P R O G R A M S T R A T E G I C Z N Y

„ Z A A W A N S O W A N E T E C H N O L O G I E P O Z Y S K I W A N I A E N E R G I I ”

Z A D A N I E B A D A W C Z E n r 1 :

OPRACOWANIE TECHNOLOGI I DLA WYSOKOSPRAWNYCH

„ZERO – EM ISYJNYCH” BLOKÓW WĘGLOWYCH Z INTEGROWANYCH Z WYCHWYTEM CO 2 ZE SPALIN

LIDER:

WYKONAWCY:

FINANSOWANIE: Umowa nr SP/E/1/67484/10:

OPRACOWANIE TECHNOLOGII

DLA WYSOKOSPRAWNYCH „ZERO-EMISYJNYCH”

BLOKÓW WĘGLOWYCH ZINTEGROWANYCH

Z WYCHWYTEM CO2 ZE SPALIN

Główne cele zadania nr 1 (Lider - Politechnika Śląska): Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin:

1.Opracowanie i weryfikacja nowych koncepcji wzrostu sprawności obiegu

siłowni kondensacyjnych (w tym o najwyższych ultra-nadkrytycznych

parametrach pary),

2.Opracowanie i sprawdzenie w skali pilotowej procesów wychwytu CO2

ze spalin,

3.Znalezienie rozwiązań technologicznych dla redukcji strat sprawności

spowodowanych usuwaniem CO2 ze spalin.

Opracowanie i weryfikacja nowych koncepcji wzrostu sprawności obiegu siłowni kondensacyjnych (w tym o najwyższych ultranadkrytycznych parametrach pary)

Badania są prowadzone dla wybranego na podstawie analizy stanu wiedzy i potencjału realizacyjnego bloku referencyjnego, którego ogólny schemat cieplny przedstawia rysunek. Dla przedstawionych parametrów opracowywana jest wyspa kotłowa (Rafako S.A.) i są sprawdzane koncepcje poprawy sprawności.

48,04 48,11

49,06

47,50

48,00

48,50

49,00

49,50

Spra

wn

ość

blo

ku (

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

ń 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

Schemat obiegu wyjściowego

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

Opracowanie i weryfikacja nowych koncepcji wzrostu sprawności obiegu siłowni kondensacyjnych (w tym o najwyższych ultranadkrytycznych parametrach pary)

1. Wykorzystanie ciepła odpadowego do podgrzania kondensatu obiegu głównego

Przyrost sprawności bloku wykorzystującego ciepło spalin wylotowych wynosi odpowiednio od ok. 0,25 do ok. 0,7 punktu procentowego. Sprawdzenie na obiekcie pilotowym.

2. Wykorzystanie ciepła ze spalin w obiegach ORC (Modelowanie,

obliczenia, opracowanie i zbudowane urządzenia w skali półtechnicznej przed-prototypowej)

amoniak etanol izopentan heptan freon pentafluoropropan R141b

10,00

10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

11,80

11,54

12,35

10,91

12,12

10,88

12,06

11,19

12,15

11,08

11,83

11,31

Mo

c tu

rbin

y O

RC

, [M

W]Czynniki mokre Czynniki suche

4. Przegrzew wewnętrzny

3. Wykorzystanie spalin wylotowych do suszenia węgla

Potencjał dla węgla brunatnego: 1.7% wzrostu sprawności

Opracowanie i sprawdzenie innowacyjnego sposób suszenia i jednoczesnego mielenia węgla z wykorzystaniem młyna elektromagnetycznego.

Określenie potencjalnych możliwości zastosowania przegrzewu wewnętrznego w nowych instalacjach i blokach istniejących z uwzględnieniem ograniczeń technologicznych i analizy ekonomicznej. Efekt 0.2 – 0.7% wzrostu sprawności.

B

suszark

a

T

C

G

1 4 3

paliwo 1

spaliny 1

spaliny

2

paliwo 2

Stanowisko laboratoryjne do usuwania CO2 – 5 m3/h

2011 r.

Stanowisko usuwania CO2 metodą absorpcji aminowej – 100 m3/h

(ICHPW Zabrze) – 2012 r

Instalacja pilotowa aminowego usuwania CO2 ze spalin – 200 m3/h

2013r.

