琉璃河水泥：走可持續(xù)發(fā)展的道路 成為“政府好幫手、城市凈化器”
9月25日，由中國水泥網(wǎng)主辦、中國聯(lián)合水泥集團有限公司特別主辦、淄博市魯中耐火材料有限公司特別協(xié)辦的“2013中國水泥節(jié)能技術交流大會”在山東濟南成功召開，實踐二代干法，助推水泥節(jié)能降耗。會上，北京琉璃河水泥有限公司技術開發(fā)中心副總經(jīng)理劉海鵬做了主題為《走理性、健康、可持續(xù)發(fā)展的道路 成為“政府好幫手、城市凈化器”》的發(fā)言，就創(chuàng)新型純低溫余熱發(fā)電技術研發(fā)、系統(tǒng)優(yōu)化、余熱鍋爐對水泥生產(chǎn)的影響及控制、運行效果等內容做了詳細講解。
北京琉璃河水泥有限公司技術開發(fā)中心副總經(jīng)理劉海鵬
北京市琉璃河有限公司具有74 年的光輝歷史，是全國建材行業(yè)大型一類企業(yè)，北京市 家首批循環(huán)經(jīng)濟試點企業(yè)之一，“十一五”全國建材行業(yè)靠新出強優(yōu)秀企業(yè)，北京市企業(yè)技術中心，北京市高新技術企業(yè)。
隸屬于北京金隅集團（股份）有限公司，注冊資本6億元，職工總數(shù)980人，年利潤1.45億元；位于北京西南40公里處，西鄰龍的故鄉(xiāng)-周口店北京猿人遺址，與京廣鐵路、京港澳高速公路、 107國道緊鄰，交通四通八達，運輸暢捷迅速；在行業(yè)內率先通過質量體系認證、計量檢測體系認證、職業(yè)健康安全體系認證、環(huán)境管理體系認證、能源管理體系認證；在行業(yè)內率先被授予國家免檢產(chǎn)品、北京市首批“綠色建材產(chǎn)品”、北京市著名商標、北京名牌商品。
堅持“三業(yè)并舉、整體推進”發(fā)展戰(zhàn)略
兩型企業(yè)：資源節(jié)約型、生態(tài)友好型；
新型干法水泥生產(chǎn)線兩條：一條2000t/d，一條2500t/d；
主要產(chǎn)品：P.O42.5水泥、 P.I 42.5水泥；
生產(chǎn)供貨能力：年300萬噸以上，日出廠15000噸以上；
質量方針： “塑卓越品質、鑄百年偉業(yè)”，真誠服務用戶；
服務宗旨：“客戶至上、至誠服務”，打造金隅水泥品牌；
重點項目：人民大會堂、歷史博物館、北京站等“十大建筑”毛主席紀念堂、亞運會工程、東方廣場、中央軍委大樓、地鐵工程、奧運工程（鳥巢、水立方）、T3航站樓等。
走理性、健康、可持續(xù)發(fā)展道路，打造企業(yè)成為“政府好幫手、城市凈化器”。
國內首條飛灰水洗處置生產(chǎn)線，為解決“垃圾圍城”開辟了一條新路。
北京市科委重點攻關研發(fā)工程，國內飛灰處置的示范樣板工程。
填補國內飛灰處置領域空白，獲得多項“國家發(fā)明專利”。
標志著我國在該處置技術方面達到國際領先地位。
創(chuàng)新型低溫余熱發(fā)電技術國際領先，平均噸熟料發(fā)電量在50千瓦時以上。
榮獲“國家發(fā)明專利”，“中國專利優(yōu)秀獎”， “北京市科學技術三等獎”，得到世界產(chǎn)權組織認可。
水泥窯協(xié)同處置污泥技術低碳環(huán)保，減量化、資源化、無害化。已獲得實用新型專利。
技術服務方式：技術支持、企業(yè)托管、工程總承包；
技術服務規(guī)模：1987年起，國內30多個省、自治區(qū)、直轄市，國外10余個國家、60多條生產(chǎn)線；
重點水泥項目：2007年，沙特SCC兩條10000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線；2010年，沙特總承包YCC10000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線；2010年，尼日利亞兩條6000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線；
