Альтернативні види палива - альтернатива вугіллю; Переробка в ЄС
Застосування біомаси та замінників палива на основі відходів на вугільних електростанціях набуває все більшого значення. Спільне спалювання RDF пов'язане з низкою труднощів, як досліджували Майкл Нолте та Кай Келденич з Evonik Energy Services GmbH в Ессені:
Досвід показує, що вугільні електростанції пред'являють дуже високі вимоги до біомаси та замінних видів палива на основі відходів (RDF). Критеріями є хімічний склад, особливо щодо компонентів хлор, сірка та луги, теплотворна здатність та поведінка плавлення золи, термін зберігання (біологічна стійкість та водостійкість), подрібнюваність, а також консистенція та розподіл зерна за розмірами. Крім того, важливі такі умови на ділянці, як тип згоряння на електростанції (згоряння пилу або киплячого шару). Замінники палива повинні мати властивості матеріалу, подібного вугіллю - чим ближче властивості матеріалу RDF наближаються до властивостей основного вугілля, тим легше, дешевше і, отже, більш економічно їх можна інтегрувати в існуючий процес електростанції.
Процесу електростанції передує вивчення властивостей матеріалу та існуючих граничних умов, характерних для ділянки, таких як концепція зберігання, обладнання для заряджання, конструкція згоряння та парогенератора, продуктивність очищення відпрацьованих газів, робота навантаження електростанції та тип та розташування існуючих допоміжних систем. Крім того, слід враховувати вимоги щодо можливої переробки відходів із побічних продуктів електростанцій, таких як парогенератор та зола. Калорійність замінюваних палив відносно низька, що робить їх більш придатними для використання при випалюванні бурого вугілля, ніж у кам'яному вугіллі. Однак через особливо низькі витрати на надання бурого вугілля, RDF рідко використовується при випалюванні бурого вугілля. У випадку випалювання кам’яного вугілля, з іншого боку, замінне паливо використовується переважно при випалюванні в киплячому шарі. Зусилля обробки, необхідні для цього для RDF, як правило, значно нижчі, ніж при випалюванні пилу.
Пряме, непряме, паралельне спільне спалення
Інтеграція біомаси та/або замінників палива на основі відходів відбувається за допомогою процесу спільного спалення, при якому частина викопного первинного пального заміщується відновлювальним або принаймні частково відновлювальним вторинним паливом. За останні кілька десятиліть було розроблено різні рішення (пряме, непряме, паралельне спільне згоряння), кожне з яких може мати різний вплив (конкретні переваги та недоліки) на ефективність, експлуатацію та термін служби як окремих агрегатів, так і всієї електростанції. Пряме спільне спалювання є найпростішою та найдешевшою формою спільного спалювання, однак неоднорідний склад матеріалу, прилипаюча бруд, шлаки або корозія можуть зменшити швидкість спільного спалювання та скоротити доступність вугільного котла. Це стосується, зокрема, районів перегрівачів, попередньо нагрівачів повітря та каталітичних нейтралізаторів SCR.
При прямому спільному спалюванні замінне паливо та стандартне паливне вугілля термічно перетворюються в одному реакторі. Залежно від характеристик RDF та типу парогенератора, підготовка та подача палива можуть бути розроблені по-різному. У випадку пиловугільного котла, як правило, необхідна додаткова обробка RDF. Якщо це робиться разом із вугіллям, RDF додається перед кам'яновугільним заводом. Вугілля та RDF подрібнюють разом у млині та подають у піч у вигляді суміші через спільні пальники.
Якщо RDF переробляється в окремому агрегаті (наприклад, на молотковій млині), RDF зазвичай додається до вугілля лише після вугільного млина, а потім подається з вугіллям через загальні пальники в печі. RDF також може подаватися до печі не змішаним як окремий окремий потік або через окремі пристрої подачі на існуючі пальники, або через повністю окремі пальники RDF або фурми. Якщо RDF подається через окремі пальники/фурми, стехіометричні умови згоряння на пальниках/фурмах можуть бути адаптовані до відповідного палива. У разі випалу в киплячому шарі різні варіанти подачі вугільного котла можуть здійснюватися без додаткової механічної попередньої обробки. Горіння в псевдозрідженому шарі виявляється більш гнучким щодо спектру розміру зерен, ніж згоряння пилу.
