨逃逸量維持在較低水平，延長余熱鍋爐的使用周期。

由于NOx產(chǎn)生量的不穩(wěn)定性，要控制相對低的氨逃逸量，需加強脫硝系統(tǒng)噴氨操作的精細(xì)化控制。從目前玻璃行業(yè)使用的自動化噴氨控制系統(tǒng)來看，依然無法滿足全自動精細(xì)化噴氨操作的要求。因此，研發(fā)玻璃行業(yè)適用的噴氨自動化控制技術(shù)，是解決過量氨逃逸的另一途徑。

3結(jié)語

浮法玻璃熔窯煙氣余熱發(fā)電是玻璃行業(yè)一項重要的節(jié)能減排技術(shù)，其運行狀況的好壞也直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，優(yōu)化改善余熱鍋爐的運行狀況，不僅是環(huán)保系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定運行的促進(jìn)性因素，同時也具有非常重要的經(jīng)濟(jì)價值。通過本次調(diào)研，基本明確了決定余熱鍋爐運行周期長短的最主要因素為SCR脫硝氨逃逸過量生成的硫酸氫銨對鍋爐造成的堵塞。因此，如何控制脫硝運行中氨逃逸量，是今后需調(diào)研、優(yōu)化、改進(jìn)的一項重要工作。柴油發(fā)電機組