nrg focus, june 2011 issue - chinese

2011年6月

知识

Alter NRG的工程经验

比较：回收 & 废物能源化

美国废物能源化的立法进展

等离子气化 & 焚烧的整合

全球视野技术 | 回顾| 进展

聚焦

聚焦™

光阴似箭，这已经是NRG聚焦的

第三期了。除了继续与大家沟通

我们的合作伙伴和活动进展之

外，我们希望在此期里重点介绍

我们的工程和技术的努力和进

展。在过去5年里，公司及合作

伙伴不仅在产品开发而且是在产

品优化上有大量的投入。通过

西屋等离子体公司在麦迪逊市的

中试工厂获得的知识，以及在日

本和印度的商业运作的经验，我

们的设备和工艺进行了性能的优

化。这种优化不仅有助于提高运

营效率，而且使得技术经济效率

最大化。请继续阅读，我们希望

你能喜欢这一期的NRG聚焦。

来自于Alter NRG团队

编辑&设计：Alter NRG企业发展小组

过去的期刊：www.alternrg.com/investor_relations/presentations/

publications

Alter NRG注册商标。所有其他公司和产品的名称可能是其各自所有者的商标。此文包含的信

息未经Alter NRG公司法律部门的允许，不能再以任何形式发布。如有变更，恕不另行通知。

版权所有©2011。保留所有权利。

封面图片：Alter NRG在位于美国麦迪逊市的先进设施工作的工程师

目录亮点

AlteR NRG的工程经验 _________3能力& 优势

© 气化岛

© 技术进步

© 过程模拟

© 热力模拟

© 经济模型

© 西屋中试工厂的测试

等离子气化 & 垃圾焚烧的整合 _12

美国废物能源化的立法进展 ____16

回收 & 废物能源化 ___________17

项目进展 ____________________18

- 加拿大安大略省Dufferin地区

- 空气化工产品公司，英国提斯谷

www.AlteRNRG.com

NRG 聚焦| 2011年6月刊2

Alter NRG的工程队伍在等离子气化技

术的研发上处于领先地位。此文描述了

一些用于等离子气化炉工程的工具。

1. 初步研究

a. 针对整个工厂

b. 提供项目和经济性小结

c. 过程描述

d. 西屋等离子气化流程图

e. 投资成本和运行费用估算

2. 初步设计 (DBm)

a. 只是针对等离子气化岛

b. 提供项目参数要求(包括设计条件

的要求)

c. 过程描述

d. 包括热和物料平衡的西屋等离子

气化流程图

e. 设备清单和电气负荷要求

f. 公用事业要求

g. 总图草案

h. 估价

3. 工艺设计软件包 (PDP)

a. 只是针对等离子气化岛

b. 文件附表

c. 项目设计

d. 包括流程图的过程描述

e. 过程控制

f. 详细项目清单

g. 机械/管道/结构

h. 电气

i. 安装

j. 调试和运行

Alter NRG的工程经验

Alter NRG 的工程队伍可以为

我们的客户开发项目提供工程

和设计，模拟以及在西屋中试

工厂的测试服务。

多年来，Alter NRG 系统地开

发了工程软件包，为客户提供

包括正确而相关信息的工程服

务包。

由Alter NRG和西屋等离子体的工程师提供的主要三项工程服

务如下：

要点

3 NRG 聚焦| AlteR NRG

Alter NRG的工程服务主要集中在等离子气化岛，包括进料系统以及

到合成气出口处为止。

西屋等离子体公司在2007年被收购以前，先后总共投入了1个多亿美元用于等离子炬的研发。之后，Alter

NRG又投入了大量金钱和人力在主要是气化炉的升级上。因此西屋等离子体气化成为业界领导者。

西屋等离子体的专长是等离子气化炉（气化岛）。一个气化岛包括进料系统以及到合成气出口。Alter NRG

同如technip USA等世界级的工程服务公司形成战略合作伙伴关系，technip USA可以进行技术集成，从而

提供整个工厂的解决方案。下面列出了气化炉的主要进展：

气化岛

westinghouse Plasma offers three sizes of the gasifier island, each capable of processing differing

amounts of feedstock.