У разі набагато більш витратного та більш складного непрямого спільного згоряння, згорянню у вугільному котлі передує термічна попередня обробка RDF у вигляді газифікатора або піролізу. Отриманий синтез-газ та суміш біомазуту/біококсу можна попередньо очистити, а потім спалити у вугільному котлі за допомогою окремих пальників. Механічна обробка RDF може бути опущена. Передачі потенційних забруднюючих речовин, таких як важкі метали або інші небажані неорганічні сполуки, у вугільний котел можна уникнути, швидкість спільного спалення вища, і вугільний котел не зазнає негативних наслідків.
У разі паралельного спільного спалювання, що є, безумовно, найбільш економічним варіантом, термічна конверсія вугілля та RDF відбувається в двох окремих системах випалювання, що також включає повне очищення відпрацьованих газів. Два контури з'єднані лише з боку пари. Водяно-паровий контур парогенератора EBS інтегрований у водяно-паровий контур вугільного котла. Окремий парогенератор EBS спеціально розроблений для EBS. Завдяки ексклюзивному з'єднанню через водно-паровий цикл, вихлопні гази від парогенератора RDF не потрапляють у вугільний котел. Вони очищаються окремо за допомогою системи очищення відпрацьованих газів парогенератора EBS. Повністю уникнути явищ забруднення, шлакоутворення та корозії, пов'язаних з RDF, у вугільному котлі. Немає прямого контакту між вихлопними газами, що надходять від згоряння RDF, та вихлопними газами, що надходять від згоряння вугілля. Недоліком паралельного спільного згоряння є - залежно від точки нагнітання пари у вугільному котлі - значно нижча швидкість спільного згоряння порівняно з непрямим спільним згорянням.
Проблема корозії
На вугільних електростанціях процеси корозії відбуваються в основному в зоні парогенератора і можуть бути посилені додаванням RDF через його елементарний склад. Залежно від реагентів, це може бути хімічний, електричний або металофізичний процес. Ризик корозії по суті визначається умовами горіння, температурою стінки труби та вмістом елементів, що відповідають корозії. Важливими корозійно-важливими параметрами матеріалу є, наприклад, вміст хлору та сірки у паливі та пропорції сполук важких металів, лугів та лужноземельних металів у золі.
За цими компонентами палива та золи можна визначити показники корозії - як вказівку на очікуваний ризик корозії. Корозійні процеси в існуючій печі та існуючому парогенераторі не можна виключати за допомогою показників корозії. Корозія може виникати в різних зонах парогенератора і може бути спричинена різними механізмами. Слід зазначити дефіцит кисню, розплавлену сіль, високотемпературний хлор та корозію в точці роси.
Корозійно-дефіцитна корозія: Бідна киснем атмосфера вихлопних газів у вигляді струмків СО, особливо на стінках камери згоряння парогенератора біля пальника. Неповне окислення може атакувати захисний шар окису Fe2O3 на стінці парогенератора або перешкоджати його накопиченню. Наявність хлору може навіть сприяти процесу.
Корозія розплавленої солі: У зоні стінок печі сполуки хлору та лужної сірки можуть бути в агресивній, розплавленій формі, що спричинене реакціями між сіркою або продуктами її горіння SO2 та SO3 з оксидами, такими як Na2O та K2O, що відбуваються в золі. Оксиди важких металів, такі як CuO, PbO або ZnO, можуть посилити цей процес корозії.
