为了充分利用玻璃窑炉尾气余热，使用热管余热锅炉与热管式空气预热器回收余热，产生低压饱和蒸汽与加热二次风，达到节能的目的，本文详细介绍了热管余热锅炉及热管式空气预热器的用途、特点及使用。
一、热管余热锅炉回收玻璃窑炉尾气余热
玻璃生产过程中，从池窑蓄热室、换热室（或换热器）出来的烟气一般在500℃以下。这些烟气可以通过热管余热锅炉来产生蒸汽。蒸汽可用于加热和雾化重油、管道保温，以及生活取暖等。对于排烟量较大，温度较高的烟气，可通过热管余热锅炉产生较高压力的蒸汽（3.5MPa）用于蒸汽透平来发电，或者直接驱动透平空压机、风机、水泵等机械。对于从工作池和供料道等处排出的烟气，气量少而温度高，可以采用少量的高温热管（工作温度＞650℃）来预热空气，当离炉烟气温度为1000～1200℃，空气预热温度可达400～500℃，节油效果可达20%。在退火炉烟气的烟道中，以及退火炉缓冷带以后的部位都可以设制热管换热器以回收烟气的余热和玻璃制品的散热量来预热空气，作为助燃空气、干燥热源或车间取暖等的热源，都可以获得很好的节能效果。
当前国内玻璃窑炉所使用的燃料大多为重油和渣油，对于这种燃料的烟气余热回收应该特别注意热管蒸发段管外的积灰堵塞问题。我们公司经过若干年工业应用的实践，已经积累了保证热管换热器能长期运行的方法，重要的一条设计原则是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在结构上确保清洗方便。
某玻璃厂由蓄热室排出的烟气温度为420℃，烟气量为（标准状态）17800m3/h，要求将烟气温度降到200℃以下，回收的热量产生0.5MPa（表压）的低压饱和蒸汽。
该设备具有如下优越性：
① 烟气侧压力降小，可以满足工艺窑炉内负压的要求；
② 不容易积灰，设备具有热水冲冼装置，可以在线清冼；
③ 管壁温度可全部控制在烟气露点之上，避免结露及低温腐蚀；
④ 可连续长期运转，单根热管破坏不影响设备运行；
⑤ 设备成本一年内回收。
二、用热管式空气预热器回收玻璃窑炉尾气余热加热冷空气
目前回收利用玻璃窑炉尾气余热，达到节能的目的，已被广大企业所认识和落实。目前回收窑炉尾气余热使用的设备基本是采用余热锅炉，而玻璃企业所使用的燃料大部分是煤气，煤气发生炉本身自带水夹套，可以副产低压蒸汽供生产生活使用，只有在吹扫烟道时，需要的蒸汽较多，需外供蒸汽加以补充。烟道吹扫结束以后，蒸汽需要量较少，这时企业为了降低运行成本，就将余热锅炉停开或微开。这样大部分烟气的余热，还是被排空放掉了，回收利用余热，生产蒸汽供生产和生活使用，取消外供燃煤(气、油)锅炉，为能完全回收窑炉尾气余热，达到充分节能的目的。
(1)主要用途
目前玻璃窑炉尾气余热一般在200~300℃左右,约有30~50万大卡的热量,回收这部分热量用以预热二次风冷空气,使常温冷空气变成达到100℃左右的热空气,送入窑内,可以提高燃料理论燃烧温度作用,保证必须的炉温以加快升温速度并能显著节约燃料。主要用途分述如下：
1、提高燃料的理论燃烧温度
空气预热后可以提高燃料的理论燃烧温度，温度的提高程度与燃料种类及气体的预热温度有关，一般空气预热温度每提高100℃可提高理论燃烧温度50℃左右。准确数据可通过燃烧公式（2-1）计算或查表2-1。
Tli= (2-1)
式中：T1i--------理论燃烧温度（℃）
Qnet---------燃料低位发热量（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
cftf---------燃料带入的物理热（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
