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如何采用純低溫余熱發電技術回收利用中、低品位的余熱的設計方法及解決方案

　　摘要玻璃制造業是一個高能耗產業，在生產過程中，有大量的中、低溫廢氣余熱未被充分利用，造成能源浪費以及環境的熱污染。本文介紹了如何采用純低溫余熱發電技術回收利用這些中、低品位的余熱的設計方法及解決方案。

　　項目概況

　　張家港華匯特種玻璃有限公司位于長江三角洲江蘇省張家港市錦豐鎮，地理位置優越，水陸交通便捷。公司經過十多年的艱苦創業，引進國外先進的工藝、技術、設備和操作軟件，具備了大批量生產優質浮法玻璃的能力。本工程利用張家港華匯特種玻璃有限公司的光伏玻璃生產線產生的煙氣，在光伏玻璃生產線廠區內建設規模為2×17t/h余熱鍋爐和1×6.0MW凝汽式汽輪發電機組的余熱電站。

　　玻璃制造業的能源利用

　　玻璃制造業是一個高能耗產業，不僅每年要消耗大量的燃料(石油焦粉、焦爐煤氣、煤焦油、重油)等一次能源，而且還要消耗大量的二次能源——電力，雖然隨著優質浮法玻璃生產工藝技術的發展，系統熱效率得到了較大地提高，但仍有大量的中、低溫廢氣余熱未被充分利用，造成能源浪費以及對環境的熱污染。

　　在特種優質在線低輻射鍍膜玻璃生產工藝中，占玻璃生產工藝系統總熱耗量的30%左右低溫廢(煙)氣余熱仍然被排掉，采用純低溫余熱發電技術進一步回收利用這些中、低品位的余熱是節約能源、降低玻璃綜合能耗的重要途徑。

　　本工程2×550t/d光伏玻璃生產線可配套建設裝機容量約為1×6MW的余熱發電系統，平均發電功率按5700kW計算，年發電量達到3990×104 kWh，扣除自用電后年供電量達到3670.8×104 kWh，按大型火電廠發電機組標煤耗為0.284kg標準煤/kWh計算，年節約標準煤10425.07t，每年減少CO2排放量37643.44t。每年企業可節省用電3670.8萬度(按年運行7000小時計算)、按張家港市工業用電電價0.56元/kWh估算，企業每年節約電費約2100萬元。

　　煙氣利用分析

　　玻璃窯在生產過程中的工況較為復雜，其排煙溫度及煙氣量的波動也較大，本工程一臺爐煙氣量為：140000Nm3/h;溫度為：420～580℃。故本工程在對可利用余熱量分析時選取玻璃窯排煙溫度為450℃的工況進行計算，為了避免減少余熱鍋爐尾部受熱面和余熱鍋爐后的除塵設備的腐蝕，經余熱鍋爐后的排煙溫度選取180℃。

　　按照上述設定條件，本工程可利用余熱量(按最大煙氣量)理論計算匯總如下表：

　　表 3 1 可利用余熱量理論計算匯總表

　　生產線規模 1×550t/d 2×

　　熔窯排煙溫度(℃

　　鍋爐排煙溫度(℃) ≥180 ≥

　　余熱量

　　余熱發電工程設計

　　余熱發電是廢熱氣體通過余熱鍋爐，生產一定壓力和溫度的過熱蒸汽，將過熱蒸汽輸送到汽輪機內膨脹做功，將熱能轉換成機械能，帶動發電機發電。

　　主設備選擇

　　根據玻璃窯的排煙溫度的工況范圍，本工程采用立式自然循環立式余熱鍋爐，單臺余熱鍋爐的額定容量確定為17t/h，參數為2.5MPa，405℃。

　　汽輪發電機組選擇

　　按照玻璃窯的工作流程，其排煙溫度呈間歇性波動，這樣，單臺余熱鍋爐的產汽量也會隨之波動，導致汽輪機調速系統周期性動作，為最大限度地減小排煙溫度波動產生的影響，本工程擬配置一臺汽輪機，兩臺余熱鍋爐產生的過熱蒸汽先經主汽母管混合后再供往汽輪機。

