1 Wydział Mechaniczno-EnergetycznyDr inż. JANUSZ LICHOTA Stan wiedzy w zakresie suszenia węgla w elektrowniach

2 Spis treści Możliwości wykorzystania ciepła niskotemperaturowegoNiskotemperaturowe instalacje suszenia węgla - instalacja cieplna - sposób działania - wyniki testów - opłacalność ekonomiczna - instalacja cieplno-chemiczna Wysokotemperaturowe instalacje suszenia węgla WTA, DWT Podsumowanie

3 Wykorzystanie ciepła niskotemperaturowegoSuszenie węgla Za instalacją odsiarczania spalin Przed LUVO Ciepło dla ciepłownictwa

4 Przykład 1 (Coal Creek Station)

5 WPŁYW WODY Z WĘGLA NA KOCIOŁWoda 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?

6 WPŁYW WODY Z WĘGLA NA KOCIOŁMniej 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

7 instalacje do suszenia węglaNiskotemperaturowe instalacje do suszenia węgla

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

9 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyOd 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 Zastosowanie komercyjne Koszt badań i wdrożenia 25 mln $

10 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyPilotowa 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.

11 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyTest: 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%

12 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyZasobnik Zasyp węgla Suchy węgiel Suchy węgiel

13 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyCharakterystyka elektrowni Transport węgla Około 13 MJ/kg 408 t/h

14 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyInstalacja prototypowa uruchomiona w Coal Creek (Północna Dakota) 112 t/h, 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

15 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplneMontaż suszarki

16 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplneWibracyjny zsyp węgla

17 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplnePodajnik węgla do suszarki

18 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplneZłoże fluidalne suszarki

19 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplneWilgoć za Suszarką 75 t/h

20 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplneWartość opałowa węgla za suszarką 75 t/h

21 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplneWpływ suszarki na pracę kotła 14 % strumienia węgla jest suszone

22 14 % strumienia węgla jest suszoneINSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Redukcja mocy młyna 14 % strumienia węgla jest suszone

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

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

25 Spadek zużycia wody w chłodniINSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Spadek zużycia wody w chłodni

26 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyDane z testów suszarki Strumień węgla

27 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyDane z testów suszarki Moc młyna

28 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyDane z testów suszarki Emisja NOx

29 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyOdparowana woda z suszarki jest wprowadzana do atmosfery

30 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplnePrototypowa suszarka o strumieniu 75 t/h węgla (porównaj z danymi z instalacji pilotowej) zredukowała wilgoć w węglu o % strumień węgla wprowadzanego do kotła o 2 % moc młyna o % sprawność kotła o ,27% jednostkowy strumień ciepła w kotle o (?) 0,34% -emisję NOx o (?) 8,5% emisję SOx o (?) 2 % strumień wody w chłodni kominowej o % Redukcja wilgoci o 12% w ciągu 18 minut

31 Jak działa suszarka ?

32 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy

33 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy

34 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyDwustopniowy 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%

35 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne – Great River Energy

36 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River EnergyWęgiel 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

37 Wymiennik ciepła woda/powietrzez poprzecznie ułożonymi rurami ?

38 Grawitacyjny przesuw węglapo wymienniku dennym ?

39 Opłacalność

40 rocznie 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 = * 0.70 = 19.6 mln $ = 58 mln zł rocznie

41 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – granica opłacalnościKoszty emisji : maleją proporcjonalnie do malejącego strumienia ciepła

42 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplne– granica opłacalności

43 Co robić z wysuszonym węglemCo 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.

44 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 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.

45 Przykład 2 (Vattenfall)

46 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna

47 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – suszarka fluidalnaSuszarka w koncepcji bloku tyou OxyFuel

48 instalacje do suszenia węglaWysokotemperaturowe instalacje do suszenia węgla

49 Przykład 3 (RWE)

50 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA

51 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA Proces WTA

52 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA

53 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA

54 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – schemat procesu, WTABoA-Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagentechnik

55 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna, WTABraunkohlekraftwerk Niederaussem

56 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – schemat procesu, WTANeurath – para z upustów turbiny

57 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Proces WTAFiltr oparów Zewnętrzne źródło pary

58 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Proces WTALokalizacja instalacji pilotowej RWE : Niederaussem

59 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces WTA

60 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces WTA

61 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces DDWT

62 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces DDWT

63 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAProces DDWT

64 Instalacje cieplno-chemiczne

65 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplno-chemiczne

66 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplno-chemiczne

67 INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLAInstalacje cieplno-chemiczne

68 zastosowania ciepła niskotemperaturowegoInne zastosowania ciepła niskotemperaturowego

69 PRZENIESIENIE CIEPŁA ZA IOS

70 PODGRZEWANIE POWIETRZA DO LUVO

71 CIEPŁO DLA CIEPŁOWNICTWA

72 PODSUMOWANIE

73 PODSUMOWANIE Znane technologie niskoteperaturoweSarunac, opłacalność 0.7 $ / MWh chemiczna wysokotemperaturowe DWT WTA

74 za uwagę i zainteresowanieDziękuję za uwagę i zainteresowanie