Dr inż. JANUSZ LICHOTA Stan wiedzy w zakresie suszenia węgla w elektrowniach Wydział Mechaniczno- Energetyczny
Mar 19, 2016
Dr inż. JANUSZ LICHOTA
Stan wiedzy w zakresiesuszenia węglaw elektrowniach
Wydział Mechaniczno-Energetyczny
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 węglaZa instalacją odsiarczania spalinPrzed LUVOCiepło 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?
Wzrost sprawności
Więcej MW/tonę węgla
Wzrost sprawności
Mniej spalinMniejsza prędkość
Wzrost sprawności
Mniej spalinMniejsza prędkośćMniejsze odparowanie
Skruber IOS
KominWysuszony węgiel
Elektrofiltr
Mniej pyłu do atmosferyMniej popiołu na składowiskoMniejsza strata kominowa ciepłaMniej 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
WPŁYW WODY Z WĘGLA NA KOCIOŁ
Niskotemperaturowe instalacje do suszenia węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Od eksperymentu do instalacji przemysłowej
1997-98
Wstępne studiaI koncepcja
1999
Testysuszeniaw elektrowni
2000
Modelowanie Kotła
Testy Laboratoryjne
SpalanieW elektrowni(spalono 20 000 t)
2001
Wybór typususzarki fluidalnej
Testy Laboratoryjne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Od eksperymentu do instalacji przemysłowej
2002
Finansowaniez DOE
Projekt suszarki fluidalnej
2003-4
SuszarkaPilotowa
2 t/h
2005-7
Prototypowasuszarka
112 t/h
2008-...
Zastosowaniekomercyjne
Koszt badań i wdrożenia 25 mln $
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Pilotowa instalacja uruchomionaw Coal Creek (Północna Dakota)
2 t/h, 2003 rokKOSZT : 460 k$
Wspierana przez DOE w ramachprogramu Clean Coal Power Initiative.
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 WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Zasyp węgla
Zasobnik
Suchy węgiel Suchy
węgiel
Charakterystyka elektrowni
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
408 t/h
Około 13 MJ/kg
Transport węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje 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 WĘGLAInstalacje cieplne
Montaż suszarki
Wibracyjny zsyp węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
Podajnik węgla dosuszarki
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
Złoże fluidalne suszarki
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
Wilgoć za Suszarką
75 t/h
Wartość opałowa węgla za suszarką
75 t/h
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
Wpływ suszarki na pracę kotła14 % strumienia węgla jest suszone
Redukcja mocy młyna 14 % strumienia węgla jest suszone
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Spadek temperatury gazów wylotowych
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Wzrost sprawności kotła
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Spadek zużycia wody w chłodni
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Dane z testów suszarkiStrumień węgla
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Dane z testów suszarkiMoc młyna
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Dane z testów suszarkiEmisja NOx
Odparowana woda zsuszarki jest wprowadzana doatmosfery
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne
Prototypowa suszarka o strumieniu 75 t/h węgla(porównaj z danymi z instalacji pilotowej)
-zredukowała wilgoć w węglu o 8.25% -strumień węgla wprowadzanego do kotła o 2 %-moc młyna o 4.5%-sprawność kotła o 0,27%-jednostkowy strumień ciepła w kotle o (?) 0,34%-emisję NOx o (?) 8,5%-emisję SOx o (?) 2 %-strumień wody w chłodni kominowej o 5-7 %-Redukcja wilgoci o 12% w ciągu 18 minut
Jak działa suszarka ?
43 C
49 C
49 C
32 C
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Dwustopniowy system suszeniaEksperymenty 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 WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Model 3D suszarki docelowej
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy
Powietrze fluidyzujące
Węgielwysuszony
Węgielmokry
Powietrze + para + drobny węgielWęgielmokry
Kształt kanałów dolotowych do suszarkiSugeruje, że węgiel jest popychany w prawo przez powietrze fluidyzujące
z kilku milimetrów
Wymiennik ciepła woda/powietrzez poprzecznie ułożonymi rurami ?
Grawitacyjny przesuw węglapo wymienniku dennym ?
Opłacalność
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje 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
Koszty emisji : maleją proporcjonalnie do malejącego strumienia ciepła
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – granica opłacalności
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne– granica opłacalności
Co robić z wysuszonym węglem? Kocioł jest zaprojektowany na inne paliwo-na 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 suszeniez 50% na 15%.
Wykorzystanie ciepła odpadowego do podgrzewania wody zasilającej kociołnie wydaje się zasadne, ponieważ będzie użytkowane tylko przez miesiącezimowe. A więc przez większość roku nie.
Nie można też w sposób istotny zmienić warunków przed absorberem SO2 ponieważtemperatura spalin za kondesatorem spalin odbierającym z nich ciepło nie może spaśćdo temperatury kondensacji. To nie jest paradoks – kondensuje np. 10% spalin, resztaprzyczynia się do ich odparowania. Z kolei ciepło spalin znajdujących się przed absorberemjest 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 spalaćW kotłach grzewczych.
Inna metoda suszenia polega na wykorzystaniu podciśnienia, woda wówczas wrze przy niższym ciśnieniu. Węgiel jest materiałem porowatym. Problem polega na zapewnieniu ciągłościPrzepływu 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 możeByć omywana strumieniem gorących spalin. Podnosi to szybkość odparowania wody.
Ciepła odpadowego nie da się wykorzystać do podgrzewania powietrzaWpływającego do LUVO, ponieważ jest ono brane znad kotła i ma latem50 C. Zapewnia dodatkową wentylację. Jedynie przez 4 miesiące zimoweMożna wykorzystać ciepło odpadowe.
Przykład 2
(Vattenfall)
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna
Suszarka w koncepcji bloku tyou OxyFuel
Wysokotemperaturowe instalacje do suszenia węgla
Przykład 3
(RWE)
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
Proces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – schemat procesu, WTA
BoA-Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagentechnik
Braunkohlekraftwerk Niederaussem
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna, WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – schemat procesu, WTA
Neurath – para z upustów turbiny
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces WTA
Filtr oparów
Zewnętrzne źródło pary
Lokalizacja instalacji pilotowej RWE : Niederaussem
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces WTA
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces DDWT
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces DDWT
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces DDWT
Instalacje cieplno-chemiczne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplno-chemiczne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplno-chemiczne
INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplno-chemiczne
Inne zastosowania ciepła niskotemperaturowego
PRZENIESIENIE CIEPŁA ZA IOS
PODGRZEWANIE POWIETRZA DO LUVO
CIEPŁO DLA CIEPŁOWNICTWA
PODSUMOWANIE
Znane technologie niskoteperaturowe-Sarunac, opłacalność 0.7 $ / MWh-chemiczna
wysokotemperaturowe-DWT-WTA
PODSUMOWANIE
Dziękuję za uwagę i zainteresowanie