ZGAZOWANIE PALIW STAŁYCH
Skrót referatu wygłoszonego na Konferencji w Agencji Techniki i Technologii w dniu 30.11.2000 r.
Janusz Rakowski
1. WSTĘP
Technologie zgazowania paliw stałych w tym coraz częściej odpadowych, znane i stosowane są od wielu lat. Według zestawienia sporządzonego przez Gasification Technologies Council, w I-szym kwartale 1999 eksploatowanych oraz budowanych było na świecie 138 obiektów wyposażonych w 385 generatorów gazu. Ich łączna zdolność produkcyjna wynosi 378-106 Nm3/dobę gazu syntezowego co jest równoważne mocy cieplnej 51 532 MWt. W tej liczbie w eksploatacji znajduje się 116 obiektów wyposażonych w 351 generatorów gazu o zdolności produkcyjnej 293,6-106 Nm3/d gazu syntezowego, co jest równoważne mocy cieplnej 40 031 MWt natomiast w trakcie budowy lub projektowania znajdują się 22 obiekty z 34 generatorami gazu o mocy cieplnej 11500 MWt [1]. średnia moc cieplna gazo-generatorów (gg) nowobudowanych wynosi 338,2 MWt/gg natomiast obecnie eksploatowanych tylko 114 MWt/gg.
Tabela 1
Największe instalacje zgazowania
|
Instalacja zgazowania |
Lokalizacja |
Technologia |
Moc [MWt] |
Rok ruchom. |
Surowiec |
Produkt |
|
Sasol-II |
RPA |
Lurgi |
4.130 |
1977 |
węgiel kam. |
gaz przetwarzany na paliwo płynne |
|
Sasol-III |
RPA |
Lurgi |
4.130 |
1982 |
||
|
Repsol/Iberdrola |
Hiszpania |
Texaco |
1.654 |
2004 a) |
odpady |
energia elektryczna |
|
Dakota Gasification Co. |
USA |
Lurgi |
1.545 |
1984 |
lignit & odpady rafin. |
gaz syntezowy |
|
SARLUX srl |
Włochy |
Texaco |
1.067 |
2000 b) |
odpady rafineryjne |
en. elektryczna & wodór |
|
Shell MDS Sdn. Bhd. |
Malezja |
Shell |
1.032 |
1993 |
gaz ziemny |
destylat |
|
Linde AG |
Niemcy |
Shell |
984 |
1997 |
odpady rafineryjne |
wodór & metanol |
|
ISAB Energy |
Włochy |
Texaco |
982 |
1999 b) |
asfalt |
en. elektryczna & wodór |
|
Sasol-I |
RPA |
Lurgi |
911 |
1955 |
węgiel kam. |
paliwa płynne |
|
Total France/EdF/Texaco |
Francja |
Texaco |
895 |
2003 a) |
olej opałowy |
en. elektryczna & wodór |
|
Unspecified owner |
USA |
Texaco |
656 |
1979 |
gaz ziemny |
metanol & tlenek węgla |
|
Shell |
Holandia |
Shell |
637 |
1997 |
odpady rafineryjne |
wodór & en. elektryczna |
|
SUV/EGT |
Czechy |
Lurgi |
636 |
1996 |
węgiel |
en. elektryczna & para |
|
Chinese Petroleum Corp. |
Taiwan |
Texaco |
621 |
1984 |
bitumity |
wodór & tlenek węgla |
|
Hydro Agri Brunsbuettel |
Niemcy |
Shell |
615 |
1978 |
ciężkie odpady |
amoniak |
|
Wabash River-Dynegy Power |
USA |
Destee |
591 |
1995 |
węgiel kamienny |
energia elektryczna |
|
VEBA Chemie AG |
Niemcy |
Shell |
588 |
1973 |
odpady |
amoniak & metanol |
|
Elcogas S.A.-Puertollano |
Hiszpania |
Prenflo |
588 |
1997 |
węgiel & koks naftowy |
energia elektryczna |
|
Motiva Enterprises LLC |
USA |
Texaco |
588 |
1999 b) |
koks naftowy |
en. elektryczna & para |
|
API S.p.A. |
Włochy |
Texaco |
496 |
1999 b) |
koks naftowy |
energia elektryczna |
|
Chemopetrol a.s. |
Czechy |
Shell |
492 |
1971 |
odpady |
metanol & amoniak |
|
