Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Integracja elektrowni gazowo - parowej z silnikami Stirlinga w celu wykorzystania ciepła odpadowego

Kotowicz J., Brzęczek M.

Rynek Energii

|

2018

|

Nr 1

53--59

PL

W artykule przedstawiono koncepcję efektywnego zagospodarowania ciepła odpadowego poprzez nadbudowę nowoczesnego bloku gazowo - parowego z instalacją wychwytu i sprężania CO2 o silniki Stirlinga. Lokalizacja źródeł ciepła odpadowego pozwoliła na zastosowanie dwóch silników Stirlinga: jednego wykorzystującego ciepło spalin wylotowych z kotła kierowanych do absorbera, drugiego pracującego na cieple sprężonego gazu w instalacji sprężania CO2. W przypadku instalacji sprężania CO2 analizę przeprowadzono dla dwóch wariantów: z 4 oraz 8 sekcyjnym sprężaniem ditlenku węgla.

EN

This paper presents the concept of the effective use of a waste heat in a combined cycle power plant with carbon capture and compression installation by the integration with Stirling engines. The location of the waste heat sources allowed for the use of two Stirling engines: first using flue gas heat from the heat recovery steam generator directed to the absorber, second using the energy of compressed gases in the CO2 compression installation. In the case of a CO2 compression installation, the analysis was carried out for two variants: with 4 and 8 sequential compression of carbon dioxide.

2

Opracowanie technologii dla wysoko sprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin. Koncepcja i główne wyniki badań

Chmielniak T.

Polityka Energetyczna

|

2015

|

T. 18, z. 3

75--86

PL

Głównym zadaniem artykułu jest przekazanie informacji o koncepcji i wynikach badań uzyskanych w projekcie strategicznym Zaawansowane Technologie Pozyskiwania Energii, głównie w zadaniu 1: Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin. Jego głównym celem było: a) opracowanie metod, technologii i programów zwiększenia efektywności energetycznej i ekologicznej wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrowniach i elektrociepłowniach węglowych oraz podwyższenie ich niezawodności i dyspozycyjności, b) opracowanie dokumentacji technologicznej układów stanowiących podstawę do budowy krajowych instalacji demonstracyjnych wychwytu ze spalin oraz bezpiecznego składowania CO2, c) opracowanie dla warunków krajowych strategicznych kierunków rozwoju czystych technologii węglowych do zastosowań w energetyce, w tym bloków 50+. Przedstawiono koncepcję nowej klasy bloków kondensacyjnych na parametry pary: 650°C/670°C/30 MPa, które jednocześnie powinny spełniać wymagania capture ready. Wskazano na podstawie badań materiałowych i studiów konstrukcyjnych prowadzonych w projekcie na możliwość wzrostu temperatury pary pierwotnej do poziomu 673/670°C, a temperatury pary wtórnej do wartości 692/690°C, co stanowi istotny postęp w stosunku do obecnie budowanych bloków na parametry nadkrytyczne (para świeża/para wtórna 600 (610)/610 (620)°C). Analizowane kierunki wzrostu sprawności sprawdzano dla tej koncepcji bloku referencyjnego. Określono potencjał różnych przedsięwzięć służących poprawie sprawno- ści. Omówiono zakres badań w zakresie oceny elastyczności cieplnej, zwiększenia dyspozycyjności, nowych systemów diagnostycznych. Osobnym zagadnieniem rozpatrywanym w artykule jest analiza procesu wychwytu CO2 i dyskusja efektywności różnych opcji integracji instalacji wychwytu z obiegiem wodno-parowym bloku. W zakończeniu artykułu pokazano kierunki dalszych badań dla rozwiązania współczesnych problemów energetyki węglowej oraz wskazano na monografie dokumentujące wyniki uzyskane w projekcie.

