玻璃行業(yè) 余熱發(fā)電是必然的趨勢

回收利用玻璃熔窯的排煙熱能，進(jìn)行余熱發(fā)電，可提高玻璃企業(yè)的能源利用率。余熱發(fā)電所發(fā)電力直接用于玻璃生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，減少外購電量，降單位玻璃生產(chǎn)成本。同時(shí)可以緩解能源供應(yīng)緊張的局勢、減少污染物的排放。玻璃企業(yè)建設(shè)余熱發(fā)電可提企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少氣污染物的排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益多贏的局面，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)“減量化、再利用、資源化”原則，是我國玻璃企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)重要途徑。

1、廢氣余熱資源

部分工業(yè)過程都伴隨產(chǎn)生一定的廢棄熱能，稱之為“余熱資源”，如煙氣、廢蒸汽、廢熱水、溫待冷卻物料、化學(xué)反應(yīng)過程放熱、未燃燼物等。工業(yè)過程的能源消耗以燃料和電力為主，通常燃料的利用率在30~40%之間，會(huì)有大量的余能產(chǎn)生，且部分余能以廢氣余熱的形式存在。如不對(duì)廢氣余熱資源進(jìn)行回收利用，不僅會(huì)浪費(fèi)能源，而且還污染環(huán)境。玻璃熔窯設(shè)計(jì)使用重油、天然氣、煤氣等燃料。燃料在爐內(nèi)燃燒形成的煙氣被排出窯外，即產(chǎn)生了廢氣余熱資源。玻璃熔窯廢氣屬于中溫廢氣余熱，溫度在450℃左右。

2、廢氣余熱發(fā)電概要

這張圖顯示了一個(gè)工藝過程的能流平衡圖。

通常說來，玻璃熔窯的能流分配為：40~45%被玻璃液吸收，20~25%通過爐舀表面散熱損失，另外30%為排煙損失。這30%的熱能如不回用，直接排向氣，不僅造成能源的浪費(fèi)，而且還污染環(huán)境。玻璃窯的余熱發(fā)電就是要充分回用30%排煙中的熱能，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，生產(chǎn)出清潔的“電能”。

目前，玻璃行業(yè)主要采用熱利用的回收途徑，即設(shè)置熱管式余熱鍋爐，回收部分廢氣熱能，煙氣部分是半通過的。余熱鍋爐用于產(chǎn)生飽和蒸汽，提供給重油加熱或承擔(dān)采暖熱負(fù)荷。目前余熱鍋爐的排煙溫度在230~250℃，余熱利用率只有30~40%。而實(shí)際上，玻璃窯的排煙余熱利用率可達(dá)65~80%，詳細(xì)分析如下。

3、案例分析：

以一條600t/d燃用重油的浮法線為例：

排煙溫度約450℃左右，廢氣量約96000Nm3/h;排煙所攜帶的總熱量約6100×104kJ/h，相當(dāng)于每小時(shí)燃燒2.08噸標(biāo)煤所放出的熱量;根據(jù)發(fā)電領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，余熱鍋爐排煙溫度的選擇主要考慮1)能順利排煙，2)防止鍋爐受熱面溫段腐蝕，3)鍋爐受熱面布置經(jīng)濟(jì)合理;因重油燃料含有硫份，煙氣中含有酸性氣體，為防止余熱鍋爐產(chǎn)生溫腐蝕，余熱鍋爐的排煙溫度要于酸露點(diǎn)溫度，即于130~150℃;換言之，上述排煙總熱量中有65~70%可以被余熱鍋爐回收，剩余30~35%仍為排煙損失;如果鍋爐的排煙溫度能達(dá)到130~150℃，則余熱利用率為65~70%，節(jié)標(biāo)煤1.35~1.46噸/小時(shí)，可發(fā)電2700~2900kWh左右;對(duì)玻璃企業(yè)全廠而言，燃料利用率提高了20~21%。

如玻璃熔窯設(shè)計(jì)燃用天然氣或煤氣等清潔燃料，不受酸露點(diǎn)的限制，鍋爐的排煙溫度可為90℃，廢氣余熱回收的比例(余熱利用率)可達(dá)78~80%，節(jié)標(biāo)煤1.62~1.67噸/小時(shí)，可提高玻璃企業(yè)燃料利用率23~24%。