vacata-------空气带入的物理热（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
Qdi----------燃料产物中部分CO2和H2O在高温下热分解反应消耗的热量（（KJ/Kg或 KJ/Nm3）
Va、V------实际空气量和实际烟气量（NM3/Kg Nm3/Nm3）
Cf、Ca、C---燃料、空气和燃烧产物平均比热[KJ/(Kg.℃)、KJ/（Nm3.℃）]
Tf、ta-----燃料和空气进入燃烧室的温度（℃）
2-1不同空气预热器温度时燃烧的理论燃烧温度
2、保证必需的炉温
提高燃料的理论燃烧温度后对提高炉温有直接作用，炉温t1值与理论燃烧温度t1i的关系见式（2-2）
t1=ηgt1i(℃) (2-2)
式中：t1i-----燃料的理论燃烧温度（℃）、ηg---炉子高温系数
燃料的理论燃烧温度提高后炉温亦即提高，其辐射热量与绝对温度的4次方成正比，从而又提高炉子的生产能力。根据经验：空气预热温度每提高100℃，约可提高炉子生产能力2%。
对使用低热值煤气的高温炉来说，预热空气和煤气成为必需的前提，否则将达不到加热工艺所需求的炉温。为达到规定炉温所要求的空气预热温度可按图2-1或表2-1查得燃料的理论燃烧温度值，再按（2-2）求出炉温值。不同发热量的低热值煤气为达到规定炉温所需空气或煤气的最低预热温度见表2-2。
表2-2使用低温值煤气时空气煤气的最低预热温度
3、节约燃料
单独预热空气或空气煤气同时预热时，燃料的节约率按（2-3）计算。
ηj=×100% (2-3)
式中
ηj --------------燃料节约率(%)
Qw--------------空气或空气与煤气同时预热时得到的物理热(KJ/Nm3)
Qy----------烟气带走的热量(KJ/Nm3)
Qd---------------燃料低发热量[(KJ/Nm3)或(KJ/Kg)]
预热空气、煤气和炉料相当于直接向炉内回收一部分热量，对强化燃料和节约燃料有明显效果。随着空气预热温度提高，燃料节约率亦响应增大。一般认为：每提高空气预热温度100℃，可节约燃料5%左右，是有效的节能手段，投资回收期短，有高的经济效益。
4、提高燃料效率并降低钢材烧损
空气预热后由于体积膨胀使气体流动速度加快，促使可燃物混和加强，混合物活性增加，从而能实现低氧完全燃烧并提高了燃烧效率。另外，在低氧燃烧情况下由于烟气中氧含量减少，加火焰温度有所提高，使钢材在高温状态下停留的时间相应减少，从而钢材的氧化烧损量减少。
5、减少烟气排放量有利保护环境
（1）随着环境保护标准的提高，不仅要求降低烟气中的SO2和NOx的排放浓度，同时要求烟气的总排放量也要减少，这是因为烟气中CO2的大量排放将影响全球的大气质量。
回收烟气余热可在总供热量不变的情况下减少燃料的供给量，亦即减少了烟气的生成量和排放量。回收的热量越多，则烟气排放量越少，对环境保护的意义就更大。
（2）热管式空气预热器的特点
热管式空气预热器是由具有超导传热元件之称的热管组成，它和其他形式的空气预热器既有如下特点：
1、传热性能高。
由于热管式空气预热器的加热段和冷却段都可以带有翅片，大大增加了扩展表面，因此其传热系数比普通的光管空气预热器要大好多倍。如图示
2、对数平均温差大。
由于热管式空气预热器，可以方便的做到冷流体与热流体的纯逆向流动，这样在相同的进、出口温度就可以产生最大的对数平均温差。
3、传递热量大。
由于热管式空气预热器传热系数和对数平均温差大，因此，传输的热量就大。热管传递的热量是指管内从沸腾段液体吸热变为蒸汽的汽化潜热到凝结段蒸汽又变为液体放出的潜热量，这种吸收或放出的潜热量是相当的大，比不是靠相变吸收或放出潜热方式传热量的元件要大得多。特别适合在玻璃窑炉尾气的余热这种热复符量较少的工况上使用。
