instytut energetyki zak ad proces w cieplnych l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych PowerPoint Presentation
Download Presentation
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 38

INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych - PowerPoint PPT Presentation


  • 626 Views
  • Uploaded on

INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych. Zeroemisyjna Gospodarka Energią – Czerwiec 2009. Przegląd rozwojowych metod wytwarzanie energii i podnoszenia sprawności w energetyce zawodowej . Dr inż.. Tomasz Golec Dr inż.. Janusz Rakowski.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – Czerwiec 2009

Przegląd rozwojowych metod wytwarzanie energii

i podnoszenia sprawności w energetyce zawodowej

Dr inż.. Tomasz Golec

Dr inż.. Janusz Rakowski

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych2
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – Czerwiec 2009

1.1 Bloki energetyczne: kocioł – turbina parowa

W roku 2010 w elektrowni Bełchatów II przewidziane jest uruchomienie bloku z kotłem typu BB-2400. Zgodnie z wersją ofertową moc osiągalna tego bloku wynosić ma 858MW. Paliwem będzie węgiel brunatny z odkrywek Bełchatów oraz Szczerców. Woda zasilająca doprowadzana będzie jedną turbopompą 100% a w trakcie rozruchu bloku lub w sytuacji awaryjnej, przy pomocy dwu pomp 33% rezerwowo-rozruchowe. Minimum techniczne bloku wynosić ma 40% a projektowy czas życia bloku 35 lat (200 000 godzin).

Kocioł BB-2400 pyłowy- przepływowy w elektrowni Bełchatów II

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych3
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009
  • W należącej do RWE elektrowni Neurath (Niemcy) przewidziane jest uruchomienie dwu bloków 1100 MW: blok BoA 2 w styczniu 2010 oraz blok BoA 3 w lipcu 2010 (niemiecki skrót BoA oznacza: Braunkohlenkrftwerksblöcken mit optimirter Anlagentechnik). Aktualnie będą to największe na świecie bloki na węglu brunatnym, pracujące przy nadkrytycznych parametrach pary. Woda zasilająca doprowadzana jedną turbopompą 100% a przy rozruchu lub w sytuacji awaryjnej, za pomocą dwu pomp 40% rezerwowo-rozruchowych.

Kocioł pyłowy – przepływowy 2870 t/h dla bloku 1100 MW w elektrowni Neurath

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych4
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009
  • Schemat bloku pyłowego, przepływowego 1100 MW w elektrowni Neurath
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych5

Sprawność

netto

INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009
  • RWE przewiduje, że po uruchomieniu obu bloków 1100 MW w elektrowni Neurath zlikwiduje kilka starych, eksploatowanych obecnie bloków węglowych, co pozwoli na zaoszczędzenie znaczących ilości węgla oraz na zmniejszenie emisji CO2 6 ·106 t/rok.
  • Bloki opalane węglem brunatnym w elektrowniach RWE
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych6

Przegrzew

wtórny

Przegrzew

pierwotny

INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009
  • Blok kocioł - turbina amerykańskich firm: Babcock&Wilcox, General Electric oraz Parsons Inc.
  • Kocioł pyłowy, przepływowy typu Benson, zaprojektowany przez amerykańską firmę Babcock &Wilcox w dwóch wersjach obejmujących: nadkrytyczne (wariant 1) i ultra-nadkrytyczne parametry pary (wariant 2) [ ]. Obie wersje reprezentują konstrukcję typową dla dużych amerykańskich kotłów pyłowych. Wyposażone są w młyny kulowo-pierścieniowe typu B&W 89G, palniki niskoemisyjne, instalacje SCR oraz w mokrą instalację FGD. W obu wariantach zastosowano turbinę parową typu GER-3954A produkcji firmy General Electric.
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych7
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009
  • Schemat funkcjonalny amerykańskiego bloku kocioł-turbina
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych8
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Najważniejsze parametry analizowanego bloku Tab.

