宜昌天壕玻璃窑余热发电关键技术及应用胡帆史庆玺吴超义天壕节能科技股份有限公司北京100082摘要：本文介绍了宜昌天壕玻璃窑余热发电项目概况及采用“EMC”模式的商业运作方式，并提出了玻璃窑余热发电的关键技术。
同时，通过宜昌天壕玻璃窑余热电站的工程实践应用得到了验证。
关键词：项目概况；EMC模式；玻璃窑余热发电；关键技术；工程实践应用Application and Key Technology of Electric Power Generation of Wasted Heat of Glass Furnace in “Yi-Chang TRCE”Hu Fan ,Shi Qing-xi , Wu Chao-yiTop Resource Conservation Engineering Co.,Ltd Beijing 100082 Abstract: The paper introduces the project survey of electric power generation using wasted heat of glass furnace and business operated model of “EMC”by “Yi Chang TRCE”，and the key technology about electric power generation of wasted heat of glass furnace be offered . At the same time , the scientific and technical payoffs be checked in engineering practice and application of “Yi-Chang TRCE”wasted heat power station of glass furnace .Keywords: Project survey ; EMC model ; Electric power generation of wasted heat of glass furnace ; Key technology ; Engineering practice and application1、前言玻璃生产需要消耗大量的能源，玻璃熔窑设计使用重油、天然气、煤气、石油焦粉等燃料。
燃料在炉内燃烧释放热量，其中玻璃熔液吸热约占总热35~40%；通过熔窑表面散热损失为20~25%；排烟损失为35~45%，玻璃窑热平衡见图1【1】。
图1 玻璃窑热平衡图玻璃熔窑烟气带走了大量的热量，因此烟气热量回收的潜力巨大，高效利用玻璃生产中的余热成为降低玻璃生产综合能耗的有效途径。
目前，玻璃窑余热回收主要通过尾部余热锅炉将烟气余热吸收转换为一定参数蒸汽，然后再供热或发电加以利用。
天壕节能科技股份有限公司（简称“TRCE”）技术团队自2005年就开始与中国建材国际工程公司（蚌埠玻璃工业设计研究院）一起进行玻璃窑余热发电技术方面的研发，并于2007年承担了“十一五国家科技支撑计划课题”之“玻璃熔窑低成本废气余热发电系统技术及关键装备研究”的研究工作。
通过长时间的基础研究、理论分析和技术研发，已形成一系列针对玻璃窑余热发电的专利技术和专有技术，这些科技成果在实际玻璃窑余热电站中得到了充分地应用和验证，均获得了良好的效果，形成了先进、适用的玻璃熔窑余热发电系统成套技术。
本文就是将这些科技成果归纳汇总在一起，结合湖北宜昌天壕玻璃窑余热发电项目的工程实践，与行业内的同仁分享经验和教训，期望为我国玻璃行业余热发电的正确发展贡献一份力量。
2、宜昌天壕玻璃窑余热发电项目概况湖北三峡新型建材股份有限公司位于湖北省当阳市经济技术开发区内，现有浮法玻璃生产线3条，日熔化玻璃量分别为浮法一线450t/d、浮法二线600t/d 和浮法三线600t/d，设计燃料为天然气。
为充分利用玻璃窑烟气余热，响应国家节能减排的政策，决定拟上一座玻璃窑余热电站。
宜昌天壕玻璃窑余热发电项目是湖北三峡新型建材股份有限公司1×450t/d+2×600t/d玻璃熔窑的配套工程，电站装机规模9MW，采用热电联产。
宜昌天壕玻璃窑余热发电项目于2006年12月底开始进行可行性报告的编制，2007年11月完成项目立项，2008年1月份完成烟气参数的标定，2008年3月份开始工程设计，同年9月初开始土建施工，2009年5月初实现一次投产成功，现在正常运行。
宜昌天壕玻璃窑余热电站是国内第一个大功率玻璃窑余热电站。
电站按三炉一机的方式配置，每台玻璃窑配置一台余热锅炉，共三台余热锅炉。
余热锅炉回收玻璃熔窑排放出烟气余热的热能加热锅炉给水产生出过热蒸汽，三台余热锅炉产生的过热蒸汽通过蒸汽母管汇总在一起后再送入汽轮机发电。
电站设置一台套凝汽式的汽轮发电机组，汽轮机带非调抽汽口，实现热电联产，余热电站设计发电指标8400kW，承担蒸汽负荷4～6t/h。
表1给出主机设备的规格参数。
表1 宜昌天壕玻璃窑余热电站主机设备型号参数3、宜昌天壕玻璃窑余热发电项目商业运作模式宜昌天壕玻璃窑余热发电项目是国内第一个采取EMC模式进行建设和运作的余热电站。
所谓的“EMC”模式，即合同能源管理（Energy Management Contract），是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新的节能新机制，是一种减少能源成本的财务管理方法。
