Układy kogeneracyjne ORC

Prezentacja na temat: "Układy kogeneracyjne ORC"— Zapis prezentacji:

1 Układy kogeneracyjne ORC
z kotłem na biomasę

2 ORC współpracujący z kotłem oleju termalnego
Dwa niezależne obiegi Energia elektryczna Gorąca woda 80/90oC ORC Obieg temperatury niskiej Obieg temp. wysokiej Kocioł Sugimat Biomasa  Olej termalny Olej silikonowy

3 Kocioł olejowy na biomasę z układem ORC
Komin Elektrofiltr Kocioł (wymiennik) ORC Ekonomizer Wentylator Silos System śluzy z dwoma klapami. Komora spalania Podajnik paliwa

4 Co to jest ORC? Regenerator Turbina Generator prądu Parownik Skraplacz Pompa obiegowa

5 Co to jest ORC? Do procesu ORC jest doprowadzany olej termalny, który podgrzewa w parowniku odpowiedni organiczny czynnik roboczy i zamienia go w parę (8→3→4). Para czynnika roboczego napędza turbinę (4→5), połączoną za pomocą sprzęgła elastycznego bezpośrednio z generatorem prądu. Para wylotowa z turbiny wpływa do regeneratora (5→9), podgrzewając kondensat czynnika roboczego (2→8). Następnie para ulega skropleniu w skraplaczu, który jest chłodzony powrotem gorącej wody (9→6→1). Na koniec kondensat jest podawany pompą obiegową (1→2) poprzez regenerator do parownika i tym samym cykl termodynamiczny w układzie zamkniętym zostaje zakończony.

6 100% energii z kotła Sugimat
Co to jest ORC? 100% energii z kotła Sugimat ORC 80% ciepło 18% elekt. brutto 2% straty Zalety: • wysoka sprawność procesu termodynamicznego, • wysoka sprawność turbiny, • niskie obciążenie mechaniczne i niskie obroty turbiny, brak przekładni redukcyjnej - cichobieżna praca, • w czasie rozprężania nie występuje ciecz (nie zachodzi erozja łopatek turbiny), • łatwe uruchamianie i zatrzymywanie urządzenia, • ciągła i w pełni automatyczna praca, • małe potrzeby osobowe: ok. 3 – 5 godz. w tygodniu, • niskie koszty serwisu i utrzymania, • wysoka niezawodność (ponad h pracy, dyspozycyjność 98 %,) • praca z obciążeniem częściowym do 35 % mocy kotła lub 10% mocy układu, • wysoka sprawność również przy obciążeniu częściowym, • wysoka żywotność urządzenia.

7 Gabaryty przykładowego układu ORC?

8 Czynniki jakie należy rozważyć przy wyborze biomasy:
Paliwo – biomasa. Czynniki jakie należy rozważyć przy wyborze biomasy: popiół (elementy stałe nie spalone podczas spalania całkowitego, czym większy zawartość popiołu w paliwie tym niższa sprawność), wilgotność (czym mniejsza tym lepsze spalanie, problem CO), substancje lotne (kombinacje węgla, wodoru i innych gazów, powyżej 65% substancji lotnych sprzyja spalaniu), zawartość węgla, wartość opałowa.

9 Koncepcja technologiczna całej instalacji.

10 Silos zasypowy biomasy (ruchome podłogi)
Popychacze Silos pracuje ciągnąc paliwo. Siłowniki hydrauliczne

11 Przenośnik taśmowy z poprzeczkami (zabierakami)
Podajnik biomasy Przenośnik taśmowy z poprzeczkami (zabierakami) System doprowadzenia paliwa do paleniska nie powinien być chłodzony woda. Rozmiar pojedynczych elementów paliwa do 500 mm długości.

12 System śluzy z dwoma klapami (otwierającymi się naprzemiennie)
Podajnik biomasy System śluzy z dwoma klapami (otwierającymi się naprzemiennie) Reguluje podawanie paliwa. Służy jako wydajny system chroniący przed płomieniem wstecznym. Posiada bardzo dużą odporność Umożliwia wprowadzanie większych elementów paliwa

13 Ruszt w kotłach biomasowych z olejem termalnym
Ruszt mechaniczny schodkowy Sugimat Większa wytrzymałość dzięki zastosowanemu systemowi przesuwnemu Carros (kule zamiast łożysk), które nie potrzebują konserwacji, Możliwa wilgotność maksymalna paliwa - 50% Elementy rusztu wysokiej jakości z minimalną zawartością chromu 27% (wytrzymałość na wysoką temperaturę); stop Ni Mo (dające wytrzymałość na uderzenia i naprężenia mechaniczne), Pojedynczy element rusztu maks. 500 mm długości, Kocioł(wymiennik) nie powinien być umieszczony bezpośrednio nad rusztem, Tylko ruszty skośne, płaskie – NIE Ruszt chłodzony powietrzem (schłodzone wodą+odlewy niższej jakości grozi utworzeniem się rozżarzonej masy wewnątrz paleniska przez co ruszt pozostaje bez chłodzenia co powoduje znaczne zużywanie się, niszczenie).