EN

The main task of this paper is to provide information about the concept and the results of the Strategic Research Programme entitled Advanced Technologies for Energy Generation, mainly in Task 1 – Development of a technology for highly efficient zero-emission coal-fired power units integrated with CO2 capture from flue gas. The main aim of this task was: a) to develop methods, technologies and programs in order to increase the efficiency of generating electricity at coal-fired power plants and increase their reliability and availability, b) to develop technological documentation of systems that will become a basis for the construction of national demonstration installations for the capture of CO2 from flue gases and its safe storage, c ) to work out Poland-specific directions for further development of clean coal technologies to be used in the power industry, including 50+ units. The concept of the new class of power plant units with steam parameters: 650°C/670°C/30MPa, which also will meet the “capture ready” requirements has been discussed. On the basis of material and structural studies carried out in the project the possibility of designing the unit with a leave steam temperature of 673/670°C, and the temperature of the steam reheat – 692/690°C has been show. This is a significant improvement over the currently built supercritical units (live steam / steam reheat 600 (610)/610(620)°C). The directions of efficiency increase was tested and analysed for a 900 MW unit. An efficiency improvement is found in all the cases under analysis. The range of tests for the assessment of thermal flexibility, increased availability and new diagnostic systems were also discussed. Another issue considered in the article was the analysis of the CO2 capture process and discussion of the effectiveness of different integration options for the separation unit with the water-steam cycle. The directions for further research for solutions of the contemporary problems of coal-based energy are presented and monographs documenting the results of the project are shown.

3

Energy and economic analysis of the carbon dioxide capture installation with the use of monoethanolamine and ammonia

Bochon K., Chmielniak T.

Archives of Thermodynamics

|

2015

|

Vol. 36, no. 1

93--110

EN

In the study an accurate energy and economic analysis of the carbon capture installation was carried out. Chemical absorption with the use of monoethanolamine (MEA) and ammonia was adopted as the technology of carbon dioxide (CO2) capture from flue gases. The energy analysis was performed using a commercial software package to analyze the chemical processes. In the case of MEA, the demand for regeneration heat was about 3.5 MJ/kg of CO2, whereas for ammonia it totalled 2 MJ/kg CO2. The economic analysis was based on the net present value (NPV) method. The limit price for CO2 emissions allowances at which the investment project becomes profitable (NPV = 0) was more than 160 PLN/Mg for MEA and less than 150 PLN/Mg for ammonia. A sensitivity analysis was also carried out to determine the limit price of CO2 emissions allowances depending on electricity generation costs at different values of investment expenditures.

4

Możliwości zastosowania metody adsorpcyjnej do usuwania CO2 ze spalin kotłowych

Wawrzyńczak D., Majchrzak-Kucęba I., Nowak W.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2014

|

z. 86 [290], nr 2

285--293

PL

Aby węgiel mógł pozostać głównym paliwem gwarantującym bezpieczeństwo energetyczne Unii Europejskiej, jego przyszłe wykorzystanie musi zostać dostosowane do wymagań polityki UE. W ramach prac naukowo-badawczych rozwija się i doskonali technologie pozwalające na redukcję emisji ditlenku węgla do atmosfery, jak również metody wychwyt CO2 z gazów procesowych. Prezentowana technologia adsorpcji, oparta o stałe sorbenty, testowana w skali laboratoryjnej jak i pilotowej, wykazała dużą zbieżność otrzymywanych wyników. Przeprowadzone testy potwierdzają możliwość jej zastosowania w rzeczywistych warunkach przemysłowych.

EN

The coal could be the main fuel that guaranteed energy security of the European Union, but its future use must be adapted to the requirements of EU policy. The research works, carried out in many research centers, develop and improve technologies for reducing carbon dioxide emissions into the atmosphere, as well as methods of CO2 separation from flue gases. The presented adsorption technology (based on solid sorbents) tested in laboratory and pilot scales, showed a similarity of the results. The investigations confirmed the possibility of its application in real industrial conditions.

