玻璃炉窑余热发电技术

玻璃炉窑余热发电技术

申娜

中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 710054

[摘要]余热发电系统可充分回收玻璃熔炉的高温烟气余热资源。通过设置余热发电锅炉来产生过热蒸汽，使烟气排放温度降到180℃左右，过热蒸汽通入汽轮发电机发电，产生使用方便、输送灵活的电能，扩大了烟气余热的利用途径。

[关键词] 玻璃 余热发电 烟气

1 前言

玻璃炉窑一般使用石油焦、天然气、煤气等燃料，燃料在炉内燃烧形成的烟气被排出窑外，产生了废气余热资源。玻璃熔窑废气属于中温废气余热，温度在500℃左右。利用余热进行发电，既能回收热量，又能满足玻璃生产用电，降低企业成本，有良好的经济效益、环保效益和社会效益。

2 废气余热发电技术

余热发电技术在钢铁、冶金、建材等行业中有着大量的应用实例。目前已有的废气余热发电技术主要有：

按形式，分为纯余热发电技术和带补燃的余热发电技术。其中纯余热发电技术又分为高温余热发电和中低温余热发电。

按热力系统，分为单压余热发电系统和多压余热发电系统。

3 玻璃炉窑燃料结构

全国有一半的产能采用的是天然气（51%），其次是石油焦（19%）、煤制气（19%）、重油（5%）、焦炉煤气（3%）、煤焦油（2%）及其他（1%）。

4 玻璃炉窑余热发电特点

4.1 玻璃炉窑生产特点

玻璃熔窑生产的主要是在一个窑龄（6~10年）内不停窑，这样就要求余热发电系统运行时满足以下要求：

（1）在任何情况下保证排烟通畅，保证玻璃熔窑的安全运行。

（2）在任何情况要保证窑内压力平稳，任何操作对窑压的影响要保持在±0.5Pa范围内波动，保证玻璃的质量。

（3）要适应玻璃窑频繁换向的工作特点。

针对以上特点的措施如下：

（1）优化烟道系统设计，设置旁路及应急烟道，采用强制排风方式，保证在任何情况下排烟通畅。

（2）采用变频调节引风机，保证正常运行期间窑压平稳。采取烟道切换控制技术，保证烟道切换时窑压平稳过度。

（3）热力系统设置调节旁路，适应窑向频繁切换，保证玻璃窑和余热发电系统正常运行，提高设备变工况能力。

4.2 玻璃行业中温废气余热资源特性

（1）废气余热属于中温余热、废气流量较少，热品位较低，热回收代价较大。

（2）废气余热的参数（温度、流量、压力）具有一定的波动性，波动范围大。

（3）有一部分玻璃企业燃用重油，重油平均含硫率在0.5%~3%，其燃烧产物含有大量的腐蚀性（酸性）气体和黏结性较强的油灰。

针对以上资源特性，措施如下：

（1）针对热源品位，选取适合工作压力。整合窄点技术、换热端差和接近点端差优化热力系统，获得最大化余热利用率。

（2）系统增加调节旁路，通过给水量的调节来适应废气参数的变化。提高设备的变工况能力，保证设备安全、可靠、稳定运行。

（3）余热锅炉排烟温度大于酸露点温度。余热锅炉结构设计应减缓灰垢的集结，余热锅炉设置有效的在线清灰设施。

5 烟气处理

5.1 玻璃炉窑烟气特征

浮法玻璃窑炉中燃料的燃烧均采用外混燃烧技术，即燃料与助燃空气分通道进入到窑炉的火焰空间，在火焰空间中燃料与助燃空气通过扩散、混合并进行燃烧，释放出热量，加热玻璃配合料，促进玻璃熔化。为使燃料与助燃空气能够迅速混合，扩大两者的接触，在浮法玻璃熔窑设计、运行时，需要将燃料与助燃空气的运行方向形成一定的夹角，并各自保持一定的喷出速率，使之在整个熔窑宽度方向上不断混合、燃烧。由于燃料与助燃空气分别以较高的速度喷入火焰空间进行混合燃烧，燃料中所含有的不可燃灰分、被火焰冲击而飞扬起来的粉状配合料，都悬浮、保留在烟气之中，继而形成浮法玻璃熔窑中的烟尘。