通常指一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。
宜昌天壕玻璃窑余热发电项目由天壕节能科技股份有限公司投资、建设和运行管理。
湖北三峡新型建材股份有限公司不需承担节能实施的资金、技术及风险，并且可以很快的降低能源成本，获得实施节能后带来的收益，并且在规定年限后获得天壕节能科技股份有限公司提供的设备。
“EMC”模式有利于推进节能减排工作，为高耗能企业节能降耗开辟了新的途径。
湖北省副省长郭生练指出，湖北省政府历来高度重视节能减排工作，天壕节能科技有限公司与三峡新型建材股份有限公司的合作为建材行业绿色生产开辟了新的途径，电厂技术先进，具有较好的经济效益和社会效益，为企业推进节能减排、可持续发展创造有利条件，有助于地方经济的发展和生态环境建设，值得全社会大力推广（摘自《经济日报》2009年6月19日）。
4、玻璃窑余热发电关键技术分析与研究4.1玻璃窑烟气余热参数及特性研究设计好余热锅炉及余热发电系统的关键要素之一就是要装握和摸清烟气余热参数和烟气余热特性。
烟气余热参数主要包括：烟气流量、烟气温度、烟气压力、烟气成份、粉尘特性（浓度、粒度、硬度、腐蚀、磨损、积灰、沉积与熔化），上述烟气参数主要是烟气流量和烟气温度将跟随工业窑炉工况的改变而产生一定的波动和变化。
影响玻璃窑烟气余热参数的主要因素有：1）燃料种类及低位热值；2）燃料消耗量，与玻璃熔窑的拉引量、窑老期等因素相关；3）玻璃窑总烟道、支烟道、空交机、烟道闸板的漏风及保温情况；4）配合料析出气体。
4.1.1玻璃熔窑所使用的燃料玻璃窑池的熔化温度为1500～1600℃，熔化所需的热量来自燃料燃烧所放出的化学反应热。
目前，我国玻璃行业所使用的燃料种类主要有液体燃料、气体燃料和固体燃料三大类，液体燃料主要有：重油、筑路油等，气体燃料主要有：天然气、发生炉煤气、焦炉煤气、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，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、烟气成份、粉尘特性。
4.1.2玻璃熔窑烟气余热4.1.2.1传统空气助燃玻璃熔窑的烟气余热通常，玻璃窑的排烟热焓占总燃料输入热的35～40%，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（具体数值的大小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3000～4500Nm3（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℃。
由于采用换向燃烧方式，在每个换火周期，玻璃窑排放出的烟气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±5000~8000Nm3/h；典型的玻璃窑烟气余热参数随换火周期的变化曲线如图2所示。
图2 玻璃窑烟气参数变化曲线4.1.2.2全氧燃烧玻璃窑的烟气余热【2】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，代表着今后的技术发展方向。
与传统空气助燃的玻璃熔窑相比，全氧燃烧玻璃熔窑取消了蓄热室、小炉、换火系统等，能显著提高玻璃液质量，可降低能耗12.5～22%甚至更高，废气排放量减少60%以上，氮氧化物NO X可减少80～90%，是玻璃工业企业实现节能减排、提高产品质量、提高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：无稀释风的情况下熔化吨玻璃液排放出的烟气量约500～1300Nm3，熔窑排烟温度为950～1300℃。
4.1.3玻璃熔窑烟气成份分析4.1.3.1传统空气助燃玻璃窑排烟的典型烟气成份燃用不同燃料下，传统空气助燃玻璃窑排烟的典型烟气成份如表2（旋转闸板处，烟气成份为体积百分比）。
表2传统空气助燃玻璃窑排烟的典型烟气成份上述各种采用空气助燃的情况，烟气成份中的水蒸汽含量有较大的区别，CO2、SO2含量越多，烟气所携带的热焓越大。
4.1.3.2全氧燃烧玻璃窑排烟的典型烟气成份燃用不同燃料下，全氧燃烧玻璃窑排烟的典型烟气成份如表3（旋转闸板处，烟气成份为体积百分比）。
表3全氧燃烧玻璃窑排烟的典型烟气成份4.2玻璃窑窑压的调节和稳定关键技术玻璃窑的主要生产工艺特征是安全稳定，为保证玻璃液的质量，玻璃熔窑内的温度场、压力场、泡界线、玻璃液面控制、火焰气氛的控制要求极其严格。
因此要求余热锅炉在任何情况下要保证排烟通畅、保证窑压稳定，余热电站的起停、正常运行、事故停机等操作不影响玻璃窑的正常生产。
玻璃窑窑压的调节和稳定主要与排烟方式相关。
能否实现无间断的、顺畅的排烟是关键技术问题，否则将直接影响窑压、玻璃产品质量、甚至窑炉设备的安全，造成巨大的经济损失。
天壕公司与中国建材国际工程公司一起提出了玻璃窑窑压的调节和控制方式，如下图所示：图3 玻璃窑窑压调节示意图1玻璃窑、2总烟道、3调节闸板、4烟道闸板、5烟囱、6烟气综合治理烟道、7余热锅炉、8除尘器、9脱硝装置、10引风机、11脱硫装置，12快开蝶阀、13紧急排烟通道、14烟囱根大闸板。