5

Ocena możliwości ograniczenia emisji CO2 dzięki budowie w Polsce dużego bloku kogeneracyjnego zintegrowanego z instalacją separacji

Bartela Ł., Kotowicz J., Skorek-Osikowska A.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 6

67--73

PL

W artykule zaprezentowano wyniki analizy mającej wykazać ekologiczny efekt budowy bloku na parametry nadkrytyczne w ramach jednego z systemów ciepłowniczych Polski. Analizami objęto trzy warianty rozwiązań. Podstawowym analizowanym wariantem jest blok pracujący bez prowadzenia procesu separacji CO2. Dwa pozostałe warianty zakładają integrację bloku z instalacją separacji opartej na wykorzystaniu metody absorpcji chemicznej. W tych przypadkach warianty różnią się od siebie organizacją sposobu dostarczenia ciepła, jakie wymagane jest dla realizacji procesu desorpcji. O ile w jednym z przypadków ciepło doprowadzane jest do instalacji separacji wraz z parą pobieraną z upustu turbiny parowej to w drugim przypadku źródłem ciepła jest odrębny układ turbiny gazowej. Analiza ekologiczna oparta została na założeniu, iż inwestycja w nowoczesny blok kogeneracyjny realizowana w ramach systemu ciepłowniczego pozwala na odstawienie z ruchu dwóch bloków klasy BC-100. Podstawowy efekt wynika z różnic jakie dotyczą sprawności bloków zastępowanych oraz bloku wprowadzanego do systemu ciepłowniczego. Inne efekty, będące następstwem ewentualnej inwestycji są identyfikowane w ramach Krajowego Systemu Elektroenergetycznego. Wynikają one z pojawienia się w systemie dodatkowej mocy elektrycznej oraz zmniejszenia mocy jaka jest tracona na skutek transportu energii elektrycznej na duże odległości. Efekty ekologiczne zostały zaprezentowane przy wykorzystaniu zdefiniowanych w pracy wskaźników ujmujących bezwzględny oraz względny stopień ograniczenia emisji CO2.

EN

This paper presents the results of the analysis aiming to demonstrate the ecological effect of building of a supercritical unit within one of the Polish district heating systems. The analysis consisted of three variants of solutions. The main analyzed variant is a unit working without any CO2 separation process. Two other options involve the integration of the unit with a separation installation based on the use of chemical absorption method. In these cases, the variants differ in the method of heat delivery into the process which is required for the realization of the desorption process. In the first case heat is supplied to the separation plant with a steam extracted from steam turbine bleeding, in the second case the heat source consists in a separate gas turbine system. Ecological analysis was based on the assumption that the investment in a modern cogeneration unit realized as a part of the district heating system allows for a withdrawal from operation of two blocks of BC-100 class. The primary effect is due to differences concerning the efficiency of the replaced units and the unit introduced into the district heating system. Other effects, resulting from possible investment, are identified within the National Power System. They result from the introduction into the system of additional electric power and reduction of the power that is lost due to electricity transport over long distances. The ecological effects have been presented using the indicators defined in the paper, recognizing the absolute and the relative degree of the reduction of CO2 emissions.

6

Konsekwencje termodynamiczne i ekonomiczne wprowadzenia do bloku energetycznego membranowej instalacji wychwytu gazu cieplarnianego (CO2)

Janusz-Szymańska K., Kotowicz J.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 3

76--81

PL

W artykule przedstawiono analizę termodynamiczną i ekonomiczną nadkrytycznego bloku węglowego zintegrowanego z instalacją wychwytu gazu cieplarnianego (CO2). Określono wpływ instalacji CC na zmianę sprawności wytwarzania energii elektrycznej. Dobrana trójsekcyjna membranowa instalacja separacji dwutlenku węgla zapewnia 90% stopień separacji o czystości otrzymanego CO2 równym 0,9. Instalacja taka wymaga doprowadzenia do układu energii w ilości 1,253 MJ/kgCO2us, co wpływa na obniżenie sprawności wytwarzania energii elektrycznej o 10,78 punktów procentowych. Wyznaczono graniczną cenę sprzedaży energii elektrycznej zarówno dla bloku bez i z instalacją wychwytu gazów cieplarnianych. Określono koszt emisji unikniętej.