Demkolec BV-Buggenum |
Holandia |
Shell |
466 |
1994 |
węgiel kamienny |
energia elektryczna |
|
Tampa Electric Co. |
USA |
Texaco |
455 |
1996 |
węgiel |
energia elektryczna |
|
Ultrafertil S.A. |
Brazylia |
Shell |
451 |
1979 |
odpady asfaltowe |
amoniak |
|
Shanghai Pacific Chemical Co. |
Chiny |
Texaco |
439 |
1995 |
antracyt |
metanol & gaz miejski |
|
Exxon USA Inc. |
USA |
Texaco |
436 |
2000 b) |
koks naftowy |
en. elektr. & gaz syntezowy |
|
Shanghai Pacific Chemical Co. |
Chiny |
IGT U-GAS |
410 |
1994 |
węgiel kamienny |
gaz opałowy & gaz miejski |
|
Gujarat National Fertilizer Co. |
Indie |
Texaco |
405 |
1982 |
odpady rafineryjne |
amoniak & metanol |
|
Esso Singapore Pty. Ltd. |
Singapur |
Texaco |
364 |
2000 b) |
olej ciężki |
en. elektryczna & wodór |
|
Quimigal Adubos |
Portugalia |
Shell |
328 |
1984 |
odpady rafineryjne |
amoniak |
a) - obiekty przygotowane do budowy
b) - obiekty w budowie
Tabela 1 przedstawia 30 największych instalacji wybranych spośród wymienionych w [2]
2. BLOKI ENERGETYCZNE NA GAZ Z WĘGLA
W tab.1 znajdują się m.in.4 bloki energetyczne, charakteryzujące się integracją generatora gazu z układem: turbina gazowa /TG/, kocioł odzyskowy /KO/ oraz turbina parowa /TP/. Zgodnie z nomenklaturą anglosaską bloki takie oznaczane są skrótem IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle). Istotniejsze dane techniczne oraz wskaŔniki produkcyjne ww. bloków zawiera tab.2
Tabela 2
Dane techniczno-produkcyjne bloków IGCC w
energetyce
|
Wyszczególnienie |
Wabash River |
Tampa Electric Co. |
Demkolec Buggenum |
Elcogas Puertollano |
||||
|
GE7FA |
GE7F |
V94.2 |
V94.3 |
||||
|
105 (98) |
121 (125) |
128 (128) |
135,4 |
||||
|
35,4 (36) |
63 (66) |
31 (31) |
35 |
||||
|
261,6 (252) |
250 (250) |
252 (252) |
300 |
||||
|
Energia elektryczna wyprodukowana na gazie z węgla do 31.12.1999 [GWh] |
3 547,7 |
4 200 |
3 572 |
146 |
||||
|
Czas pracy bloku na gazie z węgla: |
całkowity do 31.12.99 [godz] |
13 800 |
16 000 |
19 400 |
~2 800 |
|||
|
5 139 |
5 328 |
4 939 |
- |
||||
|
3 400 |
6 044 |
5 595 |
1 127 |
|||||
|
Jednostkowe zużycie ciepła HHV |
9 530 (9 071) |
9 075 (9 599) |
8 695 (8 695) |
8 681 |
||||
|
39,2 (41,2) |
41,2 (38,9) |
43 (43) |
42,2 |
||||
|
37,8 (39,7) |
39,7 (37,5) |
41,4 (41,4) |
41,5 |
||||
Blok 252 MW w elektrowni Wabash River [3] składa się z 2-stopniowego reaktora przepływowego f-my Dynegy (d. Destec) z mokrym doprowadzaniem pyłu węglowego; tlenowni (5 bar) zasilanej z wydzielonego kompresora, schładzaczy gazu, filtra ceramicznego (zamienionego na metalowy), instalacji hydrolizy tlenosiarczku węgla COS, skrubera, instalacji odsiarczania MDEA(wykorzystującej metylo-dwuetyloaminę) oraz turbiny gazowej GE7FA skojarzonej z turbiną parową. System odsiarczania gazu zapewnia 98% odzysk siarki zawartej w węglu. W trakcie 3 lat eksploatacji tzn. do końca III-ego kwartału 1999 umożliwił on odzyskanie przeszło 28 tys. ton czystej siarki ( tab.3). W tym okresie system był niesprawny tylko przez 4 dni.
