余式正 生物質新能源與煤制氣的新技術
發表時間 2018-04-09 14:40 來源 網絡

  ━━垃圾干餾焚燒爐的擴展應用

  發明專利ZL 200510085232.2,201210242049.9,

  201410393458.8和實用新型專利 201420451889.0

  國際發明專利國際申請號:PCT/CN2015/085006

  一、既處理垃圾還可再擴展應用

  最近中國禁止國外的"洋垃圾"進口,在國外引起強烈的反響。因為這些“洋垃圾”含有大量的廢塑料,焚燒就會產生二惡英,需要投入巨大的資金,還會污染環境。過去它們被隨意傾倒到太平洋,形成了兩個著名的“太平洋垃圾大板塊”。


太平洋垃圾大板塊

  后來大量出口到中國,既賺了大錢,又把環境污染轉移到了中國,我們當然說不!我國也有含塑料的垃圾,也需要處理。

  我們第三代垃圾干餾焚燒爐最重要的特點就是干餾。垃圾干餾不產生二噁英,所以是消除塑料白色污染的利器。有人說,20世紀最壞的發明是塑料,它給人類帶來可怕的白色污染,很長時間也不降解。國家曾經下達了“禁塑令”,然而禁而不止,沒有收到實際效果。正確做法應該是找到含塑料垃圾的處理利用方法,變廢為寶。于是,第三代垃圾干餾焚燒爐就有用武之地。

  其次,能源是國家的經濟命脈、戰略物資。基辛格說:“誰控制了石油誰就控制所有的國家”。過去的兩次世界大戰以后,美蘇兩個超級大國又延續40多年的石油戰爭。戰爭使人們意識到新能源的重要,于是紛紛開發新能源。

  美國用玉米制造乙醇作為汽車的動力;巴西用甘蔗生產乙醇替代了國內50%的汽油。歐洲缺少石油,采用非糧生物質生產沼氣,瑞典聲稱,到2020年將成為世界上第一個不依賴石油的國家。日本、法國、韓國大力發展核能。

  隨著工業的快速發展,我國成了能源的最大消費國。因此曾經大力發展風力發電和光伏發電,現如今風電幾乎是銷聲匿跡,光伏也在艱難前行,尚德光伏破產,順風光伏接盤就是例證。那么我國應該發展什么新能源呢?我們認為,新能源應該具備下列四個條件:1、資源巨大豐富;2、生產成本低,生產工藝簡單;3、能大規模生產;4、可持續發展、保持溫室氣體的零增長。由此觀之,應該發展非糧生物質新能源。

  歐洲采用非糧生物質制沼氣。我國過去也采用生物質制沼氣,規模小、效率低,時間長、占地大是不可克服的技術瓶頸!第三代垃圾干餾焚燒爐的發明,連垃圾都可以變成燃氣,就為生物質制氣開辟了新的途徑。

  第三,我國煤多、缺油、少氣。在相當長的時間內,能源還離不開煤炭。于是燃煤的清潔、高效利用就必不可少。燃煤清潔、高效利用就是煤制氣,過去為了治理霧霾天氣,人們以寄希望于煤制天然氣,試驗結果煤制天然氣原來是高耗水、高排放、高污染、高能耗、高成本的技術;還引進國外氣流床制氣,實現IGCC發電,也發現國外氣流床采用高溫、高壓制氣技術并不完全成熟,我國淪為外國的試驗場,比國內的超超臨界發電好處不大;煤制氣的另一種方法是兩段式煤氣焚燒爐雖然技術成熟,但規模太小無法在煤化工和IGCC發電使用。所以燃煤的清潔、高效利用尚待開發。

  第三代干餾焚燒爐借鑒與兩段式煤氣發生爐,已經突破大型化的技術瓶頸,完全可以反過來改進煤氣發生爐,在煤制氣方面也能發揮作用。

  二、擅于處理含塑料垃圾

  1、面對二噁英的不同處理方法有人總以為國外的洋技術比中國先進,其實也不盡然。就垃圾處理而言,意大利就常常鬧垃圾危機,莫斯科也鬧垃圾危機。因為垃圾中含有塑料,焚燒起來不可避免會產生二噁英,難以治理。國外的治理方法是在二噁英產生以后再采取治理措施:一是高溫分解,要求垃圾燒到850℃以上。垃圾直接焚燒不容易做到,為此日本有采用純氧實現熔融燃燒,但成本過高;其次,即使二噁英被分解了,在溫度降低到350℃左右時還會再度復合生成二噁英。


