循环经济在天子湖热电厂应用的实践

徐崇蛟

摘要：我国经济快速发展，现代工业化进程加快，热电企业作为集中公共服务配套的企业，承担着供热、供电服务工作，在国民经济发展中发挥着重要的作用。随着国家提出经济可持续性发展的战略和环保升级，减少碳排放和温室效应的要求，热电企业生存和发展面临挑战，循环经济的探索成为热电企业生存和发展的机遇。本文以天子湖热电在减少碳排放方面实现循环经济的探索与实践，开辟了发展循环经济新模式，实现企业的经济效益、环保效益和社会效益协调发展。

关键词：循环经济;探索与实践;碳排放;温室效应

一、热电企业发展循环经济的重要性

热电企业在我国经济发展中有着重要的地位和作用，是典型的能源消耗类企业，也是节能和环保型的企业。随着国家经济体制改革，对能源控制，环保排放要求升级，减少温室效应和碳排放，热电企业生存也面临多重压力：一是外部产业结构调整，下游用户减少;二是内部管理需要，要实现节能减排、降本增效，使社会效益、经济效益和环保效益提高。只有通过现有的技术和设备，发展多元化的循环经济才是企业发展的重要途径。运用循环经济的理念，对热电企业生产过程产生的废弃物再利用，从而提高能源的利用效率，使资源得到充分利用，减少能源消耗和减轻环境污染。改变传统资源利用模式，改为探索发展循环经济的新模式，促进企业经济发展和环保节能可持续发展。下面以天子湖热电在减少碳排放方面的综合利用项目，发展新循环经济应用的实践为例来加以阐述。

二、循环经济在天子湖热电应用的实践

天子湖热电建设规模为2*90t/h+1*130T/h高温高压循环流化床锅炉和2*12MW高温高压抽汽背压式汽轮机发电机组，配套建设厂内公用系统和园区供热管网，作为湖州省际产业转移示范区公共供热配套服务企业，目前供热半径已达5公里，项目于2014年建成投产。近年，天子湖热电通过管理提升和技术创新手段带动企业发展，先后实施了灰渣综合利用、发电供热机组的超低排放改造、排烟系统改造等技术改造项目，履行了对社会的环保责任。通过探索，与湖州谢菲尔考克碳酸钙有限公司联合开发，锅炉烟气（CO₂）回收综合利用及副产品回收综合利用，开辟了热电企业循环经济的新亮点。

1）锅炉烟气（CO₂）综合利用应用机理

天子湖热电与湖州谢菲尔考克有限公司联合开发锅炉烟气（CO₂）回收综合利用项目，生产高纯度食品级碳酸钙（CaCO₃）乳液作为高档卷烟纸专用填充料。

本项目工艺主要分为消化工艺和碳化工艺，消化工艺为：成品的生石灰CaO进入消化器，与自来水进行消化反应形成氢氧化钙Ca（OH）₂乳液，控制反应的温度在70-80摄氏度之间，浓度控制在170g/l左右。生石灰消化反应如下：CaO+H₂O→Ca（OH）₂+Q

碳化工艺为：完成消化工艺生成氢氧化钙Ca（OH）₂乳液后，再利用天子湖热电厂的脱硫除尘后超低排放的锅炉洁净尾气中所含CO₂（体积百分比约12.7%）与Ca（OH）₂进行碳化反应形成碳酸钙CaCO₃，反应过程匀速搅拌，经过约3.5个小时的反应，当反应器内温度不再上升且电导率低于300μs/cm时反应结束。CaCO₃乳液经振动筛除渣后存入4只200m?碳酸钙乳液储存桶。CaCO₃乳液部分作为质量浓度15.4%液态成品和部分经浓缩后形成质量浓度25.2%的液态成品，作为高档卷烟纸专用填充料。现年产碳酸钙（CaCO₃）乳液量为20000吨。

在碳化桶内发生如下的反应：CO₂+ Ca（OH）₂→CaCO₃+ H₂O+Q

2）副产品（CaCO₃）综合利用应用

该项目在生产过程将产生部分碳酸钙废渣（主要成分为碳酸钙、部分杂质）及不合格的副产品碳酸钙（CaCO₃）溶液，需要经过压滤机压滤脱水成固态，按照一般固废处理。热电锅炉尾部烟气采用石灰石-石膏湿法脱硫，其脱硫过程的化学反应情况为：

