玻璃熔窑低温余热发电技术

摘要：玻璃熔窑余热发电可以高效利用玻璃生产中的烟气余热,减少玻璃厂对环境的热污染以及粉尘污染,同时将电能回用于生产,给企业带来巨大的经济效益。

关键词：玻璃熔窑；低温余热；发电

Abstract: the glass kiln waste heat power generation can melt high utilization glass production of flue gas waste heat, reduce the heat pollution to environment glass and dust pollution, and will return to power for the production, brings to the enterprise to the huge economic efficiency.

Keywords: molten glass kiln; Low temperature waste heat; Power generation 1玻璃工业耗能现状

玻璃工业是能源消耗大户。目前，国内的平板玻璃行业大多采用浮法玻璃生产技术，大约有160余条浮法玻璃熔炉，工艺水平已经与国际水平不相上下，但在能耗方面与国际先进水平相比仍然存在着较大差距，玻璃生产的平均热耗比国际先进水平高20%左右。玻璃生产线的烟气余热也没得到很好的回收利用，例如一条500t/d浮法玻璃生产线的烟气余热一般可生产饱和蒸汽7～8t/h，而这些余热蒸汽除用于冬季采暖，极少量用来加热重油外，大量蒸汽白白浪费，因此，我国玻璃行业节能降耗潜力巨大。利用纯低温余热发电技术建立发电站是实现节能减排的有效措施。玻璃熔炉纯低温余热发电技术是指利用浮法（洛法）玻璃生产过程中大量排放300℃～500℃低品位废气余热资源，通过余热锅炉进行热交换，回收废气余热产生过热蒸汽，推动低参数汽轮机组，带动发电机发出电能，实现热能向机械能的转换。这是对玻璃熔窑的废气余热进行深层次、高水平的综合利用，是国家倡导和鼓励的节能减排、资源综合利用技术。纯低温余热发电技术在水泥行业应用已经比较成熟。

2玻璃窑的烟气余热特性

2.1影响玻璃窑烟气余热参数的主要因素

烟气余热参数主要包括：烟气流量、烟气温度、烟气压力、烟气成分、粉尘特性(浓度、粒度、硬度、腐蚀、磨损、积灰、沉积与熔化)。这些烟气余热参数(尤其是烟气流量和烟气温度)会随着工业窑炉工况的改变而产生一定的波动和变化.烟气余热特性主要有换热特性、积灰特性、磨损特性和腐蚀特性等。只有准确掌握烟气余热参数和烟气余热特性，才能正确地进行余热锅炉系统的设计。

影响玻璃窑烟气余热参数的主要因素包括：(1)燃料种类及低位热值；(2)燃料消耗量，与玻璃窑的拉引量、窑老期等因素有关；(3)玻璃窑总烟道、支烟

道、空气交换机、烟道闸板的漏风及保温情况；(4)配合料析出气体。

2.2玻璃窑所使用的燃料

玻璃窑熔池的熔化温度为1 500~1 600℃，熔化所需的热量全部来自燃料燃烧放出的化学反应热。目前，我国玻璃行业所使用的燃料有液体燃料、气体燃料和固体燃料三大类，液体燃料主要有重油、筑路油和煤焦油等；气体燃料主要有天然气、发生炉煤气、焦炉煤气和煤层气等；固体燃料主要有石油焦粉。

玻璃企业进行燃料选择时通常要考虑燃料的供应价格、长期供应的保障性等，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、烟气成分和粉尘特性。

2.3传统空气助燃玻璃窑的烟气余热

传统的玻璃窑采用蓄热式高温空气燃烧技术，窑炉两侧设有蓄热体，采用换向燃烧方式。冷空气通过蓄热体加热到1000~1100℃后送入窑内参与燃料的燃烧，燃烧产生的烟气经蓄热体冷却后排向总烟道。

通常，玻璃窑的排烟热焓占总燃料输入热的35%~40%，有关玻璃窑的热平衡见图1。折算成熔化吨玻璃液排放出的烟气热焓为190×104~300×104kJ(具体数值取决于玻璃窑的热耗水平)，折算成熔化吨玻璃液排放出的烟气量约3000~4500 m3(具体数值取决于烟道及闸板的漏风)，旋转闸板处的烟气温度约500~560℃(具体数值取决于烟道及闸板保温效果和漏风的情况)，烟囱根的烟气温度为450~500℃。

图1玻璃窑热平衡图

由于采用换向燃烧方式，在每个换火周期，玻璃窑排放的烟气的余热参数呈周期性频繁波动。烟气温度波动范围约±(30~50)℃，烟气流量波动范围约±(5000~8000) m3/h。典型的玻璃窑烟气余热参数随换火周期的变化曲线见图2。

