琉璃河水泥：走可持续发展的道路 成为“政府好帮手、城市净化器”

　　9月25日，由中国水泥网主办、中国联合水泥集团有限公司特别主办、淄博市鲁中耐火材料有限公司特别协办的“2013中国水泥节能技术交流大会”在山东济南成功召开，实践二代干法，助推水泥节能降耗。会上，北京琉璃河水泥有限公司技术开发中心副总经理刘海鹏做了主题为《走理性、健康、可持续发展的道路 成为“政府好帮手、城市净化器”》的发言，就创新型纯低温余热发电技术研发、系统优化、余热锅炉对水泥生产的影响及控制、运行效果等内容做了详细讲解。

北京琉璃河水泥有限公司技术开发中心副总经理刘海鹏

　　北京市琉璃河有限公司具有74 年的光辉历史，是全国建材行业大型一类企业，北京市  家首批循环经济试点企业之一，“十一五”全国建材行业靠新出强优秀企业，北京市企业技术中心，北京市高新技术企业。

　　隶属于北京金隅集团（股份）有限公司，注册资本6亿元，职工总数980人，年利润1.45亿元；位于北京西南40公里处，西邻龙的故乡-周口店北京猿人遗址，与京广铁路、京港澳高速公路、 107国道紧邻，交通四通八达，运输畅捷迅速；在行业内率先通过质量体系认证、计量检测体系认证、职业健康安全体系认证、环境管理体系认证、能源管理体系认证；在行业内率先被授予国家免检产品、北京市首批“绿色建材产品”、北京市着名商标、北京名牌商品。

　　坚持“三业并举、整体推进”发展战略

　　两型企业：资源节约型、生态友好型；

　　新型干法水泥生产线两条：一条2000t/d，一条2500t/d；

　　主要产品：P.O42.5水泥、 P.I 42.5水泥；

　　生产供货能力：年300万吨以上，日出厂15000吨以上；

　　质量方针： “塑卓越品质、铸百年伟业”，真诚服务用户；

　　服务宗旨：“客户至上、至诚服务”，打造金隅水泥品牌；

　　重点项目：人民大会堂、历史博物馆、北京站等“十大建筑”毛主席纪念堂、亚运会工程、东方广场、中央军委大楼、地铁工程、奥运工程（鸟巢、水立方）、T3航站楼等。

　　走理性、健康、可持续发展道路，打造企业成为“政府好帮手、城市净化器”。

　　国内首条飞灰水洗处置生产线，为解决“垃圾围城”开辟了一条新路。

　　北京市科委重点攻关研发工程，国内飞灰处置的示范样板工程。

　　填补国内飞灰处置领域空白，获得多项“国家发明专利”。

　　标志着我国在该处置技术方面达到国际领先地位。

　　创新型低温余热发电技术国际领先，平均吨熟料发电量在50千瓦时以上。

　　荣获“国家发明专利”，“中国专利优秀奖”， “北京市科学技术三等奖”，得到世界产权组织认可。

　　水泥窑协同处置污泥技术低碳环保，减量化、资源化、无害化。已获得实用新型专利。

　　技术服务方式：技术支持、企业托管、工程总承包；

　　技术服务规模：1987年起，国内30多个省、自治区、直辖市，国外10余个国家、60多条生产线；

　　重点水泥项目：2007年，沙特SCC两条10000t/d新型干法水泥生产线；2010年，沙特总承包YCC10000t/d新型干法水泥生产线；2010年，尼日利亚两条6000t/d新型干法水泥生产线；

　　重点发电项目：2007年起，与拉法基等国内外十多家水泥企业技术合作，在金隅系统内水泥企业推广普及。

　　北京市10家首批循环经济试点企业之一；

　　“十一五”全国建材行业“靠新出强”优秀企业；

　　获得“北京市企业技术中心”荣誉称号；

　　公司实验室通过CNAS认证；

　　通过北京市高新技术企业认证；

　　被评为“全国节能减排先进集体”；

　　被评为“国家级信息化和工业化深度融合示范企业”；

　　被评为“首都绿化美化花园式单位”。

　　一、创新型纯低温余热发电技术

　　（一）余热发电技术历史情况

　　北京市琉璃河水泥有限公司在1939年建厂之初，就设有两套余热发电机组；国家“八五”攻关项目中，公司 1993年2000t/d的新型干法生产线投产时已建有一套12MW资源综合利用的余热发电系统；2000年建设2500t/d的新型干法生产线时已预留了余热发电接口与场地。因此公司先后经历了中空窑余热发电 、预分解窑带补燃炉余热发电 及纯低温余热发三个阶段 ，拥有一大批具有余热发电生产、运行、管理的各专业人才，从而为该项目的研发与实施提供了强大的技术支撑和保障。