（1）在脫硫吸收塔内，烟气中的SO₂首先被浆液中的水吸收，形成亚硫酸，并部分电离：

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

（2）与吸收塔浆液中的CaCO₃细颗粒反应生成CaSO₃·1/2H₂O细颗粒：

CaCO₃+ 2H⁺→  Ca²⁺+ H₂O +CO₂↑

Ca²⁺+ SO₃^2-→   CaSO₃·1/2H₂O↓+ H⁺

（3）CaSO₃·1/2H₂O被鼓入的空气中的氧化，最终生成石膏CaSO₄·2H₂O

HSO₃^-+ 1/2 O₂→  H⁺+SO4^2-

Ca₂⁺+ SO4₂^-+ 2H₂O  →   CaSO₄·2H₂O↓

上述反应SO₂被浆液中的水吸收。根据SO₂的化学特性，SO₂在水中能发生电离反应，易溶于水，只要有足够的水，就能将烟气中绝大部分SO₂吸收下来。随着浆液中HSO^3-和SO₃^2-离子数量的增加，浆液的吸收能力不断下降，直至完全消失，从而完成烟气的脱硫过程。要保证系统良好的吸收效率，不仅要有充分的浆液量和充分的气液接触面积，还要保证不断地补充新鲜浆液。因此锅炉烟气二氧化硫排放浓度不大于35mg/m³，石灰石-石膏湿法脱硫需消耗大量的石灰石浆液。经过对谢菲尔考克副产品（CaCO₃）取样与热电湿法脱硫石灰石（CaCO₃）分析对比，各项指标均符合石灰石-石膏湿法脱硫的要求，PH指标为9.62，密度指标为1.03g/ml，略低外，部分指标优于热电厂脱硫石灰石浆液指标，其中钙离子含量为96.19%，纯度相当高。

详见化验分析的各项目指标：

所以对谢菲尔考克生产过程将产生部分碳酸鈣废渣（主要成分为碳酸钙、部分杂质）及不合格的副产品碳酸钙（CaCO₃）溶液，进行回收直接应用于石灰石-石膏湿法脱硫工艺，“变废为宝”，从而减少热电厂脱硫工艺生产成本。

3）综合效益

1、碳化主要为Ca（OH）₂和CO₂反应，本项目采用热电厂的烟气中的CO₂为原料，废气综合利用，热电厂烟气中含有多种气体，如烟尘、NOx、SO₂、CO等其他空气成分，但体积百分比占最大的为CO₂，同时为了确保反应完全，从理论上年产3万吨CaCO₃所需的CO₂约为13200t/a，但根据工艺的需求，一般实际通入的CO₂为理论用量的2～3倍，本项目实际通入CO₂约为理论的2倍左右，实际通入CO₂量约为23703t/a，约占热电厂年二氧化碳排放总量的10%，相当于热厂年减少环境污染物二氧化碳排放2.3万吨，同时可为公司增加烟气销售循环收入，为热电企业减少碳排放开辟的新路子。

2、石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫剂主要成分为碳酸钙（CaSO₃）溶于水后成石灰石浆液，烟气与吸收塔石灰石（CaSO₃）浆液反应生成CaSO₃·1/2H₂O，反应吸收烟气中的二氧化硫，同时完成烟气脱硫过程，因此石灰石浆液消耗量较大。石灰石纯度不仅影响脱硫效率，而且影响石膏（脱硫产物）纯度，石灰石纯度越高脱硫效率越高。热电厂目前两台锅炉满负荷运行，年消耗石灰石浆液近2000吨，每年通过回收谢菲尔考克副产品CaSO₃浆液约600吨左右进行综合利用，减少我公司脱硫成本约三分之一，年可节约成本十多万元。

综合上述，通过锅炉烟气供应和副产品的回收综合开发利用的实践，将两项废弃物变废为宝成功实践，既实现了经济效益新增长，又减少的了环境污物排放，为提升环境保护和减少温室效应做出了积极的贡献，真正开辟了循环经济的新思路。

三、热电企业发展循环经济的建议

目前国家能源结构调整，在控制和减少能源消耗产业的发展，从长远和全局来看，热电企业生存还要不断的开发综合利用项目，利用现有的资源和技术，多元化发展，不断提高能源的利用效率。大力发展生物质耦合热电联产、冷热电三联供、集中压缩空气项目、新能源等，不断开辟循环经济的新思路。从而达到经济的可持续发展和节约能源消耗，环境保护的目的，实现经济和社会效益、环境保护的协同发展。

参考文献：

[1]李雄浩 燃煤烟气湿法脱硫设备 [M] 中国电力出版社 2011

[2]黄卉、彭龙 火力发电厂发展循环经济中的应用[J]中国软件2009