意大利的垃圾危機

  我們第三代干餾焚燒爐采取的措施是控制生成二噁英的必要條件。生成二噁英需要兩個必要條件:有氯存在和發生氧化反應。原生垃圾有氯存在就讓垃圾在隔絕空氣的狀態下干餾分解,不發生氧化反應就不產生二噁英,把二噁英消滅在產生以前,所以也不會再有復合,才能真正地消滅二噁英產生。

  禁止“洋垃圾”進口,也曝露國外技術落后。我們可以利用第三代垃圾干餾焚燒爐處理我們的含有塑料的垃圾,實現霧霾治理的環保攻堅戰。

  2、擅于處理含塑料和醫療垃圾

  我國網購盛行,需要大量的包裝箱,所以也從日本進口一些廢紙垃圾,用作包裝材料;另外我國還有大量的塑料制品,使用以后成為垃圾。例如塑料袋、塑料瓶以及電子產品的機殼廢料等等。采用一般的垃圾焚燒爐焚燒,就不可避免會產生二噁英,形成環境的嚴重污染。

  其實垃圾還有塑料垃圾熱值高,正好利用垃圾的熱力資源多發電。垃圾干餾爐不產生二噁英,含有塑料的正是干餾焚燒的好原料,我們正在建設樣板工程,成功以后就可以解決國內的處理問題,同時還可以出口設備,幫助國外解決含塑料垃圾處理問題,造福世界子孫后代,還可以獲取經濟效益。

  又如醫療垃圾也還要大量的塑料,過去焚燒也不免會產生二噁英。采用干餾

  焚燒爐就可以避免產生二噁英,并且醫療垃圾的處理費每噸3000元,利潤相當可

  觀。還有相關的工業廢料,都可以利用干餾焚燒爐來進行處理。

  三、干餾 生物質能源新的技術

  1、生物質制沼氣無法克服的技術瓶頸

  我國生物質新能源起步較晚,最初學習美國用玉米生產燃料乙醇,但以玉米等糧食作物為原料生產燃料乙醇,造成“能源與人、畜爭食”的矛盾。2006年國家《關于加強生物燃料乙醇項目建設管理,促進產業健康發展的通知》鼓勵建設木薯、甘薯、甜高粱種植基地,對以玉米和小麥為原料的燃料乙醇項目暫停核準。2015年國家發改委與農業部聯合印發了《2015年農村沼氣工程轉型升級工作方案》,明確提出了沼氣轉型升級要求,并支持日產生物天然氣1萬立方米以上的工程試點。發展沼氣成為國家的國策。 沼氣的成分

  然而,即使采用非糧生物質生產沼氣,解決“能源與人、畜爭食”的矛盾,沼氣生產本身規模小、產量低,時間長、有廢渣廢液的特點,是生產沼氣的技術瓶頸,而我國對能源的需求巨大,顯然滿足不了要求。而更讓人難以接受的是沼氣中含有25-50的CO2,不僅是極大的資源浪費,而且是溫室氣體,暫時封存也不是辦法,所以,生產沼氣遇到不可克服的技術瓶頸。

  2、熱解氣化的興起

  熱解技術在上個世紀已經在垃圾處理領域得到了廣泛應用,成為第二代垃圾焚燒技術,同時也用于秸稈等生物質制氣發電清潔利用,有些生物質還可以獲得活性炭副產品。

  生物質的熱解氣化,就是讓一部分生物質燃燒,提供熱解的熱量,大部分生物質受熱、分解,熱解的結果產生可燃氣體和碳化物殘渣,有稱為生物碳,有的可以做活性炭,另作利用。

  生物質熱解氣化的優點是氣化的時間短,所以效率大大提高;其次是控制空氣的過量系數,可以減少燃氣中CO2的含量,減少煙氣凈化設備的規模及運行費用;

