宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

1、1 宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用 胡帆史慶璽吳超義 天壕節(jié)能科技股份有限公司北京100082 摘要：本文介紹了宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目概況及采用“ EMC模式的商業(yè)運(yùn)作方式， 并提出了玻璃窯余熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。 同時(shí)，通過宜昌天壕玻璃窯余熱電站的工程實(shí)踐應(yīng)用 得到了驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：項(xiàng)目概況；EMC莫式；玻璃窯余熱發(fā)電；關(guān)鍵技術(shù)；工程實(shí)踐應(yīng)用 Application and Key Technology of Electric Power Generation of Wasted Heat of Glass Furnace in “ Yi-Chang TRCE Hu Fan ,Shi

2、Qing-xi , Wu Chao-yi Top Resource Conservation Engineering Co.,Ltd Beijing 100082 Abstract: The paper introduces the project survey of electric power generation using wasted heat of glass furnace and business operated model of EMC by Yi Chang TRCE , and the key technology about electric power genera

3、tion of wasted heat of glass furnace be offered . At the same time , the scientific and technical payoffs be checked in engineering practice and application of Yi-Chang TRCE wasted heat power station of glass furnace . Keywords: Project survey ; EMC model ; Electric power generation of wasted heat o

4、f glass furnace ; Key technology ; Engineering practice and application 1、 前言 玻璃生產(chǎn)需要消耗大量的能源，玻璃熔窯設(shè)計(jì)使用重油、天然氣、煤氣、石 油焦粉等燃料。燃料在爐內(nèi)燃燒釋放熱量，其中玻璃熔液吸熱約占總熱 3540% ; 通過熔窯表面散熱損失為2025% ;排煙損失為3545%，玻璃窯熱平衡見圖1 【1】 O2 玻璃窯熱平衡圖 玻璃熔窯煙氣帶走了大量的熱量，因此煙氣熱量回收的潛力巨大，高效利用 玻璃生產(chǎn)中的余熱成為降低玻璃生產(chǎn)綜合能耗的有效途徑。 目前，玻璃窯余熱回 收主要通過尾部余熱鍋爐將煙氣余熱吸收轉(zhuǎn)換為一定

5、參數(shù)蒸汽， 然后再供熱或發(fā) 電加以利用。 天壕節(jié)能科技股份有限公司（簡稱“ TRCE”）技術(shù)團(tuán)隊(duì)自2005年就開始與 中國建材國際工程公司（蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院）一起進(jìn)行玻璃窯余熱發(fā)電技 術(shù)方面的研發(fā)，并丁 2007年承擔(dān)了十一五國家科技支撐計(jì)劃課題”之玻璃熔窯 低成本廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)及關(guān)鍵裝備研究”的研究工作。通過長時(shí)間的基礎(chǔ) 研究、理論分析和技術(shù)研發(fā)，已形成一系列針對玻璃窯余熱發(fā)電的專利技術(shù)和專 有技術(shù)，這些科技成果在實(shí)際玻璃窯余熱電站中得到了充分地應(yīng)用和驗(yàn)證， 均獲 得了良好的效果，形成了先進(jìn)、適用的玻璃熔窯余熱發(fā)電系統(tǒng)成套技術(shù)。 本文就 是將這些科技成果歸納匯總在一起，結(jié)合湖北宜

6、昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目的工 程實(shí)踐，與行業(yè)內(nèi)的同仁分享經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，期望為我國玻璃行業(yè)余熱發(fā)電的正確 發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。 2、 宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目概況 湖北三峽新型建材股份有限公司位丁湖北省當(dāng)陽市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)， 現(xiàn)有 浮法玻璃生產(chǎn)線3條，日熔化玻璃量分別為浮法一線 450t/d、浮法二線600t/d 和浮法三線600t/d ,設(shè)計(jì)燃料為天然氣。為充分利用玻璃窯煙氣余熱，響應(yīng)國家 節(jié)能減排的政策，決定擬上一座玻璃窯余熱電站。 宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目是湖北三峽新型建材股份有限公司 1 X 450t/d+2X 600t/d玻璃熔窯的配套工程，電站裝機(jī)規(guī)模9MW ,采用熱電聯(lián)產(chǎn)。 宜昌

