Combustibili alternativi - alternativa la cărbune; Reciclarea UE
Utilizarea combustibililor substituibili pe bază de biomasă și deșeuri în centralele electrice pe cărbune câștigă din ce în ce mai multă importanță. Coincinerarea RDF este asociată cu o serie de dificultăți, așa cum au investigat Michael Nolte și Kai Keldenich de la Evonik Energy Services GmbH din Essen:
Experiența a arătat că centralele electrice pe cărbune solicită foarte mult biomasă și combustibili substitutivi pe bază de deșeuri (RDF). Criteriile sunt compoziția chimică, în special în ceea ce privește componentele clor, sulf și alcali, puterea calorică și comportamentul de topire a cenușii, durata de valabilitate (stabilitate biologică și rezistență la apă), măcinarea, precum și consistența și distribuția mărimii granulelor. În plus, sunt importante condițiile amplasamentului, cum ar fi tipul de combustie în centrală (arderea prafului sau a patului fluidizat). Combustibilii înlocuitori ar trebui să aibă proprietăți materiale asemănătoare cărbunelui - cu cât proprietățile materiale ale RDF se apropie de cele ale cărbunelui combustibil primar, cu atât mai ușoare, mai ieftine și, prin urmare, mai economice pot fi integrate în procesul centralelor existente.
Procesul centralei este precedat de examinarea proprietăților materialului și a condițiilor limită specifice site-ului, cum ar fi conceptul de stocare, echipamentul de încărcare, proiectarea generatorului de combustie și abur, performanțele de curățare a gazelor de eșapament, funcționarea la sarcină a centralei și tipul și locația sistemelor auxiliare existente. În plus, trebuie luate în considerare cerințele unei eventuale reciclări a reziduurilor din subprodusele centralei electrice, cum ar fi generatorul de abur și cenușa zburătoare. Valorile calorifice ale combustibililor de substituție sunt relativ scăzute, ceea ce le face mai potrivite pentru utilizarea în arderea lignitului decât în arderea cărbunelui tare. Cu toate acestea, datorită costurilor deosebit de mici de furnizare a lignitului, RDF este rar utilizat în cuptoarele de lignit. Pe de altă parte, în cazul arderii cărbunelui tare, combustibilul substitut este utilizat în principal în arderea în pat fluidizat. Efortul de procesare necesar pentru acest lucru pentru RDF este de obicei semnificativ mai mic decât la arderea prafului.
Co-incinerare directă, indirectă, paralelă
Integrarea biomasei și/sau a combustibililor substitutivi pe bază de deșeuri are loc prin procesul de co-combustie, în care o parte din cărbunele combustibil primar fosil este substituit cu un combustibil secundar regenerativ sau cel puțin parțial regenerativ. În ultimele decenii, au fost dezvoltate diverse soluții (co-combustie directă, indirectă, paralelă), fiecare dintre acestea putând avea efecte diferite (avantaje și dezavantaje specifice) asupra eficienței, funcționării și duratei de viață a unităților individuale, precum și a întregii centrale electrice. Co-incinerarea directă este cea mai simplă și mai ieftină formă de coincinerare, însă compoziția eterogenă a materialului, aderenta la murdărie, zgură sau coroziune poate reduce rata de coincinerare și poate scurta disponibilitatea cazanului pe cărbune. Acest lucru se aplică în special zonelor supraîncălzitorilor, preîncălzitorilor de aer și convertoarelor catalitice SCR.
Cu coincinerarea directă, combustibilul substitut și cărbunele combustibil standard sunt transformate termic în același reactor. În funcție de caracteristicile RDF și de tipul de generator de abur disponibil, prepararea și alimentarea cu combustibil pot fi proiectate diferit. În cazul unui cazan pe cărbune pe bază de praf, este de obicei necesară prelucrarea suplimentară a RDF. Dacă acest lucru se face împreună cu cărbunele, RDF se adaugă în fața fabricii de cărbune. Cărbunele și RDF sunt măcinate împreună într-o moară și alimentate în cuptor ca amestec prin arzătoare comune.