  據清華大學環境學院王凱軍教授認為:現在熱解氣化已經被認為是固廢處理第三代處理技術,也是清潔焚燒技術,應用于許多方面。所以他認為:“熱解技術將在固廢處理各領域大有可為。未來誰掌握了熱解技術,誰就擁有了先導權與話語權”。

  不過,過去國內許多生物質發電廠家都陷入虧本的狀態。于是把原因歸結于國家的補貼不到位:“光伏發電的新能源補貼價格是0.42元/度,而沼氣發電的補貼只有0.25元/度;光伏發電按實際發電量給予補貼,而沼氣發電只有上網才享受補貼,前者能充分享受國家上網電價差額政策,后者只有自發自用后,盈余部分上網才享受補貼;光伏發電自發自用電量免收可再生資源電價附加、國家重大水利工程建設基金、大中型水庫移民后期扶持基金、農網還貸基金等政務性基金,包括分布式沼氣發電在內的其他分布式電源則不享受這個政策,照征不誤。目前沼氣發電并網收購價0.646元/度,而農業用電價格0.496元/度,兩者相差0.15元/度。

  說明熱解仍有不足,技術上還需更進一步。

  3、熱解氣化與干餾制氣不同

  我們第三代垃圾干餾焚燒爐與生物質的熱解氣化不同。首先,它不是燃燒生物質,而是在隔絕空氣的狀態下,使全部生物質分解成可燃氣體和碳化物殘渣,所以生物質轉化成燃氣的效率提高;其次,我們是燃燒碳化物,為生物質干餾分解提供熱量,碳化物燃燒產生的CO2被還原為CO利用,生物質幾乎全部轉化成燃氣,轉化效率大約提高一倍以上,發電量也將成倍增加,經濟效益改善,并且無需考慮消納生物碳的市場問題;第三,燃氣中產生的CO2少,不浪費資源;第四,生物質干餾氣化過程完全是封閉的,沒有煙氣排放,不污染環境;第五、工藝簡單、能夠大規模生產,日產燃氣幾百億立方沒有任何困難;第六、生物質處理與垃圾處理可以兼容,即使存在塑料之類的原生垃圾,也不產生二噁英,能夠無污染處理。

  由此可見,熱解氣化比生物質制沼氣把生物質轉化為能源的技術往前推進了一步,因此,今后采用干餾制氣有可能成為生物質制氣的主流,除了用它處理垃圾、處理秸稈和各種農業廢棄物、林業廢棄物以外,還可以形成可再生,可持續發展和溫室氣體零增長的新能源!只要我們從政策方面加以支持,建設速生林、速生草原材料生產基地,我們就可以生產出清潔、廉價安全的新能源,干餾氣化的技術就成為生物質能技術的新技術!

  四、燃煤如何清潔、高效利用

  1、煤制天然氣的經驗教訓

  我國煤多、缺油、少氣,在相當長的時間內,燃煤還不能不用,因此燃煤的清潔、高效利用將是回避不了的問題。2013年為了治理霧霾天氣,我們曾經掀起一陣煤制天然氣的熱潮。煤制天然氣的工藝是先用煤、純氧和水蒸氣在魯奇爐中生成粗煤氣,然后利用燃燒粗煤氣,把水蒸氣還原,生成CO2和H2,最后在觸媒的作用下利用粗煤氣和氫氣合成甲烷,就是人造天然氣。在整個工藝過程中需要消耗大量的水;在魯奇爐中伴隨著產生CO2,在生成氫氣的時候也生成大量的CO2,在魯奇爐中還生成含有許多有害物質的“黑水”。原來,煤制天然氣是高耗水、高CO2排放、高污染、高能耗、高成本的技術。

  2、引進國外氣流床制氣付出的代價

  1978年后我國先后從國外引進各種氣流床煤氣化技術。氣流床煤氣化就是讓

  氣化劑(水蒸氣與純氧)夾帶粉煤或水煤漿送入氣化爐進行并流氣化。主要用于大型IGCC發電和化肥生產。但是技術還不成熟,需要克服許多技術問題。例如:

  ⑴、隨煤氣夾帶出爐的飛灰中含有未反應完的碳,為了完成反應,必須維持

  很高的反應溫度.所以常常采用純氧作為氣化劑,氣化溫度高達1500℃,灰渣以熔融狀態排出;雖然液體熔渣含碳量低,排渣結構簡單,排渣順利,但是爐壁襯里受高溫熔渣流動侵蝕,易于損壞,影響壽命。

