0引言

集團內部（21條玻璃熔窯生產(chǎn)線(xiàn)）各區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(gè)月之久（如15線(xiàn)），有的僅能運行1個(gè)月（如9線(xiàn)）。余熱鍋爐運行的不穩定性，已經(jīng)成為影響環(huán)保系統運行穩定性的一個(gè)重要因素。SCR對余熱鍋爐的影響究竟有多大，余熱鍋爐設計選型是否適應于浮法玻璃熔窯，余熱鍋爐運行工藝是否合理等問(wèn)題，都是目前急需考慮和解決的。通過(guò)調研各區域公司鍋爐實(shí)際運行情況，對以上問(wèn)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調研目的

（1）分析各區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調研方式

為了解目前公司在余熱鍋爐運行方面存在的問(wèn)題，通過(guò)現場(chǎng)原因調查、運行報表數據提取分析、與操作人員技術(shù)交流溝通等方式，總結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(wèn)題及國內外新工藝技術(shù)的發(fā)展，支持企業(yè)節能減排。

本次調研選擇集團各區域公司的余熱鍋爐運行狀況作為調研對象，通過(guò)橫向比較集團內部各生產(chǎn)線(xiàn)運行中存在的問(wèn)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，并提出了相應的解決措施。

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煙氣，通過(guò)余熱鍋爐進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，由過(guò)熱蒸汽推動(dòng)汽輪機實(shí)現熱能和機械能的轉換，然后通過(guò)汽輪機的高速運轉帶動(dòng)發(fā)電機組運轉，從而完成將機械能轉換為電能的過(guò)程。該技術(shù)的推廣應用減少了玻璃生產(chǎn)過(guò)程的能源消耗和環(huán)境污染，實(shí)現了玻璃熔窯煙氣的余熱利用，起到了節能、減排、增效的作用。

（2）為SCR脫硝提供合適的反應條件

SCR脫硝對于反應溫度要求非?？量?，余熱鍋爐設備作為SCR脫硝的溫度調節系統，通過(guò)余熱鍋爐換熱將煙氣溫度調節到最適合的溫度區間，保證了SCR脫硝的有效、穩定、安全運行。

1.3.2余熱鍋爐應用存在的問(wèn)題

鍋爐選型：從目前我公司余熱鍋爐運行狀況來(lái)看，主要參照電廠(chǎng)燒煤、燒天然氣的鍋爐選型，至今沒(méi)有針對燃燒石油焦工況而專(zhuān)門(mén)設計的余熱鍋爐。因而鍋爐在實(shí)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(gè)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(jiàn)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?yè)Q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(jiàn)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(lái)看，運行周期長(cháng)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(jiàn)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(lái)看，玻璃單位進(jìn)水量在10kg/t左右，從運行周期對比來(lái)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(shí)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(jiàn)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(lái)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(yíng)、B、C、F鍋爐對應脫硝運行不規范，而其它區域脫硝運行較為規范，脫硝熱損較多，因而造成單位發(fā)電量較??；

②A(yíng)、B、C、F鍋爐對應玻璃窯齡相對較老，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運行規范：指噴氨正常，脫硝運行穩定，SCR能長(cháng)期穩定達標運行。

SCR運行不規范：指脫硝運行不穩定，NOX無(wú)法長(cháng)期穩定的達標排放。

脫硝運行與余熱鍋爐運行周期的關(guān)系見(jiàn)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運行規范性、變化規律關(guān)系較強?？傮w來(lái)說(shuō)，SCR運行規范，余熱鍋爐運行周期較短；SCR運行不規范，余熱鍋爐運行周期較長(cháng)。（1線(xiàn)、15線(xiàn)數據需單獨進(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分析，未發(fā)現有明顯關(guān)系的變化規律。

綜上分析，余熱鍋爐運行周期與SCR運行規范性所呈現的規律性較強，因此把SCR運行對鍋爐的影響作為主要因素來(lái)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重的線(xiàn)別

