中國凱盛國際工程有限公司天潤成(北京)資源節(jié)能科技有限公司

玻璃熔窯廢氣余熱發(fā)電技術

推廣與應用

PromotionandApplicationofWaste-heatPowerGenerationTechnologyforGlassFurnace2006-4-25第十七屆中國國際玻璃工業(yè)技術展覽會The17thChinaInternationalGlassIndustrialTechnicalExhibition

(ChinaGlass2006)

主要內容廢氣余熱資源及其利用途徑玻璃熔窯節(jié)能潛力廢氣余熱發(fā)電技術概要余熱發(fā)電系統(tǒng)建設原則和要求玻璃熔窯的工作特點和廢氣資源特性適應于玻璃熔窯特點的余熱發(fā)電專利技術玻璃熔窯余熱發(fā)電關鍵裝備及系統(tǒng)介紹典型解決方案廢氣余熱資源大部分工業(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、高溫待冷卻物料、化學反應過程放熱、未燃燼物等。余熱資源屬于二次能源、中級能，就形態(tài)分有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種，這里主要討論的是“廢氣余熱資源”。廢氣余熱資源按溫度分：高溫廢氣余熱（>650℃）中溫廢氣余熱（350~650℃）低溫廢氣余熱（<350℃）廢氣余熱資源工業(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，會有大量的余能產(chǎn)生，且大部分余能以廢氣余熱的形式存在。如不對廢氣余熱資源進行回收利用，不僅會浪費能源，而且還污染環(huán)境。玻璃熔窯設計使用重油、天然氣、煤氣等燃料。燃料在爐內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。廢氣余熱資源的利用途徑主要有：熱利用和動力回收：熱利用就是直接利用廢氣熱能，提供生產(chǎn)生活需要，簡單、直接。動力回收是將廢氣熱能轉化成清潔的、使用方便、輸送靈活的電能，可以擴大余熱利用途徑。對廢氣余熱中的熱能進行動力回收，發(fā)出清潔的電力，是一項最佳的節(jié)能措施。利用工業(yè)過程的廢氣余熱資源建設余熱發(fā)電站,，能實現(xiàn)“變廢為寶”，是一項節(jié)能環(huán)保綜合利用技術改造項目，其經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益十分顯著。廢氣余熱資源利用途徑玻璃熔窯節(jié)能潛力玻璃熔窯的能流平衡關系為：玻璃液吸熱占總熱量40~45%；，即燃料利用率只有40~45%；通過熔窯表面散熱損失為20~25%；排煙損失為30%。目前，玻璃行業(yè)主要采用熱利用的回收途徑，即設置熱管式余熱鍋爐，回收部分廢氣熱能，煙氣大部分是半通過的。余熱鍋爐用于產(chǎn)生飽和蒸汽，提供給重油加熱或承擔采暖熱負荷。目前余熱鍋爐的排煙溫度在230~250℃，余熱利用率只有30~40%而實際上，玻璃窯的排煙余熱利用率可達65~80%，詳細分析如下。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，相當于每小時燃燒2.08噸標煤所放出的熱量；根據(jù)發(fā)電領域的經(jīng)驗，余熱鍋爐排煙溫度的選擇主要考慮1）能順利排煙，2）防止鍋爐受熱面低溫段腐蝕，3）鍋爐受熱面布置技術經(jīng)濟合理；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)生低溫腐蝕，余熱鍋爐的排煙溫度要高于酸露點溫度，即大于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到130~150℃，則余熱利用率為65~70%，節(jié)標煤1.35~1.46噸/小時，可發(fā)電2700~2900kWh左右；對玻璃企業(yè)全廠而言，燃料利用率提高了20~21%。如玻璃熔窯設計燃用天然氣或煤氣等清潔燃料，不受酸露點的限制，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78~80%，節(jié)標煤1.62~1.67噸/小時，可提高玻璃企業(yè)燃料利用率23~24%。玻璃熔窯節(jié)能潛力600t/d玻璃熔窯余熱鍋爐煙囪玻璃熔窯節(jié)能潛力40~45%40~45%60~66%63~69%回收利用玻璃熔窯的排煙熱能，進行余熱發(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，降低單位玻璃生產(chǎn)成本?？梢跃徑饽茉垂o張的局勢、減少污染物的排放。玻璃企業(yè)建設余熱發(fā)電可提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，減少大氣污染物的排放，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益多贏的局面，符合循環(huán)經(jīng)濟“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)濟重要途徑。廢氣余熱發(fā)電技術概要余熱發(fā)電系統(tǒng)就其本質而言與火力發(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內膨脹做功，將熱能轉換成機械能，進而帶動發(fā)電機發(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，其主要特征是：與火力發(fā)電相比，熱源不可控熱源參數(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、安全運行的前提下，為最大化利用廢氣余熱，有著不同的余熱發(fā)電系統(tǒng)技術。