揣穎龍

（上海吉馳玻璃科技有限公司 上海 201102）

0 引言

煙囪是玻璃窯爐的重要輔助設(shè)備之一，它直接影響玻璃窯爐的運(yùn)行狀態(tài)。玻璃熔窯熔化各種原材料期間，需要把大量的天然氣、重油等燃料送入玻璃熔窯內(nèi)進(jìn)行燃燒，把投入到熔窯的原料進(jìn)行高溫熔化，同時(shí)需要保證玻璃熔窯內(nèi)溫度、壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定。在燃料燃燒和原料熔化的同時(shí)產(chǎn)生了大量的煙氣，并且使窯內(nèi)壓力增加，其結(jié)果，一方面使窯爐侵蝕加劇，另一方面使氣氛不穩(wěn)定。煙囪的功能就是控制煙氣排放，調(diào)節(jié)玻璃熔窯內(nèi)壓力，使其保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

玻璃熔窯煙道的常規(guī)做法是：熔窯與煙囪之間通常會(huì)設(shè)一支路用來給余熱鍋爐或煙氣處理系統(tǒng)單獨(dú)提供煙氣，煙氣經(jīng)過余熱鍋爐或煙氣處理系統(tǒng)后回到煙囪，最終排放到大氣。

在某國外項(xiàng)目中，由于玻璃生產(chǎn)線距離飛機(jī)場(chǎng)比較近，按照項(xiàng)目當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門的要求煙囪高度不能高于30 m，但是當(dāng)?shù)丨h(huán)保對(duì)于煙囪的建造以及煙氣的排放方面要求不高，通過與業(yè)主溝通，廠內(nèi)不需設(shè)余熱鍋爐系統(tǒng)。根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際要求，在滿足玻璃生產(chǎn)工藝的前提下，采用了另增一套機(jī)械排煙的工藝，解決了煙囪抽力不夠的問題。

1 機(jī)械排煙系統(tǒng)工藝布置

在玻璃生產(chǎn)線總圖規(guī)劃時(shí)，煙囪布置在聯(lián)合車間前側(cè)，煙囪與玻璃熔窯之間通過煙道進(jìn)行連接。而整套機(jī)械排煙系統(tǒng)布置在聯(lián)合車間的外側(cè)，并取代一段煙道。煙道出聯(lián)合車間一段距離后（約6 m），在左右兩側(cè)分別開孔，與引風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口相連，而引風(fēng)機(jī)排風(fēng)口通過內(nèi)部砌筑耐火磚的鋼煙道與煙囪連接。在引風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口位置分別設(shè)有閥門，在引風(fēng)機(jī)維修期間可通過閥門控制煙氣左右走向。

參考布置見圖1。

圖1 機(jī)械排煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 機(jī)械排煙系統(tǒng)的控制

玻璃熔窯內(nèi)壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定主要是通過煙氣排放量自控的，正常情況下通過煙囪的抽力來控制玻璃熔窯內(nèi)壓力為微正壓。采用機(jī)械排煙必須滿足煙氣排放量的穩(wěn)定，同時(shí)保持自身系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

機(jī)械排煙系統(tǒng)運(yùn)用的可行性，主要有以下兩點(diǎn)因素：一是項(xiàng)目的外界因素對(duì)煙囪高度是否有限制要求；二是玻璃熔窯內(nèi)壓力是否滿足生產(chǎn)工藝要求。機(jī)械排煙系統(tǒng)的使用，用來解決煙囪抽力不足、排煙量自控能力低的問題。

對(duì)于機(jī)械排煙系統(tǒng)的控制，采用了變頻控制外加設(shè)置UPS不間斷電源供電，既能保證引風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行又能保證引風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定節(jié)能運(yùn)行。另外，考慮到引風(fēng)機(jī)定期檢修需要停止運(yùn)行，所以采用兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，正常情況下一用一備，在運(yùn)行引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障停止運(yùn)行的情況下及時(shí)切換到備用引風(fēng)機(jī)，保證玻璃生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

3 煙道及風(fēng)機(jī)的材料和材質(zhì)

