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（1）企業(yè)基本情況

青島順安熱電有限公司（以下簡稱順安熱電）成立于2012年9月，現隸屬于青島北岸控股集團有限責任公司，承擔著青島市城陽區(qū)95%以上居民及180家企事業(yè)單位的供熱任務，擁有總供熱能力達1313MW的集中熱源和分布式熱源。2023-2024供暖期供熱配套面積3488萬㎡，實際供熱面積2286萬㎡，居民熱用戶突破23萬。自2018年國有化以來，順安熱電得到了長足發(fā)展，供熱面積增幅達150%，能耗同比下降46.4%，投訴下降93.2%，2020年-2023年主營業(yè)務累計收入14.16億元，累計減虧4.6億元。

在省、市、區(qū)政府及各級主管部門的正確領導和大力支持下，順安熱電始終堅持以黨建為引領，牢固樹立“厚德篤行 團結致遠”的企業(yè)精神，努力秉承“安全、民生、低碳”的發(fā)展宗旨，著力打造“綠色低碳與優(yōu)質服務高質量發(fā)展”的企業(yè)形象，大力推進節(jié)能降碳技術的研究應用，為推動供熱行業(yè)的科技創(chuàng)新做出了積極的貢獻，同時也積累了大量可復制、可推廣的經驗。例如：以提高熱源效率為落腳點，實施了全國首例熱電廠燃煤鍋爐煙氣余熱全回收項目、垃圾發(fā)電余熱利用項目，以及開發(fā)了智慧供熱平臺項目。2023年11月，順安熱電作為山東省唯一一家供熱企業(yè)獲評首批省“綠色低碳高質量發(fā)展先行區(qū)建設企業(yè)”試點單位；入選首家省級“智能+”供熱服務標準化試點單位、“減污降碳協同創(chuàng)新試點單位”等多項殊榮。2022-2024年連續(xù)三年被中國城鎮(zhèn)供熱協會評為“中國供熱行業(yè)能效領跑者”，其中2024年能效綜合指標在供熱面積5000萬㎡以下企業(yè)中排名第七，并取得燃煤鍋爐效率排名第一、系統熱量輸送與換熱效率排名第四、熱力站單位面積補水量排名第七的好成績。

（2）熱源節(jié)能改造與綜合利用情況

在國家“雙碳”目標指引下，順安熱電以為城陽區(qū)經濟社會發(fā)展提供“可靠、低碳、低成本”的能源保障為己任，堅持圍繞“降碳、減污、增效”三個維度開展工作，大力推進煤炭消費替代和轉型升級，充分發(fā)揮能源“梯級利用”和“循環(huán)利用”作用，圍繞中心熱源完善“熱電聯產+新能源新型供熱”模式。目前已完成循環(huán)水供熱改造項目、汽輪拖動三位一體項目、“余電利用+煙氣源熱泵”清潔供暖示范項目等，實現了高壓蒸汽發(fā)電、蒸汽汽輪拖動、低溫熱源供熱等梯級綜合供能方式。特別是與清華大學合作實施的余熱利用與超凈排放協同技術研究，項目投運后實現了“廢氣、廢水、廢渣”協同處理利用，發(fā)揮煙氣余熱深度回收技術、供熱與污水凈化協同技術最大效益，全廠熱效率達到95%，供熱煤耗降低至35.6kgce/GJ，達到國內領先水平。

持續(xù)多年的節(jié)能挖潛改造與技術創(chuàng)新使得城陽區(qū)熱源形式更加豐富，供熱系統結構持續(xù)優(yōu)化，形成全區(qū)供熱互聯互通“一張網”布局。

（1）項目背景

隨著環(huán)保要求的提高，燃煤電廠的煙氣和廢水污染物排放限制越來越嚴格，目前常規(guī)的煙氣超低排放、廢水零排放等技術投資大、能耗高，進一步加重了電廠的運營負擔。

排煙溫度過高是燃煤火力發(fā)電廠熱損失的主要原因之一，為了減輕尾部換熱面和煙道的腐蝕，排煙溫度一般在100℃以上，遠高于環(huán)境溫度。排煙中蘊含的熱量（顯熱+潛熱）約占燃料熱值的7%~10%。（按降溫至20℃計算），煙氣經過傳統的濕法脫硫后成為飽和或接近飽和濕煙氣，雖然相比于脫硫前的煙氣溫度有所降低，但煙氣中的大量顯熱轉變?yōu)槔淠凉摕?，熱量幾乎沒有減少。

