Политика в области возобновляемых источников энергии и сокращения выбросов углерода в Японии, Южной Корее, Канаде, Западной Европе и других странах поддерживает использование твердых частиц в качестве заменителя угля на электростанциях. На сегодняшний день инвестиции в конверсию частиц были сосредоточены на обычных промышленных древесных гранулах. Мы называем их белыми частицами.
Из-за внешнего вида после термообработки передовые древесные частицы часто упоминаются как черные частицы, и они уже давно рекламируются как превосходное топливо по сравнению с традиционными частицами белого дерева. Черные частицы должны устранять некоторые потенциальные дефекты, связанные с частицами белого дерева, для использования в качестве угля Альтернативы порошковой угольной электростанции Основные преимущества черных частиц, которые были предложены в течение многих лет, включают: Нет необходимости в сухом хранении и транспортировке, Улучшенная шлифовка, Меньшая обработка, Пылеобразование при хранении и более высокая плотность энергии. Черные частицы Обычно это два разных технологических метода для разработки передовых древесных гранул: выпечка и паровой взрыв (SE).
Выпечка - это форма пиролиза, которая приводит к частичному термическому разложению в отсутствие кислорода. Обычно выпекание производится между 200 градусами Цельсия и 300 градусами Цельсия для удаления летучих веществ из древесины, и полученный материал затем уплотняется в частицы. FutureMetrics Не анализировал технологию выпечки, но подробно проанализировал технологию Arbaflame, используемую для производства частиц SE.
Эта статья является независимым анализом технологии Arbaflame (годовой добычи 40 000 тонн частиц SE), и компания предоставила разрешение FutureMetrics на публикацию информации в этой статье.
Что такое паровой взрыв (SE)?
Метод SE для предварительной обработки древесного волокна включает в себя воздействие материала на насыщенный пар. Температура и давление пара, а также время в реакционном сосуде определяют, насколько будет разрушаться гемицеллюлоза и какая часть материала будет преобразована в летучие вещества и организмы Последующий взрыв пара представляет собой быстрое высвобождение давления. Взрывное расширение воды в клеточных стенках лигноцеллюлозного сырья приводит к тому, что лигноцеллюлозы разрушаются на очень мелкие частицы. Тяжесть паровой обработки контролируется так, что целлюлоза и лигнин влияют Хотя гемицеллюлоза частично деградирует. Хотя полученный материал имеет более высокую плотность энергии, улучшенную шлифуемость, более твердую и дает меньше порошка при уплотнении в гранулированном прессе, чем белые частицы, Сродство воды изменяется от гигроскопичности до гидрофобности.
Процесс парового взрыва приводит к появлению лигнина в виде небольших шариков на поверхности тонких древесных волокон. Когда волокна уплотняются в гранулированном прессе, эти шарики образуют пленочное поверхностное покрытие из сломанных древесных волокон и дают почти Не производит мелкие, твердые, сильно водостойкие частицы.
Преимущества SE-частиц
Частицы SE из трех основных преимуществ:
• В отличие от белых частиц, частицы SE не распадаются при влажном состоянии.
• Частицы SE имеют более высокую плотность объема и веса (на 31% больше), чем белые частицы, что означает, что больше энергии можно хранить или транспортировать на единицу объема частиц.
• Требования к мощности для пылевидных частиц SE на установке из пылеугольного угля значительно ниже, чем требования к энергии для измельчения белых частиц.
Хотя эти преимущества были предложены в течение нескольких лет, технические ограничения и высокие издержки производства препятствовали их широкому распространению. В ранних попытках изготовления частиц SE, потребления энергии, потери массы и энергетического содержания и реакции с SE Соответствующие проблемы, такие как характер выпускаемого газа, перевешивают преимущества самого продукта, а надежная работа по производству оборудования для пеллет SE также является проблемой для отрасли пеллет SE.
Рисунок 1: Частицы SE после изменения воды в содержании воды Частицы SE поглощают часть воды. Как показано на рисунке 1, после 48 часов полного погружения в воду влажность частиц увеличилась примерно на 6-14% от среднего уровня после производства. Вода оставалась в поверхностном слое и выпаривалась из частиц. ,
Рисунок 1: Частицы SE, пропитанные долговечность изменение Частицы SE не теряют своих механических свойств после воздействия воды. Долговечность частиц Arbaflame SE до вымачивания составляет в среднем 98,8%. Как показано на рисунке 2, прочность составляет от 97,5 до 98,5% после 48 часов полного вымачивания. Способность хранить гранулы SE на открытом воздухе исключает необходимость в дорогих сухих складских куполах, силосах, навесах или покрытых вагонах. Она также может обрабатывать суда, когда идет дождь или снег. Шарики SE могут быть такими же, как и уголь Хранится и обрабатывается в условиях, которые могут быть размещены на одном и том же участке хранения с углем без ущерба для его функции.
