这项技术让燃煤电厂污染物减排近 90%, 余热回收率提升 30%!
在全球能源格局深度调整与环境保护意识日益高涨的时代浪潮下，能源领域正面临着前所未有的机遇与挑战。一方面，随着工业化、城市化进程的加速推进，能源需求持续攀升，保障稳定的能源供应成为各国发展的关键支撑;另一方面，传统化石能源的大量消耗带来了严峻的环境问题，如大气污染、温室气体排放增加等，严重威胁着人类的生存与可持续发展。
燃煤发电作为我国电力供应的重要组成部分，在能源体系中占据着举足轻重的地位。然而，长期以来，燃煤电厂在运行过程中存在着能源利用率较低、污染物排放量大等突出问题，不仅造成了能源资源的浪费，也给生态环境带来了沉重压力。如何在满足能源需求的同时，实现燃煤发电的绿色、高效、可持续发展，成为了能源领域亟待攻克的关键课题。
在此背景下，燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术应运而生，宛如黑暗中的曙光，为燃煤发电行业的转型发展指明了方向。这项融合了先进技术理念与创新工艺的成果，承载着降低能源消耗、减少污染物排放、提升经济效益的多重使命，一经问世便引发了广泛关注。从国内青岛城阳顺安热电的示范项目，到国外丹麦 Aalborg CSP 电厂、美国部分燃煤电厂的成功实践，该技术在全球范围内崭露头角，用实际成效证明了其巨大的潜力与价值。
接下来，就让我们一同深入探寻燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术的发展现状、创新成果、重要意义以及未来趋势，解锁其为能源与环境领域带来的全新变革。
《燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术》
发展现状
在能源资源日益紧张、环保要求愈发严苛的当下，燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术在全球范围内取得了令人瞩目的进展。众多成功案例如璀璨星辰，为该技术的广泛推广与实际应用提供了坚实的实践支撑。
2024 年，全国首例燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术示范项目在青岛城阳顺安热电成功落地并投入使用。这一具有里程碑意义的项目，是清华大学与北京清建能源技术有限公司、青岛顺安热电有限公司及青岛安清源新能源科技有限公司紧密携手、深度合作的结晶。
该项目采用了 “烟气直接喷淋降温 + 吸收式热泵 + 压缩式热泵” 的先进工艺。湿法脱硫后的烟气呈现出低温、高湿的特性，项目团队巧妙地运用 “基于喷淋换热的烟气余热回收与减排一体化技术”，并有机结合 “空塔喷淋”“吸收式换热”“压缩式换热” 等一系列前沿技术手段。下面为您介绍这些技术手段的原理：
“基于喷淋换热的烟气余热回收与减排一体化技术”，是利用喷淋水与低温、高湿的烟气充分接触，由于喷淋水的温度低于烟气温度，热量会从烟气传递到喷淋水中，从而实现烟气的降温以及余热的回收。在这个过程中，烟气中的部分污染物会溶解于喷淋水中，达到一定的减排效果。“空塔喷淋” 是在空塔中进行喷淋操作，使喷淋水与烟气更均匀地混合，进一步提高换热效率和污染物的吸收效果。“吸收式换热” 则是基于吸收式热泵的原理，利用吸收剂对制冷剂的吸收和释放特性，在较低温度下吸收热量，在较高温度下释放热量，实现热量的转移和提升，将回收的余热用于供热等用途。“压缩式换热” 依靠压缩机对制冷剂进行压缩，提高制冷剂的温度和压力，使其能够在高温下释放热量，同样用于满足供热等需求。通过这些技术的协同发力，烟气温度能够大幅降至 15℃。在这一过程中，不仅成功回收了烟气中的冷凝热，将其用于冬季居民供暖，为百姓送去温暖，而且回收的冷凝水还被巧妙地当作电厂的补水，实现了烟气、废水的超低排放，达到了能源的高效利用与环境的友好保护。
经相关机构的实测数据表明，该项目每采暖季的余热回收效果极为显著。可深度回收烟气余热 40 万 GJ，经精确计算，这一回收量相当于节约了 19423.6 吨原煤。按照每吨原煤燃烧产生约 2.66 吨二氧化碳来计算，这相当于避免了约 51666.8 吨二氧化碳的排放。在节能减排方面，该项目同样表现出色，每采暖季能够减排二氧化碳 43776.6 吨，减排二氧化硫 120 吨，减排氮氧化物 59 吨，减排烟尘 1332.2 吨，减排废水 3.3 万吨，同时节约用水 12.9 万吨。如此卓越的成效，无疑为燃煤电厂的绿色发展提供了极具说服力的实践范例，树立了行业标杆。
为了更清晰地展示该技术的减排效果，以下是青岛城阳顺安热电项目应用余热利用与超净排放协同技术前后的污染物排放数据对比图表：