余熱鍋爐堵塞較為嚴重的線(xiàn)別見(jiàn)表1。

表1余熱鍋爐堵塞較為嚴重線(xiàn)別

1.4.2余熱鍋爐堵塞位置

余熱鍋爐堵塞位置見(jiàn)表2。高、中、低溫段堵灰狀態(tài)見(jiàn)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(cháng)，基本在6個(gè)月以上；堵塞沉淀均為玻璃熔窯實(shí)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(chǎng)較為紊亂，造成煙氣流速不均，從而導致煙氣中粉塵多在此處聚集沉淀；再者，脫硝運行時(shí)，由于SCR脫硝工藝限制及運行制度（煙氣不完全通過(guò)SCR脫硝），而造成進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣量過(guò)少，導致煙氣流速過(guò)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(mén)大部分為電動(dòng)插板閥，在長(cháng)期運行中粉塵易沉積在閥板上，過(guò)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構：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(lái)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(xiàn)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(gè)月1次；2、3、4、5、6、7、8線(xiàn)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(xiàn)，運行周期在8個(gè)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(xiàn)比較來(lái)看，15線(xiàn)列管間距為13cm左右，16線(xiàn)為8cm左右，從運行情況來(lái)看，15線(xiàn)要明顯優(yōu)于16線(xiàn)。

⑤鍋爐吹灰：現有鍋爐吹灰均采用乙炔爆破定時(shí)進(jìn)行吹灰，未實(shí)現在線(xiàn)連續吹灰，導致吹灰不徹底，鍋爐長(cháng)期運行下來(lái)，積灰板結較為嚴重，導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，且凝結物質(zhì)為灰白色黏性物質(zhì)，使用蒸汽吹掃易結晶。從現象來(lái)看，運行脫硝是影響余熱中溫段堵塞的主要原因。從脫硝的副反應來(lái)看，在240℃左右，煙氣中的SO3、SO2與逃逸的NH3反應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、并吸附其它粉塵，最終導致鍋爐中溫段堵塞。

（3）低溫段堵塞原因

低溫段堵塞從堵灰顏色、形狀來(lái)看，均屬于煙氣結露硫酸等對金屬氧化腐蝕形成的二價(jià)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露，煙氣中三氧化硫形成硫酸霧對系統氧化腐蝕造成。結合各區域運行經(jīng)驗，鍋爐低溫段做好保溫密封，適當提高余熱出口溫度，能有效減少低溫段結露腐蝕現象。

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

1.5.1硫酸鹽生成規律分析

根據玻璃熔窯煙氣監測數據顯示，玻璃熔窯燃燒過(guò)程中，煙氣中的SO2約有2％被氧化成SO3。

鍋爐爐膛內煙氣中SO2有0.5％~1.0%被氧化成SO3，此數據與我們對玻璃熔窯SCR脫硝前后SO2監測數據對比分析基本一致。

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）、水蒸氣反應生成硫酸氫氨或硫酸氨：

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

1.5.2煙氣中SO3與NH4濃度計算

15、16線(xiàn)安裝了SCR氨逃逸監測系統，從在線(xiàn)監測數據來(lái)看，SCR氨逃逸基本為15×10-6左右，因此氨逃逸系統暫確定為15×10-6。

煙氣中SO3濃度沒(méi)有實(shí)際監測過(guò)，從目前我公司原煙氣酸露點(diǎn)（150℃左右）來(lái)計算，SO3體積濃度應在50×10-6以上；根據玻璃熔窯燃燒在8%氧含量下燃料中約有2%硫燃燒轉化為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轉化為SO3。因此在經(jīng)過(guò)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(diǎn)計算得出的結果基本相符，因此我公司煙氣中SO3濃度按照50×10-6計算。

