循環(huán)經(jīng)濟(jì)在天子湖熱電廠應(yīng)用的實(shí)踐

徐崇蛟

摘要：我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程加快，熱電企業(yè)作為集中公共服務(wù)配套的企業(yè)，承擔(dān)著供熱、供電服務(wù)工作，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。隨著國家提出經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略和環(huán)保升級(jí)，減少碳排放和溫室效應(yīng)的要求，熱電企業(yè)生存和發(fā)展面臨挑戰(zhàn)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的探索成為熱電企業(yè)生存和發(fā)展的機(jī)遇。本文以天子湖熱電在減少碳排放方面實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的探索與實(shí)踐，開辟了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)新模式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：循環(huán)經(jīng)濟(jì);探索與實(shí)踐;碳排放;溫室效應(yīng)

一、熱電企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要性

熱電企業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著重要的地位和作用，是典型的能源消耗類企業(yè)，也是節(jié)能和環(huán)保型的企業(yè)。隨著國家經(jīng)濟(jì)體制改革，對(duì)能源控制，環(huán)保排放要求升級(jí)，減少溫室效應(yīng)和碳排放，熱電企業(yè)生存也面臨多重壓力：一是外部產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，下游用戶減少;二是內(nèi)部管理需要，要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，使社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益提高。只有通過現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備，發(fā)展多元化的循環(huán)經(jīng)濟(jì)才是企業(yè)發(fā)展的重要途徑。運(yùn)用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，對(duì)熱電企業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢棄物再利用，從而提高能源的利用效率，使資源得到充分利用，減少能源消耗和減輕環(huán)境污染。改變傳統(tǒng)資源利用模式，改為探索發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新模式，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保節(jié)能可持續(xù)發(fā)展。下面以天子湖熱電在減少碳排放方面的綜合利用項(xiàng)目，發(fā)展新循環(huán)經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的實(shí)踐為例來加以闡述。

二、循環(huán)經(jīng)濟(jì)在天子湖熱電應(yīng)用的實(shí)踐

天子湖熱電建設(shè)規(guī)模為2*90t/h+1*130T/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐和2*12MW高溫高壓抽汽背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，配套建設(shè)廠內(nèi)公用系統(tǒng)和園區(qū)供熱管網(wǎng)，作為湖州省際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)公共供熱配套服務(wù)企業(yè)，目前供熱半徑已達(dá)5公里，項(xiàng)目于2014年建成投產(chǎn)。近年，天子湖熱電通過管理提升和技術(shù)創(chuàng)新手段帶動(dòng)企業(yè)發(fā)展，先后實(shí)施了灰渣綜合利用、發(fā)電供熱機(jī)組的超低排放改造、排煙系統(tǒng)改造等技術(shù)改造項(xiàng)目，履行了對(duì)社會(huì)的環(huán)保責(zé)任。通過探索，與湖州謝菲爾考克碳酸鈣有限公司聯(lián)合開發(fā)，鍋爐煙氣（CO₂）回收綜合利用及副產(chǎn)品回收綜合利用，開辟了熱電企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新亮點(diǎn)。

1）鍋爐煙氣（CO₂）綜合利用應(yīng)用機(jī)理

天子湖熱電與湖州謝菲爾考克有限公司聯(lián)合開發(fā)鍋爐煙氣（CO₂）回收綜合利用項(xiàng)目，生產(chǎn)高純度食品級(jí)碳酸鈣（CaCO₃）乳液作為高檔卷煙紙專用填充料。

本項(xiàng)目工藝主要分為消化工藝和碳化工藝，消化工藝為：成品的生石灰CaO進(jìn)入消化器，與自來水進(jìn)行消化反應(yīng)形成氫氧化鈣Ca（OH）₂乳液，控制反應(yīng)的溫度在70-80攝氏度之間，濃度控制在170g/l左右。生石灰消化反應(yīng)如下：CaO+H₂O→Ca（OH）₂+Q

碳化工藝為：完成消化工藝生成氫氧化鈣Ca（OH）₂乳液后，再利用天子湖熱電廠的脫硫除塵后超低排放的鍋爐潔凈尾氣中所含CO₂（體積百分比約12.7%）與Ca（OH）₂進(jìn)行碳化反應(yīng)形成碳酸鈣CaCO₃，反應(yīng)過程勻速攪拌，經(jīng)過約3.5個(gè)小時(shí)的反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度不再上升且電導(dǎo)率低于300μs/cm時(shí)反應(yīng)結(jié)束。CaCO₃乳液經(jīng)振動(dòng)篩除渣后存入4只200m?碳酸鈣乳液儲(chǔ)存桶。CaCO₃乳液部分作為質(zhì)量濃度15.4%液態(tài)成品和部分經(jīng)濃縮后形成質(zhì)量濃度25.2%的液態(tài)成品，作為高檔卷煙紙專用填充料。現(xiàn)年產(chǎn)碳酸鈣（CaCO₃）乳液量為20000噸。

在碳化桶內(nèi)發(fā)生如下的反應(yīng)：CO₂+ Ca（OH）₂→CaCO₃+ H₂O+Q

2）副產(chǎn)品（CaCO₃）綜合利用應(yīng)用

該項(xiàng)目在生產(chǎn)過程將產(chǎn)生部分碳酸鈣廢渣（主要成分為碳酸鈣、部分雜質(zhì)）及不合格的副產(chǎn)品碳酸鈣（CaCO₃）溶液，需要經(jīng)過壓濾機(jī)壓濾脫水成固態(tài)，按照一般固廢處理。熱電鍋爐尾部煙氣采用石灰石-石膏濕法脫硫，其脫硫過程的化學(xué)反應(yīng)情況為：

（1）在脫硫吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO₂首先被漿液中的水吸收，形成亞硫酸，并部分電離：