14 Zastosowanie: kora, biomasa leśna, paliwa generujące popiół. Ruszty firmy Sugimat został zainstalowany w ponad 350 kotłach obecnie pracujących o mocy od 1 MW do 50 MW.

15 Ruszt w kotłach biomasowych z olejem termalnym
Najważniejsze elementy do rozważenia przy doborze rusztu: powierzchnia rusztu uzależniona od spalanego paliwa, ruszt chłodzony powietrzem, możliwe ruszty do spalania biomasy i węgla (zalecane oddzielnie), jest możliwe spalanie rożnego rodzaju biomasy... ...ale należy rozważyć: granulacje, wartość opałowa, zawartość popiołu w paliwie i jego punkt płynięcia. Przez system mogą przejść w małych ilościach niektóre kawałki: kamieni - o wielkości myszy komputerowej, grudy błota o średnicy do 100 mm, małe metalowe kawałki <sześcian o boku mm. W tych trzech przypadkach te elementy zostaną odprowadzone z systemem odpopielania.

16 Komora spalania. Najważniejsze elementy do rozważenia przy doborze komory spalania: W całości zbudowana z cegły szamotowej, beton tylko w przewodach spalinowych lub komorze adiabatycznej, Grubość ściany min. 500mm, W przypadku spalania biomasy istnieje problem CO a nie NOx, czym większa wilgotność paliwa tym większy problem z CO i trzeba stosować komorę adiabatyczna, słoma - trudne paliwo... ...problemy: punkt płynięcia popiołu, chlor, nie można spalać w komorze z cegły.

17

18 Nagromadzenie popiołu
Ruszt, komora spalania. Komora spalania i ruszt – PROBLEMY w innych rozwiązaniach Nagromadzenie popiołu

19 Komora adiabatyczna

20 Komora adiabatyczna Komora adiabatyczna (dopalająca) jest to pionowa komora cylindryczna umieszczona powyżej komory spalania. Jej zadaniem jest obniżenie poziomu emisji CO dzięki zasadzie 3T: temperatura, czas przebywania i turbulencje (min. 850°C, min. 2/3 sekundy). umieszczona jest bezpośrednio nad komorą spalania, samooczyszcząca, dzięki przepływowi spalin przez komorę adiabatyczną otrzymuje się niską emisje CO w spalinach na wylocie z komina, jest ona wykonana z materiałów ogniotrwałych oraz izolacyjnych, zawiera kołnierz, który umożliwia zainstalowanie w przyszłości dodatkowego palnika, jeśli zajdzie potrzeba dodatkowej redukcji emisji CO posiada sklepienie do wymuszenia obiegu spalin, co skutkuje dopaleniem cząstek CO oraz opadaniem bezpośrednio na ruszt i usunięciem ich razem z żużlem.

21 Kanał łączący pokryty betonem.
Jest to prostokątny kanał, którego strop składa się z ogniotrwałego betonu, a podłoże i ściany wykonane są z cegieł.   

22 Kocioł oleju termalnego.
Kocioł olejowy – wymiennik wysokotemperaturowy Kocioł jest markowany znakiem CE, zatwierdzony przez Notify Organism TÜV SÜDDEUTSCHLAND nº 0036. Zabrania się montować kocioł oleju termalnego pionowo nad rusztem (chodzi oto aby niedopalony popiół nie wpadał od razu do kotła i go nie brudził, zapychał).

23 Kocioł oleju termalnego.
Najważniejsze elementy do rozważenia przy doborze kotła: powierzchnia grzewcza kotła (wymiennika), grubość ścianki rury, obowiązkowy system kontroli przepływu w każdej rurze wystawionej na radiacje płomienia albo na temperaturę powyżej 900 ⁰C, system czyszczenia sprężonym powietrzem bez zatrzymywania kotła.

