s e m i n a r i u m wybrane wyniki badaŃ zadania 1 w a r … · 2018-08-03 · • wzrostu...
Post on 28-Feb-2019
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
S E M I N A R I U M
W Y B R A N E W Y N I K I B A D A Ń Z a d a n i a 1 W a r s z a w a 0 1 1 2 2 0 1 1
T a d e u s z C h m i e l n i a k
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
W zadaniu 1 projektu strategicznego (Lider Politechnika Śląska): Opracowanie technologii dla
wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2
ze spalin, sformułowano tematy, których rozwiązanie jest ukierunkowane na:
Opracowanie i weryfikację nowych koncepcji wzrostu sprawności obiegu siłowni
kondensacyjnych (w tym o najwyższych ultranadkrytycznych parametrach pary),
Opracowanie i sprawdzenie w skali pilotowej procesów wychwytu CO2 ze spalin,
Znalezienie rozwiązań technologicznych dla redukcji strat sprawności spowodowanych
usuwaniem CO2 ze spalin.
Osiągnięcie tych celów powinno przyśpieszyć i ułatwić wprowadzenie do polskiego systemu
wytwarzania elektryczności niskoemisyjnego bloku węglowego o wysokiej sprawności. Cele
te są spójne z polityką energetyczną UE oraz polityką energetyczną Polski do 2030.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Cele programu są także spójne z:
A.KIERUNKAMI ROZWOJU CZYSTYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH W POLSCE (Warszawa, 2010r. Ministerstwo Gospodarki), które sformułowano następująco: � • Wniesienie konstruktywnego wkładu w realizację zrównoważonego rozwoju gospodarki poprzez ograniczenie
oddziaływania energetyki na środowisko, zgodnie ze zobowiązaniami Traktatu Akcesyjnego i dyrektywami Unii Europejskiej (główne ramy prawne narzuca dyrektywa o geologicznym składowaniu CO2, dyrektywa o ETS
oraz nowa dyrektywa o emisjach przemysłowych), • �Stworzenie warunków dla funkcjonowania mechanizmów przystosowujących polską gospodarkę do nowych
regulacji klimatycznych, także w aspekcie bezpieczeństwa energetycznego Polski, • �Wsparcie modernizacji i rozbudowy potencjału polskiej energetyki opartej na węglu, • �W odniesieniu do całkowicie nowej dla sektora elektroenergetycznego technologii wychwytu i geologicznego
magazynowania dwutlenku węgla (CCS), wsparcie budowy obiektów demonstracyjnych dla przetestowania i ewentualnej komercjalizacji produkcji energii elektrycznej, ciepła i/lub produktów chemicznych z możliwością
wychwytu i geologicznego składowania CO2, • �Wsparcie powstawania obiektów demonstracyjnych/instalacji dla innych czystych technologii węglowych oraz
dla technologii utylizacji dwutlenku węgla.
B. KRAJOWYM PROGRAMEM BADAŃ(ZAŁOŻENIAMI POLITYKI NAUKOWO – TECHNICZNEJ I
INNOWACYJNEJ PAŃSTWA, Załącznik do uchwały nr 164/2011 Rady Ministrów z dnia 16 sierpnia 2011 r.),
gdzie znajdujemy m. in. stwierdzenia: Energetyka krajowa wykorzystuje jedne z największych na świecie zasobów węgla kamiennego i brunatnego. Z tego względu Polska powinna stać się krajem promującym i rozwijającym technologie czystego węgla. Wykorzystanie węgla do produkcji czystej energii elektrycznej, syntetycznych paliw oraz substancji chemicznych wymaga rozwijania bezpiecznych dla ludzi i środowiska technologii czystego węgla.
KONSORCJUM
• Politechnika Śląska • Politechnika Wrocławska • Politechnika Częstochowska • Politechnika Krakowska • Politechnika Łódzka • Politechnika Warszawska • Akademia Górniczo - Hutnicza • Instytut Maszyn Przepływowych PAN • Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla • TAURON Polska Energia S.A. • TAURON Wytwarzanie S.A. • RAFAKO S.A. • EUROL Innovative Technology Solutions Sp. z o. o.
WSPÓŁUDZIAŁ PRZEMYSŁU
• TAURON Polska Energia S.A.