重點發(fā)電項目：2007年起，與拉法基等國內外十多家水泥企業(yè)技術合作，在金隅系統(tǒng)內水泥企業(yè)推廣普及。
北京市10家首批循環(huán)經(jīng)濟試點企業(yè)之一；
“十一五”全國建材行業(yè)“靠新出強”優(yōu)秀企業(yè)；
獲得“北京市企業(yè)技術中心”榮譽稱號；
公司實驗室通過CNAS認證；
通過北京市高新技術企業(yè)認證；
被評為“全國節(jié)能減排先進集體”；
被評為“國家級信息化和工業(yè)化深度融合示范企業(yè)”；
被評為“首都綠化美化花園式單位”。
[Page]一、創(chuàng)新型純低溫余熱發(fā)電技術
?。ㄒ唬┯酂岚l(fā)電技術歷史情況
北京市琉璃河水泥有限公司在1939年建廠之初，就設有兩套余熱發(fā)電機組；國家“八五”攻關項目中，公司 1993年2000t/d的新型干法生產(chǎn)線投產(chǎn)時已建有一套12MW資源綜合利用的余熱發(fā)電系統(tǒng)；2000年建設2500t/d的新型干法生產(chǎn)線時已預留了余熱發(fā)電接口與場地。因此公司先后經(jīng)歷了中空窯余熱發(fā)電
?。ǘ﹦?chuàng)新型余熱發(fā)電技術研發(fā)
公司在保證水泥窯產(chǎn)、質量不降低，在熟料熱耗不增加的基礎上，充分利用水泥窯頭、窯尾可利用的余熱資源，實現(xiàn)高效率的能量轉換。積極與電力設計制造部門合作開發(fā)新型干法水泥生產(chǎn)線具有自主知識產(chǎn)權的鍋爐與汽輪發(fā)電機的創(chuàng)新型純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)專業(yè)化分工、強強聯(lián)合；結合多年余熱發(fā)運行經(jīng)驗，創(chuàng)造性地應用“功能分開”和“能級重組、梯度利用”的設計理論；采用國際先進技術，創(chuàng)新設計，逐步解決了SP、AQC爐存在的漏風、氣流分布不均、傳熱器積灰以及傳熱效率低等問題。
?。ㄈ┘夹g特點
此項技術特點是在三次風管路上設一帶有旁路風管的三次風余熱鍋爐，該三次風余熱鍋爐的工質入口端通過管路分別與AQC和SP爐連接，通過三次風再次加熱，提升AQC和SP爐產(chǎn)生的飽和蒸汽的品質，提高熱能利用率。在三次風管取熱風是最受爭議的一點技術革新，通過理論計算和實踐證明，按北京地區(qū)大型火電廠發(fā)電煤耗355克標煤/千瓦時計算，每小時我們借用的三次風的熱量相當于發(fā)電量為1000千瓦時，也就是說，我們這種技術每小時所得到的發(fā)電成果是：純低溫發(fā)電量4800千瓦時（發(fā)電成本0.12元/kwh）和用發(fā)電煤耗為355克標煤/千瓦時發(fā)的1000千瓦時電量（發(fā)電成本0.24元/kwh），可見經(jīng)濟效益是非常明顯的。從AQC廢氣排放溫度低于90℃等等技術指標上可以充分體現(xiàn)這一技術“功能分開”和“能級重組、梯度利用”的設計理論。此外，三次風管取風客觀上減少了三次風溫上下波動的范圍，在一定程度上起到了穩(wěn)定分解爐和回轉窯工況的作用。
?。ㄋ模﹦?chuàng)新型低溫余熱發(fā)電技術的理論基礎
1、目前，所有的熱能-動力轉換技術理論基礎均基于朗肯循環(huán)理論，一般來講有如下三個過程：
第一個過程，水被逐步加熱至某一溫度，在此溫度下水開始逐漸產(chǎn)生蒸汽，形成飽和水，其蒸汽溫度與水溫相同，本環(huán)節(jié)需要熱量占整個過程全部吸熱量的22％左右；