EN

The article presents an analysis of the thermodynamic and economic supercritical coal unit integrated with the capture installation of greenhouse gases. The effect of installing CC to change the efficiency of electricity generation. Selected three sectional CO2 membrane separation installation ensures 90% degree of purity of the resulting separation of CO2 equal to 0.9. This installation requires an input of energy into the system in the amount of 1,253 MJ/kgCO2us, which reduces the efficiency of electricity by 10.78 percentage points. The break-event price of electricity for both blocks with and without installing CC was determined. The cost of CO2 avoided emissions was specified.

7

Analiza ryzyka inwestycyjnego związanego z wdrożeniem technologii separacji CO2 w nadkrytycznej elektrociepłowni węglowej

Bartela Ł., Skorek-Osikowska A., Kotowicz J.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 1

90--95

PL

W artykule zaprezentowano wybrane rezultaty analizy ryzyka jaką objęto integrację bloku elektrociepłowni na parametry nadkrytyczne z absorpcyjną instalacją separacji CO2. Analizę przeprowadzono dla dwóch wariantów elektrociepłowni, tj. dla bloku bez integracji oraz bloku zintegrowanego z absorpcyjną instalacją separacji, wykorzystując przy tym metodę Monte Carlo. Przed przystąpieniem do analiz dokonano selekcji technicznych oraz ekonomicznych czynników ryzyka. Wielkości wybrane wstępnie jako zmienne losowe do analizy ryzyka w pierwszej kolejności poddano analizie wrażliwości celem wykazania wpływu ich zmian na wartość ekonomicznego wskaźnika efektywności za jaki wybrano graniczną cenę sprzedaży energii elektrycznej. Celem realizacji analizy ryzyka dla poszczególnych zmiennych losowych założono wartości oczekiwane oraz zakresy względnych zmian wartości, jakie mogą być wynikiem zmian zachodzących w otoczeniu funkcjonowania elektrociepłowni, a które dzisiaj reprezentują stopień niepewności co do przyjmowanych założeń. W pracy zdefiniowano dwa wybrane wskaźniki oceny ryzyka, których wyznaczenie dla przedmiotowych inwestycji stanowiło podstawę dla sformułowania wniosków przedstawionych w podsumowaniu artykułu.

EN

This paper presents selected results of a risk analysis concerning the integration of a combined heat and power plant working at supercritical parameters with an absorption CO2 separation installation. The analysis was performed for two variants of the CHP plant, i.e., for a unit without integration and for a unit integrated with an absorption separation, using the Monte Carlo method. Prior to analysis, the technical and economic risk factors were selected. The quantities preselected as random variables for the risk analysis in the first place were subjected to the sensitivity analysis, in order to demonstrate the influence of their changes on the economic efficiency indicator, for which the break-even price of electricity was selected. In order to perform the risk analysis, for each random variable the expected values and ranges of relative changes in value were assumed, which may be due to changes in the environment of operation of the CHP plant, and which today represents the degree of uncertainty as to the assumptions. Two selected indicators of risk assessment were defined in this paper, of which the determination for the subjected investment constituted the basis for the conclusions drawn in the summary of the paper.

8

Repowering a coal-fired power plant with a gas turbine to supply heat for the desorption process

Bartela Ł., Mikosz D.