　　（二）创新型余热发电技术研发

　　公司在保证水泥窑产、质量不降低，在熟料热耗不增加的基础上，充分利用水泥窑头、窑尾可利用的余热资源，实现高效率的能量转换。积极与电力设计制造部门合作开发新型干法水泥生产线具有自主知识产权的锅炉与汽轮发电机的创新型纯低温余热发电系统，实现专业化分工、强强联合；结合多年余热发运行经验，创造性地应用“功能分开”和“能级重组、梯度利用”的设计理论；采用国际先进技术，创新设计，逐步解决了SP、AQC炉存在的漏风、气流分布不均、传热器积灰以及传热效率低等问题。

　　（三）技术特点

　　此项技术特点是在三次风管路上设一带有旁路风管的三次风余热锅炉，该三次风余热锅炉的工质入口端通过管路分别与AQC和SP炉连接，通过三次风再次加热，提升AQC和SP炉产生的饱和蒸汽的品质，提高热能利用率。在三次风管取热风是最受争议的一点技术革新，通过理论计算和实践证明，按北京地区大型火电厂发电煤耗355克标煤/千瓦时计算，每小时我们借用的三次风的热量相当于发电量为1000千瓦时，也就是说，我们这种技术每小时所得到的发电成果是：纯低温发电量4800千瓦时（发电成本0.12元/kwh）和用发电煤耗为355克标煤/千瓦时发的1000千瓦时电量（发电成本0.24元/kwh），可见经济效益是非常明显的。从AQC废气排放温度低于90℃等等技术指标上可以充分体现这一技术“功能分开”和“能级重组、梯度利用”的设计理论。此外，三次风管取风客观上减少了三次风温上下波动的范围，在一定程度上起到了稳定分解炉和回转窑工况的作用。

　　（四）创新型低温余热发电技术的理论基础

　　1、目前，所有的热能-动力转换技术理论基础均基于朗肯循环理论，一般来讲有如下三个过程：

　　第一个过程，水被逐步加热至某一温度，在此温度下水开始逐渐产生蒸汽，形成饱和水，其蒸汽温度与水温相同，本环节需要热量占整个过程全部吸热量的22％左右；

　　第二个过程，饱和水继续被加热时开始汽化，这个定压汽化过程水温将不再变化，蒸汽将不断增加至水全部变为饱和蒸汽，本环节需要热量很大，占整个过程吸热量的70％左右；

　　第三个过程，蒸汽后继续定压加热，则蒸气的温度将不断升高，便得到过热蒸汽，通过对上述分析，提高其循环热效率的措施有如下三点结论：

　　（1）提高汽轮机进汽温度、压力等初参数可提高循环热效率；

　　（2）降低汽轮机排汽温度、压力等终参数可提高循环热效率。

　　（3）提高锅炉对余热分能级利用的水平，充分发挥中高温烟气热效率的同时，尽可能多回收低温烟气热量。

　　上述结论是指导余热发电热力系统及设备设计的基础，是确定余热发电热力系统的理论基础。但在实际工程中，由于材料、水及水蒸气特性的限制以及余热热源温度的限制，进汽轮机的蒸汽压力、温度不可能无限制提高，因此相应的制约了循环热效率的提高；同样，由于汽轮机排汽受循环冷却水温度的限制也不可能过低，也制约了热效率的提高。

　　二、创新型低温余热发电系统优化

　　以北京市琉璃河水泥有限公司现有日产2500吨熟料生产线纯低温余热发电工程为例：项目根据水泥厂余热的分布与能级特点，利用经优化的汽水循环系统、合理的工质参数及核心发电设备，主要建设一台6MW纯凝汽式汽轮机和一台6MW发电机，三台分别设置于窑头、窑尾和三次风管主路的余热锅炉，合理、充分地利用水泥生产过程的工艺余热，产生蒸汽推动汽轮发电机组发电。