西屋w-15等离子气化岛

西屋等离子体可以提供所有的气化相关的部件，还可以在项目所

在地区采购。Alter NRG理解当地制造带来的低成本和解决就业的

好处

• P-5是最小型的气化炉

• 适用于有毒有害废物处理或者是示范装置

• 即将用于在中国建设的两座示范项目中

• w-15是中等大小的气化炉

• 每天处理100-300吨

• 可以采用两座并联的气化炉，以增加处理能力

• G-65是最大型的气化炉

• 适用于大型项目（>500吨/天）

• 即将在化工产品公司在英国49 mw提斯谷项目中使用


下列技术进步是Alter NRG在卡尔加利和宾洲麦迪逊的工程队

伍所努力获得的：

床层替代材料前几代西屋等离子气化反应炉使用冶金焦炭作为

床层材料。冶金焦炭拥有作为床料的良好属性，

但它是一种昂贵的化石燃料，并在全球范围内是

不容易获得的。通过使用气化过程产生的残留颗

粒物来制作床料，正在着手解决这些挑战。被捕

获的颗粒物可以替代50％的床料。其余部分是一

种化学结合剂的无机物以及可以根据进料组分而

调整的化学物质。相比之下，替代床料的体积大

约为气化炉进料的10％。这样可以保持相当于冶

金焦的碳量。 2010年在西屋中试工厂成功进行

了替代床料的测试和评价。此发展还能够显著改

善气化炉的碳转化率，因为夹带的颗粒物质的碳

在气化过程中的熔融区被利用。

作为替代床料的发展过程中，大多数的微粒可以

被捕捉和重用。在经济上，使用替代冶金焦床料

的新型床料的经营成本可以降低约75％，致使在

大多数项目中增加高达3％的净资产收益率。西

屋等离子体公司的替代床料已于2010年9月申请

了专利申请，2011年进行了商业规模的测试。

计算流体动力学计算流体动力学可以分析和解决气化炉中的液体和气体的流体动力学问

题。Alter NRG使用计算流体动力学来：

© 优化炉体的几何形状，使得气体膨胀均匀，以达到最佳的反应炉容积利用

率

© 评估固体床气体的流量分配（特别是通过精确建模的孔隙率和壁效应）和

衡量风口大小，喷射角度以及气体流速对于气体均匀性的影响

© 评价各种固体床的形状和孔隙度对于上升气体的均匀性的影响

© 评估部分水冷系统，众多喷嘴的水流量分布对于液滴渗透进入反应炉的影

响，以及对气体停留时间的影响

计算流体力学的初期重点在几何和窜流的稳定性。结果发现在某些情况下，即

使在炉顶对称分布有很多的出口，还是会出现核心流态，气体将只从单一的出

口排出。这个问题已经得以解决，可以采用机械方式使得排口突出，以稳定气

体流量，或采用更高的固体床的高度，使得气体能更好的分布式均匀排出。

床层气的流程优化是通过风口的气体流量分配和焦炭和进料床的孔隙速度相关

的建模。其目的是确保床层里有着一个可接受的气体分布范围，这大大降低了

冷点形成的风险。这在日本先期运行中就呈现了底部部分无法使用的情况。根

据计算流体力学的结果，额外的预防风口设立在被认为低气体流量区的地区。

此模拟中利用了根据气化炉的实际运行经验数据修改的孔隙度-速度的相关性。

局部水冷却的计算流体力学表明，一个稳定的低于900℃的气体出口温度是可以

实现的，同时还确保气化炉在更高温度下有足够的停留时间可以完全分解多环

芳烃物质。这个出口温度大大降低了由于熔融颗粒物所造成的出口堵塞/污垢和

下游排渣/腐蚀问题。

技术进步


过程模拟Alter NRG的过程模拟工具是VmGSim。Alter NRG雇佣VmG公司开发出第一套等离子气化的动力

学原则。VmGSim被用来预测不同进料的气化炉的性能。


热力学模拟Alter NRG进行了包括针对反应器设计的有限元素分析的热力学模拟。努力吸取日本工厂

的运行经验，主要在反应炉底部的熔融区避免出现渣凝结，以及在耐火材料上形成一层

还原性的保护层。

为啥重要？

日本生态谷工厂的气化炉的熔融区的耐火材料已经使用4年了，预计至少还可以再使用1

年以上。

运行中的等离子体NRG 聚焦| 2011年6月刊8

西屋等离子经济性模型：涵盖主要方面

工程师们集思广益

经济性分析模型Alter NRG开发了一个强大的专利的经济分析模型来支持销售团队和客户的项目。该经济模型利用了最新的技术发展，第三方工程和工

厂数据以及当前的商品价格，及时提供相关的经济性分析。随着模拟中技术发展，试点工厂测试完成后新的设施的费用估计变化也被纳

入到模型中。

技术工程商品价格

原料&合成气

© 针对9种原料进行了多于36种不同的模拟

© 空吹

© 氧吹

© G-65

© w-15

© P-5

每次模拟都使用了经过110次

试测试结果修正的VmG

结果

根据给定的进料决定合成气的产量，选择合适的气化炉岛的配置

工厂其余部分的设计&资本

© 初步设计的总投资预算(+30% / -30%):

© Amec

© technip

© Uhde

4种工厂的配置

© 合成气

© 蒸汽发电

© 联合循环发电

© 往复式发电机

结果

第三方工程设计和成本预算

收入的变量

© 不同地区不同的电价和垃圾处置费

© 所有别的基于每季度更新的市场价格的收入

运行费用的变量

© 40%保留资本和1%的维修费用，总共每年的维修成本约为3.5%

© 所有耗材的市场价格由初步设计来确定

结果

收入的假设是基于第三方确定的市场价格 (如电价)


