電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)的綠色設(shè)計(jì)研究

摘 要：傳統(tǒng)發(fā)電模式會對環(huán)境造成污染，很難適應(yīng)新時(shí)期電廠建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和需求，因此，有必要對電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)。文章堅(jiān)持綠色可持續(xù)發(fā)展理念，遵循電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)綠色設(shè)計(jì)原則，圍繞設(shè)計(jì)途徑進(jìn)行分析，通過先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)支持，減少溫室氣體排放，提升電力能源利用效率，增加電廠經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電廠鍋爐;汽輪機(jī)系統(tǒng);綠色設(shè)計(jì)

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得人們的環(huán)保意識逐漸加強(qiáng)，對于環(huán)境污染問題的關(guān)注度也得到了提升。電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)通過綠色設(shè)計(jì)節(jié)約電能消耗量，可以達(dá)到綠色環(huán)保目標(biāo)，積極響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，進(jìn)而提高對能源的回收和利用效率，減少對環(huán)境的危害，促進(jìn)電力行業(yè)的可持續(xù)、健康發(fā)展。

1 ? ?綠色設(shè)計(jì)原則

1.1 ?環(huán)保原則

電廠鍋爐汽機(jī)輪工作過程中會向外界環(huán)境排放大量的有害氣體，產(chǎn)生一系列環(huán)境問題，影響空氣質(zhì)量。因此，電廠鍋爐汽機(jī)輪的綠色設(shè)計(jì)需要遵循環(huán)保原則，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用，確保生產(chǎn)工作和環(huán)境的相互協(xié)調(diào)。同時(shí)也要使用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)將環(huán)保問題、生態(tài)問題完成歸集，針對性地解決電廠鍋爐汽機(jī)輪有害氣體排放問題和能耗問題。

1.2 ?合理性原則

雖然電廠鍋爐汽機(jī)輪的工作效率能滿足現(xiàn)代化社會發(fā)展的需要，但其對資源的消耗率也隨之提升。因此，電廠鍋爐汽機(jī)輪的綠色設(shè)計(jì)需要契合資源和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展原則，節(jié)約運(yùn)行成本，優(yōu)化使用性能。

2 ? ?脫硫工作

傳統(tǒng)鍋爐汽輪機(jī)中的燃料大多數(shù)是煤炭，含硫量較高，會排放較多SO2，形成酸雨，對環(huán)境和人們的健康造成影響。電廠脫硫部分對于環(huán)境保護(hù)十分重要，雖然成本高，但符合可持續(xù)發(fā)展理念。因此，電廠必須利用設(shè)備對材料進(jìn)行脫硫處理，現(xiàn)代的新建電廠需要加設(shè)脫硫裝置。目前常見的脫硫工藝包含煙氣脫硫和循環(huán)流化床脫硫，效率為60%，可以極大地減少燃料中的硫離子。此外，在燃料脫硫過程中，建議將碳含量較高的燃料替換為無碳或含碳量較低的燃料，如天然氣等，進(jìn)而降低CO2的平均排放量。

3 ? ?溫度管理

3.1 ?降低鍋爐的排煙溫度

在對電廠鍋爐完成脫硫處理后，排出的氣體中SO2的濃度會顯著下降，這會降低對于電力設(shè)備的低溫腐蝕。降低煙氣排放溫度，將溫度控制在60～70 ℃，能夠提升電廠鍋爐機(jī)組5%的熱效率，對降低溫室氣體排放量、節(jié)約能源意義重大。此外，可以對電廠鍋爐和汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其在運(yùn)行時(shí)，避免浪費(fèi)大量熱量，緩解電廠熱動系統(tǒng)能源的浪費(fèi)問題。

3.2 ?降低汽輪機(jī)的冷凝溫度

熱力循環(huán)無法減少電廠鍋爐汽機(jī)輪的冷凝溫度，因此有必要充分運(yùn)用凝氣熱量，并將其拓展至其他領(lǐng)域，進(jìn)而有效降低汽輪器的冷凝溫度。電廠鍋爐汽機(jī)輪可以與熱電廠聯(lián)合，將電廠調(diào)整為背壓式熱電廠，充分利用冷凝熱量，響應(yīng)綠色節(jié)能號召。其中，對于大型熱電機(jī)組需要完成綜合布置，與用電企業(yè)合作，進(jìn)行整體的綠色節(jié)能統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。

