摘要：介绍了蓄热燃烧和烟气余热回收技术在天然气马蹄焰水玻璃窑中的应用，通过实际项目的建设及运行分析，总结了天然气马蹄焰窑的一些设计经验和运行数据。
关键词：天然气马蹄焰水玻璃窑；蓄热燃烧；节能优化设计；余热回收
中图分类号：TQ171.6文献标志码：A文章编号：1002-1639（2016）01-0049-03
为推进区域节能减排工作，某集团与湖南某化工企业合作，积极推广清洁能源天然气的高效利用。以一座新建的天然气全保温蓄热式马蹄焰水玻璃熔窑为范例，通过对窑炉燃烧、控制系统及烟气余热回收系统的优化设计，达到提高水玻璃熔窑的系统能效，降低单位产品能耗改善环境的目的。后期逐步展开对其他水煤气窑炉的天然气改造，实现整个厂区的清洁能源改造与能量系统优化。
1简介
本项目首先对马蹄焰水玻璃窑进行燃烧数值模拟，通过模拟结果指导窑炉设计及烧嘴等燃烧系统的配置，使天然气在该炉型上实现高效利用。并对生产过程中水玻璃窑炉产生的烟气余热资源进行回收利用，产生蒸汽，供厂区工艺系统用热。同时针对水玻璃溶解过程中间断使用蒸汽的特点，采用蒸汽蓄热器稳定蒸汽管网压力，避免蒸汽放空，合理高效地利用余热资源。对整个工艺过程采用优化的自控方案，实现生产的高效、平稳、安全、节能的运行。一期工程主要是一座25m3马蹄焰水玻璃熔窑及相应余热回收系统的建设，包含窑炉本体、燃烧系统、余热回收、蓄热系统及整个项目的自动控制系统。
2系统改造
2.1整体工艺流程
天然气经蓄热式马蹄焰水玻璃窑完全燃烧后，产生约400℃的高温烟气，高温烟气进余热锅炉产生190℃左右的饱和蒸汽，饱和蒸汽通入1#分汽缸。蓄热器连通产能端1#分汽缸和用能端2#分汽缸，起到缓和压力和间断蓄热功能。蒸汽主管网则作为辅助和调节功能，并联至各个用能端。
2.2天然气马蹄焰水玻璃窑
1)窑炉本体
该项目水玻璃窑主要分四个部分：熔化部、蓄热室、小炉和烟道。炉体采用优质耐火材料，窑炉采用全保温措施，节能降耗；结合燃烧数值模拟对小炉进行合理设计，改善燃烧效果，提高热利用率；蓄热室采用箱形结构，格子体采用筒型砖，提高换热面积和热利用率，降低能耗；加强熔窑的密封，减少辐射散热，降低能耗；采用流液洞减少玻璃液回流，降低能耗。
2)蓄热式燃烧系统
窑炉燃烧系统见图3、图4，窑炉设置A、B两个小炉，相应配备两套燃烧系统，共计4个烧嘴及其相应的高压冷却风；两侧小炉交替燃烧，使用时先点燃小炉A中烧嘴，烟气依靠引风机抽力通过小炉B和蓄热室B，将蓄热室B预热后以400℃左右的低温排出。经30min自动换向，小炉B中烧嘴点燃，助燃空气经蓄热室B预热至1000℃左右后进入小炉B与燃气混合燃烧，小炉A中烧嘴停止燃烧改为排烟，如此往复运行。窑炉配有一台引风机，一台助燃风机，一台投料机。窑炉燃烧换向用的天然气阀、冷却风阀及紧急切断阀为电磁阀。调节阀PV1和FV1为电动调节阀，烟道闸板阀PV2为气动调节阀。窑炉还配有一台火焰监视用的工业电视，用于观察窑炉内火焰燃烧情况。窑炉控制系统包括：燃气紧急切断控制回路，燃气压力控制回路，窑炉温度控制回路，助燃风控制回路，窑炉压力控制回路，窑炉液位控制回路，窑炉换向控制。
2.3余热回收系统
烟气余热回收系统配置一台余热锅炉和一台蒸汽蓄热器。其中余热锅炉采用水管两回程汽包外置锅炉结构，换热效果好没有烟气死角，水循环安全有结构弹性，为防止管子积灰配置在线清灰装置(固定吹灰器)，设计参数见表3。蒸汽蓄热器设计能力为1.85t，容积为53m3，主要用于调节蒸汽的用能时间不一致性，以保证管网稳定性，同时避免蒸汽放散损失。
3效益
1)燃料费用
新建天然气窑炉投用后，单位产品水玻璃能耗约为140m3/t(标准)，厂区原有水煤气窑炉用煤单位产品能耗约为230kg/t，按照当地能源价格每吨产品增加74元，年产能4.2万t的水玻璃窑能源费用增加310.8万元。
2)人工费用
与燃煤水煤气水玻璃窑生产线相比，减少了煤场、煤气发生炉及辅助设备的人工费用，年节约费用约20万元。
3)节约排污费
原采用大同块煤作为燃料，每年需缴纳排污费30万元，目前暂不收取取水费。改造后，改变了处理工艺，这两项费用不再发生，每年合计节约30万元。
4)回收热量，提高效率
余热锅炉每小时回收1.5t蒸汽，年回收蒸汽1.19万t，蒸汽价格按照180元/t计算，年运行330天，每年可产生的经济效益为213.8万元。
5)节约检修费用
经过初步估算，天然气窑炉比原燃煤水煤气窑炉系统每年可以节约检修费用约20万元。综上，新建天然气窑炉与原燃煤水煤气窑炉相比，年总运营费用增加27万元。但是采用天然气作为燃料，与原来烧煤的窑炉相比较，车间采用自动控制系统，生产线运行更加安全稳定，人工的操作简单化，厂区的环境大有改善，排烟中降低了NOx、硫化物及CO2的排放量，具有较高的环境效益。
4结论
新建天然气马蹄焰水玻璃窑通过燃烧控制和余热利用优化设计后，年运营成本基本与原燃煤水煤气窑炉持平，但厂区环境有较大改善，环境效益提升显著，符合国家节能减排政策，并实现了清洁生产。
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作者：张冬霞 姚钰锋 李春章 周勇 单位：上海新奥能源科技有限公司
