玻璃制造业是一个高能耗产业，在生产过程中，有大量的中、低温废气余热未被充分利用，造成能源浪费以及环境的热污染。本文介绍了如何采用纯低温余热发电技术回收利用这些中、低品位的余热的设计方法及解决方案。
1.项目概况
张家港华汇特种玻璃有限公司位于长江三角洲江苏省张家港市锦丰镇，地理位置优越，水陆交通便捷。公司经过十多年的艰苦创业，引进国外先进的工艺、技术、设备和操作软件，具备了大批量生产优质浮法玻璃的能力。本工程利用张家港华汇特种玻璃有限公司的光伏玻璃生产线产生的烟气，在光伏玻璃生产线厂区内建设规模为2×17t/h余热锅炉和1×6.0MW凝汽式汽轮发电机组的余热电站。
2.玻璃制造业的能源利用
玻璃制造业是一个高能耗产业，不仅每年要消耗大量的燃料(石油焦粉、焦炉煤气、煤焦油、重油)等一次能源，而且还要消耗大量的二次能源——电力，虽然随着优质浮法玻璃生产工艺技术的发展，系统热效率得到了较大地提高，但仍有大量的中、低温废气余热未被充分利用，造成能源浪费以及对环境的热污染。
在特种优质在线低辐射镀膜玻璃生产工艺中，占玻璃生产工艺系统总热耗量的30%左右低温废(烟)气余热仍然被排掉，采用纯低温余热发电技术进一步回收利用这些中、低品位的余热是节约能源、降低玻璃综合能耗的重要途径。
本工程2×550t/d光伏玻璃生产线可配套建设装机容量约为1×6MW的余热发电系统，平均发电功率按5700kW计算，年发电量达到3990×104 kWh，扣除自用电后年供电量达到3670.8×104 kWh，按大型火电厂发电机组标煤耗为0.284kg标准煤/kWh计算，年节约标准煤10425.07t，每年减少CO2排放量37643.44t。每年企业可节省用电3670.8万度(按年运行7000小时计算)、按张家港市工业用电电价0.56元/kWh估算，企业每年节约电费约2100万元。
3.烟气利用分析
玻璃窑在生产过程中的工况较为复杂，其排烟温度及烟气量的波动也较大，本工程一台炉烟气量为：140000Nm3/h;温度为：420～580℃。故本工程在对可利用余热量分析时选取玻璃窑排烟温度为450℃的工况进行计算，为了避免减少余热锅炉尾部受热面和余热锅炉后的除尘设备的腐蚀，经余热锅炉后的排烟温度选取180℃。
按照上述设定条件，本工程可利用余热量(按最大烟气量)理论计算汇总如下表：
表3 1可利用余热量理论计算汇总表
生产线规模1×550t/d 2×550t/d
熔窑排烟温度(℃)450 450
锅炉排烟温度(℃)≥180≥180
余热量(MJ/h)48385.97 96771.94
4.余热发电工程设计
余热发电是废热气体通过余热锅炉，生产一定压力和温度的过热蒸汽，将过热蒸汽输送到汽轮机内膨胀做功，将热能转换成机械能，带动发电机发电。
4.1主设备选择
1)根据玻璃窑的排烟温度的工况范围，本工程采用立式自然循环立式余热锅炉，单台余热锅炉的额定容量确定为17t/h，参数为2.5MPa，405℃。
2)汽轮发电机组选择
按照玻璃窑的工作流程，其排烟温度呈间歇性波动，这样，单台余热锅炉的产汽量也会随之波动，导致汽轮机调速系统周期性动作，为最大限度地减小排烟温度波动产生的影响，本工程拟配置一台汽轮机，两台余热锅炉产生的过热蒸汽先经主汽母管混合后再供往汽轮机。
根据余热锅炉最大工况下的产汽量计算，汽轮发电机组的功率可达5.7MW，本工程选用汽轮发电机组的额定功率为6MW，进汽参数为：2.35MPa，390℃，发电机的出线电压等级为6.3kV。
4.2烟气系统
自玻璃生产线的熔窑排气直接进入余热锅炉，烟气在余热锅炉进行全面的热交换后，排至玻璃生产线的除尘、脱硫装置或者烟囱;当余热锅炉故障时，烟气不经过余热锅炉，直接排至玻璃生产线的烟囱。
4.3热力系统
本工程热力系统按照着系统运行安全、经济及简单的原则。
本工程热力系统主要由主蒸汽系统、轴封系统、疏水系统、凝结水系统、给水系统、供热系统、真空系统和循环水系统等组成。
4.4除灰系统
本工程所用热源——熔窑所排烟气的含尘量较大，烟气经过余热锅炉时，分离出的灰尘采用人工除灰方式处理。
4.5给排水系统
4.5.1给水系统
1)机组供水系统采用带冷却塔的循环供水系统，1座出力Q=2300t/h机械通风冷却塔。
2)循环水泵采用卧式离心泵并按一机二泵、单泵60%容量配置，循环水管道采用单元制供水系统，循环水进、排水管管径均为DN700。
4.5.2排水系统
余热电站不再设计独立的排水系统，所有排水均直接排入玻璃厂区相应的排水系统。
4.6化学水处理系统
本工程余热锅炉对水质标准为：悬浮物≤5mg/L、硬度≤0.03mmol/L、溶解氧≤0.05mg/L、含油量≤2mg/L、Fe≤0.3mg/L、PH=8.2～10。根据锅炉水质要求及水源水质分析报告，考虑到运行的经济性和环保性，本工程锅炉补给水处理系统采用二级反渗透处理工艺。
4.7电气系统
4.7.1余热电站电气主接线如下：
发电机的出口电压为6.3kV，经一台变比为10/6.3kV，容量为8000kVA的主变接至10kV母线。10kV母线设为两段，经两回10kV线路接入玻璃厂内110kV变电站。此方案接线简单灵活，便于机组起停、并网和切除。
4.7.2厂用电系统
高压厂用电分别从发电机母线引接，供给该机组的厂用负荷。机组起动电源也由110kV变电站经线路倒送。高压厂用电采用10kV电压等级，中性点不接地方式。
低压厂用电为380/220V三相四线制中性点直接接地系统，设两台厂用降压变压器，变比为10.5/0.4kV，电源分别取自电厂10kV不同段母线，两台变压器采用明备用的供电方式。
4.8热工控制
本工程采用机炉电水集中控制方式，利用分散型控制系统(DCS)实现对主要生产系统的进行控制，化学水处理系统采用PLC进行控制。
5.玻璃行业余热发电的可行性
1)符合国家政策，可以获得国家财政及CDM资金支持;
2)玻璃熔窑的连续稳定生产提供了稳定的热源，余热发电的连续生产得到可靠的保证;
3)作为玻璃主生产的配套系统，完全可以解决烟气切换和熔窑窑压控制的问题;
4)现代技术的余热发电系统能够很好地适应熔窑参数的变化。将多条浮法线的余热锅炉并联，可以大大提高发电量及质量;
5)通过控制锅炉出口烟气温度可解决酸性气体腐蚀的问题;
6.结束语
目前我国有近230条浮法线，年耗能约1025万吨标煤。年发电量可达24.07亿度，年节约标煤88万吨，减排二氧化碳240万吨。通过本工程及近10家余热发电证明，全面推广余热发电完全可行，其经济效益和社会效益十分巨大。
余热发电是我国平板玻璃行业发展的主导方向，它将推动我国玻璃工业良性发展。