  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

W ramach programu Thermie 700 prowadzone są prace dotyczące wprowadzania kotłów przepływowych na ultra-nadkrytyczne parametry 350 bar/700/720 deg C

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych9
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • 1.2 Bloki z atmosferycznymi kotłami fluidalnymi cyrkulacyjnymi
  • Kocioł fluidalny ze złożem cyrkulacyjnym składa się z trzech głównych bloków: 1. komory paleniskowej wykonanej ze ścian membranowych w obiegu parownika z lejem wyłożonym warstwą wymurówki, zamkniętym od dołu dnem dyszowym, przez które doprowadzane jest powietrze fluidyzacyjne (pierwotne); 2. kanału nawrotnego wraz z cyklonami zabezpieczonymi wymurówką; 3. ciągu konwekcyjnego wykonanego ze ścian membranowych w układzie przegrzewacza pary, w którym rozmieszczone są pęczki konwekcyjne PP, POWO oraz rurowy POPO.

Kocioł fluidalny cyrkulacyjny CFB 1300 Compact (Foster &Wheeler) w elektrowni Łagisza

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych10
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
  • W marcu 2009 wykonane zostały wstępne pomiary parametrów parykotła CFB 1300 Compact w elektrowni Łagisza:

(* przy 6% O2(** praca bloku przy pełnym obciążeniu była nie ustabilizowana

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych11
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Kocioł parowy, fluidalny, cyrkulacyjny do bloku 300 MWe (Foster&Wheeler), Jacksonville (USA)

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych12

Foster & Wheeler

2-ga Generacja

Rys. Program rozwoju bloków z kotłami fluidalnymi Foster & Wheeler

Foster & Wheeler

1-sza Generacja

  • Rok pierwszego uruchomienia bloku
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

[MW]

  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych13
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • 2.1 Blok IGCC firmy General Electric (GE)
  • Blok IGCC oferowany przez General Electric opiera się na dostarczanym w przeszłości przez Texaco gazo-generatorze z dwoma schładzaczami gazu: radiacyjnym oraz najczęściej wtryskowym (Quench). Węgiel w postaci emulsji wodnej (wagowy udział węgla wynosi 63%), doprowadzany jest do gazo-generatora pod ciśnieniem wytwarzanym przez pompy mułowe. Wartość tego ciśnienia przekraczać musi ciśnienie w gazo-generatorze wynoszące 5.6 MPa. Węgiel zgazowywany jest w gazo-generatorze w temperaturze 1300oC. Gaz surowy, wraz ze stopionymi cząstkami stałymi w tej samej temperaturze, przepływają doschładzacza radiacyjnego gdzie gaz zostaje schłodzony do 590oC a cząstki płynnego żużla zestalają się. Następnym etapem jest gaszenie gazu poprzez wtrysk H2O (quench), hydroliza tlenosiarczku węgla COS, oddzielanie cząstek stałych w skruberze, usuwanie rtęci oraz usuwanie SO2 w instalacji wykorzystującej rozpuszczalnik Selexol.
  • Oferowany przez firmę General Electric blok IGCC składa się ponadto z:
  • turbiny gazowej klasy F o mocy netto 464 MWe; stosunku ciśnień 18.5 i temperaturze spalania >1 370oC; kotła odzysknicowego, produkującego parę z ciepła pozyskiwanego ze spalin wylotowych z turbiny gazowej.
  • turbiny parowej o mocy 299 MWe i parametrach pary: 12.4 MPa/566oC/566oC
  • turbiny rozprężnej o mocy 7.1 MWe, redukującej ciśnienie gazu z gazo-generatora (5.6 MPa) do wymaganej wartości ciśnienia na wlocie do turbiny gazowej GE-F.
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
  • 2. Bloki gazowo-parowe zintegrowane ze zgazowaniem węgla (IGCC)
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych14
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
  • Rys. Schemat blokowy układu IGCC GE (dawniej Texaco)
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych15
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Tab. Parametry bloku IGCC General Electric (bez redukcji emisji CO2)

Tab. Emisji bloku IGCC General Electric (bez redukcji emisji CO2)

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych16
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