在西屋等离子中试工厂的测试


西屋等离子体公司在其美国宾州麦迪逊的中试工厂针对110种不同的进料进行了总共135次测试。客户

能够按天支付费用在试验工厂测试其特定的原料。在建设商业化设施以前测试进料，可以使得客户对

于西屋等离子体技术能力更有信心。测试是非常全面的，包括：

1. 测试的方案制定

2. 包括进料处理的测试准备

3. 气化系统的准备

4. 测试运行

5. 气体成分的采样

6. 详细的测试报告

Alter NRG还采用了西屋等离子中试工厂来进行产品开发 - 包括

使用残留颗粒物来替代昂贵的冶金焦炭的测试。另外还包括等离

子体炬的开发和测试。

西屋等离子中试工厂的近况

西屋等离子中试工厂坐落于美国宾州麦迪逊市，是一个被升级和修

改的先进试验设施，可以处理各类原料，气化和生产高品质的合成

气。试验设施的升级，包括最先进的控制系统和合成气的净化，冷

却和分析到coskata灯塔项目可以接受的水平。这些改进显着提高

了西屋等离子中试工厂的收集和分析数据的能力。


西屋等离子体技术在过去已经用于焚烧炉的飞灰熔融

处理，最近又出现了一个技术集成的新方法 – 与焚

烧炉并行处理。通过将高温合成气引入到燃烧室，从

而提高焚烧效率，这可以提高利用高废物处置费的医

疗和危险废物的潜力。

焚烧是一种常见的替代填埋的废物处理方式，并已

经应用了超过一个世纪。在北美，在火化炉中焚烧

垃圾是常见于19世纪90年代，到20世纪20年代垃圾

的焚烧处理已经成为常用的方法。今天焚烧仍是一

个常用的废物处理方法，仅在美国正在运行的焚烧

炉超过80座。

虽然焚烧炉可以减少高达90％的垃圾量，焚烧炉的

使用由于其排放的气态污染物和灰烬仍然是有争议

的。

在过去，西屋等离子气化技术已被用于熔融焚烧炉

的飞灰而生成惰性，非浸出的玻璃化的渣。最近，

新开发的整合于焚烧炉的等离子气化技术，不仅可

以玻璃化飞灰，还可以增加焚烧炉内的温度。这是

通过引入等离子体气化过程中产生的合成气到焚烧

炉而实现的。通过这样做，等离子气化炉可处理高

处置费的危险废物和医疗废物以便增加收益，同时

也使焚烧过程能够受益。

等离子气化同焚烧的整合

Photo: P-5 反应炉

主要特点：此新颖的整合等离子气化炉到焚`烧炉的方案有以下潜在

的好处：

经济• 可以处理高处置费的如有毒有害废物和医疗垃圾等进

料，增加项目的经济性

环保 •焚烧炉的飞灰得以玻璃化，而不是去填埋

效率•引入高温的等离子气化炉的合成气到焚烧炉可以增加

总体温度

•减少对于下游气体净化设备的需求，可以降低设施的

总投资


正在开发的项目Alter NRG目前正在全球开发几个将西屋

等离子气化技术结合到现有焚烧炉的项

目。以下是其中一个例子：

项目地点中国

进料城市生活垃圾

项目开发者 GtS

技术

Alter NRG的P-5 和 w-15气化炉

适用于这种应用。做为大型焚烧

