Британская компания, начала производить топливо, которое, «имитирует уголь» для производства электроэнергии. Альтернативное топливо Helvellyn Group, известное как SERF, «технически подходит для крупных тепловых электростанций в смеси или полной замене, с небольшими капитальными затратами и обеспечивает снижение эксплуатационных расходов».
В течение длительного времени ведутся исследования по поиску заменителей металлургического или коксующегося угля, который используется в сталеплавильном производстве. Разработки были сосредоточены на преобразование древесной биомассы в более компактные формы с низким содержанием золы (для минимизации риска пожара), которые легко транспортируются, являются водоотталкивающими и могут храниться на открытом воздухе в течение длительного времени. После предварительного обжига такие брикеты можно сжигать как уголь на действующих угольных электростанциях. Заводы по производству биомассы, такие как завод Boardman в Орегоне, показали многообещающие результаты, но оказались в невыгодном положении в последнее время, в связи с низкими ценами на природный газ и ростом возобновляемых источников энергии.
По словам Helvellyn Group, SERF «имитирует все физические свойства угля», и выделяет при этом меньшее количество выбросов.
В большинстве случаев SERF можно использовать «в рамках существующей инфраструктуры морской / железнодорожный / автомобильный транспорт и погрузочно-разгрузочные работы». Топливо является водонепроницаемым, т.е. его можно хранить в открытых складских помещениях.
«Можно использовать любое углеродистое сырье [низкосортный уголь, шламы, отходы и / или биомассу] и последовательно производить топливо в соответствии с техническими характеристиками», - заявил Фрэнк Харрис, генеральный директор Helvellyn. «Мы знали, что топливо может использоваться на крупных электростанциях, и теперь у нас есть независимый анализ от одной из самых опытных компаний в этом секторе, чтобы полностью это подтвердить».
«Спасательный круг» для угольных электростанций.
20% смеси SERF с возможностью приращения до 100%, были получены на базе котла мощностью 500 МВт, который традиционно сжигает битуминозные угли.
Заменитель угля «может стать спасательным кругом для операторов активов с длительным сроком службы».
Продукт Helvellyn Group «позволит операторам поддерживать существующую альтернативную топливную смесь, добавляя топливо Helvellyn «в качестве прямой замены угля».
Таким образом, операторы угольных электростанций смогут продлить срок службы своих установок за счет использования альтернативного топлива.
«План состоит в том, чтобы наладить производство 1,2 млн. тонн в год в Великобритании. В дальнейшем стратегическое партнерство в энергетическом секторе может обеспечить синергию для развертывания электростанции по всей Европе, для поддержки поэтапного переключения топлива и продолжения работы тепловых электростанций, которые могут быть законодательно запрещены до окончания срока их эксплуатации», - сказал Харрис.
Компания Helvellyn в феврале запустила продукт прямой замены угля. Твердое топливо «предназначено для удовлетворения потребностей крупных промышленных предприятий, которые стремятся снизить или устранить зависимость от угля».
Оценка продукта.
Helvellyn заказала отчет Uniper для текущей оценки возможностей переработки заменителя угля на европейском рынке. Анализ Uniper включал доставку, хранение и обработку топлива; фрезерование и доставка его до котла; эффективность сгорания и эффективность котлов; шлакообразование, эрозия и коррозия котлов.
Харрис сказал: «Когда мы заказали отчет в рамках технического анализа соответствия требованиям для европейского сектора производства электроэнергии, то не знали, что моделирование будет настолько тщательным и выделит так много положительных аспектов замещения, которые мы не рассматривали».
«Чтобы получить полный технический анализ, пришлось моделировать топливо на протяжении полного цикла работы электростанции», - сказал Харрис, отметив, что Uniper делает это «для электростанций, которые хотят поменять спецификацию угля или улучшить активы».
Uniper изучил характеристики SERF во время первичных выбросов и очистки дымовых газов; побочных продуктов; выбросы углекислого газа (CO2); эффективность устройства. В ходе анализа было рассмотрено сжигание SERF в различных смесях с замещением до 100%. В отчете подробно изложены преимущества и потенциальные недостатки.
Используя диапазон цен на угль ($ 32- $ 64 / т) и углерод (€ 20- € 40 / кСО 2 ), в отчете был установлен диапазон точек безубыточности для SERF при совместном обжиге и 100% замещении. Расчеты данных основаны на 40% биогенном содержании SERF (спецификация Helvellyn, не входящая в ЕС). Харрис назвал результаты «экстраординарными», отметив, что они показывают диапазон безубыточности от 123% цены угля до 150% цены угля.
