劉 旭高永峰郭 婕

(1.中鋼設(shè)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(yáng) 455000；3.北京科技大學(xué),北京 100083)

0 前言

隨著余熱回收技術(shù)的進(jìn)步，利用玻璃窯爐煙氣余熱發(fā)電的技術(shù)也在不斷發(fā)展。2007 年9 月，國(guó)內(nèi)第一條玻璃窯爐煙氣余熱發(fā)電項(xiàng)目成功并網(wǎng)發(fā)電[1]。近年來，由于國(guó)家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，對(duì)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(xiàng)目紛紛上馬[2]。某公司總承包的某余熱發(fā)電項(xiàng)目，自2015 年2 月投產(chǎn)試運(yùn)行，平均小時(shí)發(fā)電負(fù)荷僅為2.5 MW，而汽輪機(jī)額定負(fù)荷為6 MW，發(fā)電負(fù)荷偏低。為此，通過梳理和研究項(xiàng)目中具有節(jié)能潛力的環(huán)節(jié)，并制定了相應(yīng)的節(jié)能整改措施，效果較好。

本研究以玻璃窯爐余熱發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過分析影響系統(tǒng)發(fā)電量的因素，制定節(jié)能整改措施，并在生產(chǎn)實(shí)踐中檢驗(yàn)改造效果，為以后類似項(xiàng)目的建設(shè)提供借鑒。

1 影響余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的因素

1.1 玻璃窯爐的煙氣工況

玻璃窯爐具有生產(chǎn)連續(xù)、能耗高的特點(diǎn)，其產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬亢蜔煔鉁囟葘?duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量和穩(wěn)定性具有重要影響[3]。因此，分析余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量不足的問題首先從玻璃窯爐高溫?zé)煔饬亢蜔煔鉁囟戎帧?/p>

為了研究煙氣量的影響，對(duì)某公司的3 個(gè)玻璃窯爐送入鍋爐的高溫?zé)煔饬窟M(jìn)行了3 次檢測(cè)，煙氣檢測(cè)結(jié)果見表1。從檢測(cè)結(jié)果來看，煙氣量較設(shè)計(jì)值低22%左右，煙氣量偏少直接導(dǎo)致發(fā)電量偏低。

表1 玻璃窯爐煙氣實(shí)測(cè)數(shù)值表

1.1.2 煙氣溫度

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)煙氣溫度為440～460 ℃，比設(shè)計(jì)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(chǎn)汽量增加，進(jìn)而提高發(fā)電量。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，煙氣溫度低，與玻璃窯爐的磚煙道未進(jìn)行保溫有關(guān)。

1.2 脫硝除塵系統(tǒng)

脫硝除塵系統(tǒng)的溫降按照20 ℃設(shè)計(jì)。1#玻璃窯爐脫硝系統(tǒng)的溫降為60～80 ℃，2#、3#窯爐脫硝系統(tǒng)溫降為30～40 ℃。這部分溫降的損失直接影響余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，最終導(dǎo)致余熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量偏小。

脫硝除塵溫降損失較大，與脫硝除塵系統(tǒng)的保溫效果、系統(tǒng)是否漏風(fēng)、噴氨量有直接關(guān)系。

1.3 主蒸汽管道

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

遜克片區(qū)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(zhèn)站?！?5公里周圍都是自己系統(tǒng)內(nèi)部的加油站，所以到自已領(lǐng)域開發(fā)客戶也沒意義。”齊克加油站秦曉峰說。

1.4 余熱鍋爐運(yùn)行情況

余熱鍋爐設(shè)計(jì)工況和實(shí)際運(yùn)行情況見表2。

表2 余熱鍋爐設(shè)計(jì)工況和實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)

由表1 可以看出，在實(shí)際運(yùn)行中，3 臺(tái)余熱鍋爐的蒸汽量偏低，蒸汽壓力同設(shè)計(jì)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(qū)職工洗澡的需求，低壓蒸汽管道內(nèi)需要24 小時(shí)達(dá)到0.1 MPa 以上的蒸汽壓力，耗汽量極大，每小時(shí)耗蒸汽量約5 t。

1.5.2 均化庫(kù)

進(jìn)入冬季，廠區(qū)3 個(gè)配料車間的均化庫(kù)使用蒸汽供暖，耗汽量極大，每小時(shí)耗氣量約6 t。

1.5.3 其他工序、設(shè)備耗汽

廠區(qū)玻璃產(chǎn)品的清洗干燥也消耗一定數(shù)量的蒸汽；此外，廠區(qū)有4 臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)，夏季每小時(shí)耗汽量約4 t。