第二個過程，飽和水繼續(xù)被加熱時開始汽化，這個定壓汽化過程水溫將不再變化，蒸汽將不斷增加至水全部變?yōu)轱柡驼羝经h(huán)節(jié)需要熱量很大，占整個過程吸熱量的70％左右；
第三個過程，蒸汽后繼續(xù)定壓加熱，則蒸氣的溫度將不斷升高，便得到過熱蒸汽，通過對上述分析，提高其循環(huán)熱效率的措施有如下三點結論：
?。?）提高汽輪機進汽溫度、壓力等初參數(shù)可提高循環(huán)熱效率；
?。?）降低汽輪機排汽溫度、壓力等終參數(shù)可提高循環(huán)熱效率。
（3）提高鍋爐對余熱分能級利用的水平，充分發(fā)揮中高溫煙氣熱效率的同時，盡可能多回收低溫煙氣熱量。
上述結論是指導余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)及設備設計的基礎，是確定余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的理論基礎。但在實際工程中，由于材料、水及水蒸氣特性的限制以及余熱熱源溫度的限制，進汽輪機的蒸汽壓力、溫度不可能無限制提高，因此相應的制約了循環(huán)熱效率的提高；同樣，由于汽輪機排汽受循環(huán)冷卻水溫度的限制也不可能過低，也制約了熱效率的提高。
二、創(chuàng)新型低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化
以北京市琉璃河水泥有限公司現(xiàn)有日產(chǎn)2500噸熟料生產(chǎn)線純低溫余熱發(fā)電工程為例：項目根據(jù)水泥廠余熱的分布與能級特點，利用經(jīng)優(yōu)化的汽水循環(huán)系統(tǒng)、合理的工質參數(shù)及核心發(fā)電設備，主要建設一臺6MW純凝汽式汽輪機和一臺6MW發(fā)電機，三臺分別設置于窯頭、窯尾和三次風管主路的余熱鍋爐，合理、充分地利用水泥生產(chǎn)過程的工藝余熱，產(chǎn)生蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。
純余熱電站不燒煤，不增加新的煙氣排放點，但是純低溫余熱發(fā)電受到了余熱品位和余熱量的制約。所以要研究余熱發(fā)電，首先就必需了解水泥窯排放煙氣的廢氣參數(shù)，從而進一步研究熱量利用方案。廢氣量、廢氣溫度、廢氣成分等參數(shù)決定了余熱鍋爐的產(chǎn)汽量和發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。為了合理配置余熱鍋爐和發(fā)電系統(tǒng)，使鍋爐和發(fā)電系統(tǒng)處于高效率的運行工況，我們對水泥生產(chǎn)線長期穩(wěn)定工況下的廢氣參數(shù)進行篩選驗證，對影響余熱參數(shù)的窯系統(tǒng)各點的確定進行了多方論證研討，確保電站開工前的所有設計工作準確無誤、與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)配合得當，并在電站建設完成后還要進行跟蹤檢測，與建設前參數(shù)進行比較。
余熱發(fā)電工藝流程