SO₂+ H₂O? →? H₂SO₃→? H+ +HSO₃-? →?? 2H⁺+SO₃^2-

（2）與吸收塔漿液中的CaCO₃細(xì)顆粒反應(yīng)生成CaSO₃·1/2H₂O細(xì)顆粒：

CaCO₃+ 2H⁺→? Ca²⁺+ H₂O +CO₂↑

Ca²⁺+ SO₃^2-→?? CaSO₃·1/2H₂O↓+ H⁺

（3）CaSO₃·1/2H₂O被鼓入的空氣中的氧化，最終生成石膏CaSO₄·2H₂O

HSO₃^-+ 1/2 O₂→? H⁺+SO4^2-

Ca₂⁺+ SO4₂^-+ 2H₂O? →?? CaSO₄·2H₂O↓

上述反應(yīng)SO₂被漿液中的水吸收。根據(jù)SO₂的化學(xué)特性，SO₂在水中能發(fā)生電離反應(yīng)，易溶于水，只要有足夠的水，就能將煙氣中絕大部分SO₂吸收下來。隨著漿液中HSO^3-和SO₃^2-離子數(shù)量的增加，漿液的吸收能力不斷下降，直至完全消失，從而完成煙氣的脫硫過程。要保證系統(tǒng)良好的吸收效率，不僅要有充分的漿液量和充分的氣液接觸面積，還要保證不斷地補(bǔ)充新鮮漿液。因此鍋爐煙氣二氧化硫排放濃度不大于35mg/m³，石灰石-石膏濕法脫硫需消耗大量的石灰石漿液。經(jīng)過對(duì)謝菲爾考克副產(chǎn)品（CaCO₃）取樣與熱電濕法脫硫石灰石（CaCO₃）分析對(duì)比，各項(xiàng)指標(biāo)均符合石灰石-石膏濕法脫硫的要求，PH指標(biāo)為9.62，密度指標(biāo)為1.03g/ml，略低外，部分指標(biāo)優(yōu)于熱電廠脫硫石灰石漿液指標(biāo)，其中鈣離子含量為96.19%，純度相當(dāng)高。

詳見化驗(yàn)分析的各項(xiàng)目指標(biāo)：

所以對(duì)謝菲爾考克生產(chǎn)過程將產(chǎn)生部分碳酸鈣廢渣（主要成分為碳酸鈣、部分雜質(zhì)）及不合格的副產(chǎn)品碳酸鈣（CaCO₃）溶液，進(jìn)行回收直接應(yīng)用于石灰石-石膏濕法脫硫工藝，“變廢為寶”，從而減少熱電廠脫硫工藝生產(chǎn)成本。

3）綜合效益

1、碳化主要為Ca（OH）₂和CO₂反應(yīng)，本項(xiàng)目采用熱電廠的煙氣中的CO₂為原料，廢氣綜合利用，熱電廠煙氣中含有多種氣體，如煙塵、NOx、SO₂、CO等其他空氣成分，但體積百分比占最大的為CO₂，同時(shí)為了確保反應(yīng)完全，從理論上年產(chǎn)3萬噸CaCO₃所需的CO₂約為13200t/a，但根據(jù)工藝的需求，一般實(shí)際通入的CO₂為理論用量的2～3倍，本項(xiàng)目實(shí)際通入CO₂約為理論的2倍左右，實(shí)際通入CO₂量約為23703t/a，約占熱電廠年二氧化碳排放總量的10%，相當(dāng)于熱廠年減少環(huán)境污染物二氧化碳排放2.3萬噸，同時(shí)可為公司增加煙氣銷售循環(huán)收入，為熱電企業(yè)減少碳排放開辟的新路子。

2、石灰石-石膏濕法脫硫工藝脫硫劑主要成分為碳酸鈣（CaSO₃）溶于水后成石灰石漿液，煙氣與吸收塔石灰石（CaSO₃）漿液反應(yīng)生成CaSO₃·1/2H₂O，反應(yīng)吸收煙氣中的二氧化硫，同時(shí)完成煙氣脫硫過程，因此石灰石漿液消耗量較大。石灰石純度不僅影響脫硫效率，而且影響石膏（脫硫產(chǎn)物）純度，石灰石純度越高脫硫效率越高。熱電廠目前兩臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，年消耗石灰石漿液近2000噸，每年通過回收謝菲爾考克副產(chǎn)品CaSO₃漿液約600噸左右進(jìn)行綜合利用，減少我公司脫硫成本約三分之一，年可節(jié)約成本十多萬元。

綜合上述，通過鍋爐煙氣供應(yīng)和副產(chǎn)品的回收綜合開發(fā)利用的實(shí)踐，將兩項(xiàng)廢棄物變廢為寶成功實(shí)踐，既實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益新增長，又減少的了環(huán)境污物排放，為提升環(huán)境保護(hù)和減少溫室效應(yīng)做出了積極的貢獻(xiàn)，真正開辟了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新思路。

三、熱電企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的建議

目前國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，在控制和減少能源消耗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從長遠(yuǎn)和全局來看，熱電企業(yè)生存還要不斷的開發(fā)綜合利用項(xiàng)目，利用現(xiàn)有的資源和技術(shù)，多元化發(fā)展，不斷提高能源的利用效率。大力發(fā)展生物質(zhì)耦合熱電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電三聯(lián)供、集中壓縮空氣項(xiàng)目、新能源等，不斷開辟循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新思路。從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約能源消耗，環(huán)境保護(hù)的目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益、環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李雄浩 燃煤煙氣濕法脫硫設(shè)備 [M] 中國電力出版社 2011

[2]黃卉、彭龍 火力發(fā)電廠發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用[J]中國軟件2009