2.2 Blok IGCC Conoco Philips E-Gas™

  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
  • Omawiany tu blok IGCC Conoco Philips E-Gas™ stanowi udoskonaloną wersję bloku CoP o mocy 265 MW, pracującego od przeszło 10 lat w elektrowni Wabash River (USA).
  • Zasadnicza część węgla (78%) w postaci emulsji wodnej, doprowadzana jest (pod ciśnieniem) do pierwszego stopnia gazo-generatora. Węgiel ten ulega zgazowaniu w temperaturze 1370oC przy ciśnieniu 4.2 MPa. Pozostała część emulsji wodno-węglowej jest wtryskiwana do 2-go stopnia, gdzie w wyniku endotermicznej reakcji zgazowania powoduje obniżenie temperatury całej ilości wytwarzanego gazu.
  • Gaz surowy z gazo-generatora doprowadzany jest do schładzacza wodno-rurowego a następnie jest odpylany w cyklonie oraz w filtrze ceramicznym. Kolejno następuje: hydroliza tlenosiarczku węgla COS, usuwanie rtęci, odsiarczanie w instalacji Selexol i pozyskiwanie siarki elementarnej w instalacji Clausa.
  • Oczyszczony gaz jest doprowadzany do turbiny gazowej klasy F, której moc brutto będzie wynosiła 464 MWe (przy gazie z węgla).
  • kocioł odzysknicowy produkuje parę z ciepła odbieranego ze spalin wylotowych z turbiny gazowej. Dodatkowa ilość pary pochodzi z wodno-rurowego schładzacz gazu, umieszczonego bezpośrednio za gazo-generatorem.
  • turbina parowa o mocy 230 MWe i parametrach pary: 12.4 MPa/538oC/538oC jest zasilana z kotła odzyskinicowego.
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych17
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Schemat blokowy układu IGCC CoP E-Gas™ (bez redukcji emisji CO2)

  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych18
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Tab. Parametry bloku IGCC Conoco Philips (bez redukcji emisji CO2)

Tab. Emisje bloku IGCC Conoco Philips (bez redukcji emisji CO2)

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych19
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią - czerwiec 2009
  • 2.3 Blok IGCC firmy Shell
  • Blok IGCC firmy Shell oferowany jest do dostawy od roku 2010. Blok składa się z 2 równoległych ciągów technologicznych zawierających: gazogenerator, turbinę gazową i kocioł odzysknicowy. Węgiel surowy jest wstępnie suszony (do 5% wilgoci całkowitej), a następnie mielony i doprowadzany do gazo-generatora poprzez śluzę ciśnieniową. Ciśnienie robocze w gazogeneratorze jest rzędu 45 bar a temperatura rzędu 1400  1450oC. Gaz z węgla jest oczyszczany i doprowadzany do turbiny gazowej. Spaliny z tej turbiny doprowadzane są do kotła odzyskinicowego a para wytworzona w obu kotłach doprowadzana jest do jednej wspólnej turbiny parowej.
  • Urządzenia występujące w obecnie dostarczanej wersji bloku bez redukcji emisji CO2 scharakteryzować można następująco:
  • Gorący gaz surowy z gazogeneratora, po schłodzeniu do 900oC wtryskiem chłodniejszego gazu („quench”) , przepływa do schładzacza konwekcyjnego, gdzie ulega dalszemu schłodzeniu do 200oC. Następnymi etapami są: odpylanie gazu wcyklonie oraz w filtrze ceramicznym, hydroliza tlenosiarczku węgla COS, usuwanie rtęci, odsiarczanie w instalacji Sulfinol i wreszcie oddzielanie siarki elementarnej w instalacji Clausa.
  • Oczyszczony gaz jest doprowadzany do turbiny gazowej klasy F o mocy brutto464 MWe (przy gazie z węgla).
  • Do komory spalania turbiny gazowej doprowadzany będzie azot (produkt uboczny z tlenowni). Uzyskane w ten sposób rozcieńczenie gazu z węgla wpłynie na zmniejszenie emisji NOx.
  • Kocioł odzysknicowy produkuje parę z ciepła odbieranego ze spalin wylotowych z turbiny gazowej.
  • Turbina parowa zasilana z kotłów odzysknicowych, osiąga moc 284 MWe przy następujących parametrach pary: 12.4 MPa/566oC/566oC.
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych20
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Rys. Schemat blokowy układu IGCC Shell (bez redukcji emisji CO2)

Oznaczenia:1 – Suszenie (do poziomu <5% wilgoci) i mielenie węgla;

2 – Przygotowanie czynnika suszącego; 3 – Główny kompresor powietrza.