Journal of Power Technologies

|

2014

|

Vol. 94, nr 4

329–-338

EN

This paper presents the results of an analysis for a 900MWsupercritical coal-fired power plant integrated with an absorption CO2 separation installation and a gas turbine unit. In this unit the gas turbine with evaporator is the heat source for the desorption process, which is realized in a CO2 separation installation. The aim of the analysis was to determine the thermodynamic, ecological and economic evaluation indicators, which are defined in the paper. Analyzes were carried out for the variable heat demand required for the desorption process. Additionally, the impact of a change in emission allowance price on selected economic evaluation indicators was analyzed.

9

Detecting disturbance of uniformity of a nitrogen and CO2 mixture in an acoustic tube

Remiorz L.

Journal of Power Technologies

|

2014

|

Vol. 94, nr 3

226--231

EN

In light of concerns over climate changes, extensive scientific research is ongoing in the field of CO2 separation [1–5]. No definitive determination has yet been made as to which separation technology should be selected and efforts are continuing to find new methods [6–11]. This paper presents preliminary results of measurements of the disturbance of the uniformity of a nitrogen and CO2 mixture inside a thermoacoustic tube. Transversely to the tube axis, a detection path was placed to identify disturbance of the CO2 and nitrogen content. The tube was filled with a uniform mixture of nitrogen and CO2. An acoustic standing wave was induced inside the tube and the readings of the mixture uniformity disturbance detection system were recorded. More data were recorded from an internal microphone, enabling detection of the standing wave. The results were processed numerically and the computations resulted in a series of curves in the time and frequency domains, illustrating the behavior of the mixture inside the tube.

10

Analysis of thermodynamics of two-fuel power unit integrated with a carbon dioxide separation plant

Kotowicz J., Bartela Ł., Mikosz D.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 4

55--68

EN

The article presents the results of thermodynamic analysis of the supercritical coal-fired power plant with gross electrical output of 900 MW and a pulverized coal boiler. This unit is integrated with the absorption-based CO2 separation installation. The heat required for carrying out the desorption process, is supplied by the system with the gas turbine. Analyses were performed for two variants of the system. In the first case, in addition to the gas turbine there is an evaporator powered by exhaust gases from the gas turbine expander. The second expanded variant assumes the application of gas turbine combined cycle with heat recovery steam generator and backpressure steam turbine. The way of determining the efficiency of electricity generation and other defined indicators to assess the energy performance of the test block was showed. The size of the gas turbine system was chosen because of the need for heat for the desorption unit, taking the value of the heat demand 4 MJ/kg CO2. The analysis results obtained for the both variants of the installation with integrated CO2 separation plant were compared with the results of the analysis of the block where the separation is not conducted.

11

Analiza symulacyjna pracy jednostki adsorpcyjnej PTSA do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin kotłowych

Baka B, Sztekler K, Klajny R

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2013

|

T. 16, nr 1

141--152

PL

W prezentowanej pracy została przedstawiona technologia separacji dwutlenku węgla ze spalin kotłowych wykorzystująca proces adsorpcji bazujący na zdolności sorbentu do selektywnego pochłaniania składników mieszanin gazowych. Technologia ta, zwana postcombustion, jest połączeniem metody adsorpcji zmiennociśnieniowej i zmiennotemperaturowej (metoda PTSA) i stanowi elastyczną technikę, mogącą znaleźć zastosowanie w istniejących już blokach energetycznych. Jednostka PTSA do wychwytu CO2 została opracowana jako model matematyczny przy wykorzystaniu oprogramowania IPSE-pro firmy SimTech, który to model umożliwił przeprowadzenie symulacji numerycznych. Celem wykonanych obliczeń symulacyjnych było określenie warunków pracy układu PTSA, w szczególności określono wpływ temperatury i ciśnienia spalin na proces adsorpcji, wpływ ciśnienia desorpcji na zapotrzebowanie na sorbent, a także wpływ parametrów czynnika grzejnego na proces desorpcji oraz ustalono optymalne parametry pracy układu separacji.