  ⑵、為了達到1500℃左右的氣化溫度,氧氣耗量較大,影響經濟性。

  ⑶、出爐煤氣溫度很高,顯熱損失大。

  ⑷、不含甲烷CH4,熱值不高。

  因此,在IGCC發電方面并不比超超臨界發電有優越性,沒能推廣開來。反而因為我國氣流床氣化技術重復引進嚴重,已使我國成為國外氣流床氣化技術的“試驗場”,世界上只有我國使用如此眾多種類的氣流床氣化技術,而且技術也并不都是完善的,許多盲目和不成熟技術的引進令我國付出了慘重的代價。

  3、兩段式煤氣焚燒爐的不足

  另一種煤制氣技術是從上世紀80年代引進了兩段式煤氣發生爐技術。兩段式煤氣發生爐以40-60mm的煙煤為原料,煤在煤氣發生爐上段進行干餾,產生干餾煤氣和半焦,干餾煤氣收集利用,半焦進入兩段爐的下段進行氣化反應,生成氣化煤氣。煤的干餾和氣化集中在同一氣化爐內完成,生成的干餾煤氣和氣化煤氣經優化配置后分別進行除塵、除油、冷卻、脫硫等工藝處理后,潔凈煤氣經加壓輸送系統供給工業窯爐作為燃料使用。

  兩段式段煤氣發生爐的不足之處是:

  (1)、對煤質和顆度有一定要求,應用煤種范圍較窄。

  (2)、煤氣中含有焦油、酚和灰塵,容易堵塞管路并影響燃燒,危害環境。

  (3)、熱效率低和產氣率低,規模小不適應IGCC發電的需求。

  (4)、還有許多需要進行技術升級和更新。

  直到現在燃煤如何清潔高效利用還沒有更好的辦法。

  4、兩段式煤氣焚燒爐更新換代將是煤制氣可行的出路

  誠然,燃煤的清潔、高效利用的方向是煤制氣。科技部已經從國家戰略高度,部署推進了我國生物燃氣產業的發展。展望今后的能源需求,預計到2030年,中國天然氣需求量將從現在不到2000 億立方米達到4000億立方米。除國內生產和進口外,天然氣缺口將達到2000億立方米。科技部長萬鋼曾提出如下國家能源戰略設想,即其中1500億立方米的需求量可以通過煤制氣來解決,剩下500億立方米將由生物燃氣彌補。可見煤制氣對于我國能源安全的重要性。

  第三代垃圾干餾焚燒爐借鑒于兩段式煤氣發生爐,進行了許多改進,特別是突破了大型化技術突破,負壓燃燒的使用、排氣結構、出渣結構的改進等新技術的應用于,都可以借鑒到兩段式煤氣發生爐來,就為今后兩段式煤氣發生爐在煤制

  氣的應用開辟了一條新路。

  我們現在燒煤,需要把燃煤從煤礦運輸到各個用戶,噸煤的價值其實不高,據說在新疆也就是一百多元,而運抵用戶手里卻變成幾百元,這是多么不合理的現象,今后如果建成新型的坑口發電廠,把清潔的電能送到各個用戶,用戶用到清潔的電能,既節省了運費,又不產生PM2.5的污染,將是大家的期盼。

  五、尾聲

  第三代干餾焚燒爐的研發僅僅是開始,它的終極目標是治理霧霾天氣。霧霾天氣如何治理?我們認為,需要貫徹如下的幾項原則:

  1、從源頭治理的原則;

  2、使用清潔能源或者能源清潔化的原則;

  3、實現充分燃燒的原則,這就需要推廣富氧燃燒。當前富氧空氣的制備成本太高,我們將致力于降低成本,才有可能推廣;

  4、大力推行節能減排的各項措施。例如現在的集中供熱,就存在著30-40%的能源浪費,相當于每年浪費好幾億噸的燃煤而大家卻熟視無睹,今后還原花大錢購買碳排放權,我們不能無動于衷。

  如此目標任重道遠,我們希望和有相同意向的個人、公司開展合作;更希望得到國家的支持。

 

 

 

 

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