24 Ekonomizer. Ekonomizer jest wymiennikiem niskotemperaturowym. Powinien pracować w przepływie krzyżowym (gaz pionowo a olej/rury poziomo) co jest najlepszym inżynierskim rozwiązaniem, gdyż wtedy otrzymujemy najlepszy odbiór ciepła i ekonomizer się nie zapycha, nie ma akumulacji pyłu. Ekonomizer Sugimat ma otwory do ręcznego czyszczenia sprężonym powietrzem. Jest to tańsze rozwiązanie od systemu automatycznego, niemniej jednak Sugimat montuje w ekonomizerze otwory do montażu systemu automatycznego.

25 Układ oczyszczania i odprowadzania spalin.
Multicyklon - składa się z trzech części: wlot i wylot spalin, separatora cząsteczek stałych oraz zbiornika pyłu. Separator cząstek stałych składa się z mikrocyklonów. Spaliny wprowadzane są przez górna strefę cylindryczną mikrocyklonów, cząsteczki wyseparowane zsypywane są przez dolną strefę stożkową. Spaliny wychodzą przez górne kanały wylotowe w kierunku głównego wyjścia kolektora. Wszystkie wyseparowane cząstki z części stożkowej będą składowane w jednym wspólnym zbiorniku. Gwarantowany poziom emisji to: 150 do 250 mg/m³. W przypadku innych lokalnych przepisów wymagających niższej emisji, konieczne jest zainstalowanie filtra workowego lub elektrofiltru. Można zamontować filtr workowy jeżeli będzie się spalać tylko pelety. W przeciwnym razie Sugimat sugeruje elektrofiltr który jest droższym rozwiązaniem w nakładach inwestycyjnych ale tańszym biorąc pod uwagę eksploatacje. Filtr workowy trzeba wymieniać co / godzin, poza tym istnieje ryzyko eksplozji, jeżeli paliwo nie spala się do końca i dochodzą elementy do worka.

26 Przykładowy układ Sugimat z kotłem olejowym na biomasę
Podstawowe zalety: możliwość pracy z obciążeniem częściowym do 35% mocy nominalnej kotła przy utracie tylko 3% sprawności, elastyczność pracy, automatyczna współpraca z ORC. Kanał łączący Kocioł (wymiennik) Kom. adiabatyczna Układ oczyszczania i odprowadzania spalin Podajnik biomasy Ekonomizer Ruszt Komora spalania Wygarniacz popiołu Wygarniacz popiołu

27 Charakterystyka handlowa jednostek ORC
Moc elektryczna jednostek: Standardowe jednostki ORC produkowane są z zakresie 0,6 - 3 MWe. Większe, nawet do 15 MWe są produkowane i dostosowywane na specjalne zamówienie klienta. Czas oczekiwania na zamówienie: Małe jednostki - czas dostawy miesięcy plus 4 tygodnie montażu na miejscu. Duże jednostki - czas dostawy do 15 miesięcy plus tygodni montażu na miejscu. Jednostki niestandardowe, na specjalne zamówienie – do ustalenia Eksploatacja: Czas życia urządzeń lat przy poprawnej eksploatacji. Po 10 latach zdarza się konieczność polerowania łopatek turbiny. Możliwość pracy ciągłej przez cały rok, ale też duża elastyczność w razie potrzeby.

28 Typoszereg standardowych jednostek ORC firmy Turboden
TD6CHP TD7CHP TD10CHP TD14CHP TD18CHP TD22CHP TD30CHP WEJŚCIE – OLEJ TERMALNY Temperatura nominalna (wejście/wyjście) °C 302/242 300/240 310/231 Moc cieplna kW 3340 3895 5140 6715 9790 12020 17571 WYJŚCIE – GORĄCA WODA Temperatura gorącej wody (wejście /wyjście) 60/80 60/90 65/95 Moc cieplna oddawana gorącej wodzie 2664 3117 4081 5313 7834 9601 14499 OSIĄGI Moc elektryczna brutto 643 739 1016 1339 1863 2304 3143 Sprawność elektryczna brutto 19.3% 19.0% 19.8% 19.9% 19.2% 17,9% Zużycie na potrzeby własne 32 37 48 58 79 97 197 Moc elektryczna netto 611 702 968 1281 1784 2207 2946 Sprawność elektryczna netto 18.3% 18.0% 18.8% 19.1% 18.2% 18.4% 16,8% Generator prądu 50Hz, 400V 60Hz, 480V 50Hz,400V 60Hz,480V 50Hz, 660V 60Hz,4160V 50Hz, 6kV 60Hz,4160V Konsumpcja biomasy* kg/h 1606 1873 2471 3228 4707 5779 8448 * Przyjęta wartość opałowa biomasy – 2,6 kWh/kg i sprawność kotła – 0,80