余熱發(fā)電系統(tǒng)就其本而言與火力發(fā)電系統(tǒng)相同，主要工作原理為：利用余熱鍋爐回收廢氣余熱中的熱能，將鍋爐給水加熱生產(chǎn)出過熱蒸汽，然后過熱蒸汽送到汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

余熱發(fā)電系統(tǒng)與火力發(fā)電系統(tǒng)的主要差距就是熱源不同。余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱源為主工藝生產(chǎn)過程排出的廢氣余熱，其主要征是：1、與火力發(fā)電相比，熱源不可控;2、熱源參數(shù)受主工藝的影響較大。

因此，在保證余熱發(fā)電系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行的前提下，為利用廢氣余熱，有著不同的余熱發(fā)電系統(tǒng)。

4、玻璃熔窯的工作點(diǎn)和廢氣資源性

玻璃熔窯生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是在一個(gè)窯齡(6~10年)內(nèi)不停窯，這樣就要求余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)：

在任何情況下保證排煙通暢，保證玻璃熔窯的安全運(yùn)行;

在任何情況要保證窯內(nèi)壓力的平穩(wěn)，任何操作對(duì)窯壓的影響要保持在±0.5Pa范圍內(nèi)波動(dòng)，

保證玻璃的質(zhì)量;

要適應(yīng)玻璃窯頻繁換向的工作點(diǎn);

需充分認(rèn)識(shí)到玻璃行業(yè)中溫廢氣余熱資源的性：

廢氣余熱屬于中溫余熱、廢氣流量較少，熱品位較低，熱回收代價(jià)較大;

廢氣余熱的參數(shù)(溫度、流量、壓力)有一定的波動(dòng)性，波動(dòng)范圍大;

我國90%左右的玻璃企業(yè)燃用重油，重油平均含硫率在0.5～3%，其燃燒產(chǎn)物含有量的腐蝕性(酸性)氣體和黏結(jié)性較強(qiáng)的油灰。

在認(rèn)識(shí)上述性的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適應(yīng)于玻璃熔窯性的余熱發(fā)電系統(tǒng)和關(guān)鍵裝備。通過對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的化設(shè)計(jì)和提關(guān)鍵裝備變工況性能來保證玻璃熔窯的正常運(yùn)行;設(shè)計(jì)制造出適應(yīng)玻璃窯廢氣性的種余熱鍋爐和與之配套的汽輪機(jī)，以獲得余熱利用率，進(jìn)而保證余熱綜合利用項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

玻璃熔窯中溫廢氣余熱資源的性分析

5、適應(yīng)于玻璃熔窯點(diǎn)的余熱發(fā)電：“單壓參數(shù)回?zé)嵊酂岚l(fā)電系統(tǒng)”系統(tǒng)簡單、余熱利用率，在提高余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的同時(shí)保證發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性。

“單壓參數(shù)回?zé)嵊酂岚l(fā)電系統(tǒng)”熱力系統(tǒng)示意圖

6、余熱電站構(gòu)成

6.1電站構(gòu)成：

熱力系統(tǒng)：余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、凝汽器、減溫減壓裝置、汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)、回?zé)崤月废到y(tǒng)、給水加熱裝置、給水泵、閥門、管道等

煙道系統(tǒng)：主煙道、旁路煙道、煙道閘板等

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：循環(huán)水泵、冷卻塔、循環(huán)水池等

化學(xué)水系統(tǒng)：化學(xué)水處理裝置、除氧裝置、補(bǔ)水泵等

電氣系統(tǒng)：壓系統(tǒng)、壓系統(tǒng)、直流電系統(tǒng)、同期裝置、保護(hù)裝置等

控制系統(tǒng)：全廠DCS系統(tǒng)

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)、回?zé)崤月废到y(tǒng)是保證余熱發(fā)電系統(tǒng)可靠性的措施，也是適應(yīng)玻璃窯廢氣性和運(yùn)行點(diǎn)的有效措施。