在国外，丹麦的 Aalborg CSP 电厂堪称余热利用与超净排放协同技术的典范。该电厂采用的熔盐储能系统犹如一位高效的 “能源管家”，能够将发电过程中产生的约 80% 的高温蒸汽余热精准储存起来，用于后续的供热需求，实现了能源在不同时段、不同用途之间的合理分配与梯级利用。其原理是利用熔盐在高温下吸收热量，储存大量的热能，当需要供热时，熔盐释放热量，将热能传递给需要的系统。与此同时，通过采用先进的脱硫、脱硝和除尘设备，以及领先的燃烧优化技术，电厂的污染物排放得到了有效控制。具体数据显示，电厂的二氧化硫排放量降低至 10mg/m³ 以下，氮氧化物排放量降低至 20mg/m³ 以下，烟尘排放量降低至 5mg/m³ 以下，各项污染物排放指标均远低于欧盟的严格排放标准，达到了超净排放的高水平。据估算，该电厂每年因余热回收利用所减少的能源消耗，相当于节省了约 2 万吨标准煤，减少了约 5.32 万吨二氧化碳排放，为丹麦的能源转型和可持续发展注入了强大动力，做出了不可磨灭的重要贡献。
丹麦 Aalborg CSP 电厂应用该技术前后污染物排放数据对比图表如下：
此外，美国的一些燃煤电厂也在积极投身于余热利用与超净排放协同技术的探索与实践。例如，某电厂通过安装新型的余热回收装置，成功将发电过程中产生的高温烟气余热回收用于预热锅炉给水，这一举措使得锅炉热效率提高了约 15%，从而显著减少了煤炭的消耗。该新型余热回收装置的原理是通过特殊的换热结构，使高温烟气与锅炉给水进行热量交换，将烟气的热量传递给给水，提高给水温度，进而提高锅炉的热效率。经核算，每年可节约煤炭约 1.5 万吨。在污染物治理方面，该电厂采用先进的选择性催化还原(SCR)脱硝技术、湿法脱硫技术和高效的静电除尘器，实现了氮氧化物排放量降低至 30mg/m³ 以下，二氧化硫排放量降低至 25mg/m³ 以下，烟尘排放量降低至 10mg/m³ 以下，为美国的环境保护和能源可持续发展开辟了新的道路，提供了新的思路和模式。其中，SCR 脱硝技术是利用氨等还原剂，在催化剂的作用下，将氮氧化物还原为氮气和水;湿法脱硫技术是通过吸收剂与二氧化硫反应，将其从烟气中去除;高效静电除尘器则是利用电场力使烟尘颗粒带电，然后吸附在电极上，从而实现烟尘的去除。
美国该电厂应用该技术前后污染物排放数据对比图表如下：
技术创新点
烟气余热回收工艺创新：科研团队凭借深厚的专业知识和持之以恒的不懈努力，成功发明了两段式喷淋、吸收 / 压缩热泵耦合的烟气余热回收新工艺流程和关键设备。这一创新技术犹如一把 “精准的手术刀”，能够深度挖掘烟气中的水分和冷凝潜热。其原理在于，两段式喷淋通过分阶段对烟气进行喷淋处理，进一步提高了换热效率和余热回收量。吸收 / 压缩热泵耦合则是结合了吸收式热泵和压缩式热泵的优势，在不同的工况下灵活选择合适的热泵方式，提高了整个系统的能源利用效率。经专业测试，与传统余热回收技术相比，该技术可多回收约 30% 的余热，极大地提高了能源利用效率，使得锅炉热效率提高近 10 个百分点。如果以一台常规 100MW 燃煤发电机组为例，采用该创新技术后，每年可多回收余热约 12 万 GJ，相当于节约约 3800 吨标准煤，具有重大的实践意义和广阔的应用前景。
多污染物联合脱除：研究人员另辟蹊径，提出了烟气相变低温凝并原理。这一创新性原理的应用，实现了余热回收过程中的多污染物联合脱除，堪称环保领域的一大创举。其原理是利用烟气在低温条件下发生相变，使得其中的水蒸气凝结成小水滴，同时，二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染物会附着在这些小水滴上，通过重力作用或其他分离手段，实现污染物的去除。通过实测，排烟中的各项污染物浓度均达到了超低排放标准，其中二氧化硫、氮氧化物和烟尘的去除率分别达到了 98%、95% 和 99% 以上，净化效果惊人。以一个年发电量为 50 亿度的燃煤电厂为例，采用该技术后，每年可减少二氧化硫排放约 2000 吨，减少氮氧化物排放约 1000 吨，减少烟尘排放约 200 吨。这一技术的强大性能甚至可以完全代替湿式静电除尘器，为企业节省了大量的设备投资和运行成本。相比传统治理方式，该创新技术在降低污染物排放的同时，还显著降低了污染物超低排放治理成本，成本降低了约 30%，为燃煤电厂的环保治理提供了更为经济、高效、可持续的解决方案。