4、体积小、重量轻、结构紧凑。
热管式空气预热器，所传输的热量大，因此，如果在传输同样的热量情况下，热管式空气预热器就显得小，结构紧凑，因此金属的消耗量少，占地面积也可以大大减少。
5、便于拆装、检查和更换。
热管式空气预热器是由许多根独立的换热元件热管，按着一定的排列方式组成的。因此，有部分热管更换不会影响整台热管式空气预热器的正常工作。根据玻璃窑炉尾气余热工况的实际情况，热管式空气预热器的热管可以定期的拆装进行清灰。
6、热管式空气预热器具有很大的灵活性，可以根据不同的热负荷和气体流量，将几个热管式空气预热器串联和并联使用。
三、热管式空气预热器的结构及安装运行
1、结构及安装方式
热管式空气预热器其结构特点为：由若干根热管组成一个管束。中间用中孔板分开，一边走烟气（排气）为加热段，另一边走空气（给气）为冷却段。窑炉尾气余热从加热段通过，经热管吸热段吸收热量，使管内的液体工质吸热、汽化相变、潜热经冷却段放热，将冷空气加热，达到预期目的。结构形式如下图所示。加热段烟箱入口与窑炉主烟道相连，出口经引风机与烟囱入口相连。
2、运行
1）待余热锅炉停止运行或减负荷运行时，关闭烟气入余热锅炉的闸板，打开空气预热器和通引风机的闸板使烟气从空气预热器通过，加热冷空气，给窑炉配送热风，以节约燃料。
2）与烟气接触的烟箱内的热管时间长了会附着一层结尘。操作者在空气预热器运行一段时间后，可以将热管抽出，进行清灰，然后将热管重新装入烟箱内，使空气预热器继续工作。
3）某单位使用热管式空气预热器运行参数
四、总结
1、对于高效节能型玻璃窑炉低温烟气的余热利用，热管式空气预热器更能充分回收利用余热，充分达到节能的目的。
2、热管式空气预热器既有造价低、安装使用方便，投资回收期短，半年左右可回收投资。
3、一座尾气余热流量8000（Nm3/h）左右的玻璃窑炉，可利用余热420（KW）。若8000（Nm3/h）空气流量，空气温升可达140（℃），按日耗标煤15t计算，可节约燃料0.75（t/d）左右。
4、热管式空气预热器可以充分回收利用窑炉尾气的余热，使排放的烟尘和SO2气体大大减少，它的社会效益是不可估量的。
玻璃窑炉降耗节能的途径
玻璃窑炉的耗能量占玻璃工厂总耗能的75%以上，近年来，很多企业在玻璃料方、加料系统、燃烧系统、窑炉结构、窑体保温、余热利用、作业控制等方面采取了很多节能措施，取得很大的成绩。不少厂的燃耗指标已有明显下降。有的厂达到了一等炉或特等炉的水平。但和国外相比，还有不小的差距。就如何降低能耗的问题，下面提出8条节能途径：
第一、在不提高火焰温度下提高玻璃液温度
玻璃液温度提高后就可加快熔化速度、缩短熔化时间，也就提高了产量降低了单耗。具体方法是：
(一)提高火焰空间对玻璃液的辐射热量。
1.玻璃液是选择性地吸收辐射能。小于3微米波长的能透过液面向下传。能喷射出小于3微米波长辐射能的是火焰中的碳粒和窑空间内墙表面。所以，提高火焰的黑度(籍缺氧热介或增碳措施)和保持窑砌体高的黑度值(与砌体表面的粗糙度和温度有关。粘土砖和硅砖在高温下的黑度值为：1000℃下0.61-0.62、1200℃下0.52-0.53、1400℃下0.47-0.49。高温下电熔耐火砖的黑度值为0.4-0.5)就可增大火焰空间对玻璃液的辐射热量。
2.消除液面附近“冷气”膜。要注意小炉底板离液面高度和火焰喷出角度。还可考虑采用吹氧助熔措施(国外以195-500米/秒速度吹入氧后，加快了传热速度，液面附近的火焰温度提高了100℃左右)。
(二)提高窑池内玻璃液温度或温度均匀性。
观点是籍降低液面温度来提高火焰对玻璃液的传热量。在液面温度降低的同时也就提高了池深方向玻璃液温度的均匀性。欲实现上述观点采取的措施是：
1.池底鼓泡(要注意鼓泡介质的净化和鼓泡砖的蚀损).
