一、企業(yè)簡介
　　北京市琉璃河水泥有限公司是全國建材一類大型企業(yè)，始建于1939年，是北京金隅集團有限責任公司控股的北京金隅股份有限公司的核心子公司，注冊資本3.3億元，職工總數(shù)980人(其中工程技術(shù)人員300余人)，年利潤近1億元。公司位于北京西南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、京石高速公路、107國道緊鄰，交通四通八達，運輸暢捷迅速，廠區(qū)環(huán)境優(yōu)美。公司在行業(yè)內(nèi)率先通過ISO9001質(zhì)量體系認證、ISO10012計量檢測體系認證、OHSMS18001職業(yè)健康安全體系認證、ISO14001環(huán)境管理體系認證。公司生產(chǎn)的“金隅”（原“長城”）牌水泥被國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局授予“國家免檢產(chǎn)品”，并獲得了北京市首批“綠色建材產(chǎn)品”稱號，“長城”牌商標還連續(xù)多次被評為“北京市著名商標”、“北京名牌商品”等稱號。

　　北京市琉璃河水泥有限公司擁有一條2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線和一條2000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，鐵路專用線13條合計20公里，主要產(chǎn)品有P.O42.5、P.Ⅰ42.5水泥，年生產(chǎn)供貨能力達220萬噸以上，日出廠水泥最大量12000噸以上。公司以創(chuàng)新求發(fā)展，依靠科技進步，不斷提高產(chǎn)品服務質(zhì)量，堅持“塑卓越品質(zhì)，鑄百年偉業(yè)”的質(zhì)量方針，真誠服務用戶，履行企業(yè)社會職責，按照“綠色北京”的要求，成為“生態(tài)友好型”企業(yè)。實現(xiàn)了經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

　　北京市琉璃河水泥有限公司大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，走理性、健康、可持續(xù)發(fā)展的道路。2006年公司在2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線配套開發(fā)的創(chuàng)新型低溫余熱發(fā)電示范項目，每小時平均發(fā)電能力在5800kwh以上，成為具有國際領(lǐng)先水平的示范工程。該項目被國家發(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(shù)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。
                  
　　近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展以及國家對基礎(chǔ)設施建設投入不斷加大，水泥工業(yè)的建設規(guī)模和技術(shù)水平有了長足的進步，為水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備的推廣應用創(chuàng)造了市場條件。伴隨建設規(guī)模及水泥生產(chǎn)線產(chǎn)能的提高，水泥燃料熱耗逐漸降低。但即使如此，目前國內(nèi)先進的水泥生產(chǎn)工藝仍然有大量的350℃以下的低溫余熱不能被充分利用，其浪費的熱量約占總輸入熱量的1/3左右?？紤]目前國內(nèi)陸續(xù)投產(chǎn)的大型水泥窯技術(shù)及裝備的變化并結(jié)合國內(nèi)火力發(fā)電設備設計制造現(xiàn)狀，對水泥工業(yè)純低溫余熱發(fā)電所采用的熱力循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)參數(shù)及廢氣取熱方式進行深入的研究分析，從而進一步提高我國純低溫余熱發(fā)電技術(shù)及裝備水平、充分合理利用余熱進而提高余熱發(fā)電能力是非常必要的。
                   
　　 二、北京市琉璃河水泥有限公司發(fā)電技術(shù)歷史情況簡介
　　1、北京市琉璃河水泥有限公司在1939年建立之初，就設有兩套余熱發(fā)電機組；2、國家“八五”攻關(guān)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)；3、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。
                  
　　三、創(chuàng)新型余熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)
　?。ㄒ唬﹦?chuàng)新基礎(chǔ)與核心
　　1、創(chuàng)新基礎(chǔ)
　　在保證水泥窯產(chǎn)、質(zhì)量不降低，在熟料熱耗不增加的基礎(chǔ)上，充分利用水泥窯頭、窯尾可利用余熱資源，實現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換。
                  
