浅析玻璃熔窑余热发电项目的影响因素

杨颖

（天津市农业机械试验鉴定站天津300192）

1 研究背景

1.1 平板玻璃行业产能过剩问题日益严重

“十一五”期间，我国玻璃工业取得了快速进步和发展，国际影响力逐步扩大。但由于部分地区对于玻璃生产线建设审核不严，大量企业钻了“超白超薄”、“太阳能”等高新技术申报的空子，导致产能过剩问题日益严重。自“十二五”规划制定以来，国内玻璃市场将从快速增长转为平稳缓长，调整玻璃行业产业结构，控制平板玻璃产能、淘汰落后、提高玻璃深加工率是玻璃行业健康发展的主要目标。2011年底，我国投产的浮法玻璃生产线240余条，产量达7.38亿重箱，占全球产量的50%以上，年耗能约1200万吨标煤。[1]随着我国浮法玻璃技术的推广以及玻璃产能的不断提高，我国玻璃行业的废气余热资源越来越多。

1.2 余热发电具备良好的社会基础

多年来，为实现可持续性发展战略，发展循环经济，我国政府一直鼓励余热余压等形式的资源综合利用。早在1996年，国务院即发布《关于进一步开展资源综合利用意见》，明确鼓励利用余热、余压发电。2006年，在《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中，指出要将钢铁和建筑材料等行业开展余热余压利用列为国家十大重点节能工程之一。2008年，发改委颁布了《国家重点节能技术推广目录（第一批）》，将玻璃熔窑余热发电技术列入其中。2011年，财政部、国家税务总局规定，销售自产的符合一定条件的利用工业生产过程中产生的余热、余压生产的电力或热力，可以享受增值税即征即退100%的政策。2012年，第八届余热利用国际峰会召开，旨在借助余热发电在水泥行业的成功推广及应用经验，加快余热发电在钢铁、玻璃、有色等行业应用。

1.3 玻璃窑余热发电项目现状

相对于水泥窑余热发电技术，玻璃窑余热发电技术起步较晚。国内第一座浮法玻璃窑余热电站于2007年9月建成，装机规模仅4.5MW。目前，全国在建和运行玻璃窑炉余热发电站超过30座，最大装机容量为12MW项目，年发电量7920万kWh，可满足玻璃生产线的自用电量的60%以上。折算年约可节约2.7万吨标煤，减排二氧化碳6.7万吨，并能有效减少烟气中粉尘的排放。此外，该余热电站平均水耗约50吨/小时，与同规模热力发电水耗80吨/小时相比，降低了37.5%。

综上，玻璃窑余热发电项目节能、减排效果显著，发展前景良好。

2 玻璃窑余热发电影响因素分析

余热发电系统工作原理为，利用余热锅炉回收的烟气余热，加热锅炉给水后产出过热蒸汽，并将其送到汽轮机中膨胀做功，从而将热能转换成机械能，带动发电机发电。此后，乏汽从汽轮机排出，经循环冷却系统形成冷凝水，与锅炉补水混合后做为锅炉给水，经给水泵再送回到锅炉中。如此形成循环。

与火力发电系统的主要差别为热源不同。余热发电系统的热源为主工艺生产过程排出的烟气余热，主要受以下几种因素影响：

2.1 玻璃熔窑燃料种类分析

玻璃企业进行燃料选择时通常要考虑燃料的供应价格、长期供应的保障性，因此，玻璃窑存在燃用单种燃料和燃用多种燃料组合的情形。不同的燃料将导致不同的烟气量、烟气温度、烟气成份、粉尘特性。近年来，在石油价格不断攀升的背景下，新建生产线多采用焦炉煤气、天然气等，先前广泛使用的重油为备用燃料。因玻璃生产过程中，原料中的硫含量较高，弃用重油燃料，也可有效改善余热锅炉易腐蚀、积炭严重且难清理的难题。

2.2 玻璃熔窑燃烧方式分析

不同燃烧方式，对于烟气排放量、温度、氮氧化物含量、烟尘含量等同样会产生一定影响。传统燃烧技术采用空气助燃，只有21%的氧气参与燃烧，78%的氮气不仅不参与燃烧，还会带出大量热量，熔化吨玻璃液排放出的烟气量约为3000Nm3～4500Nm3，烟气温度约为450℃～500℃。相对于传统燃烧技术，富氧燃烧和全氧燃烧对于玻璃窑炉设备的节能减排有明显效果，是玻璃窑炉的发展方向。

全氧燃烧技术指以纯度在92%以上的氧气作为助燃介质，该氧气需要独立自制或外供购买。与传统方式相比，玻璃熔窑取消了蓄热室、小炉、换火系统等，可降低能耗12.5%～22%甚至更高，废气排放量减少60%以上，氮氧化物可减少80%～90%，烟气成分含水量高，含氮量低，烟尘也可降低50%以上。无稀释风的情况下熔化吨玻璃液排放出的烟气量约500Nm3～1300Nm3，熔窑排烟温度为 950℃～1540℃[2]。

而富氧燃烧是以氧含量高于21%的空气做为助燃气体，可来源于厂内制氮所产生的富氧气体，是玻璃行业中广泛应用的节能技术之一。与传统燃烧技术相比，可提高火焰温度、加快燃烧速度、降低燃料燃点温度、促进燃烧完全、降低燃料消耗，同样可减少排气量，一般可以节能3%～5%。