Харрис сказал: «Подавляющее одобрение этого отчета в сочетании с законодательными препятствиями, с которыми сталкивается сектор теплоэнергетики, привело нас к запуску альтернативного топлива из возобновляемого угля [SERF]… и мы надеемся помочь операторам генерирующих активов найти выход, используя законодательство и полностью реализовать жизненный потенциал своих активов без значительных капиталовложений».
Основные принципы.
Топливо Helvellyn основано на четырех основных принципах: высокая энергия, низкая влажность, низкий уровень хлора и простота в обращении. Точная спецификация и презентация топлива может быть доработана под конкретные потребности каждой станции. Как правило, оно представлено в виде твердых гидрофобных кусков толщиной 50 мм со следующими свойствами: энергия> 25 кДж / кг (10 750 БТЕ / фунт, 5,97 ккал / кг); зольность <6%; влажность <2%; хлор <0,07%; углерод> 60%; сера <0,2%; и азот <0,4%.
SERF можно доставлять на станции через существующие угольные мельницы. В отчете отмечается, что для измельчения SERF может потребоваться больше энергии, чем для угля, но преимущества SERF для мельницы заключаются в снижении вероятности засорения питателя, более низкую температуру воздуха на входе и меньшем риске возникновения пожаров. Преимущества увеличиваются по мере увеличения коэффициента замещения».
В отличие от других альтернативных видов топлива, SERF при измельчении не образует двумерных волокнистых частиц, что обеспечивает в распыленном состоянии мобильность и управляемость топлива. SERF измельчается до чуть большего размера частиц, чем угольная пыль, чтобы компенсировать более высокие летучие вещества при сгорании и обеспечить одинаковое время выгорания угля и SERF.
Несмотря на больший размер частиц, более высокая скорость выгорания приведет к более низким потерям углерода при сгорании и повышению КПД котлов. Потери тепла от дымовых газов останутся такими же, как и при использовании угля, так как увеличение содержания водорода компенсируется уменьшением содержания углерода и несколько меньшим массовым расходом воздуха для сгорания.
Шлак, загрязнение, эрозия и коррозия котла.
Электростанции, работающие на угле, сильно различаются по шлакообразованию и загрязнению, а разный состав золы в SERF предполагает, что такие риски необходимо оценивать в каждом случае отдельно. SERF содержит больше кальция и натрия, что увеличивает риски их отложения в котле, но содержат более низкий уровень железа.
Многое зависит от конструкции котла, режима работы, качества угля и т.д. По словам компании, риск коррозии котлов невысок, в первую очередь, из-за низкого уровня хлора в SERF, а риск эрозии снижается после снижения уровня зольности.
Использование SERF ведет к снижению содержания SO2 , NOx и твердых частиц (чем выше коэффициент замещения, тем ниже уровень выбросов).
Использование селективного каталитического восстановления исключается при замещении 40% и выше, поскольку уровни NOx падают ниже 200 мг / Нм3 . Кроме того, SO2 уменьшается постепенно с увеличением замещения, снижая зависимость от десульфуризации дымовых газов, потенциально до нуля при 100% замещении. Предполагается, что использование электрофильтров будет более эффективным за счет сокращения содержания золы, снижения содержания углерода в золе и повышения содержания натрия в золе, что приведет к снижению удельного веса золы.
Сжигание SERF позволит уменьшить количество летучей золы и зольного остатка. Еще необходимы дополнительные испытания, чтобы установить пригодность золы для дальнейшего использования в рамках экологических норм.
Почти все микроэлементы имеют более низкие концентрации в SERF, чем уголь. В частности, ожидается, что выбросы ртути, фтора (в виде HF) и хлора (в виде HCl) пропорционально сократятся при замещении. Европейская спецификация для SERF включает минимум 50% биогенного содержания, а замена SERF на уголь на 100% снижает выбросы CO2 примерно с 900 тонн / ГВтч до примерно 400 тонн / ГВтч.
Эффективность единицы продукции.
Замена угля на SERF также повысит эффективность котла. При более высоких скоростях замещения можно повысить эффективность турбины для увеличения выдувания сажи, чтобы избежать риска образования шлаков и загрязнений. Следует обратить внимание на скорость выделения тепла в котле, чтобы обеспечить достаточное количество тепла в подогревателе для поддержания эффективности турбины.
Потребность во вспомогательной энергии останется примерно такой же, поскольку SERF имеет аналогичную или несколько более высокую, теплотворную способность по сравнению с углем. Небольшое увеличение потребляемой мощности может быть компенсировано снижением энергопотребления вентиляторов и систем очистки дымовых газов.
В целом, замена SERF, повысит эффективность установки (на моделируемой установке) с 36,7% для угля до 37,3% для 100% SERF.
Компания работает на новой производственной площадке в Йоркшире, и планирует возобновить проект в начале июля, так как во время пандемии коронавируса работы были приостановлены.