• TAURON Wytwarzanie S.A.
• RAFAKO S.A.
• EUROL
• Inni: Elektrownia Stalowa Wola, El. Skawina, Kogeneracja – Wrocław
Około 15 mln zł.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
A. Opracowanie i weryfikację nowych koncepcji wzrostu sprawności obiegu siłowni kondensacyjnych (w tym o najwyższych ultranadkrytycznych parametrach pary)
Wzrostu sprawności wytwarzania energii elektrycznej w układach siłowni parowych można oczekiwać jako następstwo:
• Wzrostu parametrów pary pierwotnej i temperatury pary wtórnej, • Doskonalenia struktury obiegu, • Optymalizacji parametrów obiegu (np. dobór ciśnienia wtórnych przegrzewów, dobór
przyrostów temperatury w podgrzewaczach), • Zmniejszania ciśnienia w skraplaczu łącznie z optymalizacją wylotów z turbiny, • Doskonalenia maszyn i urządzeń obiegu.
η = 45% e=0.742 kg/kWh
η = 50% e=0.668 kg/kWh
η = 55% e=0.607 kg/kWh
Zastąpienie bloków o
sprawności 36% blokami o
sprawności 45% zmniejsza
roczną emisję CO2 o 1.5-1.7
mln ton na każde 1000MW
zainstalowanej mocy
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Sprawność obiegu 50.92 %
Moc elektryczna brutto (na zaciskach generatora) 900.0 MW
Sprawność bloku brutto (dla węgla kamiennego) 49.1 %
Moc elektryczna netto (wskaźnik potrzeb własnych:
0.075) 832.5 MW
Sprawność bloku netto 45.42 %
Jednostkowe zużycie ciepła 6928.8 kJ/kWh
Parametry pary zasilającej turbinę:
Ciśnienie pary pierwotnej – 30 MPa Temperatura pary pierwotnej – 650 oC Temperatura pary wtórnej – 670 oC
OBIEG WYJŚCIOWY
48,04 48,11
49,06
47,50
48,00
48,50
49,00
49,50
Sp
raw
no
ść b
lok
u (
bru
tto
) *%
+
600/610 600/620 650/670
Temperatura pary świeżej i wtórnie przegrzanej *oC]
Wpływ temperatury pary świeżej i wtórnie przegrzanej na sprawność bloku
180,07179,81
176,30
174,00
175,00
176,00
177,00
178,00
179,00
180,00
181,00
Stru
mie
o C
O2
[kg/
s]
600/610 600/620 650/670
Temperatura pary świeżej i wtórnie przegrzanej *oC]
Wpływ temperatury pary świeżej i wtórnie przegrzanej na strumień produkowanego
CO2
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Przyrost sprawności bloku wykorzystującego ciepło spalin wylotowych wynosi odpowiednio od ok. 0,25 do ok. 0,7 punktu procentowego. Sprawdzenie na obiekcie pilotowym
1.Wykorzystanie ciepła odpadowego do podgrzania kondensatu obiegu głównego
12,07 12,10
12,52
11,54
12,80
11,10
12,21
11,72
12,77
10,92
12,61
11,40
9,5
10,0
10,5
11,0
11,5
12,0
12,5
13,0
Mo
c w
ew
nętr
zn
a t
urb
iny
OR
C,
MW
etanol amoniak freon 123 izopentan R141b heptan pentafluoropropan
Porównanie mocy turbiny ORC dla rozważanych czynników niskowrzących w przypadku wykorzystania
spalin z węgla brunatnego
Mokre czynniki robocze Suche czynniki robocze
3.Zastosowanie spalin wylotowych do suszenia węgla
WZROST EFEKTYWNOŚCI ISTNIEJĄCYCH I NOWYCH
BLOKÓW ENERGETYCZNYCH
WYKORZYSTANIE CIEPŁA ZE SPALIN WYLOTOWYCH Z KOTŁA – OCENA POPRAWY SPRAWNOŚCI BLOKU
2.Wykorzystanie ciepła ze spalin w obiegach ORC
44,55
46,23
43,50
44,00
44,50
45,00
45,50
46,00
46,50
unit without a drier unit with a drier
un
it e
ffic
ien
cy
%
88,41
91,74
86,00
87,00
88,00
89,00
90,00
91,00
92,00
unit without a drier unit with a drier
bo
ile
r e
ffic
ien
cy
%
Opracowanie innowacyjnego sposobu suszenia i jednoczesnego
mielenia węgla z wykorzystaniem młyna elektromagnetycznego.