EN

This paper presents one of the post-combustion methods of capturing carbon dioxide. The basics of adsorption process are shown, and the adsorption model PTSA is presented. The PTSA model is a combination of two different methods of separation: Pressure Swing Adsorption (PSA) and Temperature Swing Adsorption (TSA). The standard library from IPSE-pro software does not include a model for the separation unit, therefore is why a mathematical model was developed and imported to the IPSE-pro. Carried out simulations are designed to analyze the work conditions of the PTSA. This study focuses on three effects: the temperature and gas pressure effect on the process of adsorption, desorption pressure effect on the demand for sorbent and the parameters of a heating medium effect on the desorption process. Justified values of parameters of the separation units are defined. Experimental work is conducted by using synthetic 5A zeolite. The adsorption process in the PTSA system is operated with temperature and pressure corresponding to the temperature and pressure of the flue gas, which is introduced to capture units. In the first stage of the simulation, tests are conducted. The tests are to determine the parameters of flue gas, which allows reducing requirements on the sorbent and reducing the energy required to regenerate the sorbent. After the adsorption process, sorbent along with adsorbed CO2 is subjected to the regeneration process, in which carbon dioxide is released from the surface and pores of the sorbent. Regeneration of the sorbent allows restoring the original sorption properties of the sorbent and thus it can be used in subsequent cycles. The temperature, in which the desorption process takes place has a significant meaning and the heat source can be derived from a steam turbine. The next stage of this study is to examine the effect of pressure and temperature of the heating steam on the demand for the sorbent and desorption heat. Extraction steam is used to carry out the regeneration of sorbent.

12

Blok węglowy z pełnym i częściowym wychwytem CO2

Buchta J.

Energetyka

|

2013

|

nr 8

600--605

PL

Wśród rozpatrywanych metod ograniczenia emisji dwutlenku węgla przez energetykę węglową wyróżnić można technologie post-combustion, pre-combustion oraz oxy-combustion. Instalacje post-combustion mogą stanowić kluczowe rozwiązanie dla polskiej energetyki, co wynika z dominacji w naszym kraju elektrowni i elektrociepłowni wyposażonych w pyłowe kotły węglowe. Wśród perspektywicznych technologii separacji CO2 z gazów wylotowych wskazuje się: absorpcję chemiczną, adsorpcję fizyczną, separację membranową oraz metody kriogeniczne. Metody te są w fazie intensywnego opracowywania i badane w instalacjach pilotażowych. Celem obecnie prowadzonych badań jest integracja elementów instalacji CCS, optymalizacja procesu oraz legalizacja łańcucha technologii CCS. W artykule przedstawione zostały wyniki obliczeń symulacyjnych układu cieplnego bloku o mocy 800 MW na parametry ultranadkrytyczne z instalacją wychwytywania dwutlenku węgla metodą absorpcyjną. Dokonano oceny wpływu instalacji zintegrowanej z obiegiem cieplnym na sprawność bloku. Rozpatrzono przypadek całkowitego i częściowego wychwytu dwutlenku węgla. Stwierdzono, że zastosowanie instalacji CCS pociąga za sobą spadek sprawności bloku i wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną przez potrzeby własne, a ponadto powoduje wyższe koszty inwestycyjne, eksploatacyjne stałe i zmienne, co zwiększa koszty produkcji energii elektrycznej. Sprawność bloku wyposażonego w absorpcyjną instalację CCS zależy od rodzaju zastosowanego sorbentu.