Високотемпературна корозійна хлорка: У зоні нагрівальних поверхонь пароперегрівача хлориди лугів, особливо NaCl та KCl, можуть конденсуватися та сульфатувати завдяки SO2 в окислювальній атмосфері. Сульфатування лугів у зольному покриві виділяє елементарний хлор, який, у свою чергу, реагує із залізом на поверхні матеріалу, утворюючи хлорид заліза та випаровується залежно від переважаючої температури стінки. Розкладання хлориду заліза внаслідок подальших реакцій з киснем та оксидами сірки призводить до відновленого виділення елементарного хлору, завдяки чому на нагрівальних поверхнях пароперегрівача парогенератора може розвинутися внутрішній цикл корозії.
Корозія точки роси: Якщо температура внаслідок охолодження опускається нижче межі температури, в зоні економайзера (ECO) можуть утворюватися відкладення, а також може відбуватися попередній нагрівач повітря та конденсація кислоти (особливо H2SO4 та HCl). Отримана кислота атакує металеву поверхню відповідного компонента системи.
Що також відіграє свою роль
Куди йде тенденція - гнучкі вугільні електростанції
На тлі принципів енергетичної політики у Німеччині Майкл Нольте та Кай Кельденич заявляють, що робота електростанцій, що працюють на кам’яному вугіллі, швидше за все, характеризуватиметься навіть більш частими операціями з частковим/низьким навантаженням та простоєм, ніж раніше. Одночасно зросте попит на реакцію на погодні коливання відновлюваних джерел енергії шляхом швидкого збільшення або зменшення навантаження або швидкого запуску та зупинки електростанції з метою компенсації потреби в електроенергії та стабілізації мереж передачі.
У майбутньому, зокрема, вугільні електростанції заявлять про себе на ринку ", який, крім низьких витрат на виробництво електроенергії (замовлення Merrit), може характеризуватися також швидким та недорогим процесом запуску/зупинки, роботою з низьким навантаженням з мінімально можливим сумарним навантаженням та гнучкою роботою з швидкими змінами навантаження. Часті процеси запуску/зупинки та часті режими руху з частковим/низьким навантаженням в кінцевому рахунку призводять до значно нижчих робочих годин з повним навантаженням (Vh) на звичайних електростанціях. Наприклад, робочі години повного навантаження для певних місць розташування електростанцій вже впали до рівня нижче 4000 Вт, і, як очікується, ця тенденція ще більше зросте ". У часи з високою часткою сонячної та вітрової енергетики вугільні електростанції могли стояти на місці протягом декількох днів поспіль . Потреба вугільної електростанції у виробництві електроенергії не може бути передбачена в довгостроковій перспективі.
Має сенс лише в поєднанні тепла та енергії
Таким чином, розглядаючи можливе використання замінних видів палива на існуючій вугільній електростанції, слід враховувати, як виглядає поточна та очікувана в майбутньому експлуатаційна ситуація вугільної електростанції, щоб мати можливість реалізувати спільне спалення економічно та з точки зору законодавства про ліцензування. У випадку електростанцій, які мають дуже гнучкі критерії вимог, процес економічного спільного спалення значно ускладнюється. Часті режими руху з частковим/низьким навантаженням можуть навіть повністю запобігти паралельному згорянню, залежно від точки з'єднання у водно-паровому циклі вугільної електростанції. Тому Майкл Нолте та Кай Келденич вважають, що використання EBS у майбутньому має сенс лише на електростанціях із комбінованою тепловою та електричною енергією, які все ще мають середній робочий час. На вугільних електростанціях без видобутку тепла спільне спалювання RDF скоріше зменшиться, ніж збільшиться.
Повну статтю "Альтернативні види палива в поєднанні з вугільними електростанціями - майбутнє використання замінних видів палива з точки зору технології електростанцій" Майкла Нолте та Кая Келденича можна прочитати в "Енергія з відходів", том 12, вид. К. Дж. Томе-Козмієнскі, TK Verlag Карл Томе-Козмієнський 2015, ISBN 978-3-944310-18-3