2 節(jié)能改造措施和效果

2.1 節(jié)能措施

2.1.1 煙氣溫度

由于燃料、熔化能力、蓄熱室結(jié)構(gòu)的不同，玻璃窯爐的煙氣量、煙氣溫度差別也很大。廠區(qū)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(duì)這種情況，對(duì)窯爐的磚煙道、鋼煙道進(jìn)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(jìn)而提高發(fā)電量。

2.1.2 脫硝除塵系統(tǒng)

1)對(duì)脫硝除塵系統(tǒng)重新進(jìn)行保溫，減少溫降損失；2)對(duì)系統(tǒng)存在的漏風(fēng)之處進(jìn)行封堵；3)改善系統(tǒng)的除塵效果；4)提高吹灰裝置的吹灰能力，包括更換空壓機(jī)，增加手動(dòng)吹灰功能；5)更換大功率窯爐引風(fēng)機(jī)，確保煙氣全部進(jìn)入鍋爐及脫硝系統(tǒng)；6)在保證煙氣氮化物排放達(dá)標(biāo)的情況下，盡可能減少噴氨量。

2.1.3 主蒸汽管道線路

對(duì)蒸汽管道重新保溫，使用的保溫材料材質(zhì)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(tǒng)

1)更換3#窯爐余熱鍋爐堵塞的3 個(gè)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(fā)量達(dá)到11 t/h，發(fā)電量提高了800 kW·h。

2)封堵余熱鍋爐漏風(fēng)之處。鍋爐每層換熱面的人孔等地方的漏風(fēng)率超出設(shè)計(jì)值。通過治理鍋爐漏風(fēng)，控制鍋爐漏風(fēng)率在5%以內(nèi)，3 臺(tái)鍋爐合計(jì)發(fā)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(shí)供應(yīng)改為定時(shí)供應(yīng)；夏季溴化鋰制冷和天然氣管道伴熱蒸汽供應(yīng)改為專線供應(yīng)；冬季蒸汽采暖改為水暖；后加工車間清洗和配料設(shè)備則進(jìn)行節(jié)能改造。通過以上節(jié)能改造，余熱發(fā)電系統(tǒng)外供蒸汽每小時(shí)可減少蒸汽消耗約6 t，可提升發(fā)電量約1 200 kW·h。

2.2 節(jié)能效益分析

通過分析余熱發(fā)電電量的影響因素，以及采取具體節(jié)能措施后，系統(tǒng)發(fā)電量大幅度提升，發(fā)電量已達(dá)到3.2 MW/h，日發(fā)電量超過75 MW。此外，上述節(jié)能措施的采用，把冬季采暖和夏季制冷對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的影響降低到了最低，減少了每年發(fā)電系統(tǒng)的啟停次數(shù)，節(jié)省了檢修成本。

3 結(jié)論

通過以上分析可知：

1)高溫?zé)煔饬亢蜔煔鉁囟仁遣ＡЦG爐余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。玻璃窯爐的所用燃料、生產(chǎn)工況、生產(chǎn)負(fù)荷情況都會(huì)對(duì)煙氣量和溫度產(chǎn)生影響，因此在玻璃窯爐余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，不光要有理論的計(jì)算，更要重視高溫?zé)煔鈱?shí)際工況的測(cè)量，理論和實(shí)際相結(jié)合。

2)在工程設(shè)計(jì)中，要重視高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋之前的能量損失，對(duì)熱量易損失的部位要采取相應(yīng)的節(jié)能措施；同時(shí)在余熱鍋爐安裝過程中，要加強(qiáng)對(duì)鍋爐漏風(fēng)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(huán)保設(shè)施對(duì)整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電量的影響，做好保溫施工，封堵系統(tǒng)漏風(fēng)之處。在實(shí)際運(yùn)行中，在保證環(huán)保指標(biāo)的前提下，減少噴氨量等措施可以節(jié)能。

4)項(xiàng)目總圖布置中，整個(gè)系統(tǒng)布局要緊湊，余熱鍋爐應(yīng)該靠近玻璃窯爐布置，同時(shí)汽輪機(jī)房應(yīng)貼近余熱鍋爐布置，以縮短蒸汽管線長(zhǎng)度，減少能量損失。

總之，玻璃窯爐余熱發(fā)電歷史還不長(zhǎng)，需要針對(duì)不同的玻璃窯爐情況，設(shè)計(jì)不同的熱力回收系統(tǒng)，以充分利用煙氣中的余熱，最大程度提高發(fā)電量。