Porównanie różnych struktur zaawansowanej technologicznie zeroemisyjnej elektrowni gazowo-parowej ze spalaniem tlenowym

• Autorzy: Kotowicz J. , Job M. , Brzęczek M.

Warianty tytułu

EN

A comparison of different structures of a technologically advanced zero-emission combined cycle power plant

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaawansowane technologicznie zeroemisyjne elektrownie gazowo-parowe stanowią technologię pozwalającą na produkcję energii elektrycznej z zerową emisją dwutlenku węgla i wysoką sprawnością. Utrata sprawności względem nowoczesnych elektrowni gazowo-parowych bez technologii wychwytu CO2 wynosi nawet poniżej 5 punktów procentowych. Koncepcja ta wykorzystuje reaktor membranowy, który zastępuje komorę spalania w turbinie gazowej. Reaktor ten realizuje trzy kluczowe funkcje: separację tlenu od powietrza w membranie wysokotemperaturowej, spalanie paliwa oraz ogrzewanie ubogiego w tlen powietrza. Ogrzane powietrze jest rozprężane w turbinie i zasila kocioł odzyskowy. Reaktor membranowy może pracować przy niskim lub podwyższonym poziomie ciśnienia. W pierwszym przypadku spaliny opuszczające reaktor zasilają dodatkowy kocioł odzyskowy, natomiast w drugim przypadku możliwe jest zastosowanie dodatkowej turbiny zasilanej spalinami. Separacja spalin, składających się niemal wyłącznie z CO2 i H2O, jest ograniczona do ochłodzenia i wykroplenia wilgoci. W artykule przedstawiono różne struktury oraz wyniki analiz termodynamicznych elektrowni gazowo-parowych zintegrowanych z reaktorem membranowym.

EN

The advanced zero-emission combined cycle power plants (AZEP) are based on a technology enabling electric energy production from natural gas with a zero carbon dioxide emission and a high efficiency. The efficiency loss related to a modern natural gas combined cycle plant without CO2 capture installation is even lower than 5 percentage points. This concept is based on the use of a membrane reactor replacing the combustor in the gas turbine. The reactor combines three key functions: oxygen separation from air through the high-temperature membrane, fuel combustion in an internal reactor cycle and heating of the oxygen-depleted air. The hot air expands in the turbine and subsequently feeds the steam cycle through a heat recovery steam generator. The membrane reactor can operate on a low or a higher pressure level. In the first case the flue gas leaving reactor feeds an additional heat recovery steam generator, while in the second case it is possible to apply an additional turbine powered by flue gas. Carbon dioxide separation from the flue gas, composed almost entirely of H2O and CO2, is limited to the flue gas cooling and condensation of water vapor. Presented are various structures and results of thermodynamic analyses of natural gas combined cycle plants integrated with membrane reactors.

Słowa kluczowe

PL

elektrownia gazowo-parowa; elektrownia zeroemisyjna; wychwyt CO2; spalanie tlenowe; reaktor membranowy

EN

combined cycle power plants; zero-emission power plants; CO2 capture; oxygen combustion; membrane reactor

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 11
• Strony: 706--711
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kotowicz J.

• Politechnika Śląska

autor

Job M.

• Politechnika Śląska

autor

Brzęczek M.

• Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Chmielniak T., Rusin A., Czwiertnia K., Turbiny gazowe. Ossolineum, Wrocław 2001.
• [2] Badyda K., Miller A., Energetyczne turbiny gazowe oraz układy z ich wykorzystaniem. Kaprint, Lublin 2014.
• [3] Kotowicz J., Elektrownie gazowo-parowe. Kaprint, Lublin 2008.
• [4] Badyda K., Perspektywy rozwoju technologii turbin gazowych oraz bloków gazowo-parowych. „Rynek Energii" 2014, 4(113) 74-82.
• [5] Miller A., Lewandowski J., Układy gazowo-parowe na paliwo stałe: perspektywy zastosowań i modelowanie matematyczne WNT, Warszawa 1993.
• [6] Liu C.Y., Chen G., Sipöcz N., Assadi M., Bai X.S., Characteristics of oxy-fuel combustion in gas turbines. "Applied Energy" 2012, 89, 387-394.
• [7] Zhanga N., Lior N., Two novel oxy-fuel power cycles integrated with natural gas reforming and C02 capture. "Energy" 2008, 33 340-351.
• [8] Kotowicz J., Job M., The thermodynamic and economic analysis of a gas turbine combined cycle plant with oxy combustion. "Archives of Thermodynamics" 2013, 4(35), 215-233.
• [9] Kotowicz J., Job M., Brzęczek M., Porównanie termodynamiczne elektrowni gazowo-parowych bez i z wychwytem CO2. "Rynek Energii" 2014, 3(112), 82-87.
• [10] Kvamsdal H. M., Jordal K., Bolland O., A quantitive comparison of gas turbine cycles with CO2 capture. "Energy" 2007, 32, 10-24.
• [11] Haag J. Ch., Hildebrandt A., Honen H., Assadi M., Kneer R., Turbomachinery simulation in design point and part-load operation for advanced CO2 capture power plant cycles. Proceedings of ASME Turbo Expo 2007, Montreal, Canada, 14-17 May 2007.
• [12] Petrakopoulou F., Tsatsaronis G., Boyano A., Morosuk Т., Exergoeconomic and exergoenvironmental evaluation of power plants including CO2 capture. “Chemical Engineering Research and Design” 2011, 89, 1461-1469.
• [13] Sundkvist S. G., Julsrud S., Vigeland В., Naas T., Budd M., Leistner H., Winkler D., Development and testing of AZEP reactor components. "International Journal of Greenhouse Gas Control" 2007, 1, 180-187.
• [14] GateCycle Version 5.40. Manual. GE Enter Software, LLC.
• [15] Sanjay A., Singh O., Prasad B.N., Comparative performance analysis of cogeneration gas turbine cycle for different blade cooling means. "International Journal of Thermal Sciences" 2009, 48, 1432-1440.
• [16] Kotowicz J., Job M., Brzęczek M., The Characteristics of Ultramodern Combined Cycle Power Plants. "Energy" 2015 (doi: 10.1016/j.energy.2015.04.006).