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 Wysuszony węgiel Komin Skruber IOS Elektrofiltr Wzrost sprawności Więcej MW/tonę węgla Wzrost sprawności Mniej spalin Mniejsza prędkość Wzrost sprawności Mniej spalin Mniejsza prędkość Mniejsze odparowanie

instalacje do suszenia węgla Niskotemperaturowe instalacje do suszenia węgla

INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Od eksperymentu do instalacji przemysłowej 1997-98 Wstępne studia I koncepcja 1999 Testy suszenia w elektrowni 2000 Modelowanie Kotła Testy Laboratoryjne Spalanie W elektrowni (spalono 20 000 t) 2001 Wybór typu suszarki fluidalnej Testy Laboratoryjne

INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Od eksperymentu do instalacji przemysłowej 2002 Finansowanie z DOE Projekt suszarki fluidalnej 2003-4 Suszarka Pilotowa 2 t/h 2005-7 Prototypowa suszarka 112 t/h 2008-... Zastosowanie komercyjne 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 Zasyp węgla Suchy węgiel 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. Suszarka? Wylot oparów do atmosfery

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

14 % strumienia węgla jest suszone INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Redukcja mocy młyna 14 % strumienia węgla jest suszone

Spadek temperatury gazów wylotowych INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Spadek temperatury gazów wylotowych

Wzrost sprawności kotła INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Wzrost sprawności kotła

Spadek zużycia wody w chłodni 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 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 ?

INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy

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

rocznie 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 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 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 spaść do temperatury kondensacji. To nie jest paradoks – kondensuje np. 10% spalin, reszta przyczynia się do ich odparowania. Z kolei ciepło spalin znajdujących się przed absorberem 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

instalacje do suszenia węgla 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

zastosowania ciepła niskotemperaturowego 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

za uwagę i zainteresowanie Dziękuję za uwagę i zainteresowanie