本項目利用窯頭鍋爐與窯尾鍋爐蒸發(fā)受熱面來回收進入鍋爐的中高溫煙氣產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽壓力達到2.0MPa以上，溫度可提高到210℃左右，這樣就使在230℃以上的煙氣全部用來生產(chǎn)飽和蒸汽。由于煙氣溫度較高和流量很大，窯頭鍋爐能生產(chǎn)10.6t/h飽和蒸汽，窯尾鍋爐能產(chǎn)汽20.6t/h；為實現(xiàn)對低溫段煙氣的合理利用，與蒸發(fā)受熱面換熱后形成的低溫煙氣由省煤器來回收，用下級省煤器來加熱凝結水，上級省煤器繼續(xù)加熱來自除氧器的給水，減少了從汽輪機抽汽或真空除氧的環(huán)節(jié)，有利于提高低溫煙氣的利用，從而提高系統(tǒng)的熱效能；飽和蒸汽送入三次風過熱器，利用少量850℃左右的高溫三次風來加熱飽和蒸汽以及少量的減溫水產(chǎn)生過熱蒸汽，使過熱蒸汽溫度達到400℃，壓力達到1.9 MPa左右，過熱蒸汽流量為32.4t/h。
根據(jù)余熱高低品位分能級利用的原則，窯頭鍋爐、窯尾鍋爐生產(chǎn)飽和蒸汽，三次風過熱器生產(chǎn)過熱蒸汽，從而提高了過熱蒸汽的品質與產(chǎn)量，這些思路和實踐是水泥工業(yè)與水泥窯余熱發(fā)電工業(yè)的一大創(chuàng)新。
鍋爐系統(tǒng)工質具體的循環(huán)過程是來自三次風過熱器的過熱蒸汽在汽輪機中膨脹做功后，乏汽排入冷凝器凝結成水，凝結水從冷凝器出來，通過凝結水泵分別進入AQC余熱鍋爐低溫省煤器和SP余熱鍋爐低溫省煤器中，從AQC余熱鍋爐和SP余熱鍋爐低溫省煤器出來的低壓給水送入除氧器，經(jīng)除氧器除氧并經(jīng)電動給水泵升壓后分別進入AQC余熱鍋爐和SP余熱鍋爐高溫省煤器。從高溫省煤器出來的水分別送入該余熱鍋爐的蒸汽受熱面生成飽和蒸汽；AQC余熱鍋爐和SP余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)汽包再分別通過管路送至三次風過熱器，經(jīng)三次風過熱器的低溫過熱器、高溫過熱器加熱產(chǎn)生過熱蒸汽，汽水循環(huán)的工質壓力可以提高至次中壓，過熱蒸汽經(jīng)主蒸汽管道送入汽輪機推動發(fā)電機發(fā)電。
水泥生產(chǎn)線的節(jié)能改造不能單單局限于利用余進行熱發(fā)電這一點上，為了使單位熟料的熱耗盡可能降低，公司在余熱發(fā)電工程實踐中還進行了下列綜合嘗試，并取得了不錯的效果：
1、盡量提高預熱器分離效率；
2、減少系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的表面散熱損失；
3、利用科技手段，提高風機效率；
4、不斷提高煤粉燃燒效率；
5、水泥與余熱發(fā)電相結合，逐步優(yōu)化燒成工藝。
[Page]三、余熱鍋爐對水泥生產(chǎn)的影響及控制
水泥窯配套建設余熱電站，因為余熱鍋爐進出口煙風管道要與原水泥生產(chǎn)線煙風管道相連接，所以余熱電站對水泥生產(chǎn)不產(chǎn)生任何影響是不可能的。根據(jù)已投產(chǎn)的余熱電站實際生產(chǎn)運行情況進行分析，余熱電站投入運行后對水泥生產(chǎn)的影響主要集中在如下幾個方面：
?。?）窯尾高溫風機：在窯尾SP鍋爐漏風控制、結構設計、受熱面配置、清灰設計、除灰設計、廢氣管道設計合適的條件下，電站投入運行后，窯尾高溫風機負荷將有所降低，這種影響是正面的。因為SP鍋爐負壓很大，漏風問題就顯得十分突出，鍋爐阻力的大小對窯系統(tǒng)影響也十分明顯，因此在SP鍋爐設計時就充分考慮到以上問題，使其阻力盡可能低，同時合理布置閥門、清灰裝置等，減少系統(tǒng)不必要的漏風。
（2）增濕塔：將隨著余熱鍋爐的投入或退出調整噴水量，直至停止或全開噴水。鍋爐正常運轉后，增濕塔完全退出。
（3）生料磨及煤磨：隨著余熱鍋爐的投入或退出，烘干廢氣溫度將產(chǎn)生較大幅度的變化，所以鍋爐設計之初要充分考慮原料及煤磨的烘干需要，運行中根據(jù)烘干廢氣溫度的變化調整烘干廢氣量或磨的運行方式。