7、天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目丁 2006年12月底開始進(jìn)行可行性報(bào)告的編制， 2007年11月完成項(xiàng)目立項(xiàng)，2008年1月份完成煙氣參數(shù)的標(biāo)定，2008年3月 份開始工程設(shè)計(jì)，同年9月初開始土建施工，2009年5月初實(shí)現(xiàn)一次投產(chǎn)成功， 現(xiàn)在正常運(yùn)行 .gp 5 JK my *. 晚鏟, C. i tA kt f夜 部 a 心*燈，* 3 宜昌天壕玻璃窯余熱電站是國內(nèi)第一個(gè)大功率玻璃窯余熱電站。 電站按三爐 一機(jī)的方式配置，每臺玻璃窯配置一臺余熱鍋爐，共三臺余熱鍋爐。余熱鍋爐回 收玻璃熔窯排放出煙氣余熱的熱能加熱鍋爐給水產(chǎn)生出過熱蒸汽， 三臺余熱鍋爐 產(chǎn)生的過熱蒸汽通過蒸汽母管匯總在一起后再送入汽輪機(jī)

8、發(fā)電。 電站設(shè)置一臺套 凝汽式的汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)帶非調(diào)抽汽口，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，余熱電站設(shè)計(jì)發(fā) 電指標(biāo)8400kW，承擔(dān)蒸汽負(fù)荷4 6t/h。表1給出主機(jī)設(shè)備的規(guī)格參數(shù)。 表1宜昌天壕玻璃窯余熱電站主機(jī)設(shè)備型號參數(shù) 設(shè)備名稱 型號及參數(shù) 汽輪機(jī) N9 2.35 /1.1 ,40.3t/h 單缸沖動(dòng)式凝汽式（帶非調(diào)抽汽） 發(fā)電機(jī) QFW-10-2S-10.5 1#-450t/d 余熱鍋爐爐 QC7.46/495-10.8-2.53/450 排煙溫度:160 C 2#-600t/d 余熱鍋爐 QC10.08/500-14.9-2.45/450 排煙溫度:160 C 3#-600t/d 余熱鍋爐 Q

9、C11.65/460-14.5-2.76/430 排煙溫度：160 C 3、 宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目商業(yè)運(yùn)作模式 宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目是國內(nèi)第一個(gè)采取 EMC莫式進(jìn)行建設(shè)和運(yùn)作 的余熱電站。所謂的“ EMC模式，即合同能源管理（Energy Management Contract ），是70年代在西方發(fā)達(dá)國家開始發(fā)展起來一種基丁市場運(yùn)作的全新的 節(jié)能新機(jī)制，是一種減少能源成本的財(cái)務(wù)管理方法。 通常指一種以減少的能源費(fèi) 用來支付節(jié)能項(xiàng)目全部成本的節(jié)能投資方式。 宜昌天壕玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng)目由天壕節(jié)能科技股份有限公司投資、 建設(shè)和運(yùn) 行管理。湖北三峽新型建材股份有限公司不需承擔(dān)節(jié)能實(shí)施的資

10、金、技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)， 并且可以很快的降低能源成本，獲得實(shí)施節(jié)能后帶來的收益，并且在規(guī)定年限后 獲得天壕節(jié)能科技股份有限公司提供的設(shè)備。 “EMC模式有利丁推進(jìn)節(jié)能減排工作，為高耗能企業(yè)節(jié)能降耗開辟了新的 途徑。湖北省副省長郭生練指出，湖北省政府歷來高度重視節(jié)能減排工作，天壕 節(jié)能科技有限公司與三峽新型建材股份有限公司的合作為建材行業(yè)綠色生產(chǎn)開 辟了新的途徑，電廠技術(shù)先進(jìn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益， 為企業(yè)推進(jìn)節(jié) 能減排、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件，有助丁地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)， 值 得全社會(huì)大力推廣（摘自 經(jīng)濟(jì)日報(bào)2009年6月19日）。 4、 玻璃窯余熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)分析與研究 4.1玻璃窯