EN

Among the considered methods of CO2 emission reduction by the coal-based power industry we can distinguish post-combustion, pre-combustion and oxy-combustion technologies. Especially the post-combustion installations can be the key solution for the Polish power industry as most of the existing domestic thermal power plants are equipped with pulverized coal-fired boilers. If, in turn, it comes to the prospective technologies of CO2 separation from flue gases, we can talk about methods like chemical absorption, physical adsorption, membrane separation and criogenic methods - all these methods are under intensive investigation and tested in pilot installations. The aim of the presently carried on research is integration of CCS installation elements, process optimization and CCS technology chain certification. Presented are results of simulation calculations of a 800 MW ultrasupercritical thermal unit system equipped with a CO2 capture installation using absorption method. Made is an assessment of the influence of the installation integrated with the thermal cycle on the power unit efficiency. Considered are cases of partial and full CO2 separation. Ascertained is that the CCS installation application results in reduction of a unit efficiency and in increase of energy demand by the auxiliaries and, in addition, brings about bigger investment, operational fixed and variable costs that increase the final cost of electric energy production. Efficiency of a unit equipped with a CCS absorption installation depends on the type of a sorbent used.

13

Analiza porównawcza wyników eksperymentu numerycznego z pomiarowym w kontekście badań parametrów separacji CO2 metodą membranową

Janusz-Szymańska K., Wiciak G.

Energetyka

|

2013

|

nr 11

795--798

PL

Przedstawiono metodykę analizy wyników badań numerycznych, których celem jest określenie elementów modelu matematycznego procesu separacji z zastosowaniem membrany polimerowej. Dane do opracowania modelu pozyskano na drodze eksperymentu. Praca zawiera ponadto analizę porównawczą danych eksperymentalnych z wynikami obliczeń numerycznych. Przedstawiono założenia i kryteria oceny wiarygodności procesu obliczeniowego, na podstawie których wypracowano założenia do dalszych badań eksperymentalnych procesu separacji CO2 dla różnych warunków pracy separatora membranowego.

EN

Described is the methodology of analysis conducted for the results of numerical investigations aimed at determination of separation process mathematical model elements with the application of a polymeric membrane. The data needed for elaboration of this model were obtained by way of an experiment. Comprised is also a comparative analysis of experimental data and numerical calculations results. Presented are assumptions and criteria of calculation process reliability estimation on the basis of which the assumptions for further CO2 separation experimental investigations of a membrane separator working in various conditions were elaborated.

14

Numerical modeling of CO2 separation process

Remiorz L., Rulik S., Dykas S.

Archives of Thermodynamics

|

2013

|

Vol. 34, no. 1

41--53

EN

Paper presents the results of numerical modelling of a rectangular tube filled with a mixture of air and CO2 by means of the induced standing wave. Assumed frequency inducing the acoustic waves corresponds to the frequency of the thermoacoustic engine. In order to reduce the computational time the engine has been replaced by the mechanical system consisting of a piston. This paper includes the results of model studies of an acoustic tube filled with a mixture of air and CO2 in which a standing wave was induced.

15

Technologia CCS dla przemysłu cementowego

Uliasz-Bocheńczyk A., Deja J.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2012

|

R. 5, nr 11

136-145

PL

Przemysł cementowy jest jednym z większych przemysłowych emitentów CO2, w skali światowej emisja ta jest szacowana na ok. 5%. Wysoka emisja dwutlenku węgla związana jest z technologią produkcji cementu. Podstawowymi źródłami emisji CO2 z przemysłu cementowego są: proces kalcynacji surowca oraz spalanie paliw. Działaniami mającymi na celu ograniczenie emisji CO2 zalecanymi przez BAT dla przemysłu cementowego, są: ograniczenie zużycie paliwa, dobór surowców o niskiej zawartości związków organicznych oraz paliw o niskim udziale węgla do wartości opałowej. Redukcję emisji CO2 można również uzyskać poprzez poprawę sprawności energetycznej procesu produkcji cementu oraz stosowanie jako surowców i dodatków do produkcji cementu odpadów w ilościach maksymalnie dopuszczalnych przez obowiązujące normy. Od dłuższego czasu prowadzone są również badania nad zastosowaniem dla cementowni technologii CCS (Carbon Capture and Storage). Prowadzone są prace przede wszystkim nad doborem najbardziej efektywnej metody wychwytywania CO2. Proponowane jest zastosowanie wychwytywania po spalaniu i spalanie w atmosferze tlenu. Jednak metody te są obecnie bardzo kosztowne. Należy podkreślić, że oprócz kosztów wychwytywania, przy wprowadzaniu technologii CCS, należy również uwzględnić koszty sprężania, transportu i składowania (w tym monitoringu) CO2. Problemem pozostaje również znalezienie odpowiedniego miejsca do składowania lub utylizacja wychwyconego CO2. W artykule przedstawione zostaną metody wychwytywania CO2 proponowane do wykorzystania ich w cementowniach oraz szacowane koszty ich stosowania. Przemysł cementowy w Polsce jest znaczącym producentem cementu w Europie, ale wiąże się to z emisją dużych ilości CO2. Cementownie od wielu lat starają się różnymi drogami zredukować emisję dwutlenku węgla na drodze technologicznej. Ograniczenia technologiczne powodują, że emisja CO2 może być redukowana tylko do pewnego stopnia. Metodą, która potencjalnie może obniżyć emisję CO2 jest wprowadzenie technologii CCS. Artykuł analizuje możliwość wprowadzenia technologii CCS w polskich cementowniach.