針對濕法脫硫后煙氣的低溫、高濕特點，可利用“煙氣直接噴淋降溫+蒸汽式驅動吸收式熱泵”工藝，將煙氣溫度降至25℃，回收的煙氣余熱并入高溫水一次管網。2019年，順安熱電與清華大學合作，研發(fā)并建成煙氣余熱回收一期示范項目（圖7-19），對168MW的燃煤熱水鍋爐增設煙氣深度余熱回收系統，回收脫硫后煙氣余熱用于供暖，系統設計工況可回收熱負荷15MW。2020年建成煙氣余熱回收二期示范項目，對2臺75t/h、1臺130t/h燃煤蒸汽鍋爐、2臺116MW燃煤熱水鍋爐增設煙氣深度余熱回收系統，設計工況可回收熱負荷30MW（圖7-19）。

（2）技術原理及工藝流程

2022-2023年供暖期對煙氣余熱回收一期示范項目進行了改造，在原有吸收式熱泵煙氣余熱回收系統的基礎上，進一步利用電動壓縮式熱泵深度回收煙氣余熱，將煙氣噴淋換熱塔進行“高、低溫”兩段式改造，利用具有特殊結構設計的雨帽層，有效阻斷兩段之間的噴淋水交換，且不產生過大的煙氣阻力（<300Pa），煙氣溫度可由25℃降至15℃，新增余熱回收負荷3MW，鍋爐熱效率可提高10%左右（圖7-20）。

圖7-20 雨帽三維結構圖及內部壓力圖、內部流線圖

以降溫至15℃為例，熱電廠每回收1GJ煙氣熱量，可同時回收0.3m3的煙氣冷凝水，每個供暖期可回收冷凝水近20萬m3。煙氣冷凝水的大量回收，可有效改善煙囪“冒白煙”“石膏雨”的現象；同時，回收的冷凝水可以作為脫硫塔補水，減少脫硫過程的水量損失。但由于回收的水量太大，打破了脫硫系統乃至整個電廠系統原有的水平衡，導致電廠污水排放量增加，為此，項目組進一步改進傳統熱法污水處理工藝，將吸收式熱泵和熱法廢水處理集成一體，以蒸汽驅動吸收式熱泵回收熱法廢水處理工藝的末級閃蒸余熱用于供熱，并將凈化水用于熱網補水。

廢水零排放工藝主要由廢水預處理水箱、閃蒸器、離心分離機以及附屬管路設備構成。脫硫廢水以及煙氣凝水匯合后，先進入廢水預處理水箱，在廢水預處理水箱中，通過添加堿液、絮凝劑，以及分層多重沉淀等措施，將待處理廢水中的鈣鎂離子轉變?yōu)楣虘B(tài)不溶鹽類，這部分不溶于水的鹽分析出后作為固體廢棄物排出系統。經過預處理之后的廢水接著就進入閃蒸器，在該設備中被加熱然后閃蒸結晶，廢水閃蒸產生水蒸氣以及含有固態(tài)鹽的懸濁液，該懸濁液通過污水泵進入離心分離機，離心分離機旋轉分離出懸濁液中的固體，作為固體廢棄物排出，而分離后產生的清液則返回閃蒸器，進一步的閃蒸結晶（圖7-21）。

閃蒸產生的水蒸氣則在閃蒸器中與熱網水進行換熱，在換熱的過程中，水蒸氣冷凝產生的冷凝水作為廢水處理的產物，可以用于電廠系統內各個子系統的補水，也可以用于鍋爐或熱網補水，實現水資源的再次利用。熱網回水進入閃蒸結晶設備中，換熱升溫后流出閃蒸結晶設備，進入熱網換熱器進一步加熱升溫（圖7-22）。

圖7-21 吸收式熱泵、電壓縮熱泵聯合超低溫煙氣余熱回收與凈化技術工藝流程

圖7-22 廢水凈化技術工藝流程

通過余熱回收利用與廢水凈化協同技術解決了傳統廢水處理的技術難題，做到近零能耗條件下的廢水零排放，既滿足了環(huán)保要求，又實現了廢水和結晶鹽的回收利用。在滿足環(huán)保要求的同時產生一定的經濟收入，提高了電廠水資源利用效率和經濟效益，改變了傳統環(huán)保技術投入大卻無經濟收益的境況，且比其他處理方式降低能耗90%。

（3）技術創(chuàng)新點

1）電動壓縮式熱泵與吸收式熱泵聯合深度回收煙氣余熱

吸收式熱泵采用汽輪機抽汽驅動，回收高溫噴淋段余熱；壓縮式熱泵采用電能驅動，回收低溫噴淋段余熱，可深度回收煙氣中的水分和冷凝潛熱，兩者輸出的熱能均用于熱網水加熱，可降低熱源產熱成本和煤耗。

