電廠鍋爐汽輪機系統的綠色設計分析

鄒曉男

山東華盛特克科技有限公司 山東濟南 250101

近些年，我國工業產業快速發展，資源消耗量也有不斷增多趨勢，能源短缺的問題逐漸凸顯出來，對我國國民經濟健康、可持續發展過程可能會形成一定制約作用，在這樣的大背景下，我國提出可持續發展的重要戰略，以期規避生態環境持續惡化的問題，為子孫后代造福。為應對電力資源消耗量不斷增多的問題，電力行業及企業積極踐行改革路線，加大先進技術與管理方法的引進力度，很多電力工程陸續建設[1]。鍋爐汽輪機是電廠的重要構成，加強對該設備的綠色化設計，是電廠增產增效、可持續發展的有效方法之一。

1 電廠鍋爐汽輪機系統綠色設計遵照的原則

1.1 環保原則

鍋爐汽輪機組綠色化設計階段，認真遵循環保原則，這是貫徹落實我國環保政策要求的有效途徑之一。在全球氣候變暖問題不斷加重的背景下，人們保護環境的思想意識有所增強，自覺秉持科學發展管開發、發展經濟的理念，力爭在可持續發展道路上越走越遠。鍋爐汽輪機系統在設計階段，一定要考慮到環保問題，力爭將機組運行階段所產生的溫室氣體與有害氣體量降到最低，加強現代節能技術的使用，使汽輪機系統運行和生態環境發展形成協調、和諧關系，系統運行效益實現最大化[2]。

1.2 合理性原則

電廠鍋爐汽輪機運行階段資源消耗量不斷增多，在滿足社會發展現實需求的基礎上，應不斷提升系統綠色設計的合理性水平。具體設計實踐中，要明確現代社會的發展需求，滿足電廠長遠發展的需要，一方面要盡量節省系統的綠色設計成本，另一方面也要從根本上保障鍋爐汽輪機的使用性能。

2 鍋爐汽輪機的綠色設計內容與方法

2.1 脫硫

煤炭是當下我國鍋爐汽輪機生產階段采用的主要燃料，煤炭內硫含量較高，煤炭燃燒后會產生SO2氣體，若電廠鍋爐汽輪機沒有配置脫硫裝置，那么當SO2氣體被排放至空氣中，就會形成酸雨，降低我國生態環境質量，對人體生命健康構成威脅。當前鍋爐生產過程中脫硫成本較高，為使電廠實現可持續的發展，國家相關部門要強制推行相關政策與方法，有針對性的改善現有電廠。

當前，循環流化床脫硫和煙氣脫硫等是常見的脫硫裝置，脫硫效率高達60%。煙氣脫硫技術已經基本成熟，但技術運營過程中要投入較高成本，大概是電廠建設總投資的1/4-1/3。

2.2 降低排煙溫度

電廠鍋爐在推行脫硫改造措施以后，煙氣內SO2氣體濃度明顯降低，減輕了電廠設備在低溫狀態下被腐蝕的程度，排放煙氣溫度的適宜區間為60-70℃，大概能使汽輪機組熱效率有5% 的提升幅度，在節約能源、降低溫室氣體排放量、延緩地球氣候變暖問題等方面發揮重要作用。

2.3 降低機組的冷凝溫度

站在熱力循環視角出發，很難降低汽輪機的冷凝溫度。很多人員在研究及實踐中發現，只有提升凝汽熱量的利用效率，并將其合理用于其他工業領域中，方能實現綠色、有效發展的目標。熱電廠可以被看成是當下最好的應用途徑，很多已建的電廠逐漸被整改為背壓式熱電廠，以上是充分利用冷凝熱量的可行方法，進而減少了溫室氣體的排放量。應綜合多方面因素，布置大型熱電機組，做到和大型熱用戶企業統籌規劃。

2.4 減少CO2 的排放量

CO2的排放量和燃料消耗量之間存在正相關性，這已經是毋庸置疑的事實，通過減少CO2的排放量是提高能源利用效率、減少煤炭資源消耗量的有效方法之一。當下，可用于減少CO2排放量的方法措施主要有：改善與優化投運機組的性能指標；采用超臨界、循環流化床、熱電聯產技術等。燃料脫碳可以被理解為采用碳含量偏低（比如團燃氣）或者無碳燃料，以將過往高碳含量燃料取而代之，降低每單位能耗時CO2的排放量[3]。

燃料電池是利用電化學氧化過程生產電力資源，等同于直接把化學能轉變為電能，扭轉了燃燒產熱時生成水蒸氣驅動發電機組運行的模式，故而卡諾定律不會對燃料電池效率提升形成約束作用。當前，國內采用的碳氧燃料電池發電效率偏低，國內外眾多學者不斷探究其和鍋爐汽機有效整合的方法。

2.5 回收利用CO2

大量排放CO2，不僅促進了地球升溫過程，還浪費了CO2資源，故而鍋爐汽輪機系統綠化設計時，應加強CO2排放量的有效調控，針對排放出的CO2通過合理方式進行回收、固定、利用與再資源化，以上是當下歐美等發達國家節能減排實踐中常用方法之一。對CO2的回收、固定面對的對象主要是鍋爐直接排放出的CO2、空氣內的CO2，當前，國內常用的方法有化學吸收、膜分離及浮石吸附等。對于電廠而言，鍋爐運作期間會形成大量煙氣，CO2濃度偏低，這也提示當下煙氣脫碳的成本相對較高。日本有科學家開發出海洋生物吸收CO2的方法，選出集中可以再高濃度CO2下生長繁殖的海藻，用于吸收附近工業廠區排放出的CO2。

在化工領域中，CO2可以被制成尿素、干冰、水楊酸等，以上產品歷經深加工工序后能制得更多產品，可以說在國民經濟中CO2有較高的利用價值。當下，工業副產品產氣與廢氣內CO2濃度偏高，具備較完善的應用條件。我國已經采用CO2合成甲醇、甲烷，在催化劑開發領域中已取得較好成績，在提升CO2轉化率技術研究方面逐漸抵達國際領先水平。

3 結語

煤炭是電廠鍋爐汽輪機常用燃料，發電階段會形成大量CO2、SO2氣體，對我國環境形成加大危害。將綠色理念滲透至電廠鍋爐汽輪機系統設計進程中，一方面能提升電廠的環境效益，另一方面也能減少電廠能源消耗量，實現可持續發展的目標。可以從脫硫、CO2減排與回收利用等方面著手，減輕我國當下能源緊張的現狀，為我國國民經濟開始發展、進步提供可靠支持。