11、煙氣余熱參數(shù)及特性研究 4 設(shè)計(jì)好余熱鍋爐及余熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵要素之一就是要裝握和摸活煙氣余 熱參數(shù)和煙氣余熱特性。煙氣余熱參數(shù)主要包括：煙氣流量、煙氣溫度、煙氣壓 力、煙氣成份、粉塵特性（濃度、粒度、硬度、腐蝕、磨損、積灰、沉積與熔化）， 上述煙氣參數(shù)主要是煙氣流量和煙氣溫度將跟隨工業(yè)窯爐工況的改變而產(chǎn)生一 定的波動(dòng)和變化。 影響玻璃窯煙氣余熱參數(shù)的主要因素有：1）燃料種類及低位熱值；2）燃料 消耗量，與玻璃熔窯的拉引量、窯老期等因素相關(guān)； 3）玻璃窯總煙道、支煙道、 空交機(jī)、煙道閘板的漏風(fēng)及保溫情況；4）配合料析出氣體。 4.1.1玻璃熔窯所使用的燃料 玻璃窯池的熔化溫度為1500 160

12、0C ,熔化所需的熱量來自燃料燃燒所放 出的化學(xué)反應(yīng)熱。目前，我國玻璃行業(yè)所使用的燃料種類主要有液體燃料、 氣體 燃料和固體燃料三大類，液體燃料主要有：重油、筑路油等，氣體燃料主要有： 天然氣、發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、煤層氣等，固體燃料主要有：石油焦粉。玻璃 企業(yè)進(jìn)行燃料選擇時(shí)通常要考慮燃料的供應(yīng)價(jià)格、 長期供應(yīng)的保障性，因此，玻 璃窯存在燃用單種燃料和燃用多種燃料組合的情形。 不同的燃料將導(dǎo)致不同的煙 氣量、煙氣溫度、煙氣成份、粉塵特性。 4.1.2玻璃熔窯煙氣余熱 4.1.2.1傳統(tǒng)空氣助燃玻璃熔窯的煙氣余熱 通常，玻璃窯的排煙熱焰占總?cè)剂陷斎霟岬?35 40%,見圖1。折算成熔化 噸玻璃液

13、排放出的煙氣熱恰為190X104 300X104kJ （具體數(shù)值的大小取決于玻璃 窯的熱耗水平），折算成熔化噸玻璃液排放出的煙氣量約 3000 4500Nm3 （具體 數(shù)值取決于煙道及閘板的漏風(fēng)），旋轉(zhuǎn)閘板處的煙氣溫度約500 560C （具體數(shù) 值取決于煙道及閘板保溫效果和漏風(fēng)的情況） ，煙囪根的煙氣溫度為 450 500Co由于采用換向燃燒方式，在每個(gè)換火周期，玻璃窯排放出的煙氣余熱參 數(shù)呈周期性頻繁波動(dòng)。煙氣溫度波動(dòng)范圍約 均050C,煙氣流量波動(dòng)范圍約 逾0008000Nm3/h;典型的玻璃窯煙氣余熱參數(shù)隨換火周期的變化曲線如圖 2所 示。5 4.1.2.2全氧燃燒玻璃窯的煙氣余熱 玻

14、璃窯采用全氧燃燒技術(shù)被譽(yù)為玻璃熔化技術(shù)的二次革命，代表著今后的技 術(shù)發(fā)展方向。與傳統(tǒng)空氣助燃的玻璃熔窯相比，全氧燃燒玻璃熔窯取消了蓄熱室、 小爐、換火系統(tǒng)等，能顯著提高玻璃液質(zhì)量，可降低能耗 12.5 22%甚至更高， 廢氣排放量減少60%以上，氮氧化物NOX可減少80 90%,是玻璃工業(yè)企業(yè)實(shí) 現(xiàn)節(jié)能減排、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高企業(yè)競爭力的重要途徑。全氧燃燒玻璃窯的排 煙余熱情況如下：無稀釋風(fēng)的情況下熔化噸玻璃液排放出的煙氣量約 500 1300Nm3,熔窯排煙溫度為950 1300C。 4.1.3玻璃熔窯煙氣成份分析 4.1.3.1傳統(tǒng)空氣助燃玻璃窯排煙的典型煙氣成份 燃用不同燃料下，傳統(tǒng)空氣

15、助燃玻璃窯排煙的典型煙氣成份如表 2 （旋轉(zhuǎn)閘 板處，煙氣成份為體積白分比）。 表2傳統(tǒng)空氣助燃玻璃窯排煙的典型煙氣成份 天然氣 重油 發(fā)生爐煤 氣 石油焦粉 焦?fàn)t煤氣 C02, % 8.09.2 8.49.7 1315.2 19.323.0 6.47.5 S02, % 0.010.05 0.080.13 0.010.05 12.314.4 0.030.07 02 , % 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 N2 , % 6971 7275 6971 7677 6769 H20, % 12.514 8.59.6 78 2.22.5 1518.7 上述各種采用空氣助燃的情況，煙氣成份中的水蒸

