Алтернативни горива - алтернативата на въглищата; Рециклиране в ЕС
Използването на биомаса и заместители на основата на отпадъци в електроцентралите, работещи с въглища, придобива все по-голямо значение. Съвместното изгаряне на RDF е свързано с редица трудности, тъй като Michael Nolte и Kai Keldenich от Evonik Energy Services GmbH в Есен разследват:
Опитът показва, че електроцентралите, работещи с въглища, поставят много високи изисквания към биомасата и заместващите горива на базата на отпадъци (RDF). Критерии са химическият състав, особено по отношение на компонентите хлор, сяра и основи, калоричността и поведението на пепелта, срок на годност (биологична стабилност и водоустойчивост), смилаемост, както и консистенцията и разпределението на зърната. Освен това са важни условията на площадката, като например типа изгаряне в електроцентралата (изгаряне на прах или кипящ слой). Заместващите горива трябва да имат подобни на въглища свойства на материала - колкото по-близки са свойствата на материала на RDF до тези на първичните въглища, толкова по-лесно, по-евтино и следователно по-икономично те могат да бъдат интегрирани в съществуващия процес на електроцентрала.
Процесът на електроцентралата се предшества от изследване на свойствата на материала и съществуващите специфични за обекта гранични условия, като например концепцията за съхранение, зареждащото оборудване, конструкцията на горенето и парогенератора, производителността на почистване на отработените газове, работата на натоварването на централата и вида и местоположението на съществуващите спомагателни системи Освен това трябва да се вземат предвид изискванията за евентуално рециклиране на отпадъци от странични продукти от електроцентралата, като парогенератор и летяща пепел. Калоричните стойности на заместващите горива са относително ниски, което ги прави по-подходящи за използване при изгаряне на лигнитни въглища, отколкото при твърди въглища. Въпреки това, поради особено ниските разходи за осигуряване на лигнитни въглища, RDF рядко се използва за изгаряне на лигнитни въглища. В случай на изгаряне на твърди въглища, от друга страна, заместващото гориво се използва предимно при изгаряне с кипящ слой. Усилията за обработка, необходими за това за RDF, обикновено са значително по-ниски, отколкото при изпичането на прах.
Пряко, непряко, паралелно съвместно изгаряне
Интегрирането на биомаса и/или заместващи горива на базата на отпадъци се осъществява чрез процеса на съвместно изгаряне, при който част от изкопаемите първични горива са заместени с регенериращо или поне частично регенериращо вторично гориво. През последните няколко десетилетия са разработени различни решения (директно, индиректно, паралелно съвместно изгаряне), всяко от които може да има различни ефекти (специфични предимства и недостатъци) върху ефективността, експлоатацията и експлоатационния живот на отделни блокове, както и на цялата електроцентрала. Директното съвместно изгаряне е най-простата и евтина форма на съвместно изгаряне, но хетерогенният състав на материала, полепналите замърсявания, шлаки или корозия могат да намалят скоростта на съвместно изгаряне и да съкратят наличността на котела за въглища. Това се отнася по-специално за зоните на прегреватели, подгряватели на въздух и SCR катализатори.
При директно съвместно изгаряне заместващото гориво и стандартните въглища за гориво се преобразуват термично в същия реактор. В зависимост от характеристиките на EBS и вида на наличния парогенератор, подготовката и подаването на гориво могат да бъдат проектирани по различен начин. В случай на прахообразен котел за въглища обикновено е необходима допълнителна обработка на RDF. Ако това се прави заедно с въглищата, RDF се добавя пред въглищната мелница. Въглищата и RDF се смилат заедно в мелница и се подават в пещта като смес чрез споделени горелки.
