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? 電加熱技術(shù)可以幫助減少二氧化碳排放 減輕化石燃料的依賴

發(fā)布時(shí)間:2021-04-26 13:37      點(diǎn)擊:

可以通過(guò)各種技術(shù)(例如燃料、電力和蒸汽)以及結(jié)合了兩種或多種技術(shù)的混合技術(shù)來(lái)獲得工業(yè)供暖。由于化石燃料價(jià)格相對(duì)較低,基于燃料的加熱技術(shù)是當(dāng)今*普遍的技術(shù)。
隨著減少碳排放的要求不斷提高,基于燃料的加熱正在受到挑戰(zhàn)。石油化工、鋼鐵和水泥等重工業(yè)占世界二氧化碳排放量的很大一部分。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)并希望減少CO2排放,現(xiàn)在,兩位工程師開(kāi)發(fā)了一種加熱解決方案,該解決方案有可能幫助向無(wú)化石重工業(yè)的轉(zhuǎn)變。
電加熱可降低二氧化碳排放量,提高產(chǎn)量和提高質(zhì)量,這僅是一些優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果,即使是*耗能的行業(yè)也可能希望從化石燃料轉(zhuǎn)換為電力。
綠色鋼鐵產(chǎn)業(yè):可能嗎?
2012年,瑞典金屬研究所Swerim啟動(dòng)了一個(gè)設(shè)計(jì)流化床的項(xiàng)目。該組織需要一個(gè)有效的加熱器將空氣和氣體加熱到反應(yīng)堆中。當(dāng)時(shí)在Swerim工作的工程師Thomas Olsson開(kāi)發(fā)了原型。使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)進(jìn)行的仿真表明,原型的效率很高,接近100%。此外,盡管溫度升高了,加熱器的表面仍然保持很涼,以至于在處理過(guò)程中仍可將手放在上面。
Olsson看到了將相同技術(shù)用于其他應(yīng)用程序的潛力。他尋求并獲得Swerim的許可,申請(qǐng)了加熱器的專利,并在他和另一位發(fā)明家RalphNyström共同創(chuàng)立的公司中進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了該加熱器。
過(guò)程氣體加熱一直是熱門(mén)話題,Nyström說(shuō),對(duì)于活性氣體,還沒(méi)有一個(gè)好的解決方案。
碰巧的是,供熱系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商在瑞典呂勒奧(Luleå)生活和工作,距離斯堪的納維亞半島*大的鋼板制造商的生產(chǎn)設(shè)施之一不遠(yuǎn)。鑒于SSAB是該地區(qū)的主要雇主之一,開(kāi)發(fā)人員認(rèn)為鋼鐵行業(yè)是開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)的好地方。
可以從廢鋼或鐵礦石中生產(chǎn)鋼。廢料生產(chǎn)是無(wú)化石的,前提是電弧爐中使用的電力是由可再生能源制成的。相比之下,鐵礦石的生產(chǎn)會(huì)在礦石還原為鐵時(shí)釋放出CO2。該過(guò)程在高爐中通過(guò)在焦炭的幫助下從氧化鐵礦物中除去氧氣來(lái)進(jìn)行。
在呂勒奧,SSAB用鐵礦石球團(tuán)生產(chǎn)鋼材。高爐連續(xù)不斷地裝入鐵礦石球團(tuán)、焦炭、石灰和添加劑。
加熱器可在100毫秒內(nèi)提供高達(dá)2012°F(1100°C)的氣體溫度和高達(dá)10 bar的壓力。
2016年,瑞典電力和熱力零售商Vattenfall SSAB與鐵礦石開(kāi)采公司LKAB成立了一家合資企業(yè),以實(shí)現(xiàn)煉鋼現(xiàn)代化。氫突破煉鐵技術(shù)(HYBRIT)旨在將鐵礦石鋼鐵行業(yè)的還原過(guò)程轉(zhuǎn)換為直接用氫還原。