廢氣余熱發(fā)電技術概要目前已有的廢氣余熱發(fā)電技術主要有：按形式分：純余熱發(fā)電技術（高溫余熱發(fā)電、中低溫余熱發(fā)電）帶補燃的余熱發(fā)電技術按熱力系統(tǒng)分：單壓余熱發(fā)電系統(tǒng)多壓余熱發(fā)電系統(tǒng)，如雙壓、三壓、蒸汽/熱水閃蒸復合發(fā)電系統(tǒng)余熱發(fā)電技術在鋼鐵、冶金、建材（水泥）、化工、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)等行業(yè)中有著大量的應用實例。實踐證明，任何余熱發(fā)電技術必須滿足如下要求才能得到長足發(fā)展：主工藝過程對余熱發(fā)電系統(tǒng)的要求對熱源的特性（廢氣參數(shù)、波動范圍、換熱特性等）有很好的適應性在滿足上述兩項要求的前提下，盡量獲得最大化的余熱利用率玻璃行業(yè)發(fā)展余熱發(fā)電是必然的趨勢和選擇玻璃行業(yè)發(fā)展余熱發(fā)電是必然的趨勢；玻璃熔窯廢氣余熱資源的規(guī)模比水泥行業(yè)相對較少，在過去對玻璃窯的廢熱利用大部分是熱利用，回收部分熱量用于重油加熱和承擔采暖熱負荷。隨著我國浮法玻璃技術的推廣以及玻璃產(chǎn)能的不斷提高，我國玻璃行業(yè)的廢氣余熱資源越來越多。過去的熱利用以不能滿足余熱利用最大化的要求。此外，隨著能源價格的不斷上漲，玻璃企業(yè)如何能降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)的競爭力，已是眾多玻璃企業(yè)能否擺脫困境、獲得持續(xù)發(fā)展的關鍵。國家倡導的能源政策、環(huán)保政策也要求玻璃企業(yè)必須走低能耗、低污染的道路，因此，玻璃行業(yè)發(fā)展余熱發(fā)電已具備廣泛的社會基礎。玻璃行業(yè)發(fā)展余熱發(fā)電要掌握好余熱發(fā)電系統(tǒng)的建設原則，要認清玻璃熔窯廢氣余熱資源的特性和玻璃熔窯的工作特點，在借鑒其他行業(yè)余熱發(fā)電所取得的經(jīng)驗的基礎上，開發(fā)出適合于玻璃熔窯特點的余熱發(fā)電技術，不走低水平重復建設的道路。余熱發(fā)電系統(tǒng)的建設原則：首先需充分理解和認識主工藝過程的工作特點和廢氣余熱資源的特性，如主工藝工作特點，廢氣參數(shù)的變化，廢氣的成份，廢氣的換熱特性等在充分理解和掌握理解廢氣特性及換熱特性的前提下，正確處理好余熱發(fā)電與主工藝的主輔關系，以不影響并要保證主工藝過程的正常生產(chǎn)為建設原則因此，對余熱發(fā)電系統(tǒng)及裝備提出如下要求：首先，余熱發(fā)電系統(tǒng)及裝備必須可靠，即可靠性要高，因為余熱發(fā)電系統(tǒng)是主工藝的配套工程，在任何情況下不能影響主工藝的正常運轉；其次，余熱發(fā)電系統(tǒng)及裝備的運行要穩(wěn)定，即保持一定的穩(wěn)定性，對主工藝排出的廢氣余熱要無條件接受；此外還必須提高余熱發(fā)電系統(tǒng)及裝備對廢氣參數(shù)的適應性，在主工藝排出的廢氣參數(shù)波動時，要求余熱發(fā)電系統(tǒng)及設備的變工況性能要好。余熱發(fā)電系統(tǒng)建設原則和要求玻璃熔窯的工作特點和廢氣資源特性玻璃熔窯生產(chǎn)的主要特點是在一個窯齡（6~10年）內不停窯，這樣就要求余熱發(fā)電系統(tǒng)運行時：在任何情況下保證排煙通暢，保證玻璃熔窯的安全運行；在任何情況要保證窯內壓力的平穩(wěn)，任何操作對窯壓的影響要保持在±0.5Pa范圍內波動，保證玻璃的質量；要適應玻璃窯頻繁換向的工作特點；需充分認識到玻璃行業(yè)中溫廢氣余熱資源的特性：廢氣余熱屬于中溫余熱、廢氣流量較少，熱品位較低，熱回收代價較大；廢氣余熱的參數(shù)（溫度、流量、壓力）具有一定的波動性，波動范圍大；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)物含有大量的腐蝕性（酸性）氣體和黏結性較強的油灰。在認識上述特性的基礎上，開發(fā)出適應于玻璃熔窯特性的余熱發(fā)電系統(tǒng)技術和關鍵裝備技術。玻璃熔窯的工作特點和廢氣資源特性玻璃熔窯中溫廢氣余熱資源的特性分析中溫余熱、廢氣流量較少熱品位較低廢氣參數(shù)（溫度、流量、壓力）具有一定的波動性針對熱源品位，選取適合工作壓力。整合窄點技術、換熱端差和接近點端差優(yōu)化熱力系統(tǒng)，獲得最大化余熱利用率系統(tǒng)增加調節(jié)旁路，通過給水量的調節(jié)來適應廢氣參數(shù)的變化。提高設備的變工況能力，保證設備安全、可靠、穩(wěn)定運行廢氣含有酸性氣體、黏結性強的油灰余熱鍋爐排煙溫度大于酸露點溫度。余熱鍋爐結構設計應減緩灰垢的集結。余熱鍋爐設置有效的在線清灰設施。玻璃熔窯的工作特點和廢氣資源特性玻璃熔窯工作特點分析在任何情況下保證排煙通暢在任何情況要保證窯內壓力的平穩(wěn)優(yōu)化煙道系統(tǒng)設計，設置旁路及應急煙道，采用強制排風方式，保證在任何情況下排煙通暢。采用變頻調節(jié)引風機，保證正常運行期間窯壓平穩(wěn)。采取煙道切換控制技術，保證煙道切換時窯壓平穩(wěn)過度。玻璃窯頻繁換向熱力系統(tǒng)設置調節(jié)旁路，適應窯向頻繁切換，保證玻璃窯和余熱發(fā)電系統(tǒng)正常運行。提高設備變工況能力。適應于玻璃熔窯特點的余熱發(fā)電專利技術---