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych21
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Tab. Parametry bloku IGCC Shell (bez redukcji emisji CO2)

Tab. Emisje bloku IGCC Shell (bez redukcji emisji CO2)

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych22
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009
  • 2.4 Przewidywany rozwój techniczny bloków IGCC
  • Przewidywany rozwój technologiczny bloków IGCC omówiono na przykładzie bloku f-my General Electric, przedstawionego w § 2.1 niniejszego opracowania. Spodziewane korzyści wynikające z wdrożenia tego programu przedstawione są na rys.
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych23
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Podstawowe elementy instalacji demonstracyjnej (250 MW, 1700t/d) to 2-stopniowy gazogenerator z suchym doprowadzaniem węgla w ilości 1700 t/d, turbiny gazowej typu 701 DA o temperaturze dolotowej 1200°C. W dolnej części reaktora następuje proces spalania węgla w obecności powietrza, natomiast w górnej jego części zgazowanie pozostałości koksowej, w wyniku którego powstaje syngaz, który po oczyszczeniu podlega spalaniu w komorze spalania turbiny gazowej w temperaturze około 1200ºC. Zgazowanie powietrzne ma zapewniać wysoką sprawność, możliwość wykorzystania węgli gorszej jakości oraz niskie współczynniki emisji.

  • 3.Układ IGCC ze zgazowaniem powietrznym f-my Mitsubishi Heavy Industries
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych24
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • 3. Układ IGCC ze zgazowaniem powietrznym f-my Mitsubishi Heavy Industries
  • Omawiana instalacja została zbudowana w latach 20042006 i jest testowana począwszy od roku 2007. Następnym etapem ma być budowa instalacji komercyjnej o mocy 600 MW (brutto), sprawności netto 48% i emisjach zbliżonych do obecnej. Przewidywane zakończenie budowy instalacji komercyjnej około roku 2014.

Wyniki wstępnej weryfikacji (marzec 2009)

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych25
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • 4. Spalanie tlenowe (Oxy Combustion)
  • Rys. ilustruje możliwość dostosowania istniejącego kotła pyłowego do spalania tlenowego pyłu węglowego. Zamiast powietrza do komory paleniskowej doprowadzany jest tlen o czystości co najmniej 95%. Ma to zasadniczy wpływ na skład spalin, które w zasadzie nie zawierają azotu. Dominująca część tych spalin (70  80%), składających się przede wszystkim z CO2, jest na powrót kierowana do komory paleniskowej. Recyrkulację tę zapewnia zainstalowanie kanału obejściowego. Łączna ilość świeżego O2 oraz recyrkulowanego CO2 powinna być równa ilości powietrza, które było pierwotnie spalane w kotle.

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych26
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • 4. Spalanie tlenowe (Oxy Combustion)
  • Ze wstępnych obliczeń wynika, że w przypadku rekonstrukcji istniejącego kotła, zapewnienie obliczeniowej wymiany ciepła i prawidłowego rozkładu temperatur w ciągu spalinowym wymaga doprowadzania CO2 w ilości zapewniającej stosunek molowy CO2/O23 []. Dotrzymywanie tego warunku zapewnia, że rozkład temperatur w ciągu spalinowym kotła nie ulegnie zmianom. Na podkreślenie zasługuje fakt, że wyeliminowanie ze spalin azotu w zasadniczy sposób zmniejsza stratę kominową.
  • Porównanie bloków: klasycznego oraz opartego na spalaniu tlenowym

Wnioski. Niezależnie od bardzo wysokich kosztów wykorzystanie absorpcji chemicznej do wychwytywania CO2 w istniejących elektrowniach jest najczęściej niemożliwe ze względu na brak miejsca na wstawienie reaktorów chemicznych (absorberów i regeneratorów). Spalanie tlenowe wymaga tylko miejsca na tlenownię. W przypadku wprowadzania spalania tlenowego w nowoprojektowanej elektrowni gabaryty kotłów mogłyby być znacznie mniejsze. Warunkiem wprowadzania tej technologii jest przeprowadzenie jej wszechstronnych badań.

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych27
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną zawartą w paliwie w energię elektryczną utleniacza. Do ogniwa doprowadzany jest wodór i tlen, które reagują ze sobą w obecności elektrolitu. Produktami procesu są woda, prąd stały, wynikający z różnicy potencjałów między elektrodami oraz ciepło. Tlen pobierany jest zwykle z powietrza atmosferycznego, natomiast wodór dostarczany jest w postaci czystej lub jest wytwarzany w urządzeniu zwanym reformerem (zewnętrznym lub wewnętrznym), w którym gaz powstaje w procesie rozkładu paliwa pierwotnego.