Opracowanie i zbudowane urządzenia w skali półtechnicznej przed-prototypowej.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
PROJEKT INSTALACJI BADAWCZEJ SUSZENIA WĘGLA
Z WYKORZYSTANIEM MŁYNA ELEKTROMAGNETYCZNEGO
Schemat instalacji: 1 – Podajnik paliwa 2 – Młyn elektromagnetyczny 3 – Komora odprowadzania wyparów
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
WZROST EFEKTYWNOŚCI ISTNIEJĄCYCH I NOWYCH BLOKÓW ENERGETYCZNYCH c.d.
Przegrzew wewnętrzny
W przypadku turbiny o mocy 460 MW zysk sprawnościowy wynosi 0.7%, natomiast zysk w jednostkowym zużyciu ciepła jest na poziomie 109 kJ/kWh.
Określenie potencjalnych możliwości zastosowania przegrzewu wewnętrznego w nowych instalacjach i blokach istniejących z uwzględnieniem ograniczeń technologicznych i analizy ekonomicznej.
Studium wykonalności technicznej przegrzewu wewnętrznego dla bloków istniejących i nowoprojektowanych.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
SCR
LUVO
Kocioł
ESP
Ok.120 m
70 m
Założenia dla kotła na parametry USC (1) Kocioł przepływowy (typu Benson), wieżowy, jednociągowy z pojedynczym przegrzewem pary międzystopniowej, bez rusztu opalającego, o następujących parametrach:
Temperatura pary pierwotnej - 653°C Temperatura pary wtórnej - 672°C Ciśnienie pary pierwotnej - 303 bar Ciśnienie pary wtórnej - 60 bar Wydajność kotła przy nominalnym obciążeniu bloku - ca 2250 t/h Sprawność kotła przy nominalnym obciążeniu bloku - 94,3 % (odniesiona od temperatury spalin za LUVO) Temperatura spalin za obrotowym podgrzewaczem powietrza - 120 °C Temperatura wody zasilającej - 315 °C
SCR - emisja NOx - 100 mg/mn3 przy CCS - 30 mg/mn3 IOS - emisja SO2 - 100 mg/mn3 przy CCS - 25 mg/mn3 Stężenie pyłu za elektrofiltrem - 30 mg/mn3 przy CCS - 10 mg/mn3 Stężenie pyłu za IOS - 10 mg/mn3 przy CCS - 5 mg/mn3 Stężenie CO <100 mg/mn3
WYSPA KOTŁOWA BLOKU NA PARAMETRY USC
KONKLUZJA
Przeprowadzone studia konstrukcyjne i obliczenia wskazują, że obecnie istnieje możliwość zaprojektowania kotła przepływowego na parametry nadkrytyczne (303bar/653ºC/60bar/672ºC) dla bloku o mocy 900 MWe wykorzystując aktualnie dostępne na światowym rynku materiały.
Wstępne analizy wykazały również, że blok z kotłem o takich parametrach będzie miał sprawność netto ≥ 48,0%. Będzie zużywał ~610 000 ton mniej węgla kamiennego rocznie oraz emitował do powietrza około 1 430 000 ton CO2 mniej w ciągu roku w stosunku do obecnie eksploatowanych bloków o maksymalnej sprawności 37,5% netto
37,5% 45% Blok rozpatrywany
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
a
)
b) c)
Badania materiałowe koncentrują się na nowych stalach austenitycznych i stopach niklu wybranych do zastosowania na elementy krytyczne cienko- i grubościenne referencyjnego kotła na parametry supernadkrytyczne 29MPa/653/674o C. Są to: Sanicro 25, HR6W, Inconel 617 oraz In 617 mod. Materiały te spełniają odpowiednie wymagania wytrzymałościowe i odporności korozyjnej, jakkolwiek ich charakterystyki własności użytkowych w temperaturze w zakresie 650-700 o C nie są w pełni opracowane. W szczególności badania koncentrują się na opanowaniu technologii spawania i gięcia w warunkach przemysłowych oraz weryfikacji technologii spawania i opracowaniu wymaganych charakterystyk własności użytkowych. Badania w tym zakresie są pionierskimi w skali kraju.