“單壓低參數(shù)回熱余熱發(fā)電系統(tǒng)技術”根據(jù)上述分析，我們開發(fā)出“單壓低參數(shù)回熱余熱發(fā)電系統(tǒng)技術”，這是一項能完全適應前述玻璃熔窯廢氣余熱特性及玻璃窯工作特點的系統(tǒng)技術?！皢螇旱蛥?shù)回熱余熱發(fā)電系統(tǒng)”系統(tǒng)簡單、余熱利用率高，在提高余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的同時保證發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和適應性。該項專利技術能較好地適應玻璃熔窯的廢氣余熱資源特性（低品位及波動性）以及玻璃窯的工作特點，運用了先進的窄點分析技術，能最大程度地提高余熱綜合利用率，減少火用損失。該項專利技術在同樣的廢氣參數(shù)及保證余熱發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠前提下，余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量最大（比常規(guī)技術高15~30%）?；诔墒斓某Ｒ?guī)單壓發(fā)電技術，系統(tǒng)簡單、可靠；選取了適當?shù)?、相對較低的工作壓力參數(shù)，以及選取技術經(jīng)濟最優(yōu)的窄點溫差、接近點溫差及換熱端差等關鍵指標，通過不同的組合，以便獲得最大化的余熱利用率；系統(tǒng)內部設置了回熱調節(jié)旁路及裝置，提高對廢氣參數(shù)變化的適應性和穩(wěn)定性。“單壓低參數(shù)回熱余熱發(fā)電系統(tǒng)技術”

