Analysis of the efficiency of the unit based on circulating fluidized bed boiler integrated with three-end high-temperature membrane for air separation

• Autorzy: Kotowicz J. , Balicki A.

Warianty tytułu

PL

Analiza efektywności układu kotła cyrkulacyjnego typu oxy z membraną wysokotemperaturową typu three-end do separacji powietrza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper boiler with circulating fluidized bed was analyzed. For the combustion of lignite in the boiler oxygen produced in the three-end high-temperature membrane was used. Paper shows a method of determining the surface of the membranes and energy consumption of the air separation process. Boiler thermal efficiency, energy consumption of the process and air separation membrane module surface was determined as a function of oxygen recovery in the membrane. Nitrogen from the air separation unit was proposed to be used for drying lignite. For this variant characteristics of the system were determined. It was found that the thermal efficiency of the boiler in case where nitrogen was used for lignite drying increased from 76% to 87% with increasing value of oxygen recovery ratio from 0.45 to 0.9 and is higher, respectively, from 12% to 6% in comparison to the system without drying. In the proposed air separation unit required membrane surface is in the range 76500-95000 m².

PL

W artykule analizie poddano kocioł z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym. Do spalania węgla brunatnego w kotle użyto tlenu wytworzonego w wysokotemperaturowej membranie typu three-end. Pokazano sposób określenia powierzchni membran oraz energochłonności procesu membranowej separacji powietrza. Sprawność termiczną kotła, energochłonność membranowej separacji powietrza i powierzchnię modułu membranowego wyznaczono w funkcji odzysku tlenu w membranie. Zaproponowano wykorzystanie azotu z instalacji separacji powietrza do suszenia węgla. Dla takiego wariantu również wyznaczono charakterystyki układu. Stwierdzono, że przy wykorzystaniu azotu do suszenia sprawności termicznej kotła rośnie z 76% do 87%, przy wzroście stopnia odzysku tlenu od 0,45 do 0,9, i jest wyższa odpowiednio od 12% do 6% w porównaniu do układu bez suszenia. W zaproponowanym układzie separacji powietrza powierzchnia modułu membranowego zawiera się w przedziale 76,5-95,0 tys. m².

Słowa kluczowe

EN

fluidized boiler; three-end membrane; air separation

PL

kocioł fluidalny; membrana typu three-end; separacja powietrza

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Maszyn Przepływowych PAN ; Komitet Problemów Energetyki Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Archiwum Energetyki
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 42, nr 2
• Strony: 59--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Kotowicz J.

• Silesian University of Technology. Institute of Power Engineering and Turbomachinery, Gliwice

autor

Balicki A.

• Silesian University of Technology. Institute of Power Engineering and Turbomachinery, Gliwice

Bibliografia

• [1] The technical report of step 6.1 in research topic: Numerical simulations and systemic analysis of oxy - burning, the research task 2 Development of a technology for oxy-combustion pulverized-fuel and fluid boilers integrated with CO2 capture in the strategic program of research and development, Advanced Technologies for Energy Generation.
• [2] Kotowicz J., Dryjańska A., Balicki A.: Influence of the selected parameters for a CFB oxy boiler efficiency. Rynek Energii 2(99), 2012, 120-126 (in Polish).
• [3] Stadler H. it et al.: Oxyfuel coal combustion by efficient integration of oxygen transport membranes. International Journal of Greenhouse Gas Control 5(2011), 7-15.
• [4] Castillo R.: Thermodynamic analysis of a hard coal oxyfuel power plant with high temperature three-end membrane for air separation. Applied Energy 88(2011), 1480-1493.
• [5] Pfaff I., Kather A.: Comparative thermodynamic analysis and integration issues of CCS steam power plants based on oxy-combustion with cryogenic or membrane based air separation. Energy Procedia 1(2009), 495-502.
• [6] Chmielniak T.: The role of various technologies in achieving emissions objectives in the perspective of the years up to 2050. Rynek Energii, 1(92), 2011, 3-9 (in Polish).
• [7] Skorek-Osikowska A., Bartela Ł.: Model of a supercritical oxy-boiler - analysis of the selected parameters. Rynek Energii, 5(90), 2010, 69-75 (in Polish).
• [8] Kotowicz J., Bartela Ł.: Optimization of the connection of membrane CCS installation with a supercritical coal-red power plant. Energy 38(2012), 118-127.
• [9] Kotowicz J., Skorek-Osikowska A., Janusz - Szymańska K.: Membrane separation of carbon dioxide in the integrated gasification combined cycle systems. Archives of Thermodynamics 31(2010), 3, 145-164.
• [10] Janusz-Szymańska K., Kotowicz J.: Analysis of CO2 membrane separation process in the ultra supercritical coal fired power plant. Rynek Energii 94(2011), 3, 53-56 (in Polish).
• [11] Kotowicz J., Janusz-Szymańska K.: Influence of membrane CO2 separation on the operating characteristics of a coal-fired power plant. Chemical and Process Engineering 31(2010), 4, 681-698.
• [12] Kotowicz J., Janusz-Szymańska K.: Influence of CO2 separation on the efficiency of the supercritical coal fired power plant. Rynek Energii 93(2011), 2, 8-12 (in Polish).
• [13] Kotowicz J., Janusz-Szymańska K.: Selected methods to reduce energy consumption of carbon capture and storage installation in ultra-supercritical power plant. Archives of Energetics, XLI(2011), 3-4, 97-110.
• [14] Kotowicz J., Skorek-Osikowska A., Bartela Ł.: Economic and environmental evaluation of selected advanced power generation technologies. Proc. Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy 225(2011), 3, 221-232.