BADANIA MATERIAŁOWE
MAKRO I MIKROSTRUKTURA ZŁĄCZA HR6W ZŁĄCZE DOCZOŁOWE SANICRO 25
Wykonane złącza cienkościenne z nowych stali wytworzone w warunkach dużego wytwórcy elementów kotłowych spełniały wymagania jakościowe oraz własności technologicznych (gięcia)
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
GRUBOŚCIENNE MIESZANE ZŁĄCZE SPAWANE KOMORY (In617-P92)
Rodzaj stosowanych tworzyw
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
ZAAWANSOWANE MODELE I ALGORYTMY
OPTYMALIZACYJNE
2. Model strukturalny kotła zbudowany z wykorzystaniem modeli powłokowo-belkowych,
które umożliwiają wierne odwzorowanie geometrii. W modelach uwzględniona zostanie
izolacja lekka (wełna mineralna) i ciężka (obmurze, cegła szamotowa). Walidacja
wyników obliczeniowych zostanie przeprowadzona z wykorzystaniem danych
pomiarowych dla obiektu rzeczywistego dużej mocy.
1. Opracowanie i przetestowanie metodyki, algorytmów i programów do numerycznych
symulacji pracy wysokosprawnego bloku siłowni kondensacyjnej i elektrociepłowni, w tym
wyposażonych w instalację wychwytu dwutlenku węgla.
Modele zero-przestrzenne i wielowymiarowe. Wykorzystanie: charakterystyki statyczne
i quasi-statyczne, optymalizacja struktury technologicznej bloków o złożonej strukturze
technologicznej. Symulacja procesów separacji dwutlenku węgla i ich integracji z
instalacja energetyczną.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Nowe systemy nadzoru eksploatacyjnego, ocena ryzyka oraz planowanie gospodarki diagnostyczno – remontowej bloków energetycznych nowych generacji i obecnie użytkowanych oraz instalacji energetycznych
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Analiza relacji naprężenia – resztkowe - pole
magnetyczne NOWE TECHNIKI BADAŃ MIKROPRÓBEK MATERIAŁÓW STOSOWANYCH W BUDOWIE
TURBIN NA PARAMETRY SUPERNADKRYTYCZNE
Stanowisko laboratoryjne (model wlotowej części turbiny z chłodzeniem)
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Badania pilotowe procesów wychwytu CO2 ze spalin dla różnych klas sorbentów
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
ŚCIEŻKA DOCHODZENIA DO INSTALACJI PILOTOWEJ USUWANIA CO2
Stanowisko do badań mechanizmów absorpcji CO2 w ciekłych sorbentach Uruchomienie 11.2010
Stanowisko do badań usuwania CO2 z mieszaniny gazów. Wydajność: 5 mn
3/h Uruchomienie: 04.2011
Realizacja Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla TAURON Wytwarzanie S.A. TAURON Polska Energia S.A. Pol. Śląska
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Stanowisko testowe procesu usuwania CO2
Uruchomienie: 03.2012 Wydajność: 20-100 mn
3/h
Przewoźna Instalacja Pilotowa do usuwania CO2 ze spalin. Wydajność: 100-200 mn
3/h Uruchomienie: 03.2013
Wizualizacja Instalacji Pilotowej na El. Łaziska
Wizualizacja Instalacji Pilotowej
na El. Jaworzno
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Ciepło potrzebne do desorbcji [MJ/kg CO2]
40.0
42.0
44.0
46.0
48.0
Spra
wność w
ytw
arz
an
ia e
ne
rgii
ele
ktr
ycznre
j (b
rutt
o)
[%]
720.0
760.0
800.0
840.0
880.0
920.0
Mo
c e
lektr
yczn
a (
bru
tto)
[MW
]
Sprawność wytwarzania energii elektrycznej
Moc elektryczna
Wpływ energochłonności procesu separacji na wskaźniki pracy bloku
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
FWH_LP2FWH_LP3FWH_LP4
FWH_LP1
FWH_HP2
DSH
HP IP LP B
~
WARIANT 1
WARIANT 2
HE_CCS
FWH_HP1
FWH_HP3
~
WP SP NP
HE_CCS
~
DOBUDOWANE STOPNIE
USUNIĘTE STOPNIE
09a
06a
07a
08a
NP 1
06b
07b
08b
NP 2
09b
DO SEPARACJI
CO2
m05a = 218.5 kg/s m05b = 218.5 kg/s
usunieta część NP
Integracja bloku z instalacją separacji CO2
EMISJA SO2 Badania na obiektach
rzeczywistych
Wykonane badania wykazały, iż zastosowanie kwasu cytrynowego jako addytywu do roztworu zawiesiny mączki kamienia wapiennego w każdym zbadanym stężeniu (w zakresie 100-500 ppm) powoduje obniżenie poziomu stężeń SOx i podwyższa skuteczność odsiarczania SOx w stosunku do eksploatacji IOS tylko z zastosowaniem zawiesiny mączki kamienia wapiennego.