熱力系統(tǒng)示意圖余熱電站構成電站構成：熱力系統(tǒng)：余熱鍋爐、汽輪發(fā)電機組、凝汽器、減溫減壓裝置、汽輪機旁路系統(tǒng)、回熱旁路系統(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)水池等化學水系統(tǒng)：化學水處理裝置、除氧裝置、補水泵等電氣系統(tǒng)：高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)、直流電系統(tǒng)、同期裝置、保護裝置等控制系統(tǒng)：全廠DCS系統(tǒng)汽輪機旁路系統(tǒng)、回熱旁路系統(tǒng)是保證余熱發(fā)電系統(tǒng)可靠性的措施，也是適應玻璃窯廢氣特性和運行特點的有效措施。主機裝備--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，由于沒有燃料供應和爐渣排除設施，因此，玻璃窯發(fā)電余熱鍋爐的連續(xù)運行時數(shù)高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，保證鍋爐的安全運行。典型余熱鍋爐總圖主機裝備--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）氣體和黏結性較強的油灰。因此，減緩余熱鍋爐結垢、在線清灰是保證余熱發(fā)電系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的關鍵。煙氣中含有酸性氣體，當鍋爐受熱面壁溫低于酸露點溫度時，容易在鍋爐受熱面金屬表面結露形成酸性液體，酸性液體易腐蝕管壁同時還容易積灰，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加重受熱面金屬的腐蝕。因此，配套重油煙氣的余熱鍋爐設計時需充分考慮上述因素，從設計上減緩結垢的形成，同時采取必要的、有效的在線清灰措施。設計上減緩結垢的形成的主要措施：1）提高管壁溫度，提高給水溫度；2）選擇大節(jié)距，3）選擇較低煙速，4）順列布置。在線清灰方式為高溫高壓氣體吹灰。在線清灰的頻率和每次清灰的時間取決于灰垢集結的速度。通常說來在線清灰的頻率為每隔8小時清灰一次，每次20~30分鐘。停爐清灰的措施為用堿水沖洗管子表面，每年小修時沖洗一次即可。主機裝備--汽輪機的性能汽輪機內效率根據(jù)具體項目的蒸汽參數(shù)（壓力、溫度、流量），對汽輪機轉子葉型進行四維設計，提高汽輪機內效率變工況性能采用適應余熱發(fā)電特點的調節(jié)和控制手段，做到“來多少、吃多少”余熱發(fā)電的汽輪機多處于非設計工況運行，采用先進的變工況設計，實現(xiàn)在非設計工況下仍有較高的內效率，從而保證實際發(fā)電量玻璃窯余熱發(fā)電之煙道系統(tǒng)的設計煙風系統(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)實現(xiàn)，通過采取必要的措施保證煙道切換時對窯壓的不沖擊采用強制通風的方式排煙玻璃窯余熱發(fā)電之電力接入系統(tǒng)電廠接入系統(tǒng)方案為保證用電穩(wěn)定可靠及保證發(fā)電質量，玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力將采用“并網(wǎng)但不上網(wǎng)”的方式。余熱電站的的發(fā)電機出線將直接接至玻璃廠的總降壓變電站。電站設一臺備用變壓器，作為啟動和備用電源。備用變壓器的電源取自玻璃廠的總降壓變電站或保安電源。玻璃窯余熱發(fā)電站所發(fā)電力采用”并網(wǎng)但不上網(wǎng)方式”，符合國家關于資源綜合利用電站的認定條件，所能享受的優(yōu)惠政策有：根據(jù)國務院批轉國家經(jīng)貿委等部門《關于進一步開展資源綜合利用意見的通知》（國發(fā)〔1996〕36號1996年8月31日）一文：：“凡利用余熱、余壓、城市垃圾和煤矸石、煤泥等低熱值燃料及煤層氣生產(chǎn)電力、熱力的企業(yè)（以下簡稱綜合利用電廠），其單機容量在500千瓦以上，符合并網(wǎng)調度條件的，電力部門都應允許并網(wǎng)，簽訂并網(wǎng)協(xié)議，對并網(wǎng)的機組免交小火電上網(wǎng)配套費。電網(wǎng)購入綜合利用電廠電量所發(fā)生的購電費用可計入成本，作為電網(wǎng)銷售電價調整的基礎。綜合利用電廠與電網(wǎng)互供電量在同一計量點的，可以實行電量按月互抵結算。綜合利用電廠所發(fā)電力，不納入國家分配計劃，可以在內部調劑使用，電力部門不得扣減電網(wǎng)供應給該企業(yè)的電力電量計劃指標”。典型解決方案

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： 600 t/d設計使用燃料： 重油煙氣熔化單位玻璃的熱耗： 約1500 kcal/kg排出煙氣量： ~96000 Nm3/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余熱電站形式電站形式： 熱電聯(lián)供電站機爐配置: 一臺余熱鍋爐和一套抽凝式汽輪發(fā)電機組供熱能力： 提供0.6MPa、2t/h的飽和蒸汽，從汽輪機后部抽汽發(fā)電能力： 在保證供熱的同時，發(fā)電能力為1940~2640kW

平均發(fā)電能力2290kW電站裝機規(guī)模: 2500kW建設期： 10~12月典型解決方案

600t/d浮法玻璃線（燃用重油）余熱發(fā)電站主要技術經(jīng)濟指標：電站用地： 發(fā)電主廠房用地25×22m

發(fā)電輔助生產(chǎn)廠房用地15×22m

余熱鍋爐布置在窯頭，露天占地10×15m電站用水： 循環(huán)冷卻水補水31t/h

化水系統(tǒng)補水2.3t/h(重油加熱之冷凝水不回收）電站定員： 24人（四班三運轉，每班6人）設備可用率（隨窯運轉率）： >95%平均負荷年運行時數(shù): 7200h余熱電站綜合自用電率： 5%年發(fā)電量: 1649×104kWh年供電量（減少外購電量）: 1565×104kWh單位發(fā)電投資： ~7500~8500元/kW平均發(fā)電成本: 0.12~0.15/kWh

（包括折舊、攤銷、修理、人工、水、其它材料等）年凈效益： >700萬元（未計供熱效益）投資回收期: 2~3年（外購電成本0.6元/kWh計）典型解決方案

600t/d