炉的补充，P- 5和w- 15分别能够

每天处理多达100和300吨.

Alter NRG已经为此项应用递交了

专利申请，并且相信其可以适用

于全球现有垃圾焚烧项目。

P-5 反应炉 13 NRG 聚焦| AlteR NRG

项目透视：GtS能源科技

Alter NRG正在同GtS能源科技公司合作建设一座等离子气化处理焚烧炉飞灰和底渣的示范项目。这将同GtS现有的炉排炉技术结合起来。示范项目的总处理能力为250吨/天生活垃圾。在此项目中，等离子气化炉将处理约40吨/天的生活垃圾，焚烧炉底渣和飞灰。

此项目由GtS出资，同上海市政府合作，建在中国上海市。此项目目前正在建设，预期将在2011年年底/2012年年初能完工。一旦完成，此项应用将瞄准中国现有的垃圾焚烧项目，其中在上海就有13项。


GtS 简介GtS能源科技（GtS）为世界各地的工业应用设计和制造能源系统。GtS的产品和系统销往美国，中国，泰国，印度尼西亚，马来西亚，印度，加拿大，德国，瑞典，挪威，俄罗斯，英国，西班牙和巴西。 GtS是公认的一个工业过程加热应用中的领先者。 GtS经过竖直整合，能够提供完整的设计，其经过认证的制造工厂具备工程设计和制造能力。

用于此项目的焚烧炉炉体即将用于GtS项目的正在运输中的上海垃圾

即将用于GtS项目的正在运输中的上海垃圾


美国废物能源化法规废物能源化如今在美国许多州已经成为法律要求

爱荷华州立法增加了等离

子气化作为替代能源

爱荷华州的州长terry Branstad，在2011年4月签署

了一项法案，定义等离子气化为一种可替代能源。因

此，等离子气化现在被定义成符合电价补贴要求的废

物管理方案。由总督签署的该法案将使得等离子气化

产生的电能可以纳入当地市电作为替代能源的供应或

出售给其他尚未认可可替代能源的不断扩大的市场。

消息来源: http://easterniowagovernment.com/2011/05/09/legislature-adds-plasma-gasification-as-alternate-energy/

马里兰州通过法案提高废物能源化

项目的补贴

马里兰州的州长martin o’malley最近签署了一项法案，提高对于废物

能源化的补贴。通过将城市生活垃圾定义为一种可再生的资源，使得这

些项目有资格获得可再生能源的相应补贴。该州已经确定可再生能源的

目标为2022年以前达到20％，这将需要一个多元化的混合可再生能源组

合来完成。

马里兰州的州长martin o’malley说：“马里兰州的此举并不奇怪，在

美国超过半数的州都将城市生活垃圾定义为可再生能源。欧洲国家在减

少碳排放和尽量回收垃圾以减少垃圾填埋上已经超前美国几十年。

消息来源: http://www.wastebusinessjournal.com/news/

wbj20110518B.htm

经废物能源定义为可再生能源的州(至 1/1/2011)

