0引言

集團內部（21條玻璃熔窯生產線）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定性，已經成為影響環保系統運行穩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題，都是目前急需考慮和解決的。通過調研各區域公司鍋爐實際運行情況，對以上問題進行初步分析與探討。

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題，通過現場原因調查、運行報表數據提取分析、與操作人員技術交流溝通等方式，總結分析余熱鍋爐的運行與優化、煙氣治理等相關方面的問題及國內外新工藝技術的發展，支持企業節能減排。

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，通過橫向比較集團內部各生產線運行中存在的問題及優劣對比分析，對余熱鍋爐的運行條件及可能對脫硫脫硝產生的影響因素進行了分析、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）經濟效益

浮法玻璃熔窯煙氣余熱發電是利用玻璃熔窯排出的大量高溫煙氣，通過余熱鍋爐進行熱交換而產生過熱蒸汽，由過熱蒸汽推動汽輪機實現熱能和機械能的轉換，然后通過汽輪機的高速運轉帶動發電機組運轉，從而完成將機械能轉換為電能的過程。該技術的推廣應用減少了玻璃生產過程的能源消耗和環境污染，實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常苛刻，余熱鍋爐設備作為SCR脫硝的溫度調節系統，通過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行分析。

（1）余熱鍋爐換熱效率與運行周期的關系

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系見圖1。

圖1余熱鍋爐運行周期與換熱效率的關系

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系不明顯。

（2）余熱鍋爐運行周期與進出口溫度的關系

余熱鍋爐運行周期與進出口溫度的關系見圖2。

圖2余熱鍋爐運行周期與鍋爐運行溫度的關系

從余熱進、出口溫度與運行周期來看，運行周期長短與煙氣進、出口溫度關系不大。

（3）余熱鍋爐運行周期與進水量的關系

余熱鍋爐運行周期與進水量的關系見圖3。

圖3余熱鍋爐運行周期與進水量的關系

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

（4）余熱鍋爐運行周期與單位發電量的關系

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

圖4余熱鍋爐單位發電量對比

從玻璃單位發電量來看，A、B、C、F鍋爐單位發電量要略大于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，因而造成單位發電量較小；

②A、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能長期穩定達標運行。

SCR運行不規范：指脫硝運行不穩定，NOX無法長期穩定的達標排放。

脫硝運行與余熱鍋爐運行周期的關系見圖5。

圖5脫硝運行與余熱鍋爐運行周期的關系

從圖5可以看出，余熱鍋爐運行周期與SCR運行規范性、變化規律關系較強。總體來說，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。（1線、15線數據需單獨進行分析。）

（6）其他因素

從余熱鍋爐吹灰方式、余熱鍋爐蒸汽出口溫度、額定蒸發量、余熱鍋爐除灰量等參數分析，未發現有明顯關系的變化規律。

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進一步分析考慮。

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別

余熱鍋爐堵塞較為嚴重的線別見表1。

表1余熱鍋爐堵塞較為嚴重線別

1.4.2余熱鍋爐堵塞位置

余熱鍋爐堵塞位置見表2。高、中、低溫段堵灰狀態見圖6。

表2余熱鍋爐堵塞位置

圖6高、中、低溫段堵灰狀態

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°）交叉進入，煙氣流場較為紊亂，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，由于SCR脫硝工藝限制及運行制度（煙氣不完全通過SCR脫硝），而造成進入余熱鍋爐的煙氣量過少，導致煙氣流速過低，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，從目前來看，換熱管“平行分布狀”要優于“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線要明顯優于16線。

⑤鍋爐吹灰：現有鍋爐吹灰均采用乙炔爆破定時進行吹灰，未實現在線連續吹灰，導致吹灰不徹底，鍋爐長期運行下來，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，且凝結物質為灰白色黏性物質，使用蒸汽吹掃易結晶。從現象來看，運行脫硝是影響余熱中溫段堵塞的主要原因。從脫硝的副反應來看，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、形狀來看，均屬于煙氣結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看，SCR運行造成中溫段堵塞是影響鍋爐運行周期、環保系統長期穩定運行的最關鍵因素，因此將中溫段堵塞確定為影響鍋爐長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線安裝了SCR氨逃逸監測系統，從在線監測數據來看，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濃度沒有實際監測過，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，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，高溫煙氣經過與鍋爐列管中的水進行換熱，煙氣在接觸低溫管壁的過程中，硫酸氫銨在鍋爐管壁凝結形成（管壁溫度為225℃左右）。由于硫酸氫銨黏性很強，進而吸附煙氣中粉塵，進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際運行經驗，當SCR脫硝出口的氨逃逸濃度控制在較低值時，余熱鍋爐的系統阻力仍會因為少量硫酸氫銨的沉積附著而呈現緩慢增長的趨勢。一般當余熱鍋爐運行阻力大于設計值50%時，需要停運鍋爐，啟動沖洗水系統對余熱鍋爐進行沖洗。余熱鍋爐的沖洗周期與SCR脫硝氨逃逸濃度直接相關，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系

圖7氨逃逸與鍋爐運行周期的關系

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）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，需要加裝靜態混合器，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短，導致混合不均勻，造成局部氨量較高，因而氨逃逸過量，生成過量硫酸氫銨，導致堵塞余熱鍋爐。根據在其它工程案例進行的調研情況來看，噴氨位置設置均較我公司合理，從實際運行情況來看，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，然后在煙道內進行噴氨。由于各管上噴氨點壓力不同，從而導致噴氨不均勻。因此，如何對噴氨格柵進行優化設計與改造，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脫硝控制存在問題

2.2.1噴氨溫度、壓力不穩定

圖8為噴氨溫度為10℃時噴氨壓力與脫硝壓差上升的關系圖。

圖8供氨壓力與脫硝運行壓差的關系

從圖8可以看出，脫硝運行壓差與噴氨壓力呈正方向關系，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時氨氣溫度與脫硝壓差關系圖。

圖9氨氣溫度與脫硝運行壓差的關系

從圖9可以看出，噴氨溫度與脫硝壓差呈反方向關系，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，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產生濃度波動較大。圖10為NOx產生量與熱點溫度關系圖。

圖10NOx產生量與熱點溫度關系

從圖10看，溫度高于1400℃時，NOx產生量與溫度成指數關系上升，溫度越高，NOx產生濃度升高越快。因而在實際生產中，燃燒溫度波動幾攝氏度時，就能引起NOx產生濃度的大幅度波動。因此需要通過調整、穩定熔窯燃燒工藝，使NOx產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，延長余熱鍋爐的使用周期。

由于NOx產生量的不穩定性，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。從目前玻璃行業使用的自動化噴氨控制系統來看，依然無法滿足全自動精細化噴氨操作的要求。因此，研發玻璃行業適用的噴氨自動化控制技術，是解決過量氨逃逸的另一途徑。

3結語

浮法玻璃熔窯煙氣余熱發電是玻璃行業一項重要的節能減排技術，其運行狀況的好壞也直接關系到企業的經濟效益，因此，優化改善余熱鍋爐的運行狀況，不僅是環保系統能否連續穩定運行的促進性因素，同時也具有非常重要的經濟價值。通過本次調研，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，是今后需調研、優化、改進的一項重要工作。柴油發電機組