Ograniczenie emisji CO poprzez zastosowanie technologii oxycombustion 2

Ograniczenie emisji CO poprzez zastosowanie technologii „oxy-combustion" 2 IV Kongres Nowego Przemysłu, 20 -21. 06. 2007, Warszawa Bogusław Krztoń, Foster Wheeler Energia Polska Sp. z o. o.

Ograniczenie emisji CO 2 Jednym z największych źródeł emisji CO 2 jest spalanie węgla kamiennego, paliwa o wysokiej zawartości pierwiastka węgla w stosunku do wartości opałowej. Sposoby ograniczenia emisji CO 2 w energetyce : Ø Ø Ø poprawa sprawności energetycznej bloku, stosowanie paliw o niskiej zawartości pierwiastka wegla, sekwestracja CO 2 (wychwytywanie, separacja, składowanie)

Metody wychwytywania CO 2 przy stosowaniu węgla jako paliwa bazują zasadniczo na trzech koncepcjach : Ø Ø Ø separacja CO 2 z gazu syntezowego powstałego w procesie zgazowania węgla np. IGCC (pre-combustion) , separacja CO 2 ze spalin powstałych w procesie spalania węgla w powietrzu (post-combustion), spalanie w atmosferze wzbogaconej w tlen (oxy-combustion) - spalanie węgla w mieszaninie O 2 i CO 2 , powstałe spaliny zawierają skoncentrowane CO 2 i parę wodną, co upraszcza proces wychwytywania

Koncepcja oxy-combustion Foster Wheeler zawarł umowę z DOE USA (Departament of Energy) na wykonanie prac koncepcyjnych. Przedmiot umowy : Koncepcja kotła pyłowego na parametry nadkrytyczne z paleniskiem do spalania wegla kamiennego w atmosferze wzbogaconej w tlen Główny cel : określenie głównych parametrów pracy bloku i aspektów ekonomicznych Parametry bloku : 475 MWe (brutto), 27, 82 MPa, 580°C / 600°C Typ kotła : kocioł przepływowy z pionowym parownikiem Bensona Narzędzia : Aspen Plus FW-Fire 3 D – Fluent EPRI TAG

Pionowy parownik Bensona

Schemat poglądowy układu

Koncepcja analizowanego układu Legenda : tlen , paliwo woda, para spaliny mieszanka paliwo/spaliny lub spaliny/tlen

Zmiany w konstrukcji kotła Zastosowanie spalania w atmosferze wzbogaconej w tlen pociąga za sobą istotne zmiany w konstrukcji kotła. Komora paleniskowa wzrost zawartosci O 2 w komorze paleniskowej powoduje wzrost temperatury spalania, Ø strumień ciepła odbierany na jednostkę powierzchni przez ściany komory paleniskowej jest 2. 5 krotnie większy niż w kotle tradycynym, Ø rośnie maksymalna temperatura ścianki rury parownika w komorze paleniskowej, co powoduje konieczność zastosowania lepszych materiałów, Ø przykładowe wartości uzyskane z symulacji modelowych dla przypadku 56% recyrkulacji spalin do komory paleniskowej wzrost max. temperatury spalin z 1800 °C do 2050 °C wzrost max. temperatury ścianki rury z 465 °C do 575 °C Ø

Zmiany w konstrukcji kotła Konsekwencją wymienionych zjawisk jest zmniejszenie gabarytów komory paleniskowej do 65% powierzchni i 45% objętości komory paleniskowej kotła tradycyjnego. 1950 1500 1200 850 500 150 °C 2200 1700 1200 670 150 °C

Ograniczenie emisji NO X

Zmiany w konstrukcji kotła II (konwekcyjny) ciąg kotła Ø Ø Ø wzrost ilości ciepła przejętego w komorze paleniskowej, większy ciężar cząsteczkowy spalin, powierzchnia wymiany ciepła w II ciągu jest o 13% mniejsza niż w kotle tradycyjnym. Dodatkowy podgrzewacz powietrza Ø Ø Ø technologia membranowej separacji tlenu z powietrza wymaga sprężenia i podgrzania powietrza (14 bar, 900°C), osiągnięcie tak wysokiego podgrzewu jest możliwe tylko w górnej części komory paleniskowej, konieczność stosowania materiałów odpornych na wysokie temperatury np. : Incoloy MA 956

Sprawność obiegu Wpływ ilości spalin recyrkulujących na sprawność obiegu

Sprawność obiegu Poprawa sprawności obiegu dzięki zastosowaniu membranowej technologii separacji tlenu z powietrza.

Koszty produkcji energii elektrycznej Porównanie kosztów produkcji energi elektrycznej dla różnych technologii wychwytywania dwutlenku węgla.

Zalety oxy-combustion Technologia spalania w atmosferze wzbogaconej w tlen charakteryzuje się : Ø Ø Ø możliwością całkowitego usunięcia CO 2 ze spalin, niewielkimi, w porównaniu z innymi metodami, modyfikacjami istniejących i sprawdzonych rozwiazań, brakiem konieczności stosowania dodatków chemicznych w procesie wychwytywania CO 2, perspektywą dalszego obniżenia kosztów i poprawy sprawnosci na skutek wdrożenia tańszych metod separacji O 2 z powietrza, możliwościa spalania szerokiego zakresu paliw na skutek dużej zawartosci O 2 w komorze paleniskowej,

Koncepcja oxy-combustion dla cyrkulacyjnych kotłów fluidalnych

Składowanie CO 2 Elektrownia z instalacją wychwytywania CO 2 Rurociąg holowany Rurociąg Suchy lód Wyeksploatowane pokłady węglowe Wypływ z rurociągu Wyeksploatowane złoża ropy naftowej i gazu Formacje wodonośne Głębinowe formacje wodonośne Jezioro CO 2