玻璃窯爐余熱發電系統節能整改分析

劉 旭高永峰郭 婕

(1.中鋼設備有限公司,北京 100080；2.河南安彩高科股份有限公司,河南 安陽 455000；3.北京科技大學,北京 100083)

0 前言

隨著余熱回收技術的進步，利用玻璃窯爐煙氣余熱發電的技術也在不斷發展。2007 年9 月，國內第一條玻璃窯爐煙氣余熱發電項目成功并網發電[1]。近年來，由于國家環保政策日趨嚴格，對玻璃窯爐排出的煙氣治理逐漸提上日程，一大批玻璃窯爐煙氣治理項目紛紛上馬[2]。某公司總承包的某余熱發電項目，自2015 年2 月投產試運行，平均小時發電負荷僅為2.5 MW，而汽輪機額定負荷為6 MW，發電負荷偏低。為此，通過梳理和研究項目中具有節能潛力的環節，并制定了相應的節能整改措施，效果較好。

本研究以玻璃窯爐余熱發電系統為研究對象，通過分析影響系統發電量的因素，制定節能整改措施，并在生產實踐中檢驗改造效果，為以后類似項目的建設提供借鑒。

1 影響余熱發電系統發電量的因素

1.1 玻璃窯爐的煙氣工況

玻璃窯爐具有生產連續、能耗高的特點，其產生的高溫煙氣量和煙氣溫度對余熱發電系統的發電量和穩定性具有重要影響[3]。因此，分析余熱發電系統發電量不足的問題首先從玻璃窯爐高溫煙氣量和煙氣溫度著手。

為了研究煙氣量的影響，對某公司的3 個玻璃窯爐送入鍋爐的高溫煙氣量進行了3 次檢測，煙氣檢測結果見表1。從檢測結果來看，煙氣量較設計值低22%左右，煙氣量偏少直接導致發電量偏低。

表1 玻璃窯爐煙氣實測數值表

1.1.2 煙氣溫度

現場實測煙氣溫度為440～460 ℃，比設計溫度480 ℃低20～40 ℃(4%～8%)。由于此煙氣溫度屬于高溫，熱焓較高，提升煙氣溫度有利于鍋爐產汽量增加，進而提高發電量。經排查發現，煙氣溫度低，與玻璃窯爐的磚煙道未進行保溫有關。

1.2 脫硝除塵系統

脫硝除塵系統的溫降按照20 ℃設計。1#玻璃窯爐脫硝系統的溫降為60～80 ℃，2#、3#窯爐脫硝系統溫降為30～40 ℃。這部分溫降的損失直接影響余熱鍋爐的產汽量，最終導致余熱發電系統發電量偏小。

脫硝除塵溫降損失較大，與脫硝除塵系統的保溫效果、系統是否漏風、噴氨量有直接關系。

1.3 主蒸汽管道

3 座玻璃窯爐的位置分散，導致3 臺余熱鍋爐的主蒸汽管道線路較長，最長的主蒸汽管道約為800 m。由于蒸汽輸送距離較長，蒸汽的壓力、溫度均有不同程度的損失。

遜克片區有六座加油站，其中四座與利民加油站的情況雷同，另外兩座包括齊克加油站都屬于縣鎮站?！?5公里周圍都是自己系統內部的加油站，所以到自已領域開發客戶也沒意義?！饼R克加油站秦曉峰說。

