侯佩印
身份证号23030419880710****，黑龙江省哈尔滨市，150000
摘 要： 简要介绍了产品绿色设计的基本特征，分析了现有电厂锅炉汽轮机系统存在的环境污染问题，提出了锅炉汽轮机系统绿色设
计的内容，重点讨论了减排、处置与回收利用。
关键词：锅炉；汽轮机；绿色设计；可持续发展
1 绿色设计的基本特征
绿色设计是一种面向产品整个生命周期的基于生态环境意识的设计思想，也就是在产品的设计阶段，就考 虑如何从根本上减少环境污染、节约资源和能源。因此，绿色设计是这样一种设计，即在产品全生命周期内，着重考虑产品的环保属性，并将其作为设计选型目标，在满足环保目标要求的同时，保证产品应用的功能、寿命、质量和经济性等。
绿色设计的主要特征包括以下几个方面 [12] ：
(1) 绿色设计是全产品生命周期设计。传统的产品生命周期包括从产品制造到投入使用的各个阶段，而绿色设计将产品的生命周期延伸到了产品使用结束后的回收重用及处理过程。这种生命周期的拓展使设计者 能够在设计过程中从宏观的角度来把握与产品有关的环境问题、材料的重复利用问题、废弃物的管理问题。
(2) 绿色设计是闭环设计。传统设计是一种开放环设计，而绿色设计要求在产品生命周期的各个阶段，必 须考虑并建立有效的反馈机制，即实现各个阶段的闭路循环。
(2) 绿色设计是生态设计。设计过程中分析和考虑产品的环境属性是绿色设计区别于传统设计的主要特征之一，因而绿色设计可以从源头上减少废弃物的产生，有利于保护环境和维护生态系统平衡。
(4) 绿色设计是系统设计。绿色设计可以在产品的各个环节和各个层次上进行，是一种动态设计过程，如可回收性设计、清洁预防设计和价值设计等。
2 锅炉汽轮机系统绿色设计的内容
2.1 脱硫
燃煤锅炉的脱硫对环境保护具有重要作用，虽然目前脱硫成本很高，但从可持续发展角度分析，国家必须采取强制措施，对现有电厂进行脱硫改造，新建电厂必须有脱硫装置。
目前脱硫装置有循环流化床脱硫和烟气脱硫等方式，脱硫效率高达 60%以上。烟气脱硫技术已属成熟，但投资大，约为建电厂投资的 1/4～1/2。目前循环流化床脱硫技术锅炉吨位太小，用于电厂还需要进一步研究 [1] 。
2.2 降低锅炉排烟温度
对电厂锅炉进行脱硫改造后，烟气中 SO 2 浓度大幅度下降，使设备的低温腐蚀减轻，可大幅度降低烟气排放的温度，烟气温度在 60～70 ℃为宜，提高机组热效率 5%左右，对节能、减少温室气体排放、防止 地球温度变暖具有重要作用。
2.3 降低汽轮机冷凝温度
汽轮机冷凝温度从热力循环角度已无法降低，只有充分利用凝汽热量，应用于其它工业领域，才是它的发 展方向。热电厂是最好的利用方式，已建电厂逐步改造成背压式热电厂，使冷凝热量得到充分利用，有效地减少温室气体排放。大型热电机组需要综合布置，与大型热用户企业统筹设计。
2.4 CO 2 的减排措施
CO 2 的排放量与燃料消耗量成正比，故减少 CO 2 的排放量的有效方法是提高能源利用率，降低煤耗；CO 2 的减排措施有：改进和完善投运机组性能；利用超临界技术、循环流化床技术、热电联产技术；关停小机组等 [4] 。燃料脱碳是以含碳量较低的（如天然气）或无碳燃料取代含碳量较高的燃料，使得 每单位能耗的平均 CO 2 排放减少。
燃料电池是通过电化学氧化生产电力的，即直接将化学能转化为电能，冲破了燃烧产热生成水蒸气再带动汽轮发电机组的传统模式，因而燃料电池的效率不受卡诺定律的限制。目前，碳氧燃料电池发电效率还不 高，要与锅炉汽机机组结合，国内外正在进行积极探索。
2.5 CO 2 的处置技术
CO 2 的处置技术尤其是地质处置正得到越来越多的关注与研究。目前常用的 2 种途径是将 CO 2 储存在 废油气井、地下含水层和海洋中。据国际能源机构预测，它们储存 CO 2的潜力依次为 870 亿 t、1 250 亿 t 和 2×10 8 亿 t。由此可见地质储存潜力很大。将 CO 2 用于采油或气贮存在油、气井中，并非一项新技术。
早在70年代能源危机时美国就曾利用CO 2溶于油可减少石油粘度的性质来强化采油，增加 石油产量。挪威科学家甚至计划建一艘 1 000 MW 的大型发电船，以海底石油、天然气为原料，采用高效燃油气蒸汽组合循环发电
