1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名：陈洪森学号：3501110305
所在学院：能源学院
专业：热能与动力工程
设计(论文)题目：玻璃窑5T/h热管式余热锅炉的设计
指导教师：于晓锋
2015年2月8日
开题报告填写要求
1．开题报告（含文献综述）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；
3．文献综述应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；
4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T740894《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如2004年4月26日或2004-04-26。
文 献 综 述
一、选题意义
我国是玻璃生产大国，玻璃的年产量约占世界产量的一半。随着社会和经济的发展，玻璃在人类各方面活动中都显得必不可少，这种无机非金属材料所占有的地位越来越显著[1]。我国平板玻璃的生产，主要采用浮法玻璃生产技术[2]，拥有约200座浮法玻璃熔窑[3]，工艺技术水平与国际先进水平相似。但是生产玻璃的能耗与国际水平相比，依然具有较大的差距。
作为建材行业的能耗大户，玻璃的生产需要消耗大量的能源。燃料释放热量后，35%～40%被玻璃液吸收，通过窑体表面散热的损失约为20%～25%，而通过排烟所带走的热量造成的损失可达30%～40%。可见，在玻璃窑中，烟气余热利用的潜力巨大，有效利用这一部分的热能，将对企业的经济效益和节能减排产生显著的促进作用[4]。玻璃窑余热锅炉就是对熔窑烟气余热进行充分利用，从而节约能源、降低企业成本、减少污染物排放、保护环境，这既符合国家的能源政策，又给企业带来较好的经济效益，对发展循环经济有着重要的战略意义[5]。
二、行业发展现状
近10年，世界平板玻璃生产技术发展十分迅速，虽然在生产工艺上没有大
的突破，但生产规模在不断扩大，日熔化量为700～800吨的浮法玻璃生产线已
十分普遍。至2001年末，世界各地区已建成投产的浮法玻璃生产线约280条。
日熔化总能力约为13万吨,全年产量可达3600万吨以上[6]。
我国自80年代初发明洛阳浮法工艺技术[7]以来，经过几代从业人员的不懈努力，通过系统全面的完善与提高，到目前为止，在平板玻璃生产领域，浮法工艺已完全取代垂直引上法生产技术[8]。2003年平板玻璃总产量已达到2.52亿重量箱,其中浮法产量已占总量的83%以上。加工玻璃发展较快,基本满足了建筑业和汽车业的需要[9]。
三、余热锅炉的选型
在玻璃窑[10]的玻璃融化过程中,窑炉产生的废(烟)气很多企业将它直截排放到空中,不仅浪费能源,对环境会产生一定程度的污染[11]。在原烟道旁设置旁路烟道, 安装余热回收系统设备(热管余热锅炉) ,将500℃～220 ℃ 左右烟气余热进行回收利用, 降到180 ℃～160 ℃左右进入下道工序(脱硫) 或排空。回收这部分余热是玻璃企业行之有效的节能减排措施之一。每回收30MJ余热量,即可回收标煤约1kg, 同时可减少污染排放0.69kg碳、1.9625kg二氧化碳, 社会效益不可估量。还可以获得政府 节能减排奖励基金0.3元以上[12]。
余热锅炉[13]是回收废弃的余热，用它做热源，来加热冷软水使之产生蒸汽或热水。余热锅炉本身不会自生热能与热量，完全依赖废液、废气、废汽、废渣余热做热源。回收热量的多少是判断余热锅炉出力大小的依据，也是衡量余热锅炉性能高低的依据。