1.4 余熱鍋爐運行情況

余熱鍋爐設計工況和實際運行情況見表2。

表2 余熱鍋爐設計工況和實際運行情況統計

由表1 可以看出，在實際運行中，3 臺余熱鍋爐的蒸汽量偏低，蒸汽壓力同設計工況相比也有明顯降低。

1.5 外供蒸汽

1.5.1 生活用汽

為了滿足廠區職工洗澡的需求，低壓蒸汽管道內需要24 小時達到0.1 MPa 以上的蒸汽壓力，耗汽量極大，每小時耗蒸汽量約5 t。

1.5.2 均化庫

進入冬季，廠區3 個配料車間的均化庫使用蒸汽供暖，耗汽量極大，每小時耗氣量約6 t。

1.5.3 其他工序、設備耗汽

廠區玻璃產品的清洗干燥也消耗一定數量的蒸汽；此外，廠區有4 臺溴化鋰制冷機，夏季每小時耗汽量約4 t。

2 節能改造措施和效果

2.1 節能措施

2.1.1 煙氣溫度

由于燃料、熔化能力、蓄熱室結構的不同，玻璃窯爐的煙氣量、煙氣溫度差別也很大。廠區的燃料為天然氣，由于天然氣燃燒充分，相比以石油焦為燃料的窯爐，玻璃窯爐的煙氣量較少，煙氣溫度比較低。針對這種情況，對窯爐的磚煙道、鋼煙道進行保溫。采取保溫措施后，保溫層外表溫度由保溫前的70 ℃降到了20 ℃，這有利于提高煙氣溫度進而提高發電量。

2.1.2 脫硝除塵系統

1)對脫硝除塵系統重新進行保溫，減少溫降損失；2)對系統存在的漏風之處進行封堵；3)改善系統的除塵效果；4)提高吹灰裝置的吹灰能力，包括更換空壓機，增加手動吹灰功能；5)更換大功率窯爐引風機，確保煙氣全部進入鍋爐及脫硝系統；6)在保證煙氣氮化物排放達標的情況下，盡可能減少噴氨量。

2.1.3 主蒸汽管道線路

對蒸汽管道重新保溫，使用的保溫材料材質為容重不低于120 kg/m3的硅酸鋁，保溫層厚度不低于200 mm。重新保溫后，主蒸汽管道外表溫度不超過35 ℃。

2.1.4 余熱鍋爐系統

1)更換3#窯爐余熱鍋爐堵塞的3 個集箱。因爐管堵塞造成熱交換面積較少，致使鍋爐蒸汽量只有7.6 t/h。更換爐管后，蒸汽蒸發量達到11 t/h，發電量提高了800 kW·h。

2)封堵余熱鍋爐漏風之處。鍋爐每層換熱面的人孔等地方的漏風率超出設計值。通過治理鍋爐漏風，控制鍋爐漏風率在5%以內，3 臺鍋爐合計發電量提高了約660 kW·h。

2.1.5 外供蒸汽

職工洗澡水由24 小時供應改為定時供應；夏季溴化鋰制冷和天然氣管道伴熱蒸汽供應改為專線供應；冬季蒸汽采暖改為水暖；后加工車間清洗和配料設備則進行節能改造。通過以上節能改造，余熱發電系統外供蒸汽每小時可減少蒸汽消耗約6 t，可提升發電量約1 200 kW·h。

2.2 節能效益分析

通過分析余熱發電電量的影響因素，以及采取具體節能措施后，系統發電量大幅度提升，發電量已達到3.2 MW/h，日發電量超過75 MW。此外，上述節能措施的采用，把冬季采暖和夏季制冷對整個發電系統的影響降低到了最低，減少了每年發電系統的啟停次數，節省了檢修成本。

3 結論

通過以上分析可知：

1)高溫煙氣量和煙氣溫度是玻璃窯爐余熱發電系統設計的重要依據。玻璃窯爐的所用燃料、生產工況、生產負荷情況都會對煙氣量和溫度產生影響，因此在玻璃窯爐余熱發電系統的設計過程中，不光要有理論的計算，更要重視高溫煙氣實際工況的測量，理論和實際相結合。

2)在工程設計中，要重視高溫煙氣進入余熱鍋之前的能量損失，對熱量易損失的部位要采取相應的節能措施；同時在余熱鍋爐安裝過程中，要加強對鍋爐漏風率的控制，定期清理鍋爐積灰保證熱交換效率[4]。

3)在工程施工中，要注意脫硝等環保設施對整個系統發電量的影響，做好保溫施工，封堵系統漏風之處。在實際運行中，在保證環保指標的前提下，減少噴氨量等措施可以節能。

4)項目總圖布置中，整個系統布局要緊湊，余熱鍋爐應該靠近玻璃窯爐布置，同時汽輪機房應貼近余熱鍋爐布置，以縮短蒸汽管線長度，減少能量損失。

總之，玻璃窯爐余熱發電歷史還不長，需要針對不同的玻璃窯爐情況，設計不同的熱力回收系統，以充分利用煙氣中的余熱，最大程度提高發電量。