一款軟件推動生物質(zhì)發(fā)電應(yīng)用

北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)訊:2012 年的電力大會有一個分會題為“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 公司負責(zé)營銷的副總裁Ken Upchurch共同主持了這場分會。在分會場上，有3 位發(fā)言人聚焦了幾項新技術(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優(yōu)勢。例如，生物質(zhì)能源的來源(如樹木)對環(huán)境有益，因為生長過程中會吸收CO2，這可以抵消其作為燃料燃燒時所產(chǎn)生的CO2。此外使用生物質(zhì)，如城市固體垃圾(MSW)，可減少廢棄物處理和填埋成本。本文給出幾項突破性技術(shù)，旨在幫助促進生物質(zhì)更廣泛地使用。

優(yōu)化生物質(zhì)共燃

國際環(huán)保與能源咨詢公司總裁Anupam Sanyal 表示，為了依據(jù)國際協(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，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攻克，這些試驗花費了大量時間和成本。

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)是標準的燃料和灰分特性。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。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。

Sanyal 說，該軟件使電廠運營方可以對比單個生物質(zhì)樣品/ 混合物與電廠所用煤的兼容性。除了評估上文提到的參數(shù)外，第二個燃燒項目使用了相同參數(shù)，針對給定發(fā)電輸出評估總氣體流量、飛灰和攜帶的硫氧化物。通過運營這些項目，獲得了一張設(shè)備“近優(yōu)”生物質(zhì)混合物列表，不需要實施全面的試驗燃燒項目，既省時又省資金。

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。據(jù)美國環(huán)保署稱，2010 年美國用于發(fā)電燃燒的總MSW 量約為2.5 億t。有機物質(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)計是對以往Radovich 循環(huán)設(shè)計的改進。他曾在2009 年ASME 電力大會上作過題為“Radovich 循環(huán)：創(chuàng)新MSW燃燒熱循環(huán)”的演講，對Radovich 循環(huán)進行了介紹。

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極廢棄膨脹器，使用了新的氣體清潔技術(shù)，并添加了陽極排氣再循環(huán)回路。與原始設(shè)計相同，改進后的系統(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。在這個循環(huán)中，燃燒空氣不會與煙氣結(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。隨后的氣體再進入固體氧化物燃料電池的陽極空間，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，能量損失會非常高，因此不具有成本效益。這種技術(shù)在產(chǎn)生CO2 時，會夾帶雜質(zhì)，即不適于與其他技術(shù)進行協(xié)同生產(chǎn)的生物燃料。而CEFCO 工藝則與之相反，其設(shè)計在碳捕獲時的總能量損失低于10%。

CEFCO 工藝的聯(lián)合發(fā)明人Tang 解釋說，該工藝以空氣動力學(xué)反應(yīng)堆技術(shù)為基礎(chǔ)。即通過空氣動力學(xué)噴嘴，將后處理“廢物流”(在蒸汽返回回路中返回，以進行冷凝)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。這種碰撞會在反應(yīng)器中形成次大氣壓絕熱反應(yīng)區(qū)，從而實現(xiàn)CO2 捕獲。這種氣動物理現(xiàn)象可以形成吸熱- 放熱反應(yīng)(對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 個多污染物捕獲反應(yīng)器模塊中的最后1 個)。

Tang 表示，“ 在此條件下， 目標CO2 與非常精細、快速移動的吸附劑液滴碰撞并混合。”他并未提及捕獲CO2后傳送至永久存儲設(shè)施或?qū)⑵溆糜诟牧嫉牟捎凸に�，而是提出了更實用的用途�?ldquo;低能量使用提供了高性價比的方式，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。”正在全力進行研發(fā)的烴類轉(zhuǎn)化技術(shù)有特種有機催化劑和直接生產(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，正在合作運行1 座1~3MWe 的試點設(shè)備。其目標是成功驗證CO2 和多污染物的捕獲。