2.3 其它特性

玻璃熔窑换向频繁，通常每20分钟进行一次周期性换火，因此烟气余热的相关参数具有一定的波动性。玻璃窑的此种运转方式，不适合自除氧方式。改用集中除氧，外加热方式保证除氧器稳定运行，可有效降低给水泵故障率。

热容量大，烟气流量小，因此玻璃熔窑烟气余热发电采用几台锅炉共用一套汽轮发电机组的配置方案，即在每条玻璃生产线的端部各自配置一台余热锅炉。对于600t/d以下的单生产线企业，从经济可行性考虑，往往投资回收期过长，而不适宜建余热发电站。随着小规模生产企业的陆续关停，玻璃窑炉余热发电项目覆盖率将大幅提高。

腐蚀严重、积灰严重玻璃窑炉余热发电常见的技术难题。除上文提到的采用煤气、天然气等含硫低的燃料，改变类似水泥窑的机械震打式除灰，改为过热蒸汽吹灰、压缩空气吹灰等，也可以有效改善除灰难的现状。此外，还要注意尽量使余热锅炉在正常设计温度参数下运行，防止发生低温腐蚀。

3 余热锅炉热循环方式的选择

余热回收利用技术通常可以分为动力回收和热利用两类。一类是对余热进行回收利用后，直接排放，以充分利用余热为原则，排放温度越低越好，要求动力循环输出的净功率最大；另一类要求对余热最终以一定的温度排出，用于各生产过程，如烘干物料、重油加热、采暖、制冷等。

余热发电技术属于第一类，基本形式是以水为工质的朗肯循环系统，但受水的等温蒸发因素影响，循环的平均吸热温度偏低，温差增大，使不可逆损失增加。而近期兴起的卡林纳循环以氨—水混合物为工质，可变温蒸发，使气化过程与热源放热过程更好的匹配，降低换热过程中的不可逆损失，从而提高余热利用效率。采用遗传算法对卡林纳循环和朗肯循环应用于中低温余热回收利用的系统参数进行优化，比较对外做功的能力。[3]在此类余热利用环境中，卡林纳循环与朗肯循环相比，因排烟温度较低，可吸收余热热量大，净功率约可提高25%，具有优势。

此外，值得注意的是，氨—水混合物在较低的温度下就可以气化，因此在小于350℃的低温废气温余热利用工程中，卡琳娜循环具有更好的应用前景。而在高、低热源共存的工程中，卡琳娜循环系统因具有热源温度不宜超过650度、系统设备材料不宜含铜、须在氨法规有效管理条件下使用的局限性，需要与郎肯循环应组合应用。

4 余热发电项目涉及的节能关键点

4.1 采用节能产品

余热锅炉给水泵、汽轮机凝结水泵、风机考虑采用变频调速的方式，使机组适用于不同负荷工况，降低厂用电率、降低能量损耗。

4.2 采用先进的控制系统和计量仪表

采用分散式控制系统(DCS)，由计算机控制机组启停，并在各工艺系统上装设足量的计量或监测仪表，有效加强运行管理和经济核算。

4.3 采用合理保温材料

注意做好锅炉主体设备、烟气管道、汽水管道等的保温工作，350℃以上采用微孔硅酸钙做内保温，350℃以下采用岩棉或珍珠岩制品做内保温，外包镀锌铁皮，最大程度的减少散热损失。

4.4 节约用水的措施

对汽水管道的疏、放水进行有效合理的回收，降低用水消耗。建议在循环水系统中，适当加大循环冷却水的浓缩倍率，以减少冷却塔的排污水量；在冷却塔内设置高效的除水器，以减少其风吹水量损失；在补水管上设置调节阀，以控制溢流水损失。

5 梯级利用及一体化趋势

平板玻璃行业目前已经实施的余热发电项目，还只是利用了可以利用余热的很小一部分。采用“热、电、冷三联产”技术进行能源的梯级利用，就是将锅炉产生的蒸汽先全部送入汽轮机做功发电，然后部分用于制冷和工业用所需的蒸汽，尾部排汽可用于采暖供热。该技术相对于传统发电，发电量会略有降低，但可以提高余热锅炉的综合利用率。

除了提高余热发电能力，将余热发电与烟气脱硫、脱硝、除尘同步实施的一体化，是平板玻璃节能减排的重要内容。国内玻璃行业余热发电事业尚处于起步阶段，由于技术、装备等的局限，目前这些方面的效果并不显著。

6 结论

依靠技术进步来降低能源消耗、减少环境污染是推进循环经济发展、建设资源节约型社会的必然要求。玻璃行业发展余热发电需要认清玻璃熔窑废气余热资源的特性和玻璃熔窑的工作特点，在借鉴其他行业余热发电所取得的经验的基础上，开发出适合于玻璃熔窑特点的余热发电技术。玻璃熔窑余热发电技术，尚处于发展或者说起步阶段，需要科技人员持续探索、研究。推动玻璃行业余热发电项目如同水泥、钢铁等行业，朝向规模化发展。

[1]玻璃窑烟气余热利用收益测算.中国水泥网

[2]玻璃窑、水泥窑余热发电技术比较分析.百度文库

[3]刘洪国.玻璃窑余热锅炉常见问题分析.玻璃，2012.3

[4]黄杰、赵恩录、陈福.玻璃窑炉节能技术的最新发展