當氨逃逸為15×10-6、SO3濃度為50×10-6時(shí)，主要生成硫酸氫銨，生成溫度為230℃左右，這個(gè)溫度點(diǎn)與我公司實(shí)際運行中煙氣溫度240℃左右稍有差異。經(jīng)調研分析，230℃左右與鍋爐在此階段運行蒸汽溫度（225℃）基本一致，分析認為，高溫煙氣經(jīng)過(guò)與鍋爐列管中的水進(jìn)行換熱，煙氣在接觸低溫管壁的過(guò)程中，硫酸氫銨在鍋爐管壁凝結形成（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)而對鍋爐形成粘結堵塞，導致鍋爐換熱能力下降。

根據調研了解目前的實(shí)際運行經(jīng)驗，當SCR脫硝出口的氨逃逸濃度控制在較低值時(shí)，余熱鍋爐的系統阻力仍會(huì )因為少量硫酸氫銨的沉積附著(zhù)而呈現緩慢增長(cháng)的趨勢。一般當余熱鍋爐運行阻力大于設計值50%時(shí)，需要停運鍋爐，啟動(dòng)沖洗水系統對余熱鍋爐進(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(jiàn)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噴氨系統設計

（1）噴氨距離

根據設計規范，噴氨位置到催化劑的距離應為煙道通徑（煙道截面周長(cháng)）的5～10倍。例如煙道設計為2.3m×2.3m的正方形，那么噴氨位置距催化劑的合理距離應該為46～92m。最小設置距離為3～5倍時(shí)，需要加裝靜態(tài)混合器，噴氨位置距催化劑的合理距離應該為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(guò)短，導致混合不均勻，造成局部氨量較高，因而氨逃逸過(guò)量，生成過(guò)量硫酸氫銨，導致堵塞余熱鍋爐。根據在其它工程案例進(jìn)行的調研情況來(lái)看，噴氨位置設置均較我公司合理，從實(shí)際運行情況來(lái)看，也較為穩定。

（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，然后在煙道內進(jìn)行噴氨。由于各管上噴氨點(diǎn)壓力不同，從而導致噴氨不均勻。因此，如何對噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化設計與改造，如何提高煙道截面范圍內的噴氨均勻性，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(wèn)題

2.2.1噴氨溫度、壓力不穩定

圖8為噴氨溫度為10℃時(shí)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，脫硝運行不穩定。

圖9為供氨壓力在0.2MPa時(shí)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。根據調研，供氨系統氨的氣化量不夠，導致供氨溫度、壓力不穩定，尤其是在冬季表現更為顯著(zhù)，SCR脫硝保證穩定運行更是難中之難，因此保證脫硝供氨系統的氨氣氣化量，從而穩定供氨溫度、壓力是保證玻璃熔窯SCR穩定運行的關(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致NOx產(chǎn)生濃度波動(dòng)較大。圖10為NOx產(chǎn)生量與熱點(diǎn)溫度關(guān)系圖。

圖10NOx產(chǎn)生量與熱點(diǎn)溫度關(guān)系

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

由于NOx產(chǎn)生量的不穩定性，要控制相對低的氨逃逸量，需加強脫硝系統噴氨操作的精細化控制。從目前玻璃行業(yè)使用的自動(dòng)化噴氨控制系統來(lái)看，依然無(wú)法滿(mǎn)足全自動(dòng)精細化噴氨操作的要求。因此，研發(fā)玻璃行業(yè)適用的噴氨自動(dòng)化控制技術(shù)，是解決過(guò)量氨逃逸的另一途徑。

3結語(yǔ)

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)保系統能否連續穩定運行的促進(jìn)性因素，同時(shí)也具有非常重要的經(jīng)濟價(jià)值。通過(guò)本次調研，基本明確了決定余熱鍋爐運行周期長(cháng)短的最主要因素為SCR脫硝氨逃逸過(guò)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，是今后需調研、優(yōu)化、改進(jìn)的一項重要工作。柴油發(fā)電機組