北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)訊:2012 年的電力大會(huì)有一個(gè)分會(huì)題為“生物質(zhì)技術(shù):從收獲到發(fā)電”,這充分體現(xiàn)出生物質(zhì)發(fā)電的地位正在日漸提高。馬里蘭大學(xué)工程學(xué)教授AshwaniGupta 和BRKS Rockwood 公司負(fù)責(zé)營(yíng)銷的副總裁Ken Upchurch共同主持了這場(chǎng)分會(huì)。在分會(huì)場(chǎng)上,有3 位發(fā)言人聚焦了幾項(xiàng)新技術(shù)—有望成功應(yīng)用生物質(zhì),并將其作為發(fā)電燃料。
生物質(zhì)支持者指出了這種燃料來源的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如,生物質(zhì)能源的來源(如樹木)對(duì)環(huán)境有益,因?yàn)樯L(zhǎng)過程中會(huì)吸收CO2,這可以抵消其作為燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的CO2。此外使用生物質(zhì),如城市固體垃圾(MSW),可減少?gòu)U棄物處理和填埋成本。本文給出幾項(xiàng)突破性技術(shù),旨在幫助促進(jìn)生物質(zhì)更廣泛地使用。
優(yōu)化生物質(zhì)共燃
國(guó)際環(huán)保與能源咨詢公司總裁Anupam Sanyal 表示,為了依據(jù)國(guó)際協(xié)議減少CO2 排放,全球最近掀起了生物質(zhì)與煤共燃的浪潮。但根據(jù)Sanyal 的觀點(diǎn),生物質(zhì)的特性與煤完全不同,這成為具體發(fā)電廠選擇最優(yōu)混合比例/ 生物質(zhì)類型的一大難題。目前,這一難題已被各種混合物燃燒試驗(yàn)攻克,這些試驗(yàn)花費(fèi)了大量時(shí)間和成本。
Sanyal 描述了一款基于網(wǎng)絡(luò)的新軟件—BCAS(生物質(zhì)共燃評(píng)估和服務(wù))。該軟件整合了燃燒和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本特性,唯一需要輸入的數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)的燃料和灰分特性。該軟件工具立即為所有煤/ 生物質(zhì)混合物的所有燃料相關(guān)參數(shù)設(shè)定了基準(zhǔn)。這些特性包括易磨性、磨蝕性和易燃性。該軟件還為灰分、磨蝕物、腐蝕物、顆粒排放物、硫和氮的氧化物中的碳設(shè)定了基準(zhǔn)。
Sanyal 說,該軟件使電廠運(yùn)營(yíng)方可以對(duì)比單個(gè)生物質(zhì)樣品/ 混合物與電廠所用煤的兼容性。除了評(píng)估上文提到的參數(shù)外,第二個(gè)燃燒項(xiàng)目使用了相同參數(shù),針對(duì)給定發(fā)電輸出評(píng)估總氣體流量、飛灰和攜帶的硫氧化物。通過運(yùn)營(yíng)這些項(xiàng)目,獲得了一張?jiān)O(shè)備“近優(yōu)”生物質(zhì)混合物列表,不需要實(shí)施全面的試驗(yàn)燃燒項(xiàng)目,既省時(shí)又省資金。
此外,Sanyal 描述了該軟件的開發(fā)、成功應(yīng)用,以及不同生物質(zhì)類型共燃的例子,包括硬木、甘蔗渣和輪胎與煤(表1)。
Sanyal 說,“電廠使用BCAS 觀察到的結(jié)果,論證了該軟件作為設(shè)計(jì)和操作工具的能力。它既能確定與煤共燃的最優(yōu)生物質(zhì)質(zhì)量和數(shù)量,又能保持在符合排放規(guī)定的前提下獲得基本收入。”
沼氣轉(zhuǎn)化
URS 的顧問工程師Michael Radovich描述了專用于燃燒MSW(城市生活垃圾)的電廠概念設(shè)計(jì)。據(jù)美國(guó)環(huán)保署稱,2010 年美國(guó)用于發(fā)電燃燒的總MSW 量約為2.5 億t。有機(jī)物質(zhì)仍是MSW 中的最主要組分,紙張和紙板占29%,庭院廢棄物和食物廢料占27%,剩余部分包括塑料、金屬、橡膠、皮革、織物、木頭、玻璃和其他雜類廢物。