目前余热锅炉的种类基本上分为：热管式、水管式和烟管式这三种。因它们的传热元件与方式的不同，因此，结构形式操作方法也不同，它们之间各有特点。
1、烟管式余热锅炉的特点
（1）烟管式余热锅炉[14]管外为水空间，烟气在管内冲刷，因而炉蓄水量大。
（2）采用纵置布置，烟气纵向冲刷对流管束受热好，烟气一次通过无死角，气流也无扩散和收缩现象，冲刷分布均匀，充分发挥受热面的作用避免局部发生积灰和磨损，烟气阻力小也使得辅机电耗低。
（3）其蒸发量和蒸汽压力均受锅筒直径和运行条件的限制，锅炉燃烧效率只有72%。
（4）烟管端和管板由于冷却不佳和温度应力较大，在烟的温度高（高于600℃）、管板厚的情况下不宜采用。
图1为某种烟管式余热锅炉：
图1
2、水管式余热锅炉的特点
（1）水管式余热锅炉[15]水走管内，烟气在管外冲刷，与烟管式余热锅炉相比较换热效果较好，并且制造成本低。
（2）适用于任何烟气温度、蒸汽量和蒸汽压，在烟气温度高和温度波动的情况下也能正常工作。废气流通面积大，烟气流通阻力小，能取得较高压力产量的蒸汽，金属耗量比烟管式余热锅炉少得多。
（3）不易清灰，管外壁粘着的烟垢除平时用蒸汽吹扫外，尚需定期轮换停炉。漏风量大，投资和体积也比同容量的烟道锅炉大。
（4）对于腐蚀性气体，管子可能存在露点腐蚀问题而导致漏水[16]，可靠性较差。
3、热管式余热锅炉的特点
（1）以热管[17]作为传热元件，靠管内工质相变来传输能量的高效传热元件,它的导热效率比优良导体(如铜等)要高几百倍[18]。图2、图3分别为为热管的工作原理图和热管式余热锅炉[19]：
图2
图3
（2）结构紧凑而且流阻小,压降低。在传热性能接近的条件下,它与常规余热锅炉相比，在尺寸重量上要小50%左右,其排气压降一般小于40mmH2O[20]。
（3）不易结尘，除尘方便，节省劳动力，减少劳动强度。通过调节热管冷热段受热表面的比例来调整管壁温度，可以避开或减轻露点腐蚀。与传统的余热锅炉相比，具有不结露、防腐蚀、给水不需处理等优点。
（4）由于每一支热管都是一个独立的换热元件,因此不论其多大、多长,每一支热管均可任意拆换,可更换性能强[21]。而且个别管子损坏,亦不必停车,因为工艺气流与蒸汽产生区是完全隔离的。使用周期长、安全可靠。
应用在玻璃企业的热管余热锅炉所用的热管目前有：①采用环形翅片管[22]形式的；②采用纯光管[23]形式的：③采用波纹管[24]形式的。他们之间的特点如表3-1[25]所示
表3-1
基管三种形式的热管比较表 | |||||
特点 | 积灰状况 | 清灰难易 | 单管传热系数 | 水垢状况 | 设备重量 |
翅片管形式 | 易积灰 | 难清灰 | 高 | 易结垢 | 轻 |
纯光管形式 | 不易积灰 | 容易清灰 | 低 | 易结垢 | 重 |
波纹管形式 | 不易积灰 | 容易清灰 | 中 | 不易结垢 | 较轻 |
考虑到设备成本费用等因素，纯光管形式的热管是比较适合玻璃企业的。
四、小结
按较精确的定义应称热管为封闭的两相传热系统，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依靠装入内部的流体的相态变化(液态变为汽态和汽态变为液态)来传递热量的装置。热管余热锅炉在设计原理上,结合水管锅炉的烟气流经管外,通过外翅片强化传热的长处和火管锅炉水在汽包中稳定沸腾的优点。并且,热管余热锅炉由于本身所具有的传热效率高,结构紧凑,尺寸小、重量轻,蒸汽与热源之间有双重隔离,热应力显著减小,阻力小、压降低,维修方便,安全可靠等特点,可以将管壁温度控制在硫化物露点之上,所以低温回收成为可能[26]。因此玻璃企业适合采用纯光管形式的热管式余热锅炉。
四、参考文献
[1]马卓识,宁伟,罗理达等.玻璃窑炉节能减排的若干研究进展[J].38-46.
