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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(jì)方法及解決方案

　　摘要玻璃制造業(yè)是一個(gè)高能耗產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)過(guò)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(fèi)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(jì)方法及解決方案。

　　項(xiàng)目概況

　　張家港華匯特種玻璃有限公司位于長(zhǎng)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(guò)十多年的艱苦創(chuàng)業(yè)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)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(jī)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(gè)高能耗產(chǎn)業(yè)，不僅每年要消耗大量的燃料(石油焦粉、焦?fàn)t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(fèi)以及對(duì)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(jìn)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(jī)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(jì)算，年發(fā)電量達(dá)到3990×104 kWh，扣除自用電后年供電量達(dá)到3670.8×104 kWh，按大型火電廠發(fā)電機(jī)組標(biāo)煤耗為0.284kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)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(wàn)度(按年運(yùn)行7000小時(shí)計(jì)算)、按張家港市工業(yè)用電電價(jià)0.56元/kWh估算，企業(yè)每年節(jié)約電費(fèi)約2100萬(wàn)元。

　　煙氣利用分析

　　玻璃窯在生產(chǎn)過(guò)程中的工況較為復(fù)雜，其排煙溫度及煙氣量的波動(dòng)也較大，本工程一臺(tái)爐煙氣量為：140000Nm3/h;溫度為：420～580℃。故本工程在對(duì)可利用余熱量分析時(shí)選取玻璃窯排煙溫度為450℃的工況進(jìn)行計(jì)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(jì)算匯總?cè)缦卤恚?/p>

　　表 3 1 可利用余熱量理論計(jì)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(jì)

　　余熱發(fā)電是廢熱氣體通過(guò)余熱鍋爐，生產(chǎn)一定壓力和溫度的過(guò)熱蒸汽，將過(guò)熱蒸汽輸送到汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(tái)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(jī)組選擇

　　按照玻璃窯的工作流程，其排煙溫度呈間歇性波動(dòng)，這樣，單臺(tái)余熱鍋爐的產(chǎn)汽量也會(huì)隨之波動(dòng)，導(dǎo)致汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)周期性動(dòng)作，為最大限度地減小排煙溫度波動(dòng)產(chǎn)生的影響，本工程擬配置一臺(tái)汽輪機(jī)，兩臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽先經(jīng)主汽母管混合后再供往汽輪機(jī)。

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

　　煙氣系統(tǒng)

　　自玻璃生產(chǎn)線的熔窯排氣直接進(jìn)入余熱鍋爐，煙氣在余熱鍋爐進(jìn)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(dāng)余熱鍋爐故障時(shí)，煙氣不經(jīng)過(guò)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(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)及簡(jiǎn)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(guò)余熱鍋爐時(shí)，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(jī)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(jī)械通風(fēng)冷卻塔。

　　循環(huán)水泵采用臥式離心泵并按一機(jī)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(jìn)、排水管管徑均為DN700。

　　排水系統(tǒng)

　　余熱電站不再設(shè)計(jì)獨(dú)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(xué)水處理系統(tǒng)

　　本工程余熱鍋爐對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(bào)告，考慮到運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，本工程鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用二級(jí)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(jī)的出口電壓為6.3kV，經(jīng)一臺(tái)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(jiǎn)單靈活，便于機(jī)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(jī)母線引接，供給該機(jī)組的廠用負(fù)荷。機(jī)組起動(dòng)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(jí)，中性點(diǎn)不接地方式。

　　低壓廠用電為380/220V三相四線制中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，設(shè)兩臺(tái)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(tái)變壓器采用明備用的供電方式。

　　熱工控制

　　本工程采用機(jī)爐電水集中控制方式，利用分散型控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)對(duì)主要生產(chǎn)系統(tǒng)的進(jìn)行控制，化學(xué)水處理系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制。

　　玻璃行業(yè)余熱發(fā)電的可行性

　　符合國(guó)家政策，可以獲得國(guó)家財(cái)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(wèn)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(guò)控制鍋爐出口煙氣溫度可解決酸性氣體腐蝕的問(wèn)題

　　結(jié)束語(yǔ)

　　目前我國(guó)有近230條浮法線，年耗能約1025萬(wàn)噸標(biāo)煤。年發(fā)電量可達(dá)24.07億度，年節(jié)約標(biāo)煤88萬(wàn)噸，減排二氧化碳240萬(wàn)噸。通過(guò)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(jì)效益和社會(huì)效益十分巨大。

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