未来动力系统：流化床燃烧与化工产品的经济优化

SOFT系统示意图如图8-8所示。带有藻类的水6自池塘4进入水分离装置12，分离出来的无藻类的纯水被当做循环水用来冷却冷凝器14和在16中吸收二氧化碳。

湿的有机物在18中利用烟气的热量干燥。相对干燥的燃料被引至流化床燃烧室8。经过在合成气（即氧气和二氧化碳的混合气体）中燃烧后，烟气进入旋风分离器20，分离的灰分返回到池塘中，二氧化碳与少量蒸汽流过热交换器19和燃料干燥器18，然后达到分离点，其中一大部分与氧气混合形成合成气进入流化床燃烧室，还有一小部分进入吸收器16，溶解于循环水后返回到池塘中。这一少部分CO₂恰好等于燃烧生成的二氧化碳。氧气通过低温冷冻或离子传输膜（ITM）装置10制取。水从冷凝器14通过水泵流经换热器18和19进入流化床燃烧室8（锅炉）。产生的蒸汽在汽轮机22内膨胀做功，带动发电机。低压蒸汽在14凝结。事实上，这就是普通的朗肯循环。

关于化工产品的一些说法。在电厂中燃烧未加工的海藻就如同燃烧原油一样不明智。海藻含有很小的质量分数的非常有用的有机化学物质，它们要在海藻燃烧前跟水分一道被分离出来。提高有机物分离的方法有很多，这些方法远远超出本书的范畴。不管怎样，化工产品能提高SOFT系统的经济性。

让我们来举一个数值算例，分布式电源由一个100kW（Iantovskietal.，1997）的小电厂提供。为了得到可靠的数据，我们提出一个适当的假设：

燃料是潮湿的（含水量50％）；

生产纯度为98％的氧气的空分功耗是0.22kWh/kgO₂；

汽轮机入口的过热蒸汽参数为130bar，540℃；

图8-8 SOFT系统原理图（Yantovsky，2002）

汽轮机的等熵膨胀系数为0.80，给水泵效率为0.75；

海藻产量为16kg/m²/年或10W（th）/m²；

光合作用效率为4.6％。

计算结果：(https://www.xing528.com)

热量输入 425.5kW_th

净输出 107.3kW_e

循环效率 25.2％

池塘面积 4ha

效率随燃料湿度的变化曲线如图8-9所示。对于带有再热的朗肯循环，35％的效率，所需的池塘面积是3ha。为了供应一个有几百人的以色列基布兹农场，4～5台这样的机组和一个面积为15～20ha的池塘就足够了。

图8-9 100kW_e的循环效率随湿燃料中干燃料质量分数的变化曲线（Iantovskietal，1997）

对于当地一个循环效率为40％、光合作用效率为6％的10MW电厂，每平方米的比功率约为5W（220×04×006＝528），藻塘的面积约为2km²。它的数量级可与接近BeerSheva内盖夫沙漠中的Yatir水库相当。KerenKayemethLeIsrael计划在未来5年建造100个水库。其中的一个将被用作SOFT示范。

最后，为满足以色列全国10GW的电力需求（人均约2kW），一个合理的外推方法是可行的：由于循环效率和光合作用的增加，期待得到10W/m²的功率系数。这意味着所需池塘的面积大约为1000km²。这与死海的面积（确切的是980km²）大致相当。如果将来在沙漠里出现一个生命海（LifeSea）（对于海藻来说有着正常的而非致命的盐浓度），离死海不是太远（见图8-10），它将能够供给这个国家全部的电力并且伴随着产生大量的淡水和有机化学原料。这样就不会排放燃烧产生的烟气，也不会净消耗氧气，虽然在燃烧中消耗氧气，但是在光合作用中会释放氧气。惟一需要的就是太阳能和一片沙漠。不论哪一个，任何可能的恐怖袭击都不能对之造成任何严重的破坏。

一名以色列代表JacobKeidar在约翰内斯堡首脑会议上宣布了以色列-约旦计划，一条300km长的管道工程t，从红海到死海。位于管道中间的生命海可能是所输送水的有用的消费者，如图8-10所示。

图8-10 在红海-死海海峡中部内夫盖沙漠内初定的生命海洋的位置