6.2主機(jī)裝備--玻璃熔窯余熱鍋爐

用于玻璃窯余熱發(fā)電的余熱鍋爐為電站水管鍋爐。玻璃窯發(fā)電余熱鍋爐有別于燃用燃料的電站鍋爐，由于沒有燃料供應(yīng)和爐渣排除設(shè)施，因此，玻璃窯發(fā)電余熱鍋爐的連續(xù)運(yùn)行時(shí)數(shù)于燃用燃料的電站鍋爐。發(fā)電余熱鍋爐不同于玻璃廠現(xiàn)用熱管式余熱鍋爐，配置有效在線清灰裝置，可保證在不停爐的情況下連續(xù)清灰。玻璃窯發(fā)電余熱鍋爐將從省煤器出口抽取未飽和水以適應(yīng)煙氣工況的變化，防止省煤器出口汽化現(xiàn)象產(chǎn)生，保證鍋爐的安全運(yùn)行。

典型余熱鍋爐總圖

6.2.1玻璃熔窯余熱鍋爐的清灰

如前所述，我國90%左右的玻璃企業(yè)燃用重油，重油平均含硫率在0.5～3%，其燃燒產(chǎn)物含有大量的腐蝕性(酸性)氣體和黏結(jié)性較強(qiáng)的油灰。因此，減緩余熱鍋爐結(jié)垢、在線清灰是保證余熱發(fā)電系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。煙氣中含有酸性氣體，當(dāng)鍋爐受熱面壁溫于酸露點(diǎn)溫度時(shí)，容易在鍋爐受熱面金屬表面結(jié)露形成酸性液體，酸性液體易腐蝕管壁同時(shí)還容易積灰，在管壁表面形成油垢層，這不僅影響傳熱，而且長久使用下去會(huì)加重受熱面金屬的腐蝕。

因此，配套重油煙氣的余熱鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮上述因素，從設(shè)計(jì)上減緩結(jié)垢的形成，同時(shí)采取必要的、有效的在線清灰措施。設(shè)計(jì)上減緩結(jié)垢的形成的主要措施：1)提高管壁溫度，提高給水溫度;2)選擇節(jié)距，3)選擇較煙速，4)順列布置。

在線清灰方式為溫壓氣體吹灰。在線清灰的頻率和每次清灰的時(shí)間取決于灰垢集結(jié)的速度。通常說來在線清灰的頻率為每隔8小時(shí)清灰一次，每次20~30分鐘。停爐清灰的措施為用堿水沖洗管子表面，每年小修時(shí)沖洗一次即可。

6.3主機(jī)裝備--汽輪機(jī)的性能

汽輪機(jī)內(nèi)效率：根據(jù)體項(xiàng)目的蒸汽參數(shù)(壓力、溫度、流量)，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉型進(jìn)行四維設(shè)計(jì)，提高汽輪機(jī)內(nèi)效率。

采用適應(yīng)余熱發(fā)電點(diǎn)的調(diào)節(jié)和控制手段，做到“來多少、吃多少”余熱發(fā)電的汽輪機(jī)多處于非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，采用變工況設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在非設(shè)計(jì)工況下仍有較好的內(nèi)效率，從而保證實(shí)際發(fā)電量。

7、玻璃窯余熱發(fā)電之煙道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

煙風(fēng)系統(tǒng)控制及供電原則：由原有配電系統(tǒng)供電，控制納入玻璃生產(chǎn)線的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過不同煙道閥門的連鎖控制，保證在任何情況下排煙通暢。窯壓的控制由現(xiàn)有控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，通過采取必要的措施保證煙道切換時(shí)對(duì)窯壓的不沖擊。采用強(qiáng)制通風(fēng)的方式排煙。

8、典型解決方案

8.1、600t/d浮法玻璃線(燃用重油)余熱發(fā)電站

原始條件

玻璃熔窯數(shù)量1條

日熔玻璃量：600t/d

設(shè)計(jì)使用燃料：重油煙氣

熔化單位玻璃的熱耗：約1500kcal/kg

排出煙氣量：~96000Nm3/h(±5000)

排放煙氣溫度：450℃(±30)

要求提供0.6MPa、2t/h的飽和蒸汽供重油加熱使用

8.2余熱電站形式

電站形式：熱電聯(lián)供電站

機(jī)爐配置:一臺(tái)余熱鍋爐和一套抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組

供熱能力：提供0.6MPa、2t/h的飽和蒸汽，從汽輪機(jī)部抽汽

發(fā)電能力：在保證供熱的同時(shí)，發(fā)電能力為1940~2640kW

平均發(fā)電能力2290kW

電站裝機(jī)規(guī)模:2500kW

建設(shè)期：10~12月