Badania wykazały, iż przy stężeniu kwasu cytrynowego na poziomie 500 ppm w zawiesinie cyrkulacyjnej poziom stężeń SOx w spalinach za absorberem wynosił 41 mg/mn
3 spalin suchych, 6% O2 (w tym SO2 poniżej 40 mg/mn
3 spalin suchych, 6% O2 tj. poniżej 15ppm) przy poziomie stężeń SOx na wlocie do IOS wynoszącym 2300 mg/mn
3 spalin suchych, 6% O2 przy jednoczesnym uzyskiwaniu skuteczności odsiarczania SOx na poziomie 98%.
•
• Sposób realizacji
EMISJA SO2 Badania na obiektach
rzeczywistych c.d.
Schemat instalacji, 1 – kocioł, 2 – podgrzewacz obrotowy, 3 – elektrofiltr, 4 - I węzeł oczyszczania spalin, 5 – kondycjoner spalin
SO2 = 30 mg/mn3 (6%O2), NOx = 30 mg/mn
3 (6%O2),
pył = 5 mg/mn3 (6%O2), Hg = 0,5 μg/ mn
3 (6%O2).
Nowoczesność proponowanego w projekcie rozwiązania polega na jednoczesnym usuwaniu SO2, NOx i rtęci z zastosowaniem procesu utleniania NO oraz Hg oraz sorpcji produktów utleniania wraz z SO2 w kolumnie absorpcyjnej, która zostanie wykorzystana do obniżenia temperatury spalin.
Budowie instalacji pilotowej składającej się z: przyłącza kanału spalin z kotła OP 430 (1), za elektrofiltrem (3), węzła wstępnego oczyszczania spalin (4) oraz węzła kondycjonowania spalin (5) redukującego stężenia zanieczyszczeń.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
h = 0,84P = 1,832
N = 6473,8 kWi1
h = 0,82P = 1,826
N = 6562,3 kWi2
N = 12862,12 kWiI
p = 1,515 bar
t
1
1= 28 Co
p = 2,775 bar
t
2
2= 78,66 Co
p = 2,692 bar
t
1
1= 20 Co
p = 4,924 bar
t
2
2= 70,85 Co
1 2
1 2
Q = 7657,67 kW1 Q = 6716,4 kW2
h = 0,78
P = 1,818
N = 6614,4 kWi3
h = 0,75P = 1,819
N = 6754,3 kWi4
N = 13368,76 kWiII
p = 4,802 bar
t1
1= 20 C
o
p = 8,734 bar
t
2
2= 73,07 Co
p = 8,55 bar
t1
1= 20 C
o
p = 15,55 bar
t
2
2= 75,12 Co
3 4
3 4
Q = 7191,354 kW3 Q = 7945,792 kW4
h = 0,70P = 1,806
N = 6839 kWi5
h = 0,65P = 1,812
N = 6755,2 kWi6
N = 13594,24 kWiIII
p = 15,255 bar
t
1
1= 20 Co
p = 27,45 bar
t
2
2= 77,08 Co
p = 27,1 bar
t
1
1= 20 Co
p = 48,64 bar
t
2
2= 78,54 Co
5 6
5 6
Q = 9637 kW5 Q = 12169 kW6
h = 0,60P = 1,8
N = 5828,3 kWi7
h = 0,56P = 1,765
N = 1907,5 kWi8
N = kW ( kW)iIV 7735,8 13926
p = 48,26 bar
t
1
1= 20 Co
p = 86,27 bar
t2
2= 74,91 Co
p = 85,93 bar1
t = 20 C(75,37 C)
1
o
o
p = 153 bart
2
2= 29,4 C
(141,35 C)
o
o
7 8
7 8
Q = 0,0 kW (34331,556 kW)7 Q = 23564 kW8
p = 152,6 bar
t2
2= (90 C)o
(8097,94 kW)
( ) - bez chłodnicy 7
Transport CO2
Możliwość zróżnicowania liczby obrotów oraz stosowania chłodzenia czynnika za każdym stopniem w zintegrowanych sprężarkach przekładniowych powoduje znaczące zmniejszenie zużycia energii w granicach 21%.