EN

The cement industry is one of the biggest issuer of CO2, this emission is estimated at about 5% worldwide. The high emission of carbon dioxide is connected with the technology of cement production. The basic sources of CO2 emission from the cement industry are: the raw material decarbonization process and fuels combustion. According to BAT, there are some actions which may cause the significant limitation of CO2 emission. They are as followed: limitation of fuels used, choosing raw materials containing small amount of organic compounds, and fuels of high calorific value with the low share of pure carbon. The reduction of carbon dioxide emission can be achieved also by improving the watt-hour efficiency of cement production process and by using wastes as raw materials and additives in amounts limited by currently applicable standards and norms. The researches on using the CCS (Carbon Capture and Storage) technology for cement plants have been carried out recently. These researches are mainly focused on choosing the most efficient method of CO2 capture. The methods of: post-combustion capture and oxy-fuel combustion in oxygen atmosphere are ones of the offers. Unfortunately, these methods are very costly nowadays. It should be pointed out that besides of the capture costs, while implementing the CCS technology, the costs of CO2 compressing, transportation and storage (including the monitoring) should be taken into consideration as well. It is also problematic to find an appropriate place for CO2 storage or its utilization after capturing. The article presents methods of CO2 capturing, suitable for cement plants and estimated costs of their implementation. The cement industry in Poland is a significant producer in Europe, but it is connected with the emission of huge amount of CO2. For many years the cement plants have been doing their best to find the ways of limiting the emission of carbon dioxide on the technological basis. Technological limitation makes it possible to reduce the CO2 emission only to certain level. The method, which can potentially reduced the CO2 emission, is introducing the CCS technology. The article analyses the potentials of CCS technology implementation in polish cement plants.

16

Separacja CO2 z gazów spalinowych metodą V-PSA na zeolicie 13X

Wawrzyńczak D, Bukalak D

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2012

|

T. 15, nr 3

277--286

PL

Spalanie paliw kopalnych przyczynia się do nadmiernej emisji gazów cieplarnianych, zaś największym emitentem dwutlenku węgla jest przemysł energetyczny. Jednym ze sposobów redukcji emisji CO2 do atmosfery jest jego wychwytywanie ze strumienia spalin oraz magazynowanie lub zastosowanie w przemyśle. Do wychwytywania dwutlenku węgla z gazów spalinowych zaproponowano metodę adsorpcyjną. Dokonano oceny właściwości komercyjnego zeolitu 13X poprzez przedstawienie charakterystyki pojemności sorpcyjnej za pomocą testu programowanej temperaturowo adsorpcji oraz możliwości jego regeneracji w układzie próżniowym TG-Vacuum (test wieloetapowej adsorpcji/regeneracji). W celu określenia przydatności zastosowanego adsorbentu do separacji dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