电厂锅炉汽轮机系统的绿色设计研究

摘 要：传统发电模式会对环境造成污染，很难适应新时期电厂建设的标准和需求，因此，有必要对电厂锅炉汽轮机系统进行绿色设计。文章坚持绿色可持续发展理念，遵循电厂锅炉汽轮机系统绿色设计原则，围绕设计途径进行分析，通过先进的设备和技术支持，减少温室气体排放，提升电力能源利用效率，增加电厂经济效益。

关键词：电厂锅炉;汽轮机系统;绿色设计

社会经济的快速发展使得人们的环保意识逐渐加强，对于环境污染问题的关注度也得到了提升。电厂锅炉汽轮机系统通过绿色设计节约电能消耗量，可以达到绿色环保目标，积极响应可持续发展战略，发展绿色经济，进而提高对能源的回收和利用效率，减少对环境的危害，促进电力行业的可持续、健康发展。

1    绿色设计原则

1.1  环保原则

电厂锅炉汽机轮工作过程中会向外界环境排放大量的有害气体，产生一系列环境问题，影响空气质量。因此，电厂锅炉汽机轮的绿色设计需要遵循环保原则，实现能源的可持续利用，确保生产工作和环境的相互协调。同时也要使用先进的节能技术将环保问题、生态问题完成归集，针对性地解决电厂锅炉汽机轮有害气体排放问题和能耗问题。

1.2  合理性原则

虽然电厂锅炉汽机轮的工作效率能满足现代化社会发展的需要，但其对资源的消耗率也随之提升。因此，电厂锅炉汽机轮的绿色设计需要契合资源和经济可持续发展原则，节约运行成本，优化使用性能。

2    脱硫工作

传统锅炉汽轮机中的燃料大多数是煤炭，含硫量较高，会排放较多SO2，形成酸雨，对环境和人们的健康造成影响。电厂脱硫部分对于环境保护十分重要，虽然成本高，但符合可持续发展理念。因此，电厂必须利用设备对材料进行脱硫处理，现代的新建电厂需要加设脱硫装置。目前常见的脱硫工艺包含烟气脱硫和循环流化床脱硫，效率为60%，可以极大地减少燃料中的硫离子。此外，在燃料脱硫过程中，建议将碳含量较高的燃料替换为无碳或含碳量较低的燃料，如天然气等，进而降低CO2的平均排放量。

3    温度管理

3.1  降低锅炉的排烟温度

在对电厂锅炉完成脱硫处理后，排出的气体中SO2的浓度会显著下降，这会降低对于电力设备的低温腐蚀。降低烟气排放温度，将温度控制在60～70 ℃，能够提升电厂锅炉机组5%的热效率，对降低温室气体排放量、节约能源意义重大。此外，可以对电厂锅炉和汽轮机系统进行改造，使其在运行时，避免浪费大量热量，缓解电厂热动系统能源的浪费问题。

3.2  降低汽轮机的冷凝温度

热力循环无法减少电厂锅炉汽机轮的冷凝温度，因此有必要充分运用凝气热量，并将其拓展至其他领域，进而有效降低汽轮器的冷凝温度。电厂锅炉汽机轮可以与热电厂联合，将电厂调整为背压式热电厂，充分利用冷凝热量，响应绿色节能号召。其中，对于大型热电机组需要完成综合布置，与用电企业合作，进行整体的綠色节能统筹设计。

4    CO2处理过程

一般情况下，电厂燃料消耗量越大，CO2的排放量越高，二者成正比。因此，减少CO2排放的根本途径是提升能源的使用率，减少煤炭的消耗量。减少CO2排放量的工艺包含循环流化床技术、超临界技术、热电联产技术等。

新时期对CO2的处理技术包含3种形式：（1）将CO2存储至海洋、地下含水层、废油气井中。其中，CO2存储潜力分别是2×108亿吨、1 250亿吨、870亿吨。（2）将CO2存储至废油气井中会使CO2溶于油脂，进而降低石油黏度，大大提升采油效率。（3）将CO2存储至海洋，需要借助高效的燃油蒸汽组合循环发电系统，减少燃烧过程中CO2的排放温度，将其压缩到深海底部的油气田内[1]。将CO2存储至地下含水层，不会对地下水造成污染，但会对岩石和地下水的pH造成影响，该技术正逐渐得到优化。分析发现，最适合对CO2进行处理的方式是将其存入海洋，在水下约500 m的深度，水温为10 ℃，CO2会变成液态，在化工工业中能够被制成水杨酸、尿素、碳酸盐等材料，进而降低CO2对大气环境的影响。

5    CO2回收过程

电厂锅炉汽机轮中CO2的大量排放会导致全球变暖问题加剧，使CO2资源被大量浪费。因此，有必要加强对CO2排放量的控制，对其进行科学的回收、利用，实现资源再利用。当前，在电厂锅炉汽机轮绿色设计中，常见的CO2排放技术是烟气余热回收工艺，此技术能够借助换热器对烟气中多余的热量进行回收再利用，通过增加锅炉尾部的受热面，优化CO2的换热效率，进而减少烟气温度，达到节能减排的目标[2]。

对于电厂发电而言，烟气排放量较大，CO2浓度高，且烟气脱碳成本高，回收难度较大。当前，常见的CO2吸收方式包含膜分离技术、分子筛吸附技术、化学吸收技术、浮石吸附技术、冷冻分级分离技术等。此外，虽然电厂废气中的CO2浓度较高，但具有极高的二次利用价值。我国部分电厂已经尝试将排放的CO2用于甲烷、甲醇的合成;日本科学家经过实验研究发现，海洋生物具备较大的CO2吸收潜力，能提升能源的利用率，降低CO2排放量。

6    结语

综上所述，对电厂锅炉汽轮机系统进行绿色设计是现代化社会的发展趋势。为了缓解国家能源紧张问题，需要大力发展绿色经济、节能经济、环保经济，加强对电厂锅炉汽轮机系统的绿色设计，优化CO2排放和回收流程，做好脱硫工作，提升锅炉汽轮机的能源利用率，提升电厂运行效率。

[参考文献]

[1]刘扬.发电厂热动运行系统节能优化与减排设计[J].科技风，2018（35）：161-162.

[2]徐宁.燃煤电厂锅炉和汽轮机以及辅机部分的节能技术[J].科技创新导报，2018（34）：22，24.

作者简介：张慧全（1993— ），男，汉族，浙江东阳人，助理工程师，学士;研究方向：热电厂锅炉汽机、供热等。