Suszenie wegla

advertisement
Wydział Mechaniczno-Energetyczny
Dr inż. JANUSZ LICHOTA
Stan wiedzy w zakresie
suszenia węgla
w elektrowniach
Spis treści
• Możliwości wykorzystania ciepła niskotemperaturowego
• Niskotemperaturowe instalacje suszenia węgla
- instalacja cieplna
- sposób działania
- wyniki testów
- opłacalność ekonomiczna
- instalacja cieplno-chemiczna
• Wysokotemperaturowe instalacje suszenia węgla WTA,
DWT
• Podsumowanie
Wykorzystanie ciepła niskotemperaturowego
Suszenie węgla
Za instalacją odsiarczania spalin
Przed LUVO
Ciepło dla ciepłownictwa
Przykład 1
(Coal Creek Station)
WPŁYW WODY Z WĘGLA NA KOCIOŁ
Woda zawarta w węglu wywiera niekorzystny wpływ na sprawność kotła, moc
bloku oraz strumień ciepła.
Dla bloku o mocy 600 MW opalanego węglem brunatnym wilgoć węgla
przyczynia się do (wg Sarunac’a)
- większego o 9% strumienia węgla,
- mniejszej o 20
MW mocy bloku,
- większego o 20% strumienia spalin,
- większych kosztów utrzymania ruchu.
Czy ciepło o niskiej temperaturze może zostać użyte do zredukowania wilgoci
w węglu?
WPŁYW WODY Z WĘGLA NA KOCIOŁ
Mniej pyłu do atmosfery
Mniej popiołu na składowisko
Mniejsza strata kominowa
ciepła
Mniej SO2
Mniej CO2
Mniej NOx
Mniej Hg
Mniej wilgoci
=niższa temperatura gazów wylotowych
=mniejszy strumień objętości
=mniejsza prędkość gazu
=mniejsza moc młynów
=mniejsza moc wentylatorów
=mniesza erozja kanałów
Komin
Wysuszony
węgiel
Skruber IOS
Elektrofiltr
Wzrost sprawności
Wzrost sprawności
Wzrost sprawności
Więcej MW/tonę węgla
Mniej spalin
Mniejsza prędkość
Mniej spalin
Mniejsza prędkość
Mniejsze odparowanie
Niskotemperaturowe
instalacje do suszenia węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Od eksperymentu do instalacji przemysłowej
1997-98
1999
2000
2001
Wstępne studia
I koncepcja
Testy
suszenia
w
elektrowni
Modelowanie
Kotła
Wybór typu
suszarki fluidalnej
Testy
Laboratoryjne
Testy
Laboratoryjne
Spalanie
W elektrowni
(spalono 20 000 t)
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Od eksperymentu do instalacji przemysłowej
2002
2003-4
2005-7
2008-...
Finansowanie
z DOE
Suszarka
Pilotowa
Prototypowa
suszarka
Zastosowanie
komercyjne
Projekt
suszarki
fluidalnej
2 t/h
112 t/h
Koszt badań i wdrożenia 25 mln $
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Pilotowa instalacja uruchomiona
w Coal Creek (Północna Dakota)
2 t/h, 2003 rok
KOSZT : 460 k$
Wspierana przez DOE w ramach
programu Clean Coal Power
Initiative.
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Test: 12 000 t węgla brunatnego
Wyniki:
Redukcja wilgoci o 6.1%, z 37.5% na 31%
Wzrost sprawności kotła o 2.6% (?)
Spadek strumienia węgla o 10.8%
Spadek strumienia spalin o 4%
Spadek strumienia węgla+lepszy przemiał=
mniejsza moc młyna o 17%
Mniejszy strumień spalin i powietrza=
mniejsza moc wentylatorów o 3.8%
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Zasobnik
Suchy
węgiel
Zasyp
węgla
Suchy
węgiel
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Charakterystyka elektrowni
Transport
węgla
Około 13 MJ/kg
408 t/h
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Instalacja prototypowa
uruchomiona w Coal Creek
(Północna Dakota)
112 t/h, 2005-6 rok
Usuwa około ¼ wilgoci.
Suszy węgiel brunatny z 38%
do 29.5%
Poprawia wartość opałową z
6200 do 7045 BTU/lb
Zintegrowana z układami
sterowania elektrownią.
Wylot oparów
do atmosfery
Suszarka?
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Montaż suszarki
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Wibracyjny zsyp węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Podajnik węgla do
suszarki
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Złoże fluidalne
suszarki
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Wilgoć za
Suszarką
75 t/h
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Wartość opałowa
węgla za suszarką
75 t/h
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Wpływ suszarki na pracę kotła
14 % strumienia węgla jest suszone
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Redukcja mocy młyna
14 % strumienia węgla jest suszone
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Spadek temperatury gazów wylotowych
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Wzrost sprawności kotła
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Spadek zużycia wody w chłodni
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Dane z testów suszarki
Strumień węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Dane z testów suszarki
Moc młyna
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Dane z testów suszarki
Emisja NOx
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Odparowana woda z
suszarki jest
wprowadzana do
atmosfery
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne
Prototypowa suszarka o strumieniu 75 t/h węgla
(porównaj z danymi z instalacji pilotowej)
-zredukowała wilgoć w węglu o
-strumień węgla wprowadzanego do kotła o
-moc młyna o
-sprawność kotła o
-jednostkowy strumień ciepła w kotle o (?)
