Dr inż. JANUSZ LICHOTA Stan wiedzy w zakresie suszenia węgla w elektrowniach

1. Dr inż. JANUSZ LICHOTAStan wiedzy w zakresiesuszenia węglaw elektrowniach Wydział Mechaniczno-Energetyczny

2. 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

3. Wykorzystanie ciepła niskotemperaturowego Suszenie węgla Za instalacją odsiarczania spalin Przed LUVO Ciepło dla ciepłownictwa

4. Przykład 1 (Coal Creek Station)

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

7. Niskotemperaturowe instalacje do suszenia węgla

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

9. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Od eksperymentu do instalacji przemysłowej 2005-7 Prototypowa suszarka 112 t/h 2008-... Zastosowanie komercyjne 2003-4 Suszarka Pilotowa 2 t/h 2002 Finansowanie z DOE Projekt suszarki fluidalnej Koszt badań i wdrożenia 25 mln $

10. 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.

11. 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%

12. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Zasobnik Zasyp węgla Suchy węgiel Suchy węgiel

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

14. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Instalacjaprototypowa 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

15. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne Montaż suszarki

16. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne Wibracyjny zsyp węgla

17. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne Podajnik węgla do suszarki

18. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne Złoże fluidalne suszarki

19. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne Wilgoć za Suszarką 75 t/h

20. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne Wartość opałowa węgla za suszarką 75 t/h

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

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

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

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

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

26. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Dane z testów suszarki Strumień węgla

27. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Dane z testów suszarki Moc młyna

28. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy Dane z testów suszarki Emisja NOx

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

30. 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

31. Jak działa suszarka ?

32. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy 43 C 49 C 49 C 32 C

33. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy

34. 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 $ (DOE11 mln $) Wynik: osuszenie węgla z 38% na 29.5% poprawia sprawność kotła o 2.8%

35. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne – Great River Energy

36. 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

37. Wymiennik ciepła woda/powietrze z poprzecznie ułożonymi rurami ?

38. Grawitacyjny przesuw węgla po wymienniku dennym ?

39. Opłacalność

40. 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

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

42. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacje cieplne– granica opłacalności

43. 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.

44. 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.

45. Przykład 2 (Vattenfall)

46. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – suszarka fluidalna

47. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – suszarka fluidalna Suszarka w koncepcji bloku tyou OxyFuel

48. Wysokotemperaturowe instalacje do suszenia węgla

49. Przykład 3 (RWE)

50. INSTALACJE DO SUSZENIA WĘGLA Instalacja cieplna – suszarka fluidalna, WTA