图2玻璃窑烟气流量及温度的变化曲线

由于烟气温度周期性地频繁波动，容易造成余热锅炉高温过热器金属材料的蠕变变形。

2.4全氧燃烧玻璃窑的烟气余热

玻璃窑采用全氧燃烧技术被誉为玻璃熔化技术的二次革命，代表今后的技术发展方向.与传统空气助燃的玻璃窑相比，全氧燃烧玻璃窑取消了蓄热室、小炉和换火系统等，能显著提高玻璃液质量，可使能耗降低12.5%~22%，甚至更高，废气排放量减少60%以上，氮氧化物NOx可减少80%~90%，是玻璃企业实现节能减排、提高产品质量和企业竞争力的重要途径。

全氧燃烧玻璃窑的排烟余热情况如下：在无稀释风的情况下，熔化吨玻璃液排放出的烟气量约500~1300m3，玻璃窑排烟温度为950~1 300℃。

2.5烟气成分

2.5.1空气助燃玻璃窑排烟烟气成分

在燃用不同燃料的情况下，传统空气助燃玻璃窑(旋转闸板处)排烟的烟气成分见表1.

表1空气助燃玻璃窑排烟烟气成分

在上述各种采用空气助燃的情况下，烟气成分中的水蒸气含量有较大区别，CO2、SO2等三原子气体含量越多，烟气所携带的热焓越大。

2.5.2全氧燃烧玻璃窑排烟烟气成分

在燃用不同燃料的情况下，全氧燃烧玻璃窑(旋转闸板处)排烟的典型烟气成分见表2。

全氧燃烧玻璃窑烟气中水蒸气的含量较多，N2及NOx的含量较低。

表2全氧燃烧玻璃窑排烟烟气成分

2.6烟气粉尘

玻璃窑烟气所携带的粉尘主要来自：(1)玻璃液表面蒸发、配合料挥发(约

占颗粒物排放总量的80%)；(2)燃料中的灰尘，如重油中的杂质、石油焦粉等；

(3)部分细小的配合料颗粒被熔窑内的烟气卷吸携带走.

玻璃窑烟气粉尘是超细粉尘，通常粉尘粒径尺寸为0.1~0.5μm，粉尘浓度为0.4~0.8g/m3，粉尘的主要成分是各种硅酸盐的化合物或共晶体，主要单体组分有： SiO2、Ai2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、TiO2、K2O、Na2O、P2O更多内容请访问久久建筑网
5、MnO2等，这些单体组分在不同温度区间组成复杂的化合物或共晶体，熔化温度范围较宽(350~1 100℃)，大部分化合物或共晶体的熔点在700~900℃，呈弱还原性的熔融状态。

玻璃窑烟气粉尘中碱金属(K2O+Na2O)质量分数为35%~40%，硫化物和硫酸盐的质量分数为30%~50%(燃料不同，硫化物的含量也不同)，碱金属和硫化物或硫酸盐的含量超过80%.玻璃窑烟气粉尘中SiO2和Ai2O3的质量分数为2%~10%，粉尘粒径在0.1~0.5μm。

通过研究表明：玻璃窑粉尘在高温环境下易结渣，在低温环境下易沾污；粉尘中碱金属与硫化物产生化学反应，腐蚀性强，容易产生高温腐蚀和低温腐蚀；粉尘易吸附水分，易溶于水；粉尘浓度小、粒径细、不会发生磨损.此外，由于玻璃窑烟气中水蒸气份额较大，并含有一定的硫酸盐蒸汽，这会加剧玻璃窑粉尘的沉积和腐蚀.

由此可见，因粉尘特性不同，在设计玻璃窑余热锅炉时不能简单地照搬其他行业余热发电的经验，否则会影响余热锅炉的寿命和经济性。

3发电系统的设置

3.1供排水系统

余热电站按规划容量循环水采用带机力通风冷却塔的单母管制再循环供水系统，汽轮发电机组用一座逆流式玻璃钢机力冷却塔和1台循环水泵，一根循环水进水管和一根循环水回水管。

按水质和循环水浓缩倍率要求，电站设循环水旁路高效过滤器1套和加杀菌剂/除垢剂的加药装置1套。过滤器对循环水进行旁路处理保证循环水悬浮物不会因水的循环使用而逐渐升高，加稳定剂处理系统，利用稳定剂提高极限碳酸盐硬度，限制循环水中的CaCO3的析出。

3.2电气系统

本主接线余热电站汽轮发电机发电通过主变送出，或者发电机出线直接接入厂用开关站，具体接入方式待工程实施阶段再做确定。

3.3给排水系统

厂区内的排水系统采用分流制，主要包括生活污水和工业废水排水系统、雨水排水系统，含油污水经构筑物处理后出水等。由于玻璃厂区面积较大，若余热电站的生产废水距离允许排入的玻璃厂排放点较远且允许排入点的高程埋管过浅，不宜排放。拟就近设10m3废水池收集后加潜污泵提高后送入允许排放点。

厂区的生活污水量很小约为0.5m3/h，自流入玻璃厂区化粪池处理后排放。