SSAB充分意識(shí)到以下事實(shí):基于礦石的鋼鐵行業(yè)是CO2排放量*高的行業(yè)之一。根據(jù)HYBRIT的數(shù)據(jù),它占全球CO2排放的7%。如果成功,HYBRIT將幫助瑞典減少10%的CO2排放,芬蘭減少7%。此外,這將為世界各地的鐵礦石鋼鐵生產(chǎn)商創(chuàng)造機(jī)會(huì),使其轉(zhuǎn)換為更綠色的技術(shù)。
為了成功,需要有效的電加熱解決方案來(lái)加熱氫氣。由于氣體具有反應(yīng)性,因此加熱溶液必須能夠在危險(xiǎn)環(huán)境中工作,進(jìn)行爆炸分類并允許用于壓力容器。
加熱系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商建議將其加熱器用于基于氫的氧化鐵還原工藝中。用氫還原氧化鐵具有吸熱反應(yīng),必須比加熱爐料提供更多的能量。加熱和還原需要約15%的總電能,而生產(chǎn)氫則需要約85%的電能。
電加熱技術(shù)可以幫助減少二氧化碳排放 減輕化石燃料的依賴
托馬斯·奧爾森(Thomas Olsson)于2012年開(kāi)發(fā)了第*臺(tái)燃?xì)饧訜崞髟?。從一開(kāi)始就非常高效。
減少水泥行業(yè)的排放
鋼鐵行業(yè)只是燃?xì)饧訜崞鲬?yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)例子。水泥生產(chǎn)是另一個(gè)CO2排放量大的行業(yè)。在該行業(yè)中,加熱器可用于在煅燒過(guò)程中將石灰石分解為石灰。
對(duì)于水泥行業(yè),供熱系統(tǒng)制造商開(kāi)發(fā)了一種利用再循環(huán)CO2的工藝,其中將CO2再加熱至2,012°F(1,100°C)。用氫和氧氧燃料與再加熱的CO2混合燃燒的燃燒室產(chǎn)生的工藝氣體溫度高達(dá)2,912°F(1,600°C),其中包含二氧化碳和蒸汽。由于工藝氣體包含大量蒸汽,因此降低了石灰石的分解溫度,并且可以通過(guò)冷卻將蒸汽與CO2分離。使用可再生能源和碳捕集與封存(CCS),該過(guò)程可以減少水泥行業(yè)對(duì)環(huán)境的影響。
開(kāi)發(fā)商表示,再加熱的CO2和含氧燃料的組合降低了總能耗。氫氣和氧氣也可以由可再生能源產(chǎn)生并進(jìn)行存儲(chǔ),這對(duì)國(guó)家電網(wǎng)產(chǎn)生了積極的影響。因此,根據(jù)*佳工藝經(jīng)濟(jì)性和國(guó)家電網(wǎng)的情況,可以改變通過(guò)加熱器再加熱的CO2與含氧燃料之間的比率。
電加熱技術(shù)可以幫助減少二氧化碳排放 減輕化石燃料的依賴
輕巧緊湊的加熱器具有釋放重工業(yè)化石的潛力。
電加熱器設(shè)計(jì)
加熱器的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單:氣體進(jìn)入加熱器的頂部,穿過(guò)系統(tǒng),并在100毫秒內(nèi)被加熱到2,012°F(1,100°C)。
當(dāng)加熱含碳?xì)怏w時(shí),碳很容易滲出。避免此問(wèn)題的主要關(guān)鍵是選擇正確的材料,Nyström解釋說(shuō)。
因此,溶液中使用的材料要仔細(xì)選擇,加熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)確保所有加熱元件都承受相同的壓力。鋼鐵和水泥行業(yè)都需要很高的效果。通過(guò)使用高電壓,加熱器消耗低電流,從而提供較少的能量損失。加熱器是模塊化的,這意味著它可以從千瓦擴(kuò)展到幾兆瓦。每個(gè)加熱器可提供高達(dá)35 MW的效果。
加熱器可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)流程和氣體成分。開(kāi)發(fā)人員說(shuō),它還可以處理一定范圍的進(jìn)氣溫度,從而有可能達(dá)到較高的排氣溫度。設(shè)計(jì)中僅使用在重工業(yè)中使用了幾十年的標(biāo)準(zhǔn)組件,以確保高可用性和長(zhǎng)壽命。加熱器已通過(guò)壓力設(shè)備指令(PED)和ATEX(調(diào)節(jié)爆炸性環(huán)境的指令)的認(rèn)可和認(rèn)證。(來(lái)源:環(huán)保微世界)

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