阿拉斯加马里兰奥利根

阿肯色马赛诸塞宾夕法利亚

加利弗里亚密西根波多黎各

康尼狄格明尼苏达南卡洛莱纳

哥伦比亚内华达南达科他

佛罗里达新罕布什尔犹他

夏威夷新泽西弗吉尼亚

印第安纳纽约华盛顿

爱荷华北马里亚纳群岛维斯康星

缅因俄克拉何马

图片来源: www.energyrecoverycouncil.org

美国的下列州定义废物能源为可再生能源：


回收和垃圾能源化的比较最近的研究表明美国那些拥有垃圾能源化设施的地区的垃圾回收率高于全国平均水平

美国化学理事会最近公布的一项研究发现，垃圾能

源化和垃圾回收是互补的，而不是相互竞争的过

程。这些结果与以前的研究发现垃圾能源化地区的

高垃圾回收率是一致的。此研究主要集中在美国四

个地区。

在美国，目前有86 座垃圾能源化设施，每年处理近3千万吨的固体废物，可以向2万个家庭提供足够的电能。相当于节约3千万桶石油和

减少40万吨温室气体的排放。根据美国环境保护署，美国目前约14％的废物进行了能源化。但这些技术都在日本和欧洲更为普遍，分别

是75％和40％。

http://www.waste-management-world.com/index/from-the-wires/wire-news-display/1417429535.html

垃圾能源化地区的平均回收率同全国平均水平的比较

图片来源：美国环保署数据& Jonathan V. l. Kiser (废物管理杂志, “一个完美的结合”)

“由于美国努力提

高其能源的多样性，

废物能源化应该是组

合的一部分。塑料，

包括非再生塑料中所

含的能量在我们大力

发展可再生能源时不

应该被忽视。”

美国化学理事会塑料

副总裁Steve

Russell说：


项目进展安大略省Dufferin地区垃圾发电项目

在DeeP场地的垃圾发电用地

Dufferin ‘DeeP’ Site Use Plan

Dufferin地区拟建的垃圾发电厂使用西屋等离子体气化技术将每天约265吨的生活

垃圾转换成电能，目前正在进行安大略省环境部的初步筛选过程。Dufferin地区拟

建的垃圾发电厂使用西屋等离子体气化技术将每天约265吨的生活垃圾转换成电

能，目前正在进行安大略省环境部的初步筛选过程。Navitus等离子体公司，享有

西屋等离子体气化技术在安大略省的独家授权，正在与当地政府讨论，以最后确定

原料的合同。要了解更多，请访问：www.navitusplasma.com


空气化工产品公司完成了提斯谷垃圾发电项目的工程

设计

空气化工产品公司正在英国的提斯谷地区开发一个49 mw的废物能源化设施。该项目将使用西屋等离子体

气化技术每天处理950吨的不可回收的生活垃圾。

该项目的规划许可文件已在2011年02月提交给Stockton Borough镇理事会。最近，作为该计划的审批程序的一部分，空气化工产品公司

已经完成了公众谘询。在未来的几个月中，Stockton Borough镇理事会预计将批准此申请。一旦获得批准，空气化工产品公司将被授权

可以启动等离子气化设施的建设。空气化工产品公司在完成设施的工程设计的同时，还提交了该项目的环境许可证的申请。

图片显示了拟建工厂的设施。 *插图仅供参考，可能会根据工程设计和咨询而变动。


www.AlteRNRG.com

Alter NRG 提供经济

可行和环境友好的清

洁能源方案。

Alter NRG的两个全资子公司都处于工业界领

导地位，近期有着显著的增长潜力。

西屋等离子体公司

业界领先的等离子气化技术，将各种生物质和废物转换成高附加值的可再生能源 - 如电力，乙醇或合成气。该等离子体系统已经运作了20年，商业化垃圾气化也自2002年以来一直运行。该技术是经过商用化证明，而且比起传统能源技术污染排放减少很多。

清洁能源发展

行业领先的地热能公司，为家庭和商业楼宇提供使用地热来加热和冷却。在一个高度分散的行业，清洁能源提供了商业项目的完整解决方案，通过其在加拿大的经销商网络进行地热项目的设计，建造以及设备的销售。

nrg focus, june 2011 issue - chinese

Documents