根據(jù)玻璃熔窯的熱工計(jì)算，煙氣在進(jìn)引風(fēng)機(jī)位置時(shí)的溫度大約為380 ℃，在設(shè)計(jì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的鋼煙道時(shí)，考慮防止鋼煙道長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)損壞，鋼煙道需采用耐熱鋼材質(zhì)或經(jīng)過其他的方式處理。設(shè)計(jì)時(shí)在鋼煙道內(nèi)部砌筑耐火磚，既能保證鋼板的正常使用，又能防止操作時(shí)操作人員的意外燙傷。

機(jī)械排煙系統(tǒng)對(duì)引風(fēng)機(jī)質(zhì)量有著較高的要求。選取國內(nèi)某知名品牌風(fēng)機(jī)廠家。對(duì)于引風(fēng)機(jī)的葉輪、蝸殼將采用不銹鋼鋼板制作，同時(shí)安裝散熱冷卻裝置，對(duì)金屬鑄件與軸頭進(jìn)行降溫，確保電機(jī)在高溫下正常運(yùn)行。

4 引風(fēng)機(jī)參數(shù)選型

4.1 風(fēng)量

該項(xiàng)目玻璃窯爐熔化量為120 t/d，通過玻璃熔窯的熱工計(jì)算，煙氣進(jìn)引風(fēng)機(jī)位置的溫度約為380 ℃，煙囪按照最大排煙量20000 Nm3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。在引風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算時(shí)，引風(fēng)機(jī)的儲(chǔ)備系數(shù)按照1.3考慮，當(dāng)?shù)卮髿鉁囟劝?0 ℃。引風(fēng)機(jī)選型計(jì)算風(fēng)量為：（當(dāng)?shù)卮髿鈮号c標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相近，可忽略不計(jì)）

20000×1.3÷（20+273）×（380+273）

=57945（m3/h）

4.2 風(fēng)壓的計(jì)算

玻璃熔窯煙氣流程總阻力損失主要來自兩部分，一是局部阻力損失；二是沿程阻力損失。煙氣的流程總阻力都是由煙氣來克服，因此引風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的抽力必須與煙氣的總阻力相適應(yīng)。正常生產(chǎn)的情況下，熔窯內(nèi)壓力為微正壓，根據(jù)玻璃熔窯的熱工計(jì)算，該項(xiàng)目煙囪底部抽力需要約300 Pa，引風(fēng)機(jī)的儲(chǔ)備系數(shù)按照1.2考慮，可選取引風(fēng)機(jī)的抽力為：

300×1.2＝360（Pa）

玻璃生產(chǎn)線到后期，往往會(huì)有部分蓄熱室堵塞的情況，相應(yīng)會(huì)造成煙氣的阻力有所增加，所以在對(duì)引風(fēng)機(jī)選型時(shí)，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓會(huì)稍大于引風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)壓。根據(jù)風(fēng)量、風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果，推薦選取引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量65000 m3/h，風(fēng)壓500 Pa，運(yùn)行介質(zhì)溫度380 ℃。

4.3 實(shí)際運(yùn)行情況

該項(xiàng)目實(shí)際采購的引風(fēng)機(jī)風(fēng)量75208 m3/h，風(fēng)壓682 Pa，轉(zhuǎn)速520 r/min，介質(zhì)溫度380 ℃。根據(jù)項(xiàng)目業(yè)主提供的實(shí)際運(yùn)行資料，玻璃生產(chǎn)線前期機(jī)械排煙系統(tǒng)變頻運(yùn)行頻率約為30 Hz（滿頻率50 Hz），按照30 Hz進(jìn)行核算（即運(yùn)行風(fēng)量為額定風(fēng)量的60%）。理論計(jì)算運(yùn)行煙氣量為：

75208×60%＝45124.8（m3/h）

理論計(jì)算運(yùn)行風(fēng)壓為：

682×60%×60%＝245.52（Pa）

引風(fēng)機(jī)廠家提供的引風(fēng)機(jī)具體參數(shù)及引風(fēng)機(jī)曲線見表1。

表1 引風(fēng)機(jī)理論計(jì)算參數(shù)（380 ℃）

引風(fēng)機(jī)理論計(jì)算時(shí)，溫度按380 ℃考慮，但電機(jī)的選型和引風(fēng)機(jī)制造完畢后的測(cè)試，都需要在常溫（20 ℃）的條件下進(jìn)行，需把理論計(jì)算參數(shù)表中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為20 ℃時(shí)的數(shù)據(jù)。以風(fēng)量為固定值計(jì)算壓力，根據(jù)理想氣體氣體狀態(tài)方程，壓力與溫度成正比關(guān)系，壓力隨之會(huì)成比例降低，但引風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)際選型時(shí)，要考慮滿足380 ℃時(shí)的運(yùn)行工況，根據(jù)引風(fēng)機(jī)的工作原理，所以引風(fēng)機(jī)的實(shí)際壓力參數(shù)按溫度與壓力的反比進(jìn)行計(jì)算，可得20 ℃時(shí)數(shù)據(jù)，見表2。引風(fēng)機(jī)性能曲線見圖2。