5. Zgazowanie węgla zintegrowane z ogniwami paliwowymi- IGFC

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych28
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

W prezentowanym układzie w wyniku zgazowania węgla powstaje gaz syntezowy (syngaz) składający się główni z wodoru oraz tlenku węgla oraz śladowych ilości CO2 oraz CH4. Oczyszczony syngaz po odseparowaniu CO2 zostaje wprowadzony do anody ogniwa wysoko-temperaturowego (SOFC, MCFC). Maksymalny poziom sprawności takich układów to obecnie 55 %, a w perspektywie nawet 70 %.

Doświadczalne instalacje z ogniwami paliwowymi pracują m.in. w USA, Niemczech, Holandii i Anglii. Wabash River Energy, Indiana – 2MW. EAGLE: IGFC-50MWe do 2010 r.; 600 MWe do 2020 r.

Podsumowanie. Z technicznego punktu widzenia możliwa jest budowa tego typu obiektów energetycznych, chociaż komercyjna oferta urządzeń jest ograniczona. Barierą w stosowaniu tych instalacji na szeroką skalę są znaczne koszty inwestycyjne.

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych29
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Reakcje chemiczne zachodzące w trakcie omawianego procesu spalania węgla:

Reakcje w reduktorze: Reakcje w utleniaczu:

Spalanie:

CaSO4 + 2C + Q  2CO2 + CaS [1s] CaS + 2O2 CaSO4 + Q [2s]

CaSO4 + 8H + Q  4H2O + CaS [3s]

Kalcynacja / siarczkowanie:

2CaCO3 + 2S + C + Q  2CaS + 3CO2[4s]

Węgiel jest doprowadzany do reduktora gdzie następuje jego utlenianie tlenem z CaSO4 {reakcje [1s] oraz [3s]}. Do reduktora doprowadzany jest również kamień wapienny. Służy on do wychwytywania siarki zawartej w węglu {reakcja [4s]}, połączonego z powstawaniem CaS, spełniającego rolę nośnika tlenu. Spaliny powstające w reduktorze zawierają głównie CO2 oraz H2O jak też zanieczyszczenia (SO2, NOx i CO). Spaliny te są podobne do spalin pochodzących z innych systemów spalania tlenowego. Wytwarzane w reduktorze CaS jest kierowane do natleniania, gdzie wiąże się z tlenem zawartym w powietrzu wytwarzając CaSO4{reakcja [2s]}. Zarówno utleniacz jak i reduktor są cyrkulacyjnymi złożami fluidalnymi wyposażonymi w cyklony i układy recyrkulacji. Części stałe cyrkulują pomiędzy tymi dwoma układami powodując transfer nośnika tlenu CaS  CaSO4. W celu zaabsorbowania nadmiaru ciepła wytwarzanego w utleniaczu, CaS przed dotarciem do niego zostaje schłodzone w wymienniku MBHE (Moving Bed Heat Exchanger). W wymienniku MBHE zachodzi transfer ciepła uzyskiwanego z chłodzenia całego układu paliwowo-gazowego do układu parowo-wodnego.

  • 6. Spalanie węgla z wykorzystaniem pętli chemicznej CAS/CASO4 jako nośnika tlenu

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych30
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Technologia znajduje się na etapie prób i badań. W oparciu o dotychczasowe wyniki badań przeprowadzonych na instalacji badawczej (Process Development Unit PDU) firma Alstom przewiduje, że dla układu o mocy 164 MWe (netto) sprawność cieplna (HHV – netto) wynosi obecnie 30,9%; koszt energii elektrycznej: 5,8 ¢/kWh; emisja: CO2 32 g/kWh; koszt ograniczania emisji CO2: 13 $/t CO2 oraz koszt inwestycyjny ~1660 $/kW.

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych31
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

7. Zgazowanie węgla z wykorzystaniem pętli chemicznych: CaS/CaSO4 (nośnik O2)

oraz CaO/CaCO3 (nośnik CO2)

Poniżej przedstawiono reakcje chemiczne zachodzące w:

Reduktorze Utleniaczu

Reakcje zgazowania

4C + CaSO4 + Q  4CO + CaS [1g] CaS + 2O2 CaSO4 + Q [2g] 8H + CaSO4 + Q  CaS + 4H2O [3g]

H2O + C + Q  H2 + CO [4g] Kalcynatorze

Reakcja konwersji CO CaCO3 + Q  CaO + CO2 [5g]

CO + H2O  H2 + CO2 [6g]

Reakcja kalcynacji

CaO + CO2 CaCO3 + Q [7g]