Radovich 稱,新電廠設(shè)計(jì)是對(duì)以往Radovich 循環(huán)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。他曾在2009 年ASME 電力大會(huì)上作過題為“Radovich 循環(huán):創(chuàng)新MSW燃燒熱循環(huán)”的演講,對(duì)Radovich 循環(huán)進(jìn)行了介紹。
Radovich 指出,為了提高性能、降低成本,增加了燃料電池,在燃料電池和氣化器之間安置了陰極和陽(yáng)極廢棄膨脹器,使用了新的氣體清潔技術(shù),并添加了陽(yáng)極排氣再循環(huán)回路。與原始設(shè)計(jì)相同,改進(jìn)后的系統(tǒng)使用蒸汽和燙床材料,在氣化容器中通過MSW 產(chǎn)生氣體。 含碳灰分和冷卻床材料離開氣化容器并進(jìn)入燃燒室容器,然后碳被燒盡,床材料通過燃燒空氣加熱。在這個(gè)循環(huán)中,燃燒空氣不會(huì)與煙氣結(jié)合。燃燒空氣經(jīng)過壓縮后,通過燃料電池陰極空間,然后再通過燃燒室容器,通過膨脹作用發(fā)電。
Radovich 還討論了合成氣處理,從含有各種數(shù)量CO、CO2 和H2 的氣體混合物開始。在離開氣化容器之后,合成氣變得較為溫和,進(jìn)行過濾除去顆粒物和硫,然后冷卻并除去蒸汽中的水蒸氣。再將氣體壓縮并傳輸至處理系統(tǒng),在系統(tǒng)中除去重金屬和CO2,然后加熱并用蒸汽稀釋,以防止碳焦化。隨后的氣體再進(jìn)入固體氧化物燃料電池的陽(yáng)極空間,在此處基本轉(zhuǎn)化為蒸汽和CO2,然后再返回氣化容器。
新型的CO2 捕獲工藝
CEFCO 全球清潔能源公司的總裁兼CEO Robert Tang 提到, 熱電廠的CO2 捕獲技術(shù)如要去除30% ~ 90% 的CO2,能量損失會(huì)非常高,因此不具有成本效益。這種技術(shù)在產(chǎn)生CO2 時(shí),會(huì)夾帶雜質(zhì),即不適于與其他技術(shù)進(jìn)行協(xié)同生產(chǎn)的生物燃料。而CEFCO 工藝則與之相反,其設(shè)計(jì)在碳捕獲時(shí)的總能量損失低于10%。
CEFCO 工藝的聯(lián)合發(fā)明人Tang 解釋說,該工藝以空氣動(dòng)力學(xué)反應(yīng)堆技術(shù)為基礎(chǔ)。即通過空氣動(dòng)力學(xué)噴嘴,將后處理“廢物流”(在蒸汽返回回路中返回,以進(jìn)行冷凝)噴入而產(chǎn)生超聲震蕩波,造成煙氣和所選反應(yīng)劑分子之間的碰撞。這種碰撞會(huì)在反應(yīng)器中形成次大氣壓絕熱反應(yīng)區(qū),從而實(shí)現(xiàn)CO2 捕獲。這種氣動(dòng)物理現(xiàn)象可以形成吸熱- 放熱反應(yīng)(對(duì)于選擇性污染物捕獲非常理想),在金屬或有毒物質(zhì)從氣體中去除后,通過相關(guān)反應(yīng)劑轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物(碳回收模塊是4 個(gè)多污染物捕獲反應(yīng)器模塊中的最后1 個(gè))。
Tang 表示,“ 在此條件下, 目標(biāo)CO2 與非常精細(xì)、快速移動(dòng)的吸附劑液滴碰撞并混合。”他并未提及捕獲CO2后傳送至永久存儲(chǔ)設(shè)施或?qū)⑵溆糜诟牧嫉牟捎凸に,而是提出了更?shí)用的用途:“低能量使用提供了高性價(jià)比的方式,結(jié)合另一種烴類技術(shù),可以聯(lián)合生產(chǎn)液體生物燃料。”正在全力進(jìn)行研發(fā)的烴類轉(zhuǎn)化技術(shù)有特種有機(jī)催化劑和直接生產(chǎn)生物燃料的工程微生物學(xué)工藝。
CEFCO 全球清潔能源公司和Peerless 制造公司,正在合作運(yùn)行1 座1~3MWe 的試點(diǎn)設(shè)備。其目標(biāo)是成功驗(yàn)證CO2 和多污染物的捕獲。