并将燃烧排放的 CO 2 冷却、压缩后送入海底油气田中。向地下含水层深井注入 CO 2 的方法与深井注射处置液态有害废物的方法相似。虽然注入的 CO 2 不会严重污染地下水，却会降低地下水的 pH 值，从而腐蚀岩石。此外，对于CO 2 深井注入是否会造成地面的不稳定尚未定论。CO 2 的性质使之非常适于海洋处置。因为在水下 500 m深处水温 10 ℃左右时CO 2 就能变成液态，在 2 000 km 以下，CO 2 密度 变成大于海水能沉入海底，相当安全地保存起来，而且海洋储存 CO 2 的潜力很大，即使把人类排放的全部CO 2 储入海中，海洋含碳量每年仅增加 0.016%。故科学家们考虑把 CO 2 以固态或液态形式埋入海中或海底含水层。1996年 9月迄今为止最大的海床 CO 2 处置工程在挪威启动。CO 2 被注入北海 海床以下800 m处多孔充满盐水的砂石地层中，每年注入量 100 万 t，占挪威CO 2 年排放量的 2%左右。然而目前海洋处置仍然存在着费用昂贵、可能会危及海洋生态等问题 [5] 。
2.6 CO 2 的回收利用
CO 2 的大量排放，不仅加剧了人类赖以生存的地球温暖化倾向，还造成 CO 2 资源的大量浪费，因此，控制 CO 2 排放量，对排放的 CO 2 进行回收、固定、利用及再资源化已成
为世界各国特别是发达国家十分关注的问题。CO 2 进行回收、固定可分为对锅炉CO 2 的排放的直接回 收、固定和对空气中的 CO 2 回收、固定。CO 2 的回收是整个控制体系的第一步。目前有化学吸收、膜分离、冷冻分级分离、分子筛吸附和浮石吸附等方法，但对电厂而言，由于烟气量大，CO 2 的浓度低，目前烟气脱碳的代价还很高。国内进行了大量的研
究，日本科学家研究发现海洋生物吸收 CO 2 的潜力巨大，已筛选出几种能在高浓度 CO 2 下繁殖的海藻并计划在太平洋海岸进行繁殖，以吸收附近工业区排出的 CO 2 。美国一些研
究人员以加巨藻为载体，在其上繁殖一种可吸收 CO 2 的钙质海藻，它吸收后形成碳酸钙沉到海底，腾出 表面可继续繁殖。CO 2 在化工工业上可制成尿素、干冰、水杨酸、CO、甲醇、碳酸酯、环状脂、二甲醚、甲酸、乙烯、甲烷、有机羧酸、碳酸盐等，而这些产品又可深加工成更多产品，可以说 CO 2 在国民经济中具有很大的使用价值。目前工业副产气和废气中的 CO 2 浓度很高，完全具备被利用的条件。 我国在用 CO 2 合成甲醇、甲烷方面已取得了很大进展。在催化剂研究中也有许多成果，尤其在 CO 2 转化率、甲醇选择性催化剂的寿命等技术指标方面在国际上领先 [4] 。能源紧缺是制约以后经济发 展的主要因素，目前世界上最广泛的石油、天然气到下个世纪的中叶将枯竭，必须有新的碳源补充进去，而丰富的 CO 2 完全可作为新的碳源，其最大的优点是可以同时解决能源和温室效应问题。人们将 CO 2 的研究、开发应用重点放在CO 2 的转化上，通过化学、光学、电学、生化的各种方法，将 CO 2 转化成其它有用的物质，或固定在其它物质上，形成新的有用物质。以气、液、固 2 种状态存在的，直接作为产品的 CO 2 ，在工业和国民经济的各部门具有广泛的实用价值。我国对 CO 2的研究工作起步较晚，为解决能源紧张和温室气体问题，大力开展 CO 2 的回收、开发、利用，具有现实意义和广泛的应用前景 [5] 。
2.7 机组灰渣的综合利用
灰渣的主要成分是硅、铝、铁和钙，将灰渣制成建筑材料，是一种比较有效的方法，电厂锅炉汽轮机系统绿色设计需将灰渣利用进行综合设计。
3结 论
能源在国民经济发展中具有重要作用，而我国 80%的电力是由火电厂完成的，火电厂锅炉汽轮机在发电的同时，高温烟气、高温凝汽向大气排放，降低了机组的效率，同时产生大量 SO 2 和 CO 2 气体向大气排放，对环境造成极大的影响，分别是造成酸雨、地球温室效应的主要原因。为了保持经济的可持续发展，电厂锅炉汽轮机系统应采取脱硫、烟气低温排放、汽机凝汽热量的工业利用、CO 2 的减排、回收与综合利用、灰渣综合利用等途径。电厂锅炉的脱硫、脱碳目前技术还不够成熟，需要进一步研究。
参 考 文 献
[1] 王勤辉. 循环流化床锅炉总体数学模型及性能试验[D]. 浙江大学博士学位论文, 1997.
[2] 范浩杰. 煤粉/水煤浆燃烧脱硫研究[D]. 浙江大学博士学位论文,1997.
[2] 马一太. 温室效应和TEWI值[J]. 工程热物理学报, 1998(5): 271～274.
[4] 李东雄, 等. 燃煤电站 CO 2 排放状况及减排对策[J]. 电力环境保护, 2000(6): 12～15.
[5] 陶恩中, 等. 温室气体CO 2 综合利用的现状[J]. 电力情报, 1999(4):9～12.