Ако RDF се преработва в отделна единица (например в чукова мелница), RDF обикновено се добавя към въглищата след мелницата и след това се подава с въглищата чрез общи горелки в пещта. RDF може също да се подава към пещта несмесен като отделен отделен поток или чрез отделни устройства за подаване на съществуващите горелки, или чрез напълно отделни RDF горелки или копчета. Ако RDF се подава през отделни горелки/копчета, стехиометричните условия на горене на горелките/копчетата могат да бъдат адаптирани към съответното гориво. В случай на изгаряне с кипящ слой, различните опции за подаване на котел на въглища могат да се извършват без допълнителна механична предварителна обработка. Изгарянето в кипящ слой се оказва по-гъвкаво по отношение на спектъра на размера на зърната, отколкото изгарянето на прах.
В случай на много по-интензивно и по-сложно непряко съвместно изгаряне, изгарянето във въглищния котел се предшества от термична предварителна обработка за RDF под формата на газификатор или пиролиза. Получената смес от синтетичен газ и био-масло/био-кокс може да бъде предварително почистена и след това изгорена в котел на въглища с помощта на отделни горелки. Механична RDF обработка може да бъде пропусната. Прехвърлянето на потенциални замърсители като тежки метали или други нежелани неорганични съединения във въглищния котел може да бъде избегнато, скоростта на съвместно изгаряне е по-висока и въглищният котел не е засегнат неблагоприятно.
В случай на паралелно съвместно изгаряне, което е най-разходоемкият вариант, термичното преобразуване на въглища и RDF се извършва в две отделни системи за изгаряне, което включва и пълното почистване на отработените газове. Двата кръга са свързани единствено от парна страна. Водно-парната верига на парогенератора EBS е интегрирана във водно-парната верига на въглищния котел. Отделният парогенератор EBS е специално проектиран за EBS. Поради изключителното свързване чрез цикъла вода-пара, отработените газове от парогенератора RDF не попадат в котела за въглища. Те се почистват отделно чрез системата за почистване на отработените газове на парогенератора EBS. Свързаните с RDF замърсявания, шлаки и корозия могат да бъдат напълно избегнати. Няма директен контакт между отработените газове от изгарянето на RDF и отработените газове от изгарянето на въглища. Недостатъкът на паралелното съвместно изгаряне е - в зависимост от точката на впръскване на пара в котлите на въглища - значително по-ниска степен на съвместно изгаряне в сравнение с непрякото съвместно изгаряне.
Проблемът с корозията
В електроцентралите, работещи с въглища, корозионните процеси се случват предимно в зоната на парогенератора и могат да бъдат засилени чрез добавяне на RDF поради елементарния му състав. В зависимост от реагентите това може да бъде химичен, електрически или металофизичен процес. Рискът от корозия се определя по същество от условията на горене, температурата на стената на тръбата и съдържанието на елементи, свързани с корозията. Важни параметри на материала, свързани с корозията, са например съдържанието на хлор и сяра в горивото и пропорциите на тежки метални съединения, съединения на алкални и алкалоземни метали в пепелта.
С тези горивни и пепелни компоненти могат да се определят индикаторите за корозия - като индикация за очаквания риск от корозия. Корозионните процеси в съществуващата пещ и съществуващия парогенератор не могат да бъдат изключени с помощта на индикатори за корозия. Корозия може да възникне в различни зони на парогенератора и може да бъде причинена от различни механизми. Трябва да се споменат липсата на кислород, разтопената сол, високотемпературният хлор и корозията в точката на оросяване.
Корозия при дефицит на кислород: Бедна на кислород атмосфера на отработени газове под формата на нишки на CO може да присъства, особено по стените на горивната камера на парогенератора близо до горелката. Непълно окисление може да атакува защитния оксиден слой Fe2O3 върху стената на парогенератора или да попречи на натрупването му. Наличието на хлор може дори да насърчи процеса.
Корозия на разтопена сол: В зоната на стените на пещта хлор и алкални съединения на сярата могат да присъстват в агресивна, разтопена форма, които са причинени от реакции между сярата или нейните продукти на изгаряне SO2 и SO3 с оксидите като Na2O и K2O, които се появяват в пепелта. Оксидите на тежки метали като CuO, PbO или ZnO могат да засилят този процес на корозия.