圖2 引風(fēng)機(jī)性能曲線

5 鋼煙道截面尺寸的確定

通過計(jì)算，煙氣在380 ℃時(shí)的最大流量為57945 m3/h。煙氣的流速取8 m/s，計(jì)算可得鋼煙道的截面積為：

57945÷3600÷8＝2.01（m2）

根據(jù)“水力最優(yōu)斷面”的概念，采取圓形截面的鋼煙道，計(jì)算可得煙道內(nèi)半徑為：

pR2＝2.01

計(jì)算可得R＝0.8 m。

鋼煙道內(nèi)部采用耐酸磚進(jìn)行環(huán)形砌筑，耐酸磚厚度為114 mm，外部采用12 mm厚鋼板焊接制作。

所以，鋼煙道外徑取值可為1.85 m。

6 煙囪簡(jiǎn)易工藝計(jì)算

采用機(jī)械排煙，對(duì)于煙囪的抽力要求可以有所降低，設(shè)計(jì)時(shí)可僅考慮煙氣的排放量，計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑即可。

我國國家環(huán)境保護(hù)局提出的現(xiàn)行規(guī)范GB 9078—1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定：4.6.1 各種工業(yè)爐窯煙囪（或排氣筒）最低允許高度為15 m。4.6.2 1997年1月1日起新建、改建、擴(kuò)建的排放煙（粉）塵和有害污染物的工業(yè)爐窯，其煙囪（或排氣筒）最低允許高度除應(yīng)執(zhí)行4.6.1和4.6.3規(guī)定外，還應(yīng)按批準(zhǔn)的環(huán)境影響報(bào)告書要求確定。4.6.3 當(dāng)煙囪（或排氣筒）周圍半徑200 m距離內(nèi)有建筑物時(shí)，除應(yīng)執(zhí)行4.6.1和4.6.2規(guī)定外，煙囪（或排氣簡(jiǎn)）還應(yīng)高出最高建筑物3 m以上。4.6.4 各種工業(yè)爐窯煙囪（或排氣筒）高度如果達(dá)不到4.6.1、4.6.2和4.6.3的任何一項(xiàng)規(guī)定時(shí)，其煙（粉）塵或有害污染物最高允許排放濃度，應(yīng)按相應(yīng)區(qū)域排放標(biāo)準(zhǔn)值的50%執(zhí)行。

沒有了抽力的限制，參照我國國內(nèi)及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門的規(guī)定，綜合廠區(qū)整體合理的布局，煙囪的具體高度經(jīng)與客戶的商討，高度定為25 m。

煙囪出口煙氣溫度的計(jì)算，經(jīng)過鋼煙道和煙囪的煙氣，溫降按照2 ℃/m［1］，鋼煙道長(zhǎng)度按7.5 m考慮，煙囪出口煙氣溫度：

380 -（25＋7.5）×2=315（℃）

煙囪出口煙氣量為：

57945÷（380＋273）×（315＋273）＝52177（m3/h）

計(jì)算煙囪出口直徑時(shí)，對(duì)于機(jī)械排煙，煙氣出煙囪出口的速度范圍為8～15 m/s，考慮熔窯日后期窯爐老化的問題，本文取值8 m/s?？梢杂?jì)算出煙囪的出口內(nèi)徑D：

得出：煙囪出口內(nèi)徑為D＝1.5 m。

7 結(jié)語

本文以國外某項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝需求以及外界環(huán)境的要求為實(shí)例，創(chuàng)新設(shè)計(jì)玻璃熔窯機(jī)械排煙系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)與實(shí)踐滿足了環(huán)境的要求和玻璃生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝的需求。機(jī)械排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決了外部環(huán)境因素對(duì)煙囪高度的限制，對(duì)于以后玻璃熔窯冷修擴(kuò)建，是一個(gè)可供選擇的較好技術(shù)方案。