4 ? ?CO2處理過程

一般情況下，電廠燃料消耗量越大，CO2的排放量越高，二者成正比。因此，減少CO2排放的根本途徑是提升能源的使用率，減少煤炭的消耗量。減少CO2排放量的工藝包含循環(huán)流化床技術(shù)、超臨界技術(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等。

新時(shí)期對CO2的處理技術(shù)包含3種形式：（1）將CO2存儲至海洋、地下含水層、廢油氣井中。其中，CO2存儲潛力分別是2×108億噸、1 250億噸、870億噸。（2）將CO2存儲至廢油氣井中會使CO2溶于油脂，進(jìn)而降低石油黏度，大大提升采油效率。（3）將CO2存儲至海洋，需要借助高效的燃油蒸汽組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，減少燃燒過程中CO2的排放溫度，將其壓縮到深海底部的油氣田內(nèi)[1]。將CO2存儲至地下含水層，不會對地下水造成污染，但會對巖石和地下水的pH造成影響，該技術(shù)正逐漸得到優(yōu)化。分析發(fā)現(xiàn)，最適合對CO2進(jìn)行處理的方式是將其存入海洋，在水下約500 m的深度，水溫為10 ℃，CO2會變成液態(tài)，在化工工業(yè)中能夠被制成水楊酸、尿素、碳酸鹽等材料，進(jìn)而降低CO2對大氣環(huán)境的影響。

5 ? ?CO2回收過程

電廠鍋爐汽機(jī)輪中CO2的大量排放會導(dǎo)致全球變暖問題加劇，使CO2資源被大量浪費(fèi)。因此，有必要加強(qiáng)對CO2排放量的控制，對其進(jìn)行科學(xué)的回收、利用，實(shí)現(xiàn)資源再利用。當(dāng)前，在電廠鍋爐汽機(jī)輪綠色設(shè)計(jì)中，常見的CO2排放技術(shù)是煙氣余熱回收工藝，此技術(shù)能夠借助換熱器對煙氣中多余的熱量進(jìn)行回收再利用，通過增加鍋爐尾部的受熱面，優(yōu)化CO2的換熱效率，進(jìn)而減少煙氣溫度，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)[2]。

對于電廠發(fā)電而言，煙氣排放量較大，CO2濃度高，且煙氣脫碳成本高，回收難度較大。當(dāng)前，常見的CO2吸收方式包含膜分離技術(shù)、分子篩吸附技術(shù)、化學(xué)吸收技術(shù)、浮石吸附技術(shù)、冷凍分級分離技術(shù)等。此外，雖然電廠廢氣中的CO2濃度較高，但具有極高的二次利用價(jià)值。我國部分電廠已經(jīng)嘗試將排放的CO2用于甲烷、甲醇的合成;日本科學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，海洋生物具備較大的CO2吸收潛力，能提升能源的利用率，降低CO2排放量。

6 ? ?結(jié)語

綜上所述，對電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)是現(xiàn)代化社會的發(fā)展趨勢。為了緩解國家能源緊張問題，需要大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、節(jié)能經(jīng)濟(jì)、環(huán)保經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)對電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)的綠色設(shè)計(jì)，優(yōu)化CO2排放和回收流程，做好脫硫工作，提升鍋爐汽輪機(jī)的能源利用率，提升電廠運(yùn)行效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉揚(yáng).發(fā)電廠熱動運(yùn)行系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化與減排設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2018（35）：161-162.

[2]徐寧.燃煤電廠鍋爐和汽輪機(jī)以及輔機(jī)部分的節(jié)能技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018（34）：22，24.

作者簡介：張慧全（1993— ），男，漢族，浙江東陽人，助理工程師，學(xué)士;研究方向：熱電廠鍋爐汽機(jī)、供熱等。