Dacă RDF este procesat într-o unitate separată (de exemplu într-o moară cu ciocan), RDF este de obicei adăugat la cărbune numai după moară și apoi alimentat cu cărbune prin arzătoare obișnuite în cuptor. RDF poate fi, de asemenea, alimentat în cuptor fără amestec ca flux individual separat, fie prin dispozitive de alimentare separate pe arzătoarele existente, fie prin arzătoare sau lance RDF complet separate. Dacă RDF este alimentat prin arzătoare/lănci separate, condițiile stoichiometrice de ardere pe arzătoare/lănci pot fi adaptate la combustibilul respectiv. În cazul arderii în pat fluidizat, diferitele opțiuni de alimentare la cazanul pe cărbune pot avea loc fără o pretratare mecanică suplimentară. Arderea în pat fluidizat se dovedește a fi mai flexibilă în ceea ce privește spectrul de mărime a granulelor decât arderea prafului.
În cazul co-combustiei indirecte mult mai costisitoare și mai complexe, arderea în cazanul de cărbune este precedată de un pretratament termic pentru RDF sub formă de gazificator sau piroliză. Gazul de sinteză rezultat și amestecul de bio-ulei/bio-cocs pot fi pre-curățate și apoi arse în cazanul de cărbune folosind arzătoare separate. O procesare RDF mecanică poate fi omisă. Transferul potențialilor poluanți, cum ar fi metalele grele sau alți compuși anorganici nedoriti în cazanul pe cărbune, poate fi evitat, rata de coincinerare este mai mare și cazanul pe cărbune nu este afectat negativ.
În cazul coincinerării paralele, care este de departe cea mai costisitoare variantă, conversia termică a cărbunelui și a RDF are loc în două sisteme de ardere separate, care includ și curățarea completă a gazelor de eșapament. Cele două circuite sunt cuplate doar pe partea de abur. Circuitul apă-abur al generatorului de abur EBS este integrat în circuitul apă-abur al cazanului pe cărbune. Generatorul separat de abur EBS este special conceput pentru EBS. Datorită cuplării exclusive prin ciclul de apă-abur, nu există gaze de eșapament de la generatorul de abur RDF în cazanul de cărbune. Acestea sunt curățate separat prin intermediul sistemului de curățare a gazelor de eșapament ale generatorului de abur EBS. Se pot evita complet fenomenele de contaminare, zgură și coroziune legate de RDF în cazanul pe cărbune. Nu există contact direct între gazele de eșapament din combustia RDF și gazele de eșapament din combustia de cărbune. Dezavantajul co-combustiei paralele este - în funcție de punctul de injecție a aburului în cazanul de cărbune - o rată de co-combustie semnificativ mai mică comparativ cu co-combustia indirectă.
Problema coroziunii
În centralele electrice pe cărbune, procesele de coroziune apar în principal în zona generatorului de abur și pot fi intensificate prin adăugarea de RDF datorită compoziției sale elementare. În funcție de reactanți, acesta poate fi un proces chimic, electric sau metal-fizic. Riscul de coroziune este determinat în esență de condițiile de ardere, de temperatura peretelui conductei și de conținutul elementelor relevante pentru coroziune. Parametrii importanți ai materialului relevanți pentru coroziune sunt, de exemplu, conținutul de clor și sulf din combustibil și proporțiile compușilor metalelor grele, compușilor alcali și alcalino-pământoși din cenușă.
Indicatorii de coroziune pot fi determinați cu aceste componente de combustibil și cenușă - ca o indicație a riscului preconizat de coroziune. Procesele de coroziune din cuptorul existent și generatorul de abur existent nu pot fi excluse folosind indicatori de coroziune. Coroziunea poate apărea în diferite zone ale generatorului de abur și este cauzată de mecanisme diferite. De menționat sunt lipsa de oxigen, sarea topită, clorul la temperaturi ridicate și coroziunea punctului de rouă.
Coroziune cu deficit de oxigen: pot fi prezente atmosfere de gaze de eșapament sărace în oxigen sub formă de fire de CO, în special pe pereții cuptorului generatorului de abur lângă arzător. Oxidarea incompletă poate ataca stratul protector de oxid Fe2O3 de pe peretele generatorului de abur sau poate împiedica acumularea acestuia. Prezența clorului poate chiar promova procesul.
Coroziunea sării topite: În zona pereților camerei de ardere, compușii de clor și sulf alcalin pot fi prezenți sub formă agresivă, topită, care sunt cauzate de reacțiile dintre sulf sau produsele sale de ardere SO2 și SO3 cu oxizii precum Na2O și K2O care apar în cenușă. Oxizii de metale grele precum CuO, PbO sau ZnO pot intensifica acest proces de coroziune.