Tabela 3
Wskaźniki produkcyjne
|
Rok |
Praca na gazie z węgla [godz.] |
Przetworzony węgiel [t] |
Wyprodukowany(a) |
Uzyskana czysta siarka [t] |
Równoważne ograniczenie emisji SO2 [t] |
||
|
Gaz z węgla [TJ] |
Para [t] |
Energia elektryczna[MWh] |
|||||
|
1995 |
505 |
37.200 |
230.784 |
77.844 |
71.000 |
507 |
1.013 |
|
1996 |
1.902 |
167.234 |
2.769.685 |
372.235 |
449,919 |
2.992 |
5.980 |
|
1997 |
3.885 |
356.290 |
6.232.545 |
780.296 |
1.086.877 |
7.729 |
15.446 |
|
1998 |
5.279 |
509.276 |
8.844.902 |
993.562 |
1.513.629 |
11.294 |
22.572 |
|
1999 (*) |
2.704 |
260.530 |
4.487.749 |
516.859 |
783.984 |
6.080 |
12.151 |
|
Łącznie |
14.275 |
1.330.5 |
22.589.4 |
2.740.796 |
3.905.409 |
28.601 |
57.162 |
(*) - obejmuje okres 01.01 - 30.09.1999 r.
Emisja SO2 w trakcie 3 lat eksploatacji okazała się bardzo niska. Nie przekraczała ona wartości 125 mg/Nm3 (0,1 lbs/mln Btu) z tym, że najniższą odnotowaną wartością było 37 mg/Nm3 (0,03 lbs/mln Btu). Niska była również emisja NOx oraz CO (tab.4)
Tabela 4
Emisje
|
SO2 |
NOx |
CO |
|
|
kg/MWh |
0,612 |
0,49 |
0,16 |
|
g/GJ |
43 |
60 |
20 |
|
mg/Nm3 |
123 |
172 |
57 |
Blok 250 MW w Tampa Electric Co. [4] składa się z reaktora przepływowego Texaco z mokrym doprowadzaniem pyłu węglowego, tlenowni (10 bar) zasilanej z wydzielonego kompresora, schładzaczy gazu: opromieniowanego i konwekcyjnych, skrubera, instalacji hydrolizy COS dobudowanej w 1999 roku, instalacji odsiarczania MDEA oraz turbiny gazowej GE7F pracującej w skojarzeniu z turbiną parową.
W elektrowni Demkolec (Buggenum) [5] pracuje blok gazowo-parowy o mocy 252 MW (netto) składający się z: gazogeneratora strumieniowo-pyłowego f-my Shell z suchym nawęglaniem, tlenowni zasilanej wyłącznie z kompresora turbiny gazowej (100% integracja), schładzaczy gazu, filtra ceramicznego, instalacji hydrolizy COS, instalacji odsiarczania gazu Sulfinol-M+SCOT oraz turbiny gazowej V94.2 Siemensa. Blok został oficjalnie uruchomiony w roku 1994.
W elektrowni ELCOGAS (Puertollano) [6] zainstalowany jest blok gazowo-parowy o mocy 300 MW (netto) w skład którego wchodzi gazogenerator strumieniowo-pyłowy Prenflo (firmy Krupp-Koppers) z suchym doprowadzaniem paliwa /surowca/, tlenownia zasilana wyłącznie kompresora turbiny gazowej (100% integracja), schładzacze gazu, filtr ceramiczny, instalacja hydrolizy COS, instalacja odsiarczania gazu MDEA oraz turbina gazowa V94.3 f-my Siemens. Pierwsze uruchomienie bloku na gazie z węgla nastąpiło w marcu 1998 natomiast uruchomienie turbiny gazowej /w skojarzeniu z turbiną parową/ na gazie ziemnym nastąpiło w kwietniu 1996. W elektrowni Puertollano zgazowywana jest mieszanina węgla kamiennego i koksu naftowego w stosunku wagowym 50/50%.