Znaczące oszczędności energii można uzyskać poprzez wykroplenie CO2 w procesie sprężania i następnie pompowanie do ciśnienia końcowego.
Dalsze zmniejszenie ciśnienia wykroplenia i tym samym zmniejszenie energii niezbędnej do sprężenia czynnika można uzyskać poprzez zastosowanie obiegu ziębniczego. W tym przypadku oszczędności energii dochodzą do 46% bez uwzględnienia energii zużytej w procesie kriogenicznym.
Duże nadzieje wiąże się z wprowadzeniem do procesu sprężania CO2 dwustopniowych sprężarek naddźwiękowych z falą uderzeniową. Przewidywane korzyści zastosowania tego typu sprężarek to: wysoka sprawność, wysoki spręż stopnia Π=10, 1/10 wymiarów, zmniejszenie o 50-60% kosztów kapitałowych.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Mapa rozkładu porowatości skały złożowej
Mapa rozkładu przepuszczalności skały
złożowej
Mapa rozkładu nasycenia wodą skały złożowej
Mapa strukturalna złoża przeznaczonego do
zatłaczania dwutlenku węgla
WYNIKI ANALIZY GEOLOGICZNEJ ZŁOŻA PRZEZNACZONEGO DO ZATŁACZANIA DWUTLENKU WĘGLA
Określenie wykonalności technicznej i ekonomicznej zwiększenia efektywności wydobycia ropy naftowej z częściowym zatrzymywaniem CO2 w strukturach geologicznych
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Projekt PBS-1 stanowi wkład rzeczowy, tzw. wkład ‘in-kind’ w wielu projektach
innowacyjnych , w tym:
Multi-fuel energy generation for Sustainable and Efficient use of Coal (SECoal)’
Advanced near zero emission Coal fired Power Plant (ACoPP)’
realizowanych w ramach Wspólnoty Wiedzy i Innowacji KIC InnoEnergy.