16、汽含量有較大的區(qū)別， C02、 S02含量越多，煙氣所攜帶的熱焰越大。 4.1.3.2全氧燃燒玻璃窯排煙的典型煙氣成份6 燃用不同燃料下，全氧燃燒玻璃窯排煙的典型煙氣成份如表 3 （旋轉(zhuǎn)閘板處, 煙氣成份為體積白分比）。 表3全氧燃燒玻璃窯排煙的典型煙氣成份 無稀釋風(fēng) 有稀釋風(fēng) 天然氣 重油 天然氣 重油 CO2, % 3035 4854 2532 4251 SO2, % 0.010.05 0.450.50 0.010.05 0.440.49 O2 , % 1.52.0 1.52.0 4.04.5 4.04.5 N2 , % 1015 1015 1720 1720 H2O, % 4756 36

17、45 4050 2735 4.2玻璃窯窯壓的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù) 玻璃窯的主要生產(chǎn)工藝特征是安全穩(wěn)定， 為保證玻璃液的質(zhì)量，玻璃熔窯內(nèi) 的溫度場、壓力場、泡界線、玻璃液面控制、火焰氣余的控制要求極其嚴(yán)格。因 此要求余熱鍋爐在任何情況下要保證排煙通暢、 保證窯壓穩(wěn)定，余熱電站的起停、 正常運(yùn)行、事故停機(jī)等操作不影響玻璃窯的正常生產(chǎn)。 玻璃窯窯壓的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定主要與排煙方式相關(guān)。能否實(shí)現(xiàn)無問斷的、順暢的 排煙是關(guān)鍵技術(shù)問題，否則將直接影響窯壓、玻璃產(chǎn)品質(zhì)量、甚至窯爐設(shè)備的安 全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 天壕公司與中國建材國際工程公司一起提出了玻璃窯窯壓的調(diào)節(jié)和控制方 式，如下圖所示: 圖3玻璃窯窯壓調(diào)節(jié)

18、示意圖 1玻璃窯、2總煙道、3調(diào)節(jié)閘板、4煙道閘板、5煙囪、6煙氣綜合治理煙道、7余熱鍋爐、 8除塵器、9脫硝裝置、10引風(fēng)機(jī)、11脫硫裝置，12快開蝶閥、13緊急排煙通道、14煙囪 根大閘板。 調(diào)節(jié)窯壓的原理如下：1）當(dāng)引風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)7 引風(fēng)機(jī)的壓頭，進(jìn)而在調(diào)節(jié)閘板后形成400 500Pa的背壓；然后, 通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閘板的開度來穩(wěn)定玻璃窯卡脖處的壓力處于 8 10Pa波動(dòng)范圍在 =dPa以內(nèi)。2）當(dāng)引風(fēng)機(jī)正常停運(yùn)時(shí)，玻璃窯排放出的高溫?zé)煔庵苯咏?jīng)總煙道排 向煙囪，高溫?zé)煔庠跓焽鑳?nèi)會(huì)形成較大的抽力，此抽力可在調(diào)節(jié)閘板后形成 400 500Pa的背壓，進(jìn)而實(shí)

19、現(xiàn)窯壓的調(diào)整。3）當(dāng)引風(fēng)機(jī)事故停機(jī)后，一方面快 速蝶閥在30秒內(nèi)完全打開，使得高溫?zé)煔饪焖偻ㄟ^緊急排煙通道引入煙囪，這 樣使得煙囪內(nèi)壁的溫度從80 160C的范圍在3分鐘內(nèi)升到480 530 C的范圍， 恢復(fù)煙囪的抽力；此時(shí)，在慣性力的作用下引風(fēng)機(jī)的葉輪在慢慢減速， 葉輪在未 完全停止前仍能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制排煙；同時(shí)，煙囪根的煙道閘板從全關(guān)位置向全開位置 打開，快速增大排煙通道面積，降低沿程阻力。4）當(dāng)引風(fēng)機(jī)事故停機(jī)3分鐘后, 煙囪內(nèi)壁溫度已升至 480 530C的范圍，此時(shí)煙囪已恢復(fù)抽力，煙囪根的煙道 閘板也完全打開，這樣就可以實(shí)現(xiàn)玻璃窯的排煙通過總煙道直接排向煙囪。 引風(fēng)機(jī)電機(jī)配有變頻器，通過變頻