3. ZGAZOWANIE ODPADÓW PETROCHEMICZNYCH
Do niedawna produkty destylacji ropy naftowej w postaci frakcji lekkich (benzyny i oleje napędowe) stanowiły około 70% przerabianej ropy. Pozostałe frakcje ciężkie w tym mazut wykorzystywano, zwłaszcza w krajach zachodnio europejskich, jako składnik oleju opałowego, często o znacznej zawartości siarki. Wzrastające z biegiem lat zapotrzebowanie na benzyny i oleje napędowe jak też zaostrzające się wymagania dotyczące ochrony środowiska, spowodowały spadek zainteresowania olejami opałowymi o zawartości siarki przekraczającej 0,1% (1,0% dla odbiorców przemysłowych)[7]. Doprowadziło to do kosztownych modernizacji rafinerii, dających w efekcie zwiększanie udziału frakcji lekkich poprzez głębsze przetwarzanie frakcji cięższych. Modernizacje te polegały na wprowadzaniu destylacji próżniowej lub krakowania mazutu; krakowania, hydrokrakowania lub koksowania gudronu itp. W konsekwencji z biegiem lat zmniejszała się ilość odpadów z tym, że stawały się one coraz cięższe, a ich lepkość, zasiarczenie i zawartość metali rosła. Obecnie są to najczęściej zasiarczone: asfalty, trudno zbywalne oleje ciężkie lub koks naftowy.
Za obiecującą opcję zagospodarowania tych odpadów uznano zintegrowany układ zgazowania IGCC, w którym gaz średniokaloryczny otrzymywany z ich zgazowania, doprowadzany jest do turbiny gazowej a w niektórych przypadkach także wykorzystywany do produkcji czystego wodoru.
O wyborze zgazowania przesądził m.in. fakt, że zapewnia ono odzysk czystej siarki w granicach do 99,5%. Oznacza to znikomą emisję SO2 nawet przy przetwarzaniu wysoko zasiarczonych odpadów petrochemicznych. Możliwy jest również odzysk metali ciężkich (wanad, nikiel). Argumenty te uznano za istotne w związku z zaostrzaniem norm emisji, zwłaszcza w krajach UE.
Pierwsza instalacja IGCC oparta na zgazowaniu koksu naftowego (150 t/d) oraz niewielkiej ilości innych odpadów petrochemicznych (~15 t/d) uruchomiona została w roku 1996 w rafinerii El Dorado (USA).
W trakcie uruchamiania znajdują się obecnie w USA dalsze instalacje IGCC przewidziane do zgazowania koksu naftowego w rafinerii Delaware City należącej do konsorcjum Motiwa - duoblok o mocy 250 MW składający się z: dwóch gazo-generatorów TexacoQS (z układem gaszącym ăquenchÓ), dwóch turbin gazowych GE 6FA, wspólnej tlenowni i wspólnej instalacji odsiarczania gazu. Przewidywane zużycie koksu naftowego ok. 2000 t/d w rafinerii Baytown (Teksas) należącej do koncernu Exxon - blok składający się z gazo-generatora Texaco oraz z turbiny gazowej GE 6B. Pewna część wytwarzanego gazu syntezowego przeznaczona będzie do produkcji amoniaku; w rafinerii Coffeyville (Kansas)zostanie zainstalowany generator gazu Texaco, który przez kilkanaście lat był zainstalowany w głośnej niegdyś elektrowni doświadczalnej Cool Water.
Podkreślić trzeba, że do zgazowania koksu naftowego dostosowany jest nowo-uruchomiony blok IGCC w elektrowni Puertollano (Hiszpania).
Dla orientacji podać można, że wartość opałowa koksu naftowego wynosi ok. 31-33 MJ/kg, zawartość popiołu 0,25-0,4%, czystego węgla 77-84%, siarki do ok. 6% oraz wilgoci 5-12%.
W Europie w ostatnich latach rozpowszechniły się układy zgazowania ciekłych pozostałości po przeróbce ropy naftowej [7,8,11]. Na pierwszym miejscu wymienić tu trzeba Włochy oraz Holandię, gdzie koncerny petrochemiczne zbudowały względnie uruchamiają instalacje IGCC przeznaczone go zgazowania odpadów, których inne wykorzystanie byłoby trudne. Należą do nich instalacje IGCC o mocach:
Tabela 5
Istotniejsze parametry instalacji IGCC w
rafineriach włoskich i holenderskich
|
RAFINERIA |
ISAB |
Api Energia |
SARLUX |
PERNIS |
||
|
3 180 |
1 400 |
3 180 |
1 650 [t/d] |
||
|
Gazo-generator GG /liczba & typ/ |
2x Texaco (QS) |
2x Texaco (QS) |
3x Texaco (QS) |
3x Shell (HR) |
||
|
71 |
66 |
39 |
66 |
||
|
|
|
1 400 |
1 350 |
||
|
Odsiarczanie gazu |
MDEA |
Selexol |
Selexol |
Rectisol |
||
|
Odzysk czystej siarki |
Claus |
2x Claus |
2x Claus |
Claus |
||
|
Rozprężacz gazu |
68/14 bar |
65/17 bar |
|
|
||
|
Turbina gazowa TG /liczba & typ/ |
2x V94.2 |
ABB 13 E2 |
3x GE 9E |
2x GE 6B |
||
|
2x 161,2 |
1x 194,3 |
3x 136,3 |
2x 43 |
||
|
2x 115,2 |
78,7 |
3x 50,8 |
|
||
|
9,8 |
~6 |
|
|
||
|
41,8 |
45,5 (1) |
115.3 (2) |
|
||
|
520,8 |
233,5 |
446 |
127 |
||
|
|
|
|
400 |
||
|
|
65 |
185 |
|
||
|
|
4,0 |
|
|
||
|
|
|
3,7 (3) |
255 t/d |
||
|
10 |
50 |
60 |
|
||
|
30 |
53 |
60 |
|
||
|
|
8 |
25 |
|
||
|
10 |
5 |
10 |
|
||
|
1 200 |
772 |
~1 000 |
|
||
|
1999 |
2000 |
2000 |
1997 |
Uwagi:
| (1) - | w tym tlenowania 36 MW, |
| (2) - | w tym tlenowania 60 MW, |
| (3) - | około 40 000 Nm3/h |
| (QS) - | gazo-generator na wylocie którego temperatura gorącego gazu jest obniżana ("gaszona") wtryskiem wody ("Quench") a następnie przed wlotem do turbiny gazowej, gaz nasycany jest parą wodną w celu obniżenia emisji NOx ("Saturation"). |
| (HR) - | gazo-generator w którym temperatura gorącego gazu jest obniżana poprzez odbiór ciepła w schładzaczach wysoko i średnio-temperaturowych ("Heat Recovery"). |
W instalacjach tych zgazowywane są odpady w postaci: smoły (pochodzącej z próżniowego krakowania wstępnego), gudronu (będącego produktem ubocznym destylacji próżniowej) lub asfaltu podestylacyjnego.
Ilustracją może być rafineria ISAB zaprojektowana na przerób ropy naftowej w ilości 1420 t/h (około 12 106 t/rok). Odpadem końcowym z tej rafinerii, przeznaczonym do zgazowania, jest asfalt w ilości 132 t/h. Jego wartość opałowa wynosi ok.38 MJ/kg, zawartość siarki ok. 6% oraz metali (Ni, V, Fe) często przekracza 400 ppm. Zapewnienie swobodnego przepompowywania asfaltu wymaga jego stałego podgrzewania do 260-280 oC.
4.PRODUKCJA METANOLU Z GAZU SYNTEZOWEGO
Obecnie na świecie podstawowym surowcem do produkcji metanolu jest gaz ziemny. Również dobrym surowcem są węglowodory ciekłe, na ogół pochodzące z ropy naftowej. Gaz syntezowy ze zgazowania węgla także nadaje się do produkcji metanolu. Podstawową sprawą są tu jednak koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. W USA od kilkunastu lat prowadzone są prace w ramach których w roku 1997 w Eastman Chemical Co w Kingsport, TN zbudowano instalację demonstracyjną LPMEOHŞ(Liquid Phase Methanol). Wytwarza ona metanol z gazu syntezowego składającego się głównie z tlenku węgla (CO) oraz z wodoru (H2). Koszt budowy tej instalacji wraz z 4-letnim okresem eksploatacji doświadczalnej oszacowano na 213,7 mln USD. W trakcie eksploatacji doświadczalnej w okresie IV.1997-IX.1999 wyprodukowano 170 tys m3 metanolu przy czym osiągnięto i często przekraczano założoną wydajność produkcyjną (303 m3/dobę lub 260 t/dobę). Czystość produkowanego metanolu wynosi 98%. Może ona być podwyższana do 99,85% poprzez destylację. W latach 2000Đ2001 symulowane będą warunki współpracy badanej instalacji LPMEOHŞ z blokiem gazowo-parowym IGCC[ ]
5. ZGAZOWANIE BIOMASY
W odległej przeszłości biomasa, w tym głównie drewno, była podstawowym paliwem spełniającym zasadniczą rolę w życiu codziennym. Z biegiem dziesięcioleci inne paliwa stopniowo wypierały jednak biomasę z powszechnego użytkowania. Obecnie w związku z koniecznoęcią ograniczania emisji CO2, problem energetycznego wykorzystania biomasy staje się znowu aktualny przy czym pod pojęciem biomasy oprócz drewna w postaci zrębków, trocin, kory itp, rozumie się dzisiaj słomę, łodygi lucerny, łuski ryżowe, odpady z zakładów celulozowo-papierniczych w tym ługi posiarczynowe (ăblack liquorÓ), a w niektórych krajach, także osady ściekowe.
Spotyka się opinie, że przy obecnych relacjach cenowych biomasa może być w sposób opłacalny wykorzystywana w energetyce jako paliwo dodatkowe dla dużych obiektów.
Tradycyjnie biomasa, w tym głównie drewno, spalana była w paleniskach konwencjonalnych. Uciążliwość tych palenisk dla środowiska oraz ich niska sprawność wymuszać zaczęły stopniowe wprowadzanie udoskonaleń. Jednym ze sposobów czystego i ekonomicznego wykorzystania drewna okazało się zgazowanie. Przypomnieć tu można, że w czasie II-giej wojny światowej wykorzystywano gaz ze zgazowania drewna do napędu niektórych silników spalinowych (t.zw.ÓHolzgasÓ). Prymitywne układy zgazowania biomasy nie spełniały jednak zaostrzających się standardów środowiskowych, m.in. w zakresie czystości gazu.
Zagadnienia dotyczące biomasy pojawiają się obecnie w programach sponsorowanych przez Komisję Europejską jak też przez Departament Energetyki U.S.A. W programach tych wyodrębnić można następujące kierunki jej wykorzystania: spalanie bezpośrednio w kotłach rusztowych lub fluidalnych (wrzących względnie cyrkulacyjnych); ăco-firingÓ polegający na dodawaniu niewielkich ilości biomasy do węgla, spalanego następnie w paleniskach konwencjonalnych oraz zgazowanie biomasy. Dwa pierwsze zagadnienia, jako nie dotyczące zgazowania, nie będą tu omawiane. Wiadomo jednak, że dodawanie do węgla paliw wtórnych, w tym również biomasy, wymaga uprzedniego zbadania wpływu jaki to będzie miało na warunki spalania w kotle.
Z dostępnych informacji wynika, że obecnie do zgazowania biomasy wykorzystywana jest najczęściej technologia powietrznego zgazowania w atmosferycznym złożu fluidalnym cyrkulacyjnym (AFBC), która stanowi adaptację technologii spalania w tego typu złożu. Proces zgazowania biomasy w reaktorach AFBC przebiega w temperaturze 800÷950 oC (w zależności od reakcyjności biomasy) oraz przy cięnieniu niemal atmosferycznym (1,3 bar). Dzięki dobremu wymieszaniu w złożu cyrkulacyjnym współczynnik konwersji węgla jest wysoki (zawartość węgla w popiele nie przekracza 1÷2%).Przykładowy skład objętościowy gazu otrzymanego ze zgazowania biomasy w reaktorze AFBC jest następujący: CO = 12%; H2 = 11%; CH4 + węglowodory = 6%; CO2 = 14%; H2O = 17% oraz N2 = 40%. Wartość opałowa do 5,5 MJ/Nm3.
Ciekawym przykładem jest zaprojektowana i wykonana przez firmę Foster&Wheeler instalacja w elektrowni Kymijärvi (Finlandia) gdzie do eksploatowanego od roku 1976 kotła parowego (450 t/h, 540/540oC, 170/40 bar) na węgiel kamienny w ilości ok. 180 000 t/a i częściowo na gaz ziemny w ilości ok. 80 mln Nm3/a dobudowany został gazo-generator przeznaczony do zgazowania biomasy składającej się z rozmaitych odpadów w tym głównie papier, karton, plastik i drewno.
Zasadniczym celem tej inwestycji jest zmniejszenie zużycia węgla i gazu ziemnego przez ich częściowe zastąpienie gazem z biomasy. Kocioł opalany węglem i gazem ziemnym zapewnia maksymalną moc elektryczną turbozespołu 167 MWe oraz cieplną 240 MWt. Gaz z gazo-generatora zapewnia dodatkową moc cieplną rzędu 45 MWt.
Zastosowano prosty atmosferyczny gazo-generator fluidalny cyrkulacyjny. Proces zgazowania przebiega w temperaturze 850÷900oC. Biomasa, doprowadzana do gazo-generatora na 1/3 jego wysokości, ulega gwałtownemu przesuszeniu, a bezpośrednio po tym rozkładowi termicznemu bez dostępu powietrza (piroliza). Produktami rozkładu są gaz, smoła i węgiel drzewny, który opada na dno gazo-generatora gdzie doprowadzane jest gorące powietrze. Następuje tu jego spalanie, a wywiązujące się ciepło podtrzymuje endotermiczny proces pirolizy. Cyrkulujący materiał inertny spełnia rolę nośnika ciepła i stabilizuje temperaturę w całym gazo-generatorze.
Za reaktorem umieszczonym jest cyklon oddzielający gorący gaz, który poprzez podgrzewacz powietrza doprowadzany jest bezpośrednio do kotła, tzn. do palników gazowych umieszczonych w dolnej części komory paleniskowej (poniżej palników pyłowych). Na podkreślenie zasługuje fakt, że omawiana instalacja umożliwia zgazowanie biomasy o wilgotności dochodzącej do 60%. Otrzymywany gaz jest bardzo niskiej jakości (poniżej 2,4 MJ/Nm3).Przed doprowadzeniem do kotła jest on jedynie odpylany w cyklonie.
6.KOSZTY URZĄDZEŃ
Przedstawiciele głównych dostawców urządzeń bloków IGCC:
opublikowali w paŔdzierniku 1999 wyniki prac zespołu, stanowiące 5-cio wariantową koncepcję nowego bloku IGCC o mocy 450÷500 MWe, opartego na zgazowaniu węgla lub odpadów petrochemicznych. Koncepcja ta zakłada wykorzystanie:
Poniżej przedstawiono oznaczenia i skrótowe charakterystyki poszczególnych wariantów:
Tabela 8
Najważniejsze wskaźniki charakteryzujące
poszczególne warianty
|
Warianty |
9F-HEQ |
9H-HEQ |
9H-HEQ-B |
9H-RO |
9H-RO-O |
||
|
449,2 |
520,9 |
520,1 |
527,6 |
510,3 |
||
|
43,3 |
44,6 |
44,8 |
45,2 |
48,6 |
||
|
860 |
849 |
863 |
935 |
825 |
We wszystkich wariantach:
Najniższe koszty energii występują w wariancie 9H-HR-O opartym na zgazowaniu odpadów petrochemicznych. Przy zgazowaniu węgla najtańszą energię daje wariant 9H-HEQ natomiast najdroższą wariant 9H-RO.
Wpływ ceny paliwa (w $/GJ) na koszt energii elektrycznej wytwarzanej w poszczeólnych wariantach ilustruje rys. 6.
Na podstawie wyżej przedstawionych kosztów urządze� dokonana została przez EPRI szacunkowa ocena kosztów budowy bloków IGCC wyposażonych w gazo-generatory Shella, Texaco oraz Dynegy (d. Dow Chemical). Przyjęte przez EPRI koszty budowy oprócz kosztu urządze�, obejmują również koszty robót budowlano-montażowych (wzorowane na założeniach wstępnych budowy bloku IGCC w Kenosha stan Wisconsin-USA). Oszacowane na tej podstawie koszty energii elektrycznej dla poszczególnych wariantów zawiera tabl. 9. Wynika z niej m.in., że koszt energii elektrycznej produkowanej przez bloki gazowo parowe na gaz ziemny są niższe, pomimo wyższego kosztu gazu. Bloki na gaz z węgla byłyby konkurencyjne dopiero przy cenie gazu ziemnego dochodzącej do 4,2 $/GJ.
7.WNIOSKI
LITERATURA I MATERIAŁY ŹRÓDŁOWE.
doc dr inż. Janusz Rakowski