文/陈焕银

摘  要：为提高燃煤电厂的综合能效并实现减排，本文提出了一套新工艺，其基于直接接触式换热的吸收式热泵技术和多级闪蒸技术，在供热的同时实现污染物的减排和脱硫废水的资源化利用。结果表明，该系统可实现烟气余热回收的同时，兼顾脱硫、脱硝和除尘的作用，烟气余热回收可使系统供热效率提高8%，脱硫效率提高50%，脱硝效率提高8%，除尘效果等同于湿式电除尘，出口可降到5mg/m³以下，脱硫废水处理后，水质可达到热网补水标准。新系统的提出对燃煤电厂余热利用和节能减排具有借鉴意义。

关键词：烟气余热回收；零排放；超低排放；节能减排；热泵

在追求碳达峰和碳中和的背景下，如何有效地提高煤炭的利用效率，对于在源头上减少碳排放，实现碳达峰具有重要意义^[1-2]。烟气在排放之前一般均需要经过脱硫处理，脱硫过程中会产生一定的脱硫废水，若直接排放这些废水，不仅对周围环境造成严重污染，而且还会导致水资源大量浪费^[3]。

2017年，环境保护部发布《火电厂污染防治技术政策》，鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排^[4]。

高温烟气的热回收，可以通过ORC循环发电^[5-8]、低压节能器^[9]、低温空气预热器或高压节能器等多种系统形式。这些系统在回收余热后，通常会保持烟气的温度在85 ℃~95 ℃，甚至更高。

结合热泵技术的低温烟气余热回收技术应用于燃煤系统中取得了显著效果。然而，该系统对烟气进行了有效处理，却未对脱硫工艺中所产生的废水的处理给予足够关注。

1 系统流程介绍

一体化处理工艺如图1所示。脱硫废水通过预处理后，进入多级闪蒸设备，经过浓缩减量后进入浓缩结晶塔中，在浓缩结晶塔内被烟气加热蒸发，固体盐分经过排泥泵泵出，与预处理环节产生的淤泥等沉淀物一同进入板框压滤机等固液分离设备，压制成泥饼后运出。

高浓废液蒸发后产生的水蒸气与烟气混合后进入脱硫塔中，在脱硫塔中降温增湿，进入直接接触式换热器换热，烟气温度降低，烟气中的水蒸气冷凝，降温后的低温烟气进入原烟囱中排出。

图1  工艺流程简图

热泵制取的低温中介水中，一部分进入直接接触式换热器中换热，另一部分与多级闪蒸设备最末级产生的低压蒸汽换热，升温后的两部分中介水混合后返回热泵蒸发器，吸收式热泵在热源的驱动下，从中介水中回收热量，回收的热量用于加热热网回水。

高温热源作为整个系统的驱动力，其释放的热量最终全部传递给热网回水。经过多级闪蒸设备制取获得的净水可以作为热网补水或是其他系统的工艺水回收利用。

2 工程应用

将一体化处理工艺在某热电厂进行工程应用，热电厂所用的湿法脱硫采用镁法脱硫工艺，脱硫剂的主要成分为MgO，还含有一定的其他杂质。经过湿法脱硫后，48 ℃的烟气基本处于饱和状态，热量主要是以潜热的形式蕴含在烟气中。

脱硫废水中的主要成分为硫酸镁，但是也含有一定的硫酸钙。根据电厂方的需求，对整个烟气-废水一体化处理系统进行了设计。为了评估系统的运行性能，在采暖季后半期，对系统进行了测试，并详细分析了系统的运行工况。

2.1 热力性能测试

在性能测试时，所采用的主要测试仪器包括热电偶、超声波流量计、万用表、采集仪、压力传感器，对系统各个点的温度、压力、流量等热力数据进行了测量和校验。

系统总的能耗为作为热源的蒸汽的放热量，系统对外的放热量即为热网水获得的热量，根据热力学第一定律，系统的得热量与放热量应当相等。

此外，由于系统还处理了脱硫废水并产出净水作为热网的补水，其水量之间也存在平衡。根据测量值，系统的热平衡以及水量平衡如图2所示。

从图2可以看出，系统的得热量与放热量、处理废水量与产水量和排水量之和之间的比值均在1附近，且比较稳定，这说明测试数据比较准确，确保了结论分析的可靠性。

在测试期间，典型工况下系统的主要运行参数如表1所示。

2.2 水质检测

在运行过程中，对系统的产水水质进行了取样检测，其检测结果如表2所示。可以看出，系统产水硬度很低，其电导率、pH值均满足热网补水的要求。本系统有效地将脱硫废水进行了浓缩，产生了可供利用的净水。

2.3 减排效果讨论

通过第三方检测机构检测了直接接触式换热器前后的烟气成分，表3列出了其前后烟气主要成分的变化。综合来看，能够降低50%以上的二氧化硫，8%以上的氮氧化物。同时，在粉尘浓度10mg/m³左右的情况下降低到＜5mg/m³，满足超低排放的要求。

图2 热平衡和水量平衡

3 结语

根据上述分析，本文提出的工艺，具有明显的节能、节水效益，且在回收了烟气余热的同时，还具有明显的减排环保效益。因此，值得大力推广应用。 

参考文献

[1]邓健玲,黄圣伟,徐钢,等.电站锅炉高效烟气余热回收系统[J].华东电力,2013,41(1):200-204.

[2]黄新元,孙奉仲.电站锅炉深度降低排烟温度的理论分析与计算[J].华电技术,2010,32(10): 28-30.

[3]国务院.水污染防治行动计划[Z].2015.

[4]环境保护部.火电厂污染防治技术政策[Z].2017.

[5]姜健.湿式石灰石/石灰-石膏烟气脱硫的发展及展望[J].节能技术,2006(5):450-454.

[6]高占民,张少平.降低电站锅炉排烟温度新技术研究[J].节能技术,2006(1):9-11+32.

[7]蒋洁,李昌浩.火电厂排烟余热回收系统分析[J].污染防治技术,2014,27(2):30-32.

[8]周武,向朝晟,李键.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J].东方电气评论,2012,26(1):46-50.

[9]吕明,赵之军,殷国强,等.湿法脱硫系统中降低进口烟气温度节水的分析与试验[J].动力工程学报,2010,30(9):695-698.

（作者单位：北京华源泰盟节能设备有限公司）