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如何采用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)回收利用中、低品位的余熱的設(shè)計方法及解決方案

　　摘要玻璃制造業(yè)是一個高能耗產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)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(huán)境的熱污染。本文介紹了如何采用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)回收利用這些中、低品位的余熱的設(shè)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(zhèn)，地理位置優(yōu)越，水陸交通便捷。公司經(jīng)過十多年的艱苦創(chuàng)業(yè)，引進國外先進的工藝、技術(shù)、設(shè)備和操作軟件，具備了大批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(chǎn)線產(chǎn)生的煙氣，在光伏玻璃生產(chǎn)線廠區(qū)內(nèi)建設(shè)規(guī)模為2×17t/h余熱鍋爐和1×6.0MW凝汽式汽輪發(fā)電機組的余熱電站。

　　玻璃制造業(yè)的能源利用

　　玻璃制造業(yè)是一個高能耗產(chǎn)業(yè)，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(yōu)質(zhì)浮法玻璃生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)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(huán)境的熱污染。

　　在特種優(yōu)質(zhì)在線低輻射鍍膜玻璃生產(chǎn)工藝中，占玻璃生產(chǎn)工藝系統(tǒng)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(fā)電技術(shù)進一步回收利用這些中、低品位的余熱是節(jié)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(chǎn)線可配套建設(shè)裝機容量約為1×6MW的余熱發(fā)電系統(tǒng)，平均發(fā)電功率按5700kW計算，年發(fā)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(fā)電機組標煤耗為0.284kg標準煤/kWh計算，年節(jié)約標準煤10425.07t，每年減少CO2排放量37643.44t。每年企業(yè)可節(jié)省用電3670.8萬度(按年運行7000小時計算)、按張家港市工業(yè)用電電價0.56元/kWh估算，企業(yè)每年節(jié)約電費約2100萬元。

　　煙氣利用分析

　　玻璃窯在生產(chǎn)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(shè)備的腐蝕，經(jīng)余熱鍋爐后的排煙溫度選取180℃。

　　按照上述設(shè)定條件，本工程可利用余熱量(按最大煙氣量)理論計算匯總?cè)缦卤恚?/p>

　　表 3 1 可利用余熱量理論計算匯總表

　　生產(chǎn)線規(guī)模 1×550t/d 2×

　　熔窯排煙溫度(℃

　　鍋爐排煙溫度(℃) ≥180 ≥

　　余熱量

　　余熱發(fā)電工程設(shè)計

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

　　主設(shè)備選擇

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

　　汽輪發(fā)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(chǎn)汽量也會隨之波動，導致汽輪機調(diào)速系統(tǒng)周期性動作，為最大限度地減小排煙溫度波動產(chǎn)生的影響，本工程擬配置一臺汽輪機，兩臺余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽先經(jīng)主汽母管混合后再供往汽輪機。

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

　　煙氣系統(tǒng)

　　自玻璃生產(chǎn)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(chǎn)線的除塵、脫硫裝置或者煙囪;當余熱鍋爐故障時，煙氣不經(jīng)過余熱鍋爐，直接排至玻璃生產(chǎn)線的煙囪。

　　熱力系統(tǒng)

　　本工程熱力系統(tǒng)按照著系統(tǒng)運行安全、經(jīng)濟及簡單的原則。

　　本工程熱力系統(tǒng)主要由主蒸汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)等組成。

　　除灰系統(tǒng)

　　本工程所用熱源——熔窯所排煙氣的含塵量較大，煙氣經(jīng)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(tǒng)

　　給水系統(tǒng)

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

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

　　排水系統(tǒng)

　　余熱電站不再設(shè)計獨立的排水系統(tǒng)，所有排水均直接排入玻璃廠區(qū)相應(yīng)的排水系統(tǒng)。

　　化學水處理系統(tǒng)

　　本工程余熱鍋爐對水質(zhì)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(jù)鍋爐水質(zhì)要求及水源水質(zhì)分析報告，考慮到運行的經(jīng)濟性和環(huán)保性，本工程鍋爐補給水處理系統(tǒng)采用二級反滲透處理工藝。

　　電氣系統(tǒng)

　　余熱電站電氣主接線如下：

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

　　廠用電系統(tǒng)

　　高壓廠用電分別從發(fā)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(jīng)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(tǒng)，設(shè)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(tǒng)(DCS)實現(xiàn)對主要生產(chǎn)系統(tǒng)的進行控制，化學水處理系統(tǒng)采用PLC進行控制。

　　玻璃行業(yè)余熱發(fā)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(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供了穩(wěn)定的熱源，余熱發(fā)電的連續(xù)生產(chǎn)得到可靠的保證

　　作為玻璃主生產(chǎn)的配套系統(tǒng)，完全可以解決煙氣切換和熔窯窯壓控制的問題

　　現(xiàn)代技術(shù)的余熱發(fā)電系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)熔窯參數(shù)的變化。將多條浮法線的余熱鍋爐并聯(lián)，可以大大提高發(fā)電量及質(zhì)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(jié)束語

　　目前我國有近230條浮法線，年耗能約1025萬噸標煤。年發(fā)電量可達24.07億度，年節(jié)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(fā)電證明，全面推廣余熱發(fā)電完全可行，其經(jīng)濟效益和社會效益十分巨大。

　　余熱發(fā)電是我國平板玻璃行業(yè)發(fā)展的主導方向，它將推動我國玻璃工業(yè)良性發(fā)展。