　　根據余熱鍋爐最大工況下的產汽量計算，汽輪發電機組的功率可達5.7MW，本工程選用汽輪發電機組的額定功率為6MW，進汽參數為：2.35MPa，390℃，發電機的出線電壓等級為6.3kV。

　　煙氣系統

　　自玻璃生產線的熔窯排氣直接進入余熱鍋爐，煙氣在余熱鍋爐進行全面的熱交換后，排至玻璃生產線的除塵、脫硫裝置或者煙囪;當余熱鍋爐故障時，煙氣不經過余熱鍋爐，直接排至玻璃生產線的煙囪。

　　熱力系統

　　本工程熱力系統按照著系統運行安全、經濟及簡單的原則。

　　本工程熱力系統主要由主蒸汽系統、軸封系統、疏水系統、凝結水系統、給水系統、供熱系統、真空系統和循環水系統等組成。

　　除灰系統

　　本工程所用熱源——熔窯所排煙氣的含塵量較大，煙氣經過余熱鍋爐時，分離出的灰塵采用人工除灰方式處理。

　　給排水系統

　　給水系統

　　機組供水系統采用帶冷卻塔的循環供水系統，1座出力Q=2300t/h機械通風冷卻塔。

　　循環水泵采用臥式離心泵并按一機二泵、單泵60%容量配置，循環水管道采用單元制供水系統，循環水進、排水管管徑均為DN700。

　　排水系統

　　余熱電站不再設計獨立的排水系統，所有排水均直接排入玻璃廠區相應的排水系統。

　　化學水處理系統

　　本工程余熱鍋爐對水質標準為：懸浮物≤5mg/L、硬度≤0.03mmol/L、溶解氧≤0.05mg/L、含油量≤2mg/L 、Fe≤0.3mg/L、PH=8.2～10。根據鍋爐水質要求及水源水質分析報告，考慮到運行的經濟性和環保性，本工程鍋爐補給水處理系統采用二級反滲透處理工藝。

　　電氣系統

　　余熱電站電氣主接線如下：

　　發電機的出口電壓為6.3kV，經一臺變比為10/6.3kV，容量為8000kVA的主變接至10kV母線。10kV母線設為兩段，經兩回10kV線路接入玻璃廠內110kV變電站。此方案接線簡單靈活，便于機組起停、并網和切除。

　　廠用電系統

　　高壓廠用電分別從發電機母線引接，供給該機組的廠用負荷。機組起動電源也由110kV變電站經線路倒送。高壓廠用電采用10kV電壓等級，中性點不接地方式。

　　低壓廠用電為380/220V三相四線制中性點直接接地系統，設兩臺廠用降壓變壓器，變比為10.5/0.4kV，電源分別取自電廠10kV不同段母線，兩臺變壓器采用明備用的供電方式。

　　熱工控制

　　本工程采用機爐電水集中控制方式，利用分散型控制系統(DCS)實現對主要生產系統的進行控制，化學水處理系統采用PLC進行控制。

　　玻璃行業余熱發電的可行性

　　符合國家政策，可以獲得國家財政及CDM資金支持

　　玻璃熔窯的連續穩定生產提供了穩定的熱源，余熱發電的連續生產得到可靠的保證

　　作為玻璃主生產的配套系統，完全可以解決煙氣切換和熔窯窯壓控制的問題

　　現代技術的余熱發電系統能夠很好地適應熔窯參數的變化。將多條浮法線的余熱鍋爐并聯，可以大大提高發電量及質量

　　通過控制鍋爐出口煙氣溫度可解決酸性氣體腐蝕的問題

　　結束語

　　目前我國有近230條浮法線，年耗能約1025萬噸標煤。年發電量可達24.07億度，年節約標煤88萬噸，減排二氧化碳240萬噸。通過本工程及近10家余熱發電證明，全面推廣余熱發電完全可行，其經濟效益和社會效益十分巨大。

　　余熱發電是我國平板玻璃行業發展的主導方向，它將推動我國玻璃工業良性發展。