　　纯余热电站不烧煤，不增加新的烟气排放点，但是纯低温余热发电受到了余热品位和余热量的制约。所以要研究余热发电，首先就必需了解水泥窑排放烟气的废气参数，从而进一步研究热量利用方案。废气量、废气温度、废气成分等参数决定了余热锅炉的产汽量和发电系统的发电量。为了合理配置余热锅炉和发电系统，使锅炉和发电系统处于高效率的运行工况，我们对水泥生产线长期稳定工况下的废气参数进行筛选验证，对影响余热参数的窑系统各点的确定进行了多方论证研讨，确保电站开工前的所有设计工作准确无误、与水泥生产系统配合得当，并在电站建设完成后还要进行跟踪检测，与建设前参数进行比较。

余热发电工艺流程

　　本项目利用窑头锅炉与窑尾锅炉蒸发受热面来回收进入锅炉的中高温烟气产生饱和蒸汽，饱和蒸汽压力达到2.0MPa以上，温度可提高到210℃左右，这样就使在230℃以上的烟气全部用来生产饱和蒸汽。由于烟气温度较高和流量很大，窑头锅炉能生产10.6t/h饱和蒸汽，窑尾锅炉能产汽20.6t/h；为实现对低温段烟气的合理利用，与蒸发受热面换热后形成的低温烟气由省煤器来回收，用下级省煤器来加热凝结水，上级省煤器继续加热来自除氧器的给水，减少了从汽轮机抽汽或真空除氧的环节，有利于提高低温烟气的利用，从而提高系统的热效能；饱和蒸汽送入三次风过热器，利用少量850℃左右的高温三次风来加热饱和蒸汽以及少量的减温水产生过热蒸汽，使过热蒸汽温度达到400℃，压力达到1.9 MPa左右，过热蒸汽流量为32.4t/h。

　　根据余热高低品位分能级利用的原则，窑头锅炉、窑尾锅炉生产饱和蒸汽，三次风过热器生产过热蒸汽，从而提高了过热蒸汽的品质与产量，这些思路和实践是水泥工业与水泥窑余热发电工业的一大创新。

　　锅炉系统工质具体的循环过程是来自三次风过热器的过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，乏汽排入冷凝器凝结成水，凝结水从冷凝器出来，通过凝结水泵分别进入AQC余热锅炉低温省煤器和SP余热锅炉低温省煤器中，从AQC余热锅炉和SP余热锅炉低温省煤器出来的低压给水送入除氧器，经除氧器除氧并经电动给水泵升压后分别进入AQC余热锅炉和SP余热锅炉高温省煤器。从高温省煤器出来的水分别送入该余热锅炉的蒸汽受热面生成饱和蒸汽；AQC余热锅炉和SP余热锅炉产生的饱和蒸汽经汽包再分别通过管路送至三次风过热器，经三次风过热器的低温过热器、高温过热器加热产生过热蒸汽，汽水循环的工质压力可以提高至次中压，过热蒸汽经主蒸汽管道送入汽轮机推动发电机发电。

　　水泥生产线的节能改造不能单单局限于利用余进行热发电这一点上，为了使单位熟料的热耗尽可能降低，公司在余热发电工程实践中还进行了下列综合尝试，并取得了不错的效果：

　　1、尽量提高预热器分离效率；

　　2、减少系统各个环节的表面散热损失；

　　3、利用科技手段，提高风机效率；

　　4、不断提高煤粉燃烧效率；

　　5、水泥与余热发电相结合，逐步优化烧成工艺。

　　三、余热锅炉对水泥生产的影响及控制

　　水泥窑配套建设余热电站，因为余热锅炉进出口烟风管道要与原水泥生产线烟风管道相连接，所以余热电站对水泥生产不产生任何影响是不可能的。根据已投产的余热电站实际生产运行情况进行分析，余热电站投入运行后对水泥生产的影响主要集中在如下几个方面：

　　（1）窑尾高温风机：在窑尾SP锅炉漏风控制、结构设计、受热面配置、清灰设计、除灰设计、废气管道设计合适的条件下，电站投入运行后，窑尾高温风机负荷将有所降低，这种影响是正面的。因为SP锅炉负压很大，漏风问题就显得十分突出，锅炉阻力的大小对窑系统影响也十分明显，因此在SP锅炉设计时就充分考虑到以上问题，使其阻力尽可能低，同时合理布置阀门、清灰装置等，减少系统不必要的漏风。

