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