-emisję NOx o
(?)
-emisję SOx o
(?)
-strumień wody w chłodni kominowej o
-Redukcja wilgoci o 12% w ciągu 18 minut
8.25%
2%
4.5%
0,27%
0,34%
8,5%
2%
5-7 %
Jak działa suszarka ?
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
43 C
49 C
49 C
32 C
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Dwustopniowy system suszenia
Eksperymenty na bloku 546 MW (Coal Creek Station)
Koszt całkowity : 25.6 mln $ (DOE 11 mln $)
Wynik: osuszenie węgla z 38% na 29.5% poprawia sprawność kotła o 2.8%
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – Great River Energy
Węgiel
mokry
Węgiel
mokry
Powietrze + para + drobny węgiel
z kilku milimetrów
Kształt kanałów
dolotowych do suszarki
Sugeruje, że węgiel jest
popychany w prawo
przez powietrze fluidyzujące
Węgiel
wysuszony
Powietrze fluidyzujące
Model 3D suszarki docelowej
Wymiennik ciepła woda/powietrze
z poprzecznie ułożonymi
rurami ?
Grawitacyjny przesuw węgla
po wymienniku dennym ?
Opłacalność
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – granica opłacalności
Zysk ekonomiczny : 0.70
$/MWh
(wg Smouse’a, National Energy Technology Laboratory)
BOT, Elektrownia Bełchatów,
28-29 TWh rocznie energii elektrycznej
= 28*1012 Wh = 28*106 MWh
= 28 000 000 * 0.70 = 19.6
mln $ = 58 mln zł
rocznie
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne – granica opłacalności
Koszty emisji :
maleją proporcjonalnie do malejącego strumienia ciepła
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplne– granica opłacalności
Co robić z wysuszonym węglem? Kocioł jest zaprojektowany na inne paliwona mokry węgiel. Można go wprowadzać do palników rozpałkowych zamiast
oleju, które zmienią swoją funkcję i będą spalały węgiel cały czas. 10%
wysuszonego węgla nie powinno zmienić w sposób istotny warunków
spalania w kotle, dlatego warto zastosować podsuszanie np. o 10% a nie suszenie
z 50% na 15%.
Wykorzystanie ciepła odpadowego do podgrzewania wody zasilającej kocioł
nie wydaje się zasadne, ponieważ będzie użytkowane tylko przez miesiące
zimowe. A więc przez większość roku nie.
Nie można też w sposób istotny zmienić warunków przed absorberem SO2 ponieważ
temperatura spalin za kondesatorem spalin odbierającym z nich ciepło nie może spaś
do temperatury kondensacji. To nie jest paradoks – kondensuje np. 10% spalin, reszta
przyczynia się do ich odparowania. Z kolei ciepło spalin znajdujących się przed absor
jest też potrzebne do przerzucenia go za absorber, aby chronić wewnętrzne okładziny
w kotle przed wykraplaniem się kwasów.
Wysuszony węgiel można też sprzedawać właścicielom domów i spalać
W kotłach grzewczych.
Inna metoda suszenia polega na wykorzystaniu podciśnienia, woda wówczas
wrze przy niższym ciśnieniu. Węgiel jest materiałem porowatym.
Problem polega na zapewnieniu ciągłości
Przepływu węgla. Można go rozwiązać stosując duży zasobnik, do
Którego jest transportowany wysuszony węgiel. Zasobnik jest połączony z
Podajnikami węgla. Po wprowadzeniu węgla do zasobnika suszona jest
Druga porcja w suszarce podciśnieniowej. Suszarka podciśnieniowa może
Być omywana strumieniem gorących spalin. Podnosi to szybkość
odparowania wody.
Ciepła odpadowego nie da się wykorzystać do podgrzewania powietrza
Wpływającego do LUVO, ponieważ jest ono brane znad kotła i ma latem
50 C. Zapewnia dodatkową wentylację. Jedynie przez 4 miesiące zimowe
Można wykorzystać ciepło odpadowe.
Przykład 2
(Vattenfall)
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – suszarka fluidalna
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – suszarka fluidalna
Suszarka w koncepcji bloku tyou OxyFuel
Wysokotemperaturowe
instalacje do suszenia węgla
Przykład 3
(RWE)
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
Proces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – schemat procesu, WTA
BoA-Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagentechnik
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna, WTA
Braunkohlekraftwerk Niederaussem
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacja cieplna – schemat procesu, WTA
Neurath – para z upustów turbiny
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces WTA
Filtr
oparów
Zewnętrzne
źródło
pary
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces WTA
Lokalizacja instalacji pilotowej RWE : Niederaussem
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces DDWT
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces DDWT
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Proces DDWT
Instalacje
cieplno-chemiczne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplno-chemiczne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplno-chemiczne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA
Instalacje cieplno-chemiczne
Inne
zastosowania ciepła niskotemperaturowego
PRZENIESIENIE CIEPŁA ZA IOS
PODGRZEWANIE POWIETRZA DO LUVO
CIEPŁO DLA CIEPŁOWNICTWA
PODSUMOWANIE
PODSUMOWANIE
Znane technologie niskoteperaturowe
-Sarunac, opłacalność 0.7 $ / MWh
-chemiczna
wysokotemperaturowe
-DWT
-WTA
Dziękuję
za uwagę i zainteresowanie
Download