废水资源化利用：为了实现废水的资源化利用，科研人员充分发挥智慧，发明了以吸收式热泵回收多级闪蒸余热用于供热并将产生的净水用于热网补水的制水方法。这种方法巧妙地利用热电厂原有换热过程中的温差作为驱动力，如同变魔术一般，实现了低能耗、低成本的废水资源化利用。其原理是，多级闪蒸利用废水在不同压力下沸点不同的特性，使废水在多个闪蒸罐中依次降压蒸发，产生蒸汽，蒸汽再通过吸收式热泵回收热量用于供热。而蒸发后的废水经过处理后，达到了净水的标准，可用于热网补水。据统计，采用该方法后，电厂的废水回收率可达到 80% 以上。以一个日处理废水量为 1000 吨的燃煤电厂为例，采用该技术后，每天可回收利用废水约 800 吨，每年可节约水资源约 29.2 万吨，这一成果不仅有效减少了废水排放对环境的压力，缓解了水资源紧张的局面，还为电厂提供了新的水资源来源，降低了用水成本，实现了经济效益与环境效益的完美双赢，为可持续发展理念在电厂的实践提供了成功范例。
发展意义
环境效益：该协同技术的应用，在减少污染物排放方面成效斐然，宛如一场 “绿色革命”。它大幅降低了二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物的排放，以全国范围估算，若燃煤电厂广泛应用该技术，每年可减排二氧化硫约 100 万吨，减排氮氧化物约 50 万吨，减排烟尘约 80 万吨，这将极大地减轻对大气环境的污染，为改善空气质量、守护蓝天白云做出积极贡献。同时，该技术在减少废水排放方面同样表现出色，每年可减排废水约 500 万吨，这对水资源保护起到了至关重要的作用，有利于维护生态平衡，促进人与自然的和谐共生，推动可持续发展战略的深入实施。
经济效益：通过余热回收用于供热，该技术为电厂带来了实实在在的经济效益，成为了电厂降低成本、提高效益的 “秘密武器”。以顺安热电的项目为例，经专业核算，每年可节约成本约 1500 万元，实现了可观的经济效益，达到了正收益，为电厂的可持续发展提供了有力的经济支持。同时，废水处理后实现回收利用，不仅减少了废水处理费用，还为电厂提供了新的水资源，进一步降低了运营成本，提高了电厂的市场竞争力，使电厂在激烈的市场竞争中占据更有利的地位。如果按照全国推广该技术来计算，每年可为整个行业节约成本上百亿元。
社会效益：燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术的成功应用，犹如一座灯塔，为整个行业的绿色转型提供了可借鉴的示范案例。它有助于推动燃煤电厂行业的技术升级和可持续发展，加速行业向绿色、低碳、环保方向迈进，对实现碳达峰、碳中和目标具有重要的战略意义。同时，该技术的应用也为社会创造了良好的环境效益，改善了居民的生活环境，提高了公众对清洁能源和环保技术的认可度，增强了公众的环保意识，营造了全社会共同参与环保、推动可持续发展的良好氛围。
发展趋势
技术持续优化：随着科技的飞速发展，燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术将不断迭代升级。未来，科研人员将进一步聚焦提高余热回收效率，降低能耗和成本，通过不断创新和改进技术，挖掘更多的节能潜力。同时，他们将致力于开发更高效的污染物脱除技术，追求更深度的超净排放，为环境保护贡献更多的力量，使燃煤电厂在满足能源需求的同时，对环境的影响降至最低。
与其他技术融合：为了实现能源的更高效利用和优化配置，燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术将与智能电网、储能技术等前沿技术深度融合。通过与这些技术的有机结合，实现能源的灵活调度和存储，提高燃煤电厂的整体运行效率和可靠性，使能源供应更加稳定、高效、智能，为能源的可持续发展提供更强大的技术支持。
推广应用范围扩大：目前，该技术已在部分地区取得了令人瞩目的成功应用，积累了宝贵的经验。未来，它将从北方地区的热电联产项目逐渐向全国范围的燃煤电厂推广，包括纯凝式燃煤电厂等不同类型的电厂。通过更广泛的推广应用，实现更大范围的节能减排和协同增效，推动整个燃煤电厂行业的绿色发展，为我国的能源转型和环境保护事业做出更大的贡献。
综上所述，燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术在当前能源与环境形势下具有不可忽视的重要性和巨大的发展潜力。从国内外的成功实践来看，该技术在节能减排、降低成本、提升效益等方面成效显著，为燃煤电厂的可持续发展提供了切实可行的解决方案。然而，技术的发展永无止境，未来还需不断创新和完善，加强与其他先进技术的融合，扩大推广应用范围。这不仅需要科研人员的持续努力，也离不开政府、企业和社会各界的共同支持与参与。相信在各方的共同努力下，燃煤电厂余热利用与超净排放协同技术将不断取得新的突破，为全球能源转型和环境保护事业书写更加辉煌的篇章。