2）采用煙氣相變低溫凝并技術實現多污染物聯合脫除

在熱泳、擴散泳等作用下，實現了細顆粒物、可凝結顆粒物、SO₃（硫酸霧）、逃逸漿液滴的協同脫除，低溫噴淋提高了SO₂的溶解度；提高調整兩段噴淋水的PH、噴淋密度、噴孔直徑等參數，達到最佳的聯合降污減排效果。實測排煙中的各項污染物濃度均達到超低排放標準，可完全代替濕式靜電除塵器，污染物超低排放治理成本得到有效控制。

3）吸收式熱泵和熱法廢水處理工藝相結合

利用熱電廠原有換熱過程（汽輪機抽汽直接加熱熱網水）中的溫差作為吸收式熱泵的驅動力，實現了低能耗、低成本廢水凈化，具有廢水濃縮、固化結晶、水質適應性強、預處理費用低等優(yōu)點。

根據不同燃煤熱電用戶的具體情況，可在煙氣余熱利用與煙氣超凈排放協同技術應用上進一步進行系統拓展。例如，將煙氣余熱回收技術、低能耗廢水凈化技術與跨季節(jié)儲熱技術相結合，能夠解決在非供暖期燃煤電廠超低排放以及煙氣余熱回收后的利用問題，實現非供暖期的廢水零排放，不僅提高能源利用效率，也進一步降低污染，保護了生態(tài)環(huán)境。若將煙氣余熱回收技術與日間蓄熱技術相結合，可以在電力過剩時段利用多余的電能來驅動煙氣余熱回收和煙氣凈化，從而參與電力調峰，平衡電網負荷。這些技術的拓展不僅可以提高技術應用的適應性和靈活性，也增加了經濟性，為可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術支持。

（1）節(jié)能效益

余熱利用與煙氣超凈排放協同技術應用項目總投資7000萬元，余熱回收負荷約48MW，每個供熱期回收熱量為47萬GJ、鍋爐熱效率提高近10個百分點、回收凝水量11.88萬m3、折合節(jié)省標準煤量約1.35萬t，產生經濟效益約為3368.36萬元，2.1年可收回投資。

在廢水零排放方面，該項目與目前國內外常用技術相比，無論是初投資還是運行成本均大幅度降低，項目對10m3/h的廢水進行處理，回收并利用水為8m3/h，1m3水的處理電耗為5.9kWh，且所消耗的蒸汽熱量全部傳遞給熱網水，有效降低運行能耗。如果考慮凈水收益，本項目每凈化1m3廢水可增加收入7.2元（表7-12）。

*表示不計凈水收益，**表示計凈水收益。

注：除本項目外，其它方式的成本來源于相關文獻。

（2）減排效益

該項目對煙氣顯熱和潛熱進行深度回收，同時進行煙氣二次洗白和降溫，進一步降低了污染物的排放，煙氣經過降溫后，其內部的污染物濃度顯著降低。

項目投運后，分別針對兩種工況（只開下段噴淋和兩段噴淋都開），詳細測量了煙氣中可凝結顆粒物（CPM）、顆粒物（FPM）和硫酸霧三種主要污染物濃度（圖7-23）。對比噴淋塔進出口煙氣污染物濃度可以看出，除了氮氧化物變化不大以外，其他污染物濃度都有大幅度降低，顆粒物（FPM)濃度低于檢出限（1mg/m³），具體見表7-13。

煙氣余熱深度回收技術每個供暖期減排CO₂約35180.5t、減排SO₂約79.5t、減排NO_x約40.2t、減排煙塵約940t。

供熱與污水凈化協同技術每個供暖期處理脫硫廢水33840m3、產生凈水27072m3，實現了廢水的零排放。

（3）項目成果

自燃煤電廠余熱利用與超凈排放協同技術于順安熱電實施伊始，便嚴格依循既定規(guī)劃與標準，憑借先進技術與理念，有力保障了項目的高質量推進。該項目不僅在節(jié)能減排層面達成預期目標，其成功應用亦獲得廣泛關注與認可，煙氣余熱全回技術榮列青島市節(jié)能低碳重點技術推廣目錄，供熱與污水凈化協同示范項目榮獲“中國供熱節(jié)能最佳實踐案例獎”，并列入《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2023（城市能源系統專題）》“低碳供熱最佳實踐案例”。在燃煤電廠余熱利用與超凈排放協同技術領域申請發(fā)明專利達10項，授權實用新型專利22項，發(fā)表學術論文36篇。2024年4月2日，經中國能源研究會、中國城鎮(zhèn)供熱協會9位院士、專家組成的專家組鑒定認為，該項目在熱電聯產集中供熱領域的減污降碳、協同增效方面取得重大突破，余熱利用與煙氣超凈排放協同技術、余熱利用與廢水凈化協同技術均具備顯著獨創(chuàng)性；項目成果整體已達國際領先水平，對我國北方地區(qū)燃煤清潔供熱節(jié)能減排有著極為重大的意義。