20、器實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào) 整引風(fēng)機(jī)的壓頭。由于玻璃窯煙氣中含有粘結(jié)性的粉塵， 容易粘附在風(fēng)機(jī)的葉輪 上，造成葉輪失去動(dòng)平衡，這不僅會(huì)降低風(fēng)機(jī)的壓頭，而且還會(huì)引起風(fēng)機(jī)的故障。 因此，本實(shí)用新型中引風(fēng)機(jī)采用一用一備的方式運(yùn)行， 引風(fēng)機(jī)每周定期輪換工作， 引風(fēng)機(jī)停運(yùn)后要進(jìn)行葉輪的活洗。 4.3玻璃窯余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) “單壓低參數(shù)回?zé)嵊酂岚l(fā)電系統(tǒng)” 是一項(xiàng)系統(tǒng)集成技術(shù)，是天壕公司專門針 對工業(yè)領(lǐng)域中低溫?zé)煔庥酂岫邪l(fā)的余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)， 具有結(jié)構(gòu)簡單、余熱利 用率高、發(fā)電效率高、對煙氣余熱參數(shù)大幅度波動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 在玻璃熔 窯余熱發(fā)電行業(yè)，與其它余熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)相比，可提

21、高余熱利用率 1015%, 配合熱水閃蒸除氧技術(shù)的使用，與采用傳統(tǒng)熱力除氧方式相比，可提高整個(gè)余熱 電站的發(fā)電效率35%，適應(yīng)煙氣溫度波動(dòng)+300C、-100C,適應(yīng)煙氣量波動(dòng)土 25 30%。典型的原則性熱力系統(tǒng)圖如下：8 “玻璃窯余熱發(fā)電鍋爐”和“熱水閃蒸除氧裝置”是關(guān)鍵裝備技術(shù)，同時(shí)也 是天壕公司的專利技術(shù)，與“單壓低參數(shù)回?zé)嵊酂岚l(fā)電系統(tǒng)”配合使用。天壕公 司創(chuàng)新地提出“玻璃窯余熱發(fā)電鍋爐”的設(shè)計(jì)方案，成為后續(xù)玻璃窯余熱發(fā)電項(xiàng) 目的設(shè)計(jì)樣板，該技術(shù)通過優(yōu)化余熱鍋爐的窄點(diǎn)溫差、換熱端差、接近點(diǎn)溫差， 確定出技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的受熱面布置和工作壓力，實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用、高質(zhì)高 用，進(jìn)而提高余熱利

22、用率和鍋爐熱效率， 提高鍋爐的產(chǎn)汽能力；此外在余熱鍋爐 設(shè)計(jì)中還通過采取主動(dòng)防止積灰和被動(dòng)組合式活灰的措施， 以防止和減輕煙氣粉 塵在鍋爐受熱面上的沉積，提高換熱效率?！盁崴W蒸除氧裝置”也是天壕公司 獨(dú)家研發(fā)出的余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的專用關(guān)鍵設(shè)備， 是消納煙氣余熱資源中低品位 段的重要手段之一，也是適應(yīng)煙氣余熱參數(shù)大幅度波動(dòng)的重要調(diào)節(jié)手段之一， 能 實(shí)現(xiàn)余熱資源的移峰填谷，作為除氧裝置本身，用熱水閃蒸方式產(chǎn)生低壓蒸汽去 除氧加熱，取代了從汽輪機(jī)抽取的蒸汽量，進(jìn)而提高了汽輪機(jī)的發(fā)電功率。 5、 天壕公司玻璃窯余熱發(fā)電技術(shù)在工程實(shí)踐應(yīng)用 表4是宜昌天壕玻璃窯余熱電站自 2009年10月1日至2010年9月30日整 一年期間電站主要運(yùn)行情況： 表4宜昌天壕玻璃窯余熱電站運(yùn)行情況 電站運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù), h 8595.5 電站年運(yùn)轉(zhuǎn)率， % 98.1% 年外供蒸汽量， 蒸噸 46158 年發(fā)電