这些燃料在燃烧的时候会产生较大污染，这些污染物包括SOx、粉尘和NOx等几类。一般来说，燃烧过程中排放出来的污染物受燃料种类、配料的比例、燃烧过程中烟气含量等因素的影响，在生产玻璃的窑炉里所排放的NOx一般浓度在1200~3000mg/Nm³。窑炉所产生的粉尘具有直径小的特点，污染气体也同时具有含碱量高、附着性强、腐蚀性强的特性，如果燃烧之后不对这些污染气体和粉尘进行处理，造成环境污染，后果将会十分严重。

5.2 除尘

玻璃炉窑生产玻璃的过程中会产生较多的烟尘，且这些烟尘具有直径小、粘性大、腐蚀性强等特点，通常采用的重力除尘和旋风除尘虽然有一定的除尘作用，但是对细微的粉尘处理净化效果十分不理想，无法达到预期的处理效果。湿式除尘方式虽然除尘效果较好，但是容易造成二次污染，后期的处理烟气温度仍低于脱硝工艺的最低要求，除此之外，还有污水处理设备多，能耗高，成本较高，后期设备维护成本高等缺点，不宜大规模投产。袋式除尘器的工作环境一般在温度≤200℃的烟气环境中，但是设备的损耗较大，寿命较短。目前较好的除尘方式就是电除尘，电除尘不仅能够高效除尘，达到相关排放标准，而且能够有效地保证后期的除尘效果，使烟气温度能够达到一个相对稳定的程度，并满足后续脱硝工艺对于烟尘浓度和温度的相关要求，目前该技术已经广泛应用在化工、水泥等行业。

5.3 脱硝

目前应用范围较广的烟气脱硝技术目前主要有两种，一种是选择性催化还原法（SCR），另一种是选择性非催化还原法烟气脱硝技术（SNCR），这两种技术相对比较成熟，应用的也比较多。

选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术。此项技术的工作原理是在脱硝催化剂的作用之下，工作的环境温度大约在280~420℃之间， 向其烟气中喷入NH₃，从而使烟气中有害气体与之产生反应，生成没有污染的水，降低烟气中氮氧化物的排放量，达到排放标准的要求。这种脱硝技术可以达到70%~98%的脱硝效率，并且脱硝效率十分稳定，对于温度的要求范围较广，整个脱硝技术不产生二次污染，是目前应用范围最广，最有效的脱硝方法。

5.4 脱硫

如果生产玻璃的过程中采用的是石油焦粉，重油等燃料，那么将会对脱硫造成较大的困难，如果使用天然气或者煤气作为燃料，脱硫会比较简单，同时排放的污染程度也能达到相关排放标准的要求。目前较为流行的烟气脱硫工艺可以分为干法、半干法、湿法等几种。

半干法是目前玻璃炉窑炼制玻璃过程中最首选的工艺。半干法脱硫采用脱硫塔作为主要脱硫设备，由塔体，喷雾烟嘴，气管道等组成。浓度较高的含硫烟气进入塔顶部，在塔的入口处进入导流板，在导流板的作用之下流动。通过喷嘴将汽水导入，可以将消石灰喷入筒体内进行接触，在SOx与Ca(OH)₂反应之后，喷入的消石灰与反应界面不断的摩擦碰撞，强化气体和固体之间的导热性质，加快脱硫反应的进行。脱硫之后的气体经过除尘器除尘之后排到外面，而除尘器捕捉到的大部分粉尘作为循环粉返回到筒体之中继续参与脱硫反应，少量的粉尘通过管道定期排到外面。

6 总结

采用余热发电系统回收玻璃炉窑烟气余热，需根据热源特点采取对应措施，保障余热发电系统和玻璃炉窑安全运行。

参考文献

[1] 浮法玻璃熔窑烟气治理和利用[J]. 陈旭晔,丁明,张洪涛,赵元义,邹栋.  材料科学与工程学报. 2012(01)

[2] 玻璃窑余热发电技术的应用与研究[J]. 潘云云. 价值工程. 2014,33(25)

[3] 余热发电技术应用及前景[J]. 李冰.  中国钢铁业. 2009(07)