2.加深池深。可加剧垂直方向的对流，是池深上的玻璃液温度均匀性提高。同时也适应熔化率的提高。
3.窑体保温。
4.电助熔。
第二、强化均化
大多数工厂反映，均化是影响产品质量的关键过程。目前，均化过程基本上处于“先天不足、后天失调”的状况。配合料入窑后难以保持混合后的均匀程度造成了组成的不均匀。玻璃液的热透过性和窑向四周的散热造成了温度上的不均匀。单单依靠自然扩散来进行均化显然是不能满足的。为此，必须要采取强制均化的措施。当前行之有效的措施有：池低鼓泡(对深色料最明显)，料道搅拌，工作料或料道底泄料(设漏料孔)及料道电加热.采用搅拌措施时要注意搅拌点位置\搅拌器插入深度和搅拌工艺,否则得不到理想的效果.国产搅拌器的材质是急需解决的问题.表面液流不仅能加强横向流\提高温度均匀性,还能拉走液面的脏料和结皮.耳迟大小要合适,不要造成太多的热量损失,泄料可以是连续的或间断的。电加热能明显改善料道池深方向的温度均匀性，但料到水平面的温度分布不一定都好转。电极形状，电基间玻璃液电阻的确定和电极调节、安装、维护的方法是采用加热时需注意的问题。在采取强制均化措施的同时，仍要充分发挥自然扩散的作用。所以，在设计是要慎重考虑工作部大小和供料道长度。
第三、减少无用热量
(一)减少无法利用的热量，如窑体表面散热量、孔口辐射热量、孔口和砖缝逸出气体带走的热量等。采取的措施有：1.窑体保温。我国采用窑体保温数年来效国显著。但只是初级阶段，还可以进一步提高保温效果。方向是搞多层组合型保温层，采用复合式(如夹层型、填充型)隔热材料，发展散状混凝土型隔热材料，研制与各种耐火材料配套的密封料等等。2.孔口与砖缝的密封。要注意的是加料口、测温孔、看火孔等处。有条件的应选用全封闭型的加料机(如螺旋式、裹入式)，改用刚玉嵌入管来测温，采用工业电视来观察火焰和化料情况。3.窑炉的大型化。窑规模越大，单位产量的散热量越低。
(二)减少重复加热的热量。主要是要减少回流玻璃液重复加热消耗的热量(通常，此热量要占玻璃熔化耗热量的十分之一左右)。采取的措施有:设窑坎，流液洞下沉，适当减小流液洞高度和适当降低进流液洞的玻璃液温度。
第四、浅层澄清，深层取料，控制液流按单通道直流方向流动
这是从提高澄清区玻璃液温度，减少回流和选取优质玻璃液入流液洞的观点出发的。这样可提高玻璃液的产量、质量和减少回流玻璃液的损失。欲实现上述观点采取的措施是:设矮阔窑坎以减浅澄清池以下沉流液洞(熔化深色料时可不下沉)。
第五、稳定的供料系统
料滴形状、大小和温度的稳定是保证成型质量和产量的前提。供料道与工作部之间的分隔程度以及料道的断面、尺寸、保温情况、加热系统与冷却系统是影响稳定供料的主要因素。供料道与工作部件间全分隔能使料道保持独立作业制度，不受干扰。有些厂不用全分隔，籍熔化部热量来加热料道的做法是值得商榷的。料道底部横断面呈马鞍形能减少横向温差。适当加深料盆可增大静压头，使料滴温度较稳定。料道长度和宽度要根据流料量、产量大小来确定。料道偏长些对调节温度有利，能在较大范围内适应流料量的变化。料道的散热量很大，尤其是料盆处。所以要加强保温。加热和冷却系统要能灵便、可靠的调节玻璃液的温度，并保持温度的均匀性。冷却系统起粗调作用，加热系统起细调作用。大多数人认为，多喷咀煤气加热和电加热相结合的系统是较理想的。