Високотемпературна хлорна корозия: В зоната на нагревателните повърхности на прегревателя алкалните хлориди, особено NaCl и KCl, могат да кондензират и сулфатират поради SO2 в окислителна атмосфера. Сулфатирането на алкалите в пепелния капак отделя елементарен хлор, който от своя страна реагира с желязото на повърхността на материала, образувайки железен хлорид и се изпарява в зависимост от преобладаващата температура на стената. Разлагането на железния хлорид чрез последващи реакции с кислород и серни оксиди води до подновяване на отделянето на елементарен хлор, така че може да се развие вътрешен цикъл на корозия върху нагревателните повърхности на паропрегревателя на парогенератора.
Корозия на точката на оросяване: Ако температурата спадне под температурната граница поради охлаждане, могат да се образуват отлагания в зоната на икономайзера (ECO) и може да възникне въздушен подгревател и кондензация на киселина (особено H2SO4 и HCl). Получената киселина атакува металната повърхност на съответния системен компонент.
Което също играе роля
Там, където тенденцията върви - гъвкави електроцентрали на въглища
На фона на рамката на енергийната политика в Германия, Майкъл Нолте и Кай Келденич заявяват, че експлоатацията на електроцентрали, работещи на твърди въглища, вероятно ще бъде характеризирана дори по-често от операции с частично/ниско натоварване и престой на централата от преди. В същото време търсенето ще се увеличи, за да се реагира на колебанията в метеорологичните условия на възобновяемите енергии чрез бързо увеличаване или намаляване на натоварването или бързо стартиране и спиране на електроцентралата, за да се компенсира търсенето на електроенергия и да се стабилизират преносните мрежи.
В бъдеще електроцентралите, работещи с въглища, биха се утвърдили на пазара ", което освен с ниски разходи за производство на електроенергия (Merrit Order) може да се характеризира и с бърз и евтин процес на пускане/спиране, работа с ниско натоварване с възможно най-ниския общ товар и гъвкава работа с бързи промени в натоварването. Честите процеси на пускане и спиране, както и честите режими на шофиране с частично/ниско натоварване в крайна сметка водят до значително по-ниски работни часове с пълно натоварване (Vh) в конвенционалните електроцентрали. Работните часове с пълно натоварване за определени локации на електроцентралите сега дори са паднали под 4000 Vh и се очаква тази тенденция да се увеличи още повече. “Във времена с висок дял на слънчева и вятърна енергия, електроцентралите, работещи с въглища, могат да стоят неподвижни няколко последователни дни . Изискването на електроцентралата на въглища да произвежда електричество не може да бъде прогнозирано в дългосрочен план.
Има смисъл само при комбинирана топлина и енергия
При разглеждането на възможното използване на заместващи горива в съществуваща електроцентрала, работеща на въглища, трябва да се вземе предвид как изглежда настоящото и очакваното бъдещо състояние на експлоатацията на електроцентралата, за да може да се реализира съвместното изгаряне икономически и по отношение на лицензионния закон. В случай на електроцентрали, които имат много гъвкави критерии за изисквания, процесът на икономическо съвместно изгаряне е значително по-труден. Честите режими на задвижване с частично/ниско натоварване могат дори напълно да предотвратят паралелното съвместно изгаряне, в зависимост от точката на свързване в цикъла вода-пара на електроцентралата, работеща на въглища. Поради това Майкъл Нолте и Кай Келденич вярват, че бъдещото използване на EBS има смисъл само в електроцентрали с комбинирана топлинна и електрическа енергия, които все още имат над средното работно време. В електроцентралите, работещи с въглища, без извличане на топлина, съвместното изгаряне на RDF по-скоро ще намалее, отколкото да се увеличи.
Пълната статия „Алтернативни горива в комбинация с електроцентрали на въглища - бъдещо използване на заместващи горива от гледна точка на технологията на електроцентралите“ от Майкъл Нолте и Кай Келденич може да бъде прочетена в „Енергия от отпадъци“, том 12, изд. от К. J. Thomé-Kozmiensky, TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky 2015, ISBN 978-3-944310-18-3