W szczególności etap II.7.2 stanowi wkład w zadaniu Task 4.2 ‘Mitigation of negative
impacts of co-utilization with use of innovative fuel additives (slagging, fouling, alkali metals
capture)’ , a etap III.1.6 stanowi ww. wkład w zadaniu Task 3.2 ‘Exfoliation phenomena in
USC conditions
Wspólnota Wiedzy i Innowacji KIC InnoEnergy.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
WARTOŚCI APLIKACYJNE
We wszystkich grupach tematycznych przewiduje się uzyskanie wyników o istotnym znaczeniu przemysłowym. Część z nich będzie wspomagać wcześniej zgłoszone patenty, część będzie podstawą do opracowania nowych zgłoszeń patentowych. Opracowane nowe koncepcje metodologiczne znajdą zastosowane do badań i analizy technologii mających znaczenie dla rozwoju niskoemisyjnych instalacji wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Wiele pomysłów sprawdzonych w badaniach pilotowych będzie podstawą do opracowania nowych technologii w zakresie wzrostu sprawności wytwarzania energii elektrycznej i w dalszej perspektywie w zakresie wychwytu dwutlenku węgla . Należy oczekiwać propozycji nowych koncepcji prowadzenia eksploatacji bloków dużej mocy( w tym także z punktu widzenia zmienności obciążenia systemu energetycznego). Udział w badaniach instytucji przemysłowych jest z jednej strony gwarancją uwzględnienia kryterium użyteczności w formułowaniu programu badań, z drugiej dostrzegania konieczności wspomagania procesów inwestycyjnych w zakresie nowych technologii w polskiej energetyce. Potencjalnymi nabywcami praw własności intelektualnych wytworzonych w realizacji zadania 1 poza obszarem objętym umowami z członkami Konsorcjum i Partnerami przemysłowymi mogą być elektrownie węglowe i elektrociepłownie np.: PGE Elektrownia Turów SA, PGE Elektrownia Bełchatów SA, Elektrownie skupione w PKE S.A., Elektrownia Rybnik, Elektrownia Połaniec, Elektrownia Kozienice, Zespół Elektrowni Dolna Odra, PGE Elektrownia Opole, ZE PAK Elektrownia Pątnów, Elektrociepłownia Rzeszów, Alstom Power, Foster Wheeler Energy i inne. Wyniki badań przekazywane mogą być także za pośrednictwem Polskiego Towarzystwa Elektrociepłowni Zawodowych (PTEZ) zgodnie z odpowiednimi umowami.
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
Zagadnienia rozpatrywane w zadaniu 1 projektu mają znaczenie dla rozwoju węglowych
technologii energetycznych zarówno w krótkiej, średniej jak i długiej, perspektywie czasowej. W
okresie krótko i średnioterminowym uzyskane wyniki powinny umożliwić wzrost sprawności,
niezawodności i elastyczności cieplnej bloków dużej mocy( co ma istotne znaczenie dla szerszego
wprowadzenia źródeł odnawialnych do systemu energetycznego) przy jednoczesnym spełnieniu
wymogów ochrony środowiska, a w długoterminowym radykalne ograniczenie emisji dwutlenku
węgla w siłowniach węglowych. W tym ostatnim przypadku ważne znaczenie będą miały wyniki
pracy budowanych w projekcie mobilnych instalacji pilotowych usuwania CO2. W pierwszym roku
realizacji projektu oprócz opracowania wielu narzędzi metodologicznych, zbudowano wiele
instalacji eksperymentalnych, w tym także instalacje weryfikujące koncepcje nowych metod
diagnostycznych. Z eksploatacyjnego punktu widzenia ważne wyniki uzyskano m.in. w badaniu na
obiektach rzeczywistych nowych koncepcji ograniczenia emisji SO2. Wyniki projektu wspomagając
rozwój technologiczny czystych technologii węglowych bezpośrednio służą bezpiecznemu
technicznie i ekonomicznie dostępowi do energii elektrycznej (z wykorzystaniem własnych zasobów
paliwowych). W okresie krótkoterminowym nie bez znaczenia jest fakt wykorzystania zdobytej
wiedzy we wspomaganiu decyzji inwestycyjnych.
PODSUMOWANIE
STRATEGICZNY PROGRAM BADAWCZY
ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 1:
OPRACOWANIE TECHNOLOGII DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH
Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
Węgiel kamienny 59%
Węgiel brunatny 34%
Gaz ziemny 3%
Produkty naftowe 1% Energia odnawialna
3%
Odpady 0,5%
SCENARIUSZE I
KORYTARZ POLITYCZNY (UE)
2020 2040 2050
…………
….
2100 (?) 2030 2010
Koniec energetyki paliw kopalnych?. Brak technologii 100% wychwytu CO2.
Źródło: COM (2011) 112,
SCENARIUSZE II
KORYTARZ POLITYCZNY (Polska)
2020 2040 2050
…………
….
2100 (?) 2030 2010
Węgiel kamienny 59%
Węgiel brunatny 34%
Gaz ziemny 3%
Produkty naftowe 1% Energia odnawialna
3%
Odpady 0,5%
Pozostałe
0,5%
Paliwo
jądrowe
15,7%
Produkty
naftowe
1,5% Gaz ziemny
6,6%Węgiel brunatny
21,0%
Węgiel
kamienny
36%
OZE
18,8%
Źródło IEA
top related