[2]于培霞,刘俊.大型浮法玻璃生产装置及其施工[M].中国轻工业出版社,2010
[3]林春平,陈二林,杨海洲.浮法玻璃熔炉余热发电工艺研究[J].2011,3：63-64.
[4]苗常海,蔡文汇,陈小慧等.玻璃窑余热发电站热力系统优化设计[J].2012,10.23:167-170.
[5]路明,蔡欣.玻璃窑余热发电系统的优化设计[J].2014:23-26.
[6]卞致璋.世界平板玻璃工业发展现状[J].2002,4:37-38.
[7]夏大全,赵从旭.玻璃工业节能技术[M].中国建材工业出版社，1995
[8]冯明良.我国特种浮法技术玻璃生产现状与前景展望[J].2010:27-28.
[9]张景焘.中国平板玻璃工业发展现状、未来走势及对策[J].2004:10-20.
[10]胡帆,史庆玺,任冬等.玻璃窑余热利用关键技术问题的探讨
[J].2011,5:381-386.
[11]张艳娟,姚佩,李红霞等.浅谈玻璃熔制的节能降耗[J].2014:18-21.
[12]李宝江.利用热管蒸发器(余热锅炉)回收玻璃窑炉烟道废气余热综述[J].
[13]S. Srikanth,B.Ravikumar,Swapan K. Das,and etc.Vijayan.Analysis of failures in boiler tubes due to fireside corosion in a waste heat recovery boiler[J].2003:59-66.
[14]Ming Qu,Omar Abdelaziz,Hongxi Yin.New configurations of a heat recovery absorption heat pump integrated with a natural gas boiler for boiler efficiency improvement[J].2014:175-184.
[15]R. Ebara,F.Tanaka,M.Kawasaki.Sulfuric acid dew point corrosion in waste heat boiler tube for copper smelting furnace[J].2013:29-36.
[16]地力木拉提.余热锅炉省煤器管屏腐蚀原因分析及处理方法[J].科学探索，2010:32-33
[17]庄骏,张红.热管技术及其工程应用[M].化学工业出版社，2000
[18]李宝山.热管式余热锅炉的优化设计与实践[J].2000,8:30-34.
[19]张永喜.玻璃窑热管余热锅炉[J]
[20]卫兴国.热管余热锅炉的应用[J]
[21]李峰,绳启云,王玉山,王继方.热管式余热锅炉在节能玻璃窑炉余热回收中的应用[J].2001:33-36.
[22]Hamed Abbasfard,Mehdi Ghanbari, Amin Ghasemi,and etc.Failure analysis and modeling of super heater tubes of a waste heat boiler thermally coupled in ammonia oxidation reactor[J].2012:285-292.
[23]M.Manickam ,M.P.Schwarz,J.Perry.CFD modelling of waste heat recovery boiler[J].1998:823-840.
[24]张红伟.热管余热锅炉在回收工业余热中的优势探讨[J].2000,4:178-180.
[25]王继方,钱会敏.玻璃行业的余热锅炉如何选型[J]. 203-206
[26]张俊如,王继芳.波纹重力式热管余热锅炉在节能玻璃窑炉余热回收中的应用[J].123-129.
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
一、课题内容及其主要设计参数
本课题主要研究玻璃工业中热管式余热锅炉的应用问题，题目为玻璃窑5t/h热管式余热锅炉的设计。玻璃行业作为建材行业的能耗大户，玻璃的生产需要消耗大量的能源。燃料释放热量后，35%～40%被玻璃液吸收，通过窑体表面散热的损失约为20%～25%，而通过排烟所带走的热量造成的损失可达30%～40%。本课题结合国家节能减排的大政方针，沿着科研与生产相结合的原则，通过余热回收生产过热蒸汽，提高热量的利用率。主要设计参数为：烟气进口温度为460℃，烟气出口温度为230℃，蒸汽流量为5t/h，蒸汽压力为0.8mpa，燃料种类为重油，结构型式为热管式余热锅炉。
二、研究的途径