Ze względu na niedobór tlenu, produktem reakcji zgazowania węgla jest H2 oraz CO obok CaS i H2O {reakcje [1g] oraz [3g]}, te ostatnie występują również w przypadku spalania. Wynikiem reakcji [7g] a następnie reakcji [5g] jest etapowe przenoszenie CO2 z reduktora do kalcynatora a następnie do sekwestracji. W rezultacie w reduktorze pozostaje gaz średniokaloryczny o wysokiej zawartości wodoru.Po dalszym oczyszczeniu i sprężeniu gaz ten może być np. spalany w turbinie gazowej. Utleniacz działa podobnie jak w przypadku procesu spalania{reakcje [2g] = [2s]}z wykorzystaniem CaS/CaSO4 jako nośnika tlenu. Podstawowym elementem kalcynatora jest złoże fluidalne o temperaturze 870oC.

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych32
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Doprowadzenie z reduktora CaCO3 wraz z dodatkiem kamienia wapiennego daje w efekcie CaO oraz CO2 {reakcja [5g]}. CaO powraca do reduktora (pętla cyrkulacyjna) natomiast gorące CO2 po schłodzeniu (odzysk ciepła) może być kierowane do sekwestracji. Ciepło do kalcynatora zapewnia dopływ gorących (980oC) cząstek złoża fluidalnego w utleniaczu (termodynamiczna pętla cyrkulacyjna).

Doprowadzane z reduktora

Technologia znajduje się na etapie prób i badań. W oparciu o dotychczasowe wyniki badań przeprowadzonych na instalacji badawczej (Process Development Unit PDU) firma Alstom przewiduje, że dla układu zgazowania o mocy 257 MWe (netto) sprawność cieplna (HHV – netto) wynosi obecnie 36,9%; koszt energii elektrycznej: 5,2 ¢/kWh; emisja: CO2 41 g/kWh; koszt ograniczania emisji CO2: 11 $/t CO2 oraz koszt inwestycyjny ~1380 $/kW.

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych33
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych34
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych35
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

Zeroemisyjna Gospodarka Energią – czerwiec 2009

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych36

62.9

Zdyskontowane koszty energii elektrycznej [$2007/MWh]

INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych

[$2007/MWh]

instytut energetyki zak ad proces w cieplnych37
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Wnioski
  • Obecnie ocenić można, że wprowadzenie radykalnego ograniczenia emisji CO2 przez w miarę nowoczesną elektrownię węglową spowodowałoby wzrost kosztu produkcji energii elektrycznej o co najmniej 60% a cała operacja trwałaby zapewne 6÷8 lat
  • W wersji bez redukcji emisji CO2najtańszą energię elektryczną produkują obecnie bloki kocioł-turbina parowa, zwłaszcza na parametry nadkrytyczne. Obecnie nie jest pewne czy wprowadzenie parametrów ultra-nadkrytycznych przyniesie dalszą obniżkę kosztu produkcji energii.
  • Prowadzone obecnie prace badawczo-rozwojowe w zakresie nowych sorbentów jak też w zakresie wysokotemperaturowej regeneracji sorbentów, doprowadzić mogą do obniżenia kosztów wychwytu CO2.
  • W wersji z redukcją emisji CO2,bloki IGCC są obecnie bardziej ekonomiczne od bloków kocioł-turbina parowa. W tej wersji wprowadzenie ultra-nadkrytycznych parametrów pary rokuje osiągnięcie przez bloki kocioł-turbina, kosztów produkcji energii elektrycznej porównywalnych z blokami IGCC.
instytut energetyki zak ad proces w cieplnych38
INSTYTUT ENERGETYKI Zakład Procesów Cieplnych
  • Wnioski (dokończenie)
  • Bloki IGCC nie mogą być opcją modernizacji starych elektrowni węglowych – mogą one być przewidywane tylko dla nowo budowanych obiektów.
  • W energetyce przeważa opinia, że bloki IGCC są drogie i niepewne ruchowo. Jednakże całkowita moc cieplna bloków IGCC zainstalowanych w światowym przemyśle chemicznym (w tym petrochemicznym) przekracza 45 000 MWt a ważna dla redukcji emisji CO2 technologia konwersji wodnej tlenku węgla na CO2 i H2, została opanowana.
  • Najwięcej bloków IGCC instalowanych jest obecnie w Chinach
  • Alternatywą do omówionych metod może być w przyszłości technologia spalania tlenowego (Oxy-Combustion), brak jest jednak dostępnych danych dotyczących kosztów zastosowania tej technologii.