第六、改变料方和配合料球化
(一)在料方中掺入少量助熔组份，如锂云母之类能降低玻璃熔化温度，加速玻璃熔化。出料量明显增加。
(二)配合料球化。配合料定形处理是大家关心的课题。我们主张用干法球化处理。配合料在不加粘结剂下压成小球粒。它能消除窑内外的粉尘，加速固相反应，增加配合料与玻璃液的接触面积。这样就可缩短熔化时间和延长炉龄，单位耗热量亦随之降低。
第七、利用可用热量
(一)燃料要充分燃烧，把热量全部放出来。为烧煤气时要确定合适的空、煤气动量比，并使空气包围煤气。
(二)提高换热效率，尽可能提高空气预热温度，为此，要增大格子砖受热表面积，采用较高的格子体，采用新颖格子砖及其排列方式(如十字形和筒形砖、排列成编篮式或烟囱式)。还要研究格子砖材质和格子体内气流分布的均匀性(气流分布均匀性与格子砖利用率直接有关。影响分布均匀性的因素有格子体的构筑系数，格子体上部和下部通道体积与格子体体积的比值等)。
(三)烟气余热利用。从蓄热室排出的烟气所携带的热量在允许条件下应尽量回收。不少厂在烟道系统内设置废热锅炉。个别厂还安装了热管来回收热量。此外，应该研究怎样利用烟气余热来加热甚至烧结配合料。
对于玻璃窑炉采用热管技术进行烟气余热回收，一般可应用以下两种形式：
①在玻璃窑炉蓄热室底部500℃以下部位安装余热回收装置，利用辐射换热的原理，充分回收烟气的热量，生产出饱和蒸汽。
②在玻璃窑炉的烟道旁边设置旁路，安装热管式余热回收装置，可以把烟道中250～300℃低温废气的余热回收，生产出饱和蒸汽。
产生的蒸汽一般可以用于以下几种途径：
①将两处产的饱和蒸汽经过蓄热室顶部夹墙里的蒸汽过热器进行过热，可以达400℃以上，用以雾化重油，去掉压缩空气，达到节电的目的。
②用作加热重油或天然气汽化剂，去掉外供蒸汽，达到节能的效果。
③将余热锅炉产出的饱和蒸汽，可以用以吹扫烟道，封阻煤气铅封，去掉外供蒸汽。
④除了完全满足生产用汽外，还有部分余汽可以用于生活使用（取暖、洗浴等）。
第八、采用优质耐火材料并合理配套
目前公认，必须采用各种优质耐用的耐火材料(如电容耐火材料，锆质、铬质、刚玉质、尖晶石质和碱性耐火材料，高密度、高强度耐火材料等)并给予合理配套，使窑炉整体的使用期限同步增长。众所周知，砌炉材料的质量对窑产量、玻璃质量、燃料消耗量和炉龄的影响至关重要。与国外相比，我国玻璃窑炉使用耐火材料的品种、规格和质量尚存在相当的差距。改变这种状况已刻不容缓。我们还应扩大优质耐火材料的使用部位。从长远观点来看，在耐火材料上多花些费用是值得的。玻璃窑炉节能涉及面广，需要多方配合，共同努力，才能见效。