?。?）窯尾收塵器：如果窯尾采用電收塵，電站投入運行后對其收塵效果總是有影響的，只是由于地區(qū)不同、配料不同、燃料不同或其它條件不同，對收塵效果的影響程度不同。當窯尾采用袋收塵時，電站投入運行對提高收塵效果是有顯著作用的。
（5）窯頭收塵器：電站投入運行后，窯頭電收塵器工作溫度大為降低，粉塵負荷也相應降低。同樣，當收塵器采用袋收塵時，電站投入運行后對提高收塵效果是有作用的。
?。?）窯系統(tǒng)操作：由于窯系統(tǒng)增加了余熱鍋爐，而余熱鍋爐廢氣不但取自還要送回水泥窯系統(tǒng)，因此勢必需要增加窯系統(tǒng)窯頭、窯尾、廢氣處理、生料粉磨、煤制備系統(tǒng)的操作環(huán)節(jié)。
?。?）篦冷機操作：由于篦冷機原煙風管道走向及風量都發(fā)生了變化，所以在窯頭排風風機和篦冷機風量匹配上要作相應的調整。
對水泥窯生產(chǎn)造成的上述幾方面的影響，綜合起來為兩個方面：
一是增加了水泥窯生產(chǎn)的操作環(huán)節(jié)（例如：隨著電站的投入、運行和解出，水泥窯需調整窯尾高溫風機、增濕塔噴水、生料磨及煤磨、窯頭排風機等系統(tǒng)的運行參數(shù)；
二是如果窯尾采用電收塵，鍋爐投入運行后對其收塵效果總是有或大或小的影響。
四、運行效果
北京市琉璃河水泥有限公司2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線配套6MW創(chuàng)新型余熱發(fā)電運行效果：
?。ㄒ唬┳?007年７月投運以來，運行狀況良好，各項指標均達到了設計標準。2009年上半年發(fā)電2489.4萬kwh，發(fā)電設備運轉率達98%，隨窯運轉率達100%，發(fā)電功率平均值達到5800 kw 以上，電站自用電率低于6%，供電能力高。余熱電站與水泥窯系統(tǒng)有機的結合，不但未對窯煅燒帶來任何影響，而且起到了穩(wěn)定窯熱工制度的作用，熟料產(chǎn)質量穩(wěn)定提升。
?。ǘ┍本┦辛鹆Ш铀嘤邢薰緞?chuàng)新型余熱發(fā)電系統(tǒng)已于2009年1月14日獲得國家發(fā)明專利（專利號：ZL 200610171599.0）
?。ㄈ┰擁椖勘粐野l(fā)改委列為2006年國家十大重點節(jié)能工程示范項目，被北京市發(fā)改委列為“清潔能源示范工程”，創(chuàng)新型低溫余熱發(fā)電技術已獲得國家實用新型專利和國家發(fā)明專利。在2000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線配套建設的6兆瓦創(chuàng)新型低溫余熱發(fā)電生產(chǎn)線已于2009年6月并網(wǎng)發(fā)電，公司2009年被列為北京市首批循環(huán)經(jīng)濟試點單位。
五、結束語
黨的“十八大”報告中，環(huán)境保護被提升到了前所未有的高度，首次單篇論述生態(tài)
“十二五”期間，公司將以科學發(fā)展觀為統(tǒng)領，創(chuàng)新發(fā)展思路，轉變發(fā)展方式，提升發(fā)展質量，在新的起點上，實現(xiàn)企業(yè)健康、理性、可持續(xù)發(fā)展，充分發(fā)揮其作為金隅集團“水泥生產(chǎn)科研基地、優(yōu)秀人才培養(yǎng)基地、企業(yè)文化建設基地”的作用，打造“品質琉水、價值琉水、百年琉水”， 保持一流的精神狀態(tài)，按照一流的工作標準，創(chuàng)造一流的工作業(yè)績，力爭在金隅集團系統(tǒng)內率先實現(xiàn)“三個翻番帶動一個翻番”的宏偉目標，努力為中國水泥工業(yè)發(fā)展做出新的表率和更大的貢獻！
編輯：劉冰
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