29 Współpraca kotła biomasowego z układem ORC do sieci miejskiej
Technologia z zastosowaniem kotła na biomasę z turbogeneratorem pracującym w oparciu o proces ORC, wytwarzając energię elektryczną i cieplną, wpisuje się idealnie w zasadę działania zakładów ciepłowniczych. Podstawowym założeniem jest praca instalacji w maksymalnym punkcie sprawności tj. z całkowitym wykorzystaniem ciepła do sieci miejskiej. Całkowita moc cieplna odebrana z układu ORC kierowana będzie do miejskiej sieci ciepłowniczej poprzez system wymienników. Z racji parametrów produkowanego ciepła (90/70 °C) proponowane włączenie zrealizowane byłoby na powrocie sieci ciepłowniczej. Dzięki takiemu rozwiązaniu zapewnione zostaną parametry pracy sieci w lecie, natomiast w okresie zimowym, kiedy temperatura zasilania sieci ciepłowniczej jest wyższa niż 90 °C uzyskamy podgrzanie wody powrotnej, która następnie skierowana zostanie na kotły gazowe w celu uzyskania wymaganych parametrów temperatury.

30 Zasady doboru jednostek ORC do sieci ciepłowniczej
Minimalna ekonomicznie moc elektryczna: Minimalna ekonomicznie moc elektryczna to 1 MW. Wynika to ze stosunku nakładów do mocy i wielkości produkcji. Optymalny dobór mocy cieplnej do pracy całorocznej; Moc minimalnego odbioru w okresie letnim – do 50% mocy, granicznie do 35% mocy. Optymalny dobór mocy cieplnej do pracy sezonowej Czas pracy jednostki z pełnym obciążeniem od – godzin. Przykładowe dobory do rzeczywistych systemów ciepłowniczych . Przykład 1. Dobrano CHP 10 – dobór optymalny – moc letnia -50 % mocy. Możliwy dobór alternatywny- CHP14 – 37% mocy letniej. Przykład 2. Dobrano CHP 30 – najlepszy ekonomicznie dobór – moc letnia 75-80%. Możliwy dobór alternatywny CHP 50 – moc letnia ok-40 % mocy.

31 Praca instalacji z zastosowaniem ORC TD 10 CHP
ZAŁOŻENIA Roczna ilość godzin pracy układu ORC h 8 000 Sprawność kotła na biomasę % 83 Kaloryczność biomasy kJ/kg 15 000 Kaloryczność gazu kJ/Nm3 34 400 Sprawność kotłów gazowych 90 PRODUKCJA Roczna produkcja ciepła z układu ORC GJ 93 742 Roczna produkcja energii elektrycznej netto MWh 5 699 Roczne zużycie biomasy t 9 177 Roczna produkcja ciepła z gazu Roczne zużycie gazu tys. Nm3 5 047

32 Praca instalacji z zastosowaniem ORC TD 30 CHP
ZAŁOŻENIA Roczna ilość godzin pracy układu ORC h 8 000 Sprawność kotła na biomasę % 83 Kaloryczność biomasy kJ/kg 15 000 Kaloryczność gazu kJ/Nm3 34 400 Sprawność kotłów gazowych 90 PRODUKCJA Roczna produkcja ciepła z układu ORC GJ Roczna produkcja energii elektrycznej netto MWh 20 415 Roczne zużycie biomasy t 35 516 Roczna produkcja ciepła z gazu Roczne zużycie gazu tys. Nm3 21 212

33 Moc elektryczna brutto Koszty budowy instalacji
Szacunkowe nakłady inwestycyjne na budowę instalacji z kotła na biomasę z układem ORC Tabela przedstawia szacunkowe całkowite nakłady oraz zależność , że im większa moc układu tym mniejszy jednostkowy nakład na 1 kW mocy elektrycznej zainstalowanej.  Układ ORC Moc elektryczna brutto Koszty budowy instalacji kW €/kWel € Turboden 22 CHP 2304 3523 Turboden 18 CHP 1863 3898 Turboden 14 CHP 1339 4426 Turboden 10 CHP 1016 5118 Turboden 7 CHP 739 6116 Turboden 6 CHP 643 6642

34 Przedstawiciel handlowy Firmy Sugimat
CRB Energia Sp. z o.o. ul. Narutowicza 18/ Tarnów Polska Tel.: Fax: