Analiza termodynamiczna bloku oxy zintegrowanego z tlenownią hybrydową membranowo-kriogeniczną

• Autorzy: Skorek-Osikowska A. , Bartela Ł.

Warianty tytułu

EN

Thermodynamic analysis of an oxy combustion unit integrated with a hybrid membrane-cryogenic air separation unit

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Spalanie tlenowe jest zaliczane do przyszłościowych metod niskoemisyjnej produkcji energii elektrycznej z węgla. Najbardziej energochłonną instalacją w bloku zintegrowanym oxy jest układ separacji tlenu z powietrza (ASU), pracujący najczęściej w oparciu o metody kriogeniczne. W celu obniżenia energochłonności procesu separacji, w pracy dokonano analizy możliwości wykorzystania do produkcji tlenu metody hybrydowej membranowo-kriogenicznej. Zaproponowany układ składa się z membrany polimerowej, w której powietrze jest wzbogacane w tlen oraz instalacji kriogenicznej, w której tlen uzyskuje wymaganą czystość. Instalacja tlenowni zintegrowana jest z kotłem pyłowym oxy, obiegiem parowym oraz instalacją wychwytu i sprężania dwutlenku węgla. W celu określenia energochłonności procesu separacji zbudowano model matematyczny poszczególnych układów w programach Aspen i GateCycle. W artykule przedstawiono podstawowe założenia przyjęte do budowy modeli. Przeprowadzono analizy doboru membran pod kątem optymalizacji całego układu separacji tlenu. Określono potrzeby własne poszczególnych układów wchodzących w skład zintegrowanego bloku oxy. Porównano układ z tlenownią kriogeniczną z układem zintegrowanym z instalacją hybrydową. Analizy energochłonności dokonano z wykorzystaniem wskaźnika potrzeb własnych. Najważniejsze rezultaty analiz zostały przedstawione w artykule.

EN

Oxy combustion technology is classified as a prospective, low-carbon dioxide emission method of electricity production from coal. The most energy intensive installation of the system is the air separation unit (ASU), basing usually on the cryogenic methods. In order to reduce the energy consumption of the separation process, in the work presented in this paper, the possibility of the use of a hybrid membrane-cryogenic method of oxygen production was analyzed. The proposed system consists of a polymer membrane in which the air is enriched in oxygen, and a cryogenic installation, in which the required purity of oxygen is obtained. The oxygen plant is integrated with a pulverized coalfed boiler, a steam-water cycle and an installation of the carbon dioxide capture and compression. In order to determine the energy intensity of the separation process, mathematical models of individual components were built in the GateCycle and Aspen software. The paper presents the key assumptions made to the models built. An analysis of a membrane selection in order to optimize the entire system of separation of oxygen from air is conducted. Auxiliary power of the particular installations (boiler, steam-water cycle, air separation unit and carbon dioxide capture and compression installation), included in the integrated oxy combustion system were determined. A comparison of the unit with cryogenic ASU and a hybrid installation, was made. The analyses were made using the auxiliary power rate. The main results of the conducted analyzes are presented in this paper.

Słowa kluczowe

PL

spalanie tlenowe; ASU; metoda hybrydowa membranowo-kriogeniczna

• Wydawca: Polski Instytut Spalania
• Czasopismo: Archiwum Spalania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 12, nr 3
• Strony: 137--144
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Skorek-Osikowska A.

• Politechnika Śląska, Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Bartela Ł.

Bibliografia

• [5]. Praca zbiorowa pod redakcją T. Chmielniaka i A. Ziębika: Obiegi cieplne nadkrytycznych bloków węglowych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice 2010.
• [6]. Castle, W.F. Air separation and liquefaction: recent developments and prospects for the beginning of the new millennium. International Journal of Refrigeration, 2002, 25, 158-172.
• [7]. Toftegaard M.B., Brix J., Jensen P.A., Glarborg P., Jensen A.D. Oxy-fuel combustion of solid fuels. Progress in Energy and Combustion Science, 2010, 36, 581-625.
• [8]. Skorek-Osikowska A. Modeling and analysis of the carbon dioxide processing installation using physical separation in a supercritical 460 MW coal unit working in oxy-combustion technology. Archiwum Energetyki, Tom XLII, 2012, 1, 3–21.
• [9]. Skorek-Osikowska A., Bartela Ł., Model kotła oxy na parametry nadkrytyczne - analiza wybranych parametrów, Rynek Energii, 90, 2010, 5, 69-75.
• [10]. Skorek-Osikowska A., Janusz-Szymańska K., Kotowicz J. Modeling and analysis of the selected carbon dioxide capture technologies in IGCC systems. Energy, 2012, 45, 92-100.
• [11]. Kotowicz J, Chmielniak T, Janusz-Szymańska K. The influence of membrane CO2 separation on the efficiency of a coal-fired power plant. Energy, 2010, 35, 841.
• [12]. Janusz-Szymańska K, Kotowicz J. The analysis of the membrane CO2 separation in the ultra-supercritical coal power plant. Rynek Energii, 94, 2011, 3, 53-56.
• [13]. Chorowski M.: Kriogenika. Podstawy i zastosowania. IPPU Masta 2007.
• [14]. Castillo R.: Thermodynamic analysis of a hard coal oxyfuel power plant with high temperature three-end membrane for air separation. Applied Energy, 2011, Vol. 88, 1480-1493.
• [15]. Darde A., Prabhakar R., Tranier J.P., Perrin N.: Air separation and flue gas compression and purification units for oxy-coal combustion systems. Energy Procedia. 2009, Vol. 1, 527–34.
• [16]. Burdyny T., Struchtrup H. Hybrid membrane/cryogenic separation of oxygen from air for use in the oxyfuel process. Energy, 2010, 35, 1884–1897.
• [17]. Skorek-Osikowska A., Kotowicz J. Influence of the selected parameters of one-stage flash drying and purification process of the flue gas in the oxy-combustion system on purity and recovery rate of the separated CO2. International Conference on Carbon Reduction Technologies CareTech 2011, Jura, 19-22 wrzesień 2011, 99-100.
• [18]. World Resources Institute (WRI). CCS Guidelines: Guidelines for Carbon Dioxide Capture, Transport, and Storage. Washington, DC: WRI, (2008).
• [19]. Zheng L., Oxy-fuel combustion for power generation and carbon dioxide (CO2) capture. Woodhead Publishing Limited, 2011.

Uwagi

PL

Bibliografia zaczyna się od pkt. [5].