　　2、創(chuàng)新核心
　?。?）與電力設計制造部門合作開發(fā)新型干法水泥生產(chǎn)線的有自主知識產(chǎn)權(quán)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)（專業(yè)化分工、強強聯(lián)合）；（2）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；（3）采用國際先進技術(shù)，創(chuàng)新設計、解決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。

　　3、技術(shù)特點
　　此項技術(shù)特點是在三次風風管的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(zhì)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AQC和SP爐的汽包，提升飽和蒸汽的品質(zhì)，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(shù)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(shù)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(shù)指標上可以充分體現(xiàn)這一技術(shù)“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(zhuǎn)窯工況的作用。
                  
　?。ǘ﹦?chuàng)新型低溫余熱發(fā)電技術(shù)的理論基礎(chǔ)
　　目前，所有的熱能—動力轉(zhuǎn)換技術(shù)理論基礎(chǔ)均基于朗肯循環(huán)理論，不同電站僅僅是由于熱能種類、所采用的工質(zhì)參數(shù)及實際循環(huán)方式不同，鍋爐產(chǎn)生蒸汽時，壓力變化一般都不大，所以蒸汽的產(chǎn)生過程接近于一個定壓加熱過程。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；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?；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。

　　在水及水蒸氣被熱源加熱過程中，熱源與水及水蒸氣間必將存在換熱溫差，并且熱源溫度必須高于水及水蒸氣溫度，同時在此換熱過程中的某一位置存在最小溫差點，此點稱為換熱溫差窄點。

　　一般通過熱平衡的方法，即通過熱量的收入與支出來分析評價某一熱工過程，進而確定熱效率。但是熱平衡評價方法是基于熱力學第一定律，即能量收入與支出之和必須是零。它僅表示能源在量方面的利用情況，并不涉及能質(zhì)。能質(zhì)的表現(xiàn)方式是考察能源對環(huán)境而言所能作的最大有用功，它是基于熱力學第二定律：熱量只能從高溫熱源傳遞給低溫熱源，因此，并不是所有的熱量都能作功，溫度愈高,作功能力愈大，環(huán)境溫度下的熱量不能作功。通過對余熱發(fā)電熱力循環(huán)過程進行能質(zhì)分析和評價，可以對余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)進行更深入的分析從而找出構(gòu)成合理、高效的余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)的方法。

　　朗肯循環(huán)是最簡單的蒸汽動力循環(huán)，由給水泵、鍋爐、汽輪機和冷凝器四個主要裝置組成。在對實際的循環(huán)進行簡化和理想化的前提下，我們認為汽水循環(huán)過程如下：

　　1、在給水泵中水被壓縮升壓，這個過程中流經(jīng)水泵的流量較大，水泵向周圍的散熱量可以忽略，這個過程可簡化為可逆絕熱壓縮過程，即定熵壓縮過程。2、水在鍋爐中被加熱的過程本來是在外部熱源與工質(zhì)之間有較大溫差的條件下進行的，而且不可避免地工質(zhì)會有壓力損失，是一個不可逆加熱過程。我們把它理想化為不存在工質(zhì)壓力變化，并將過程想象為無數(shù)個與工質(zhì)溫度相同的熱源與工質(zhì)可逆?zhèn)鳠?，也就是把傳熱不可逆因素放在系統(tǒng)之外，只著眼于工質(zhì)一側(cè)。這樣，將加熱過程理想化為定壓可逆吸熱過程。3、蒸汽在汽輪機中膨脹過程中因其流量大、散熱量相對較小，當不考慮摩擦等不可逆因素時，簡化為可逆絕熱膨脹過程，即定熵膨脹過程。4、蒸汽在冷凝器中被冷卻水，同樣將不可逆溫差傳熱因素放于系統(tǒng)之外來考慮，簡化為可逆定壓冷卻過程。
                  
　　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(jié)論：1、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；2、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(jié)論是指導余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)及設備設計的基礎(chǔ)，是確定余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。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。

　　（三）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)2500t水泥熟料生產(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(zhì)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（見圖一：工藝流程）。 

圖一：余熱發(fā)電工藝流程