水暖之家讯：2012 年的电力大会有一个分会题为“生物质技术：从收获到发电”，这充分体现出生物质发电的地位正在日渐提高。马里兰大学工程学教授AshwaniGupta 和BRKS Rockwood 公司负责营销的副总裁Ken Upchurch共同主持了这场分会。在分会场上，有3 位发言人聚焦了几项新技术—有望成功应用生物质，并将其作为发电燃料。
生物质支持者指出了这种燃料来源的几个优势。例如，生物质能源的来源(如树木)对环境有益，因为生长过程中会吸收CO2，这可以抵消其作为燃料燃烧时所产生的CO2。此外使用生物质，如城市固体垃圾(MSW)，可减少废弃物处理和填埋成本。本文给出几项突破性技术，旨在帮助促进生物质更广泛地使用。
图1 美国公共事业公司力求在发电组合中增加碳中性生物质比例，而他们必须解决生物质所独有的许多复杂挑战
优化生物质共燃
国际环保与能源咨询公司总裁Anupam Sanyal 表示，为了依据国际协议减少CO2 排放，全球最近掀起了生物质与煤共燃的浪潮。但根据Sanyal 的观点，生物质的特性与煤完全不同，这成为具体发电厂选择最优混合比例/ 生物质类型的一大难题。目前，这一难题已被各种混合物燃烧试验攻克，这些试验花费了大量时间和成本。
Sanyal 描述了一款基于网络的新软件—BCAS(生物质共燃评估和服务)。该软件整合了燃烧和矿物质转化的基本特性，唯一需要输入的数据是标准的燃料和灰分特性。该软件工具立即为所有煤/ 生物质混合物的所有燃料相关参数设定了基准。这些特性包括易磨性、磨蚀性和易燃性。该软件还为灰分、磨蚀物、腐蚀物、颗粒排放物、硫和氮的氧化物中的碳设定了基准。
Sanyal 说，该软件使电厂运营方可以对比单个生物质样品/ 混合物与电厂所用煤的兼容性。除了评估上文提到的参数外，第二个燃烧项目使用了相同参数，针对给定发电输出评估总气体流量、飞灰和携带的硫氧化物。通过运营这些项目，获得了一张设备“近优”生物质混合物列表，不需要实施全面的试验燃烧项目，既省时又省资金。
此外，Sanyal 描述了该软件的开发、成功应用，以及不同生物质类型共燃的例子，包括硬木、甘蔗渣和轮胎与煤(表1)。
表1 这款BCAS 软件工具为煤/ 生物质混合物(甚至包括100% 生物质)的燃料相关参数设定了基准。表中为煤和煤/ 硬木(HW)混合物的对比
Sanyal 说，“电厂使用BCAS 观察到的结果，论证了该软件作为设计和操作工具的能力。它既能确定与煤共燃的最优生物质质量和数量，又能保持在符合排放规定的前提下获得基本收入。”
沼气转化
URS 的顾问工程师Michael Radovich描述了专用于燃烧MSW(城市生活垃圾)的电厂概念设计。据美国环保署称，2010 年美国用于发电燃烧的总MSW 量约为2.5 亿t。有机物质仍是MSW 中的最主要组分，纸张和纸板占29%，庭院废弃物和食物废料占27%，剩余部分包括塑料、金属、橡胶、皮革、织物、木头、玻璃和其他杂类废物。
Radovich 称，新电厂设计是对以往Radovich 循环设计的改进。他曾在2009 年ASME 电力大会上作过题为“Radovich 循环：创新MSW燃烧热循环”的演讲，对Radovich 循环进行了介绍。
Radovich 指出，为了提高性能、降低成本，增加了燃料电池，在燃料电池和气化器之间安置了阴极和阳极废弃膨胀器，使用了新的气体清洁技术，并添加了阳极排气再循环回路。与原始设计相同，改进后的系统使用蒸汽和烫床材料，在气化容器中通过MSW 产生气体。 含碳灰分和冷却床材料离开气化容器并进入燃烧室容器，然后碳被烧尽，床材料通过燃烧空气加热。在这个循环中，燃烧空气不会与烟气结合。燃烧空气经过压缩后，通过燃料电池阴极空间，然后再通过燃烧室容器，通过膨胀作用发电。
Radovich 还讨论了合成气处理，从含有各种数量CO、CO2 和H2 的气体混合物开始。在离开气化容器之后，合成气变得较为温和，进行过滤除去颗粒物和硫，然后冷却并除去蒸汽中的水蒸气。再将气体压缩并传输至处理系统，在系统中除去重金属和CO2，然后加热并用蒸汽稀释，以防止碳焦化。随后的气体再进入固体氧化物燃料电池的阳极空间，在此处基本转化为蒸汽和CO2，然后再返回气化容器。
新型的CO2 捕获工艺
CEFCO 全球清洁能源公司的总裁兼CEO Robert Tang 提到， 热电厂的CO2 捕获技术如要去除30% ～ 90% 的CO2，能量损失会非常高，因此不具有成本效益。这种技术在产生CO2 时，会夹带杂质，即不适于与其他技术进行协同生产的生物燃料。而CEFCO 工艺则与之相反，其设计在碳捕获时的总能量损失低于10%。
CEFCO 工艺的联合发明人Tang 解释说，该工艺以空气动力学反应堆技术为基础。即通过空气动力学喷嘴，将后处理“废物流”(在蒸汽返回回路中返回，以进行冷凝)喷入而产生超声震荡波，造成烟气和所选反应剂分子之间的碰撞。这种碰撞会在反应器中形成次大气压绝热反应区，从而实现CO2 捕获。这种气动物理现象可以形成吸热- 放热反应(对于选择性污染物捕获非常理想)，在金属或有毒物质从气体中去除后，通过相关反应剂转化为固体产物(碳回收模块是4 个多污染物捕获反应器模块中的最后1 个)。
Tang 表示，“ 在此条件下， 目标CO2 与非常精细、快速移动的吸附剂液滴碰撞并混合。”他并未提及捕获CO2后传送至永久存储设施或将其用于改良的采油工艺，而是提出了更实用的用途：“低能量使用提供了高性价比的方式，结合另一种烃类技术，可以联合生产液体生物燃料。”正在全力进行研发的烃类转化技术有特种有机催化剂和直接生产生物燃料的工程微生物学工艺。
CEFCO 全球清洁能源公司和Peerless 制造公司，正在合作运行1 座1~3MWe 的试点设备。其目标是成功验证CO2 和多污染物的捕获。
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