Coroziune cu clor la temperatură ridicată: în zona suprafețelor de încălzire a supraîncălzitorului, clorurile alcaline, în special NaCl și KCl, se pot condensa și sulfata datorită SO2 într-o atmosferă oxidantă. Sulfatarea alcalinilor din capacul de cenușă eliberează clor elementar, care la rândul său reacționează cu fierul de pe suprafața materialului pentru a forma clorură de fier și se evaporă în funcție de temperatura predominantă a peretelui. O descompunere a clorurii de fier prin reacții ulterioare cu oxigen și oxizi de sulf duce la eliberarea reînnoită a clorului elementar, astfel încât se poate dezvolta un ciclu intern de coroziune pe suprafețele de încălzire ale supraîncălzitorului generatorului de abur.
Coroziunea punctului de rouă: Dacă temperatura scade sub limita de temperatură din cauza răcirii, se pot forma depuneri în zona economizorului (ECO) și pot apărea preîncălzitorul de aer și condensul acid (în special H2SO4 și HCl). Acidul rezultat atacă suprafața metalică a componentei respective a sistemului.
Ceea ce joacă și un rol
Unde merge tendința - centrale electrice flexibile pe cărbune
Pe fondul cadrului politicii energetice din Germania, Michael Nolte și Kai Keldenich afirmă că funcționarea centralelor termice pe cărbune este probabil să fie caracterizată chiar mai frecvent de operațiuni cu sarcină parțială/redusă și de perioade de nefuncționare ale instalațiilor decât înainte. În același timp, cererea va crește pentru a reacționa la fluctuațiile meteorologice ale energiilor regenerabile prin creșterea sau scăderea rapidă a sarcinii sau pornirea rapidă și oprirea centralei pentru a compensa cererea de energie electrică și a stabiliza rețelele de transport.
În viitor, centralele pe cărbune, în special, s-ar afirma pe piață "care, pe lângă costurile scăzute de producere a energiei electrice (ordinul Merrit), pot fi caracterizate și printr-un proces de pornire/oprire rapid și ieftin, funcționare cu sarcină redusă cu sarcina totală cea mai mică posibilă și funcționare flexibilă cu schimbări rapide de sarcină. Procesele frecvente de pornire și oprire, precum și modurile frecvente de încărcare parțială/redusă duc în cele din urmă la ore de funcționare (Vh) cu sarcină completă semnificativ mai mici în centralele electrice convenționale. De exemplu, orele de funcționare cu sarcină completă pentru anumite locații ale centralelor electrice au scăzut deja sub 4.000 Vh și se așteaptă ca această tendință să crească și mai mult. ”În perioadele cu proporții mari de energie solară și eoliană, centralele pe cărbune ar putea sta nemișcate câteva zile consecutive. . Cerința unei centrale electrice pe cărbune de a produce electricitate nu poate fi prevăzută pe termen lung.
Are sens doar în căldură și putere combinate
Atunci când se ia în considerare posibila utilizare a combustibililor de substituție într-o centrală electrică pe cărbune existentă, trebuie, prin urmare, să se țină cont de cum arată situația actuală și așteptată a funcționării viitoare a centralei pe cărbune, pentru a putea realiza coincinerarea din punct de vedere economic și din punct de vedere al legislației privind licențele. În cazul centralelor electrice care au criterii de cerință foarte flexibile, procesul de coincinerare economică este mult mai dificil. Modurile frecvente de conducere cu sarcină parțială/redusă ar putea chiar preveni complet o co-ardere paralelă, în funcție de punctul de cuplare în ciclul apă-abur al centralei pe cărbune. Prin urmare, Michael Nolte și Kai Keldenich consideră că utilizarea viitoare a EBS are sens doar în centralele cu energie combinată de căldură și energie, care au încă ore de funcționare peste medie. În centralele electrice pe cărbune fără extracție de căldură, coincinerarea RDF va scădea mai degrabă decât va crește.
Articolul complet „Combustibili alternativi în combinație cu centrale electrice pe cărbune - Utilizarea viitoare a combustibililor de substituție din perspectiva tehnologiei centralei electrice” de Michael Nolte și Kai Keldenich poate fi citit în Energy from Waste, volumul 12, ed. de K. J. Thomé-Kozmiensky, TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky 2015, ISBN 978-3-944310-18-3