Opracowanie i sprawdzenie w skali pilotowej procesów wychwytu CO2 ze spalin

http://www.cire.pl/item,73677,1,0,0,0,0,0,tauron-bedzie-

prowadzil-prace-badawcze-nad-ccs.html

http://energetyka.wnp.pl/tauron-uruchamia-instalacje-

ccs,193628_1_0_0.html

http://media.tauron-pe.pl/pr/237633/tauron-polskim-liderem-

ccs?rss=true

http://www.ekonomia24.pl/artykul/532091,993620.html

http://www.reo.pl/tauron-rozpoczyna-badania-nad-ccs

http://www.nettg.pl/news/109074/laziska-polska-dysponuje-

wlasna-instalacja-ccs-galeria

Montaż instalacji pogłębionego odsiarczania oraz separacji CO2

w Elektrowni Łaziska (Tauron Wytwarzanie). Uruchomienie: maj 2013

Opracowanie i sprawdzenie w skali pilotowej procesów wychwytu CO2 ze spalin.

Rozwiązania technologiczne dla redukcji strat sprawności spowodowanych usuwaniem CO2 ze spalin.

Propozycja integracji instalacji wychwytu CO2 z referencyjnym blokiem energetycznym

• Obliczenia przeprowadzono dla bloku 900 MW na parametry ultra-nadkrytyczne 30MPa/650ºC/670ºC

• Jako technologię wychwytu przyjęto absorpcję chemiczną z zastosowaniem rozpuszczalnika aminowego, z założeniem współczynnika zapotrzebowania ciepła: 2,8 MJ/kgCO2.

• W obliczeniach mocy urządzeń potrzeb własnych

uwzględniono sprężarkę CO2.

Obliczenia symulacyjne i optymalizacja elektrociepłowni z usuwaniem CO2

Obliczenia symulacyjne i analiza wariantowa układu uciepłownionej elektrowni z usuwaniem CO2

Analiza wskaźników energetycznych układu elektrociepłowni zintegrowanej z instalacją usuwania i sprężania

CO2

Analiza wskaźników energetycznych układu elektrowni uciepłownionej zintegrowanej z instalacją usuwania i sprężania

CO2

Analiza pełnego cyklu życia (LCA) elektrociepłowni węglowej z instalacją wychwytu CO2 Lp. Parametr Jednostka

EC_CO2 (αsk =0,5) Qg max Qg śr (5600h)

1. Strumień paliwa kg/s 9,81 / 3,20 7,63 / - 2. Moc elektrociepłowni brutto MW 68,64 51,92 3. Moc elektrociepłowni netto MW 52,52 39,71 4. Moc napędu sprężarek CO2 MW 6,86 5,09 5. Emisja CO2 z ukł. skoj./kocioł wodny kg/s 2,19 / 10,17 1,70 / - 6. CO2 do transportu kg/s 19,67 15,30 7. Strumień pary świeżej kg/s 86,55 65,25 8. Moc cieplna kotła szczytowego MW 126,56 - 9. Moc cieplna układu skojarzonego MW 125,64 106,48 10. Moc cieplna ogółem MW 252,20 106,48 11. Wskaźnik EUF % 79,00 83,34 12. Wskaźnik, σ 0,546 0,488

Wariant optymalny elektrociepłowni z wychwytem CO2 (αsk = 0,5)

Rozwiązania technologiczne dla redukcji strat sprawności spowodowanych usuwaniem CO2 ze spalin.

Optymalizacja termoekonomiczna integracji zaawansowanych technologii węglowych elektrociepłowni i instalacji wychwytu. Metodologia obliczeń i symulacje.

Rozwiązania technologiczne dla redukcji strat sprawności spowodowanych usuwaniem CO2 ze spalin.

Optymalizacja procesu transportu CO2

Porównanie zmian parametrów CO2 wzdłuż rurociągu z izolacją (k=0.738, 0.942) i bez izolacji (k=2.11) przy różnych temperaturach otoczenia (tot=0, 15, 20, 300C). Równania stanu LKP.

Dwutlenek węgla

Ciś

nie

nie

[M

Pa]

Entalpia [kJ/kg]

Rozwój nowych technik badań diagnostycznych materiałów stosowanych w budowie kotłów i turbin

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI

INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

ul. Konarskiego 18 , 44-100 Gliwice

tel. 32 237 11 15 fax. 32 237 26 80

Badanie spoin

strefa wpływu ciepła

Badanie Magnetycznej Pamięci Metalu

rozkład naprężeń resztkowych

Badania mikropróbek

wynik badania udarności stali