Пеллеты Arbaflame SE хранятся в угольном дворе электростанции Thunder Bay в Онтарио. Гранулы SE подвергаются воздействию дождя и снега без деградации. Более высокое удельное энергетическое содержание (SE около 19,5 ГДж / т, белое около 17,5 ГДж / т) и объемная плотность (SE около 790 кг / м 3, белый около 650 кг / м 3) Влияние на стоимость доставки каждого GJ - еще одна особенность гранул SE, что дает ему преимущество перед белыми гранулами. Полностью загружено 60 000 кубических метров контейнера (GHD): белые окатыши будут содержать около 682 000 ГДж энергии, Частицы SE содержат около 924 000 ГДж энергии.
Энергия, необходимая для работы дробильных установок угольной электростанции, может быть довольно большой: для измельчения тонны белых частиц требуется около 45 киловатт-часов (кВт-ч) электроэнергии, а для измельчения тонны частиц SE требуется всего 11 киловатт-часов (градусов). Проекты независимой энергетики Китая (IPP), работающие по нетто-ценам, особенно важны для экономии средств. IPP с 200 000 тонн гранул SE могут использоваться для сжигания блоков мощностью 60 МВт в течение одного года и по сравнению с разбивкой белых гранул, завод используется для распыления электроэнергии каждый год. Стоимость может быть уменьшена почти на полмиллиона долларов.
Являются ли SE-частицы экономически эффективными?
После более чем десятилетия исследований и разработок Arbaflame оптимизировал производственный процесс без потери энергии. Эта оптимизация в сочетании с системой биохимической регенерации для сбора ценных органических химических веществ, образующихся в процессе паровой реакции, может быть получена с помощью Белые частицы конкурируют за частицы SE.
Недавняя разработка технологии частиц частиц Arbaflame значительно повысила конкурентоспособность частиц SE. Наиболее актуальными и недавними улучшениями процесса, которые снижают предыдущие неконкурентные затраты на процесс, являются: Рекуперация энергии и восстановление для сушки сырья В качестве газообразного побочного продукта процесса SE Значение органических химических веществ. Годы исследований и разработок на заводе Arbaflame в Норвегии создали модель завода по производству гранул, который может работать надежно и стабильно.
Гранулы Arbaflame SE, работающие на заводе в Арбафламе мощностью 40 000 т / год, являются надежными и энергоэффективными. Завод работает безопасно и надежно. Выход предварительной сушки, равновесие уровня влажности между паровым реактором и послесушиной позволяет обеспечить процесс предварительной сушки Почти полностью использует энергию, генерируемую в процессе, и энергию послесушилки. Эффективное использование этой энергии имеет решающее значение для экономики эксплуатации.
Потеря качества из-за обработки пара и дополнительных затрат энергии на реакцию реакции компенсируется величиной производимых регенерирующих биологических соединений. Волоконные волокна более легко уплотняются, чем волокна белого дерева. Эксплуатационные затраты гранулятора ниже (около 30% на тонну). ), а также исключение сухой молотковой мельницы (процесс SE обеспечивает уменьшение размера волокна, необходимого для изготовления гранул), что помогает дополнительно компенсировать более высокие затраты на древесину.
Способность обеспечить безопасную доставку топлива для новых электростанций с одновременным сжиганием топлива имеет решающее значение. Компании с белой гранулой, как правило, имеют множество производственных предприятий во многих местах. Если на одном заводе или на транспортном терминале есть проблема, цепь поставок не будет полностью застойной. В промышленности с частицами СВ еще нет резервирования цепочки поставок и может привести к разрыву цепи поставок.
Согласно нашему анализу, единственным препятствием для быстрого роста индустрии частиц СВ является преодоление отсутствия избыточности в цепочке поставок топлива.
Автор: Уильям Штраус, президент FutureMetrics
Лоренц Шмидт FutureMetrics Старший инженер