　　（2）增湿塔：将随着余热锅炉的投入或退出调整喷水量，直至停止或全开喷水。锅炉正常运转后，增湿塔完全退出。

　　（3）生料磨及煤磨：随着余热锅炉的投入或退出，烘干废气温度将产生较大幅度的变化，所以锅炉设计之初要充分考虑原料及煤磨的烘干需要，运行中根据烘干废气温度的变化调整烘干废气量或磨的运行方式。

　　（4）窑尾收尘器：如果窑尾采用电收尘，电站投入运行后对其收尘效果总是有影响的，只是由于地区不同、配料不同、燃料不同或其它条件不同，对收尘效果的影响程度不同。当窑尾采用袋收尘时，电站投入运行对提高收尘效果是有显着作用的。

　　（5）窑头收尘器：电站投入运行后，窑头电收尘器工作温度大为降低，粉尘负荷也相应降低。同样，当收尘器采用袋收尘时，电站投入运行后对提高收尘效果是有作用的。

　　（6）窑系统操作：由于窑系统增加了余热锅炉，而余热锅炉废气不但取自还要送回水泥窑系统，因此势必需要增加窑系统窑头、窑尾、废气处理、生料粉磨、煤制备系统的操作环节。

　　（7）篦冷机操作：由于篦冷机原烟风管道走向及风量都发生了变化，所以在窑头排风风机和篦冷机风量匹配上要作相应的调整。

　　对水泥窑生产造成的上述几方面的影响，综合起来为两个方面：

　　一是增加了水泥窑生产的操作环节（例如：随着电站的投入、运行和解出，水泥窑需调整窑尾高温风机、增湿塔喷水、生料磨及煤磨、窑头排风机等系统的运行参数；

　　二是如果窑尾采用电收尘，锅炉投入运行后对其收尘效果总是有或大或小的影响。

　　四、运行效果

　　北京市琉璃河水泥有限公司2500t/d新型干法水泥生产线配套6MW创新型余热发电运行效果：

　　（一）自2007年７月投运以来，运行状况良好，各项指标均达到了设计标准。2009年上半年发电2489.4万kwh，发电设备运转率达98%，随窑运转率达100%，发电功率平均值达到5800 kw 以上，电站自用电率低于6%，供电能力高。余热电站与水泥窑系统有机的结合，不但未对窑煅烧带来任何影响，而且起到了稳定窑热工制度的作用，熟料产质量稳定提升。

　　（二）北京市琉璃河水泥有限公司创新型余热发电系统已于2009年1月14日获得国家发明专利（专利号：ZL 200610171599.0）

　　（三）该项目被国家发改委列为2006年国家十大重点节能工程示范项目，被北京市发改委列为“清洁能源示范工程”，创新型低温余热发电技术已获得国家实用新型专利和国家发明专利。在2000t/d新型干法水泥生产线配套建设的6兆瓦创新型低温余热发电生产线已于2009年6月并网发电，公司2009年被列为北京市首批循环经济试点单位。

　　五、结束语

　　党的“十八大”报告中，环境保护被提升到了前所未有的高度，首次单篇论述生态 文明，首提“美丽中国”的宏伟目标，并释放了强烈的关注环境保护、资源循环利用、节能减排等相关领域的信号。大力发展循环经济，是实现节约型社会的重要途径之一，是国家倡导的产业发展方向。水泥窑协同处置废弃物，综合利用废渣尾矿；提高排放标准，建立严格的环境准入制度等等，这些都是水泥行业可以在生态文明建设中做文章的地方。水泥企业不能只追求眼前的经济效益，还要看到社会效益。

　　“十二五”期间，公司将以科学发展观为统领，创新发展思路，转变发展方式，提升发展质量，在新的起点上，实现企业健康、理性、可持续发展，充分发挥其作为金隅集团“水泥生产科研基地、优秀人才培养基地、企业文化建设基地”的作用，打造“品质琉水、价值琉水、百年琉水”， 保持一流的精神状态，按照一流的工作标准，创造一流的工作业绩，力争在金隅集团系统内率先实现“三个翻番带动一个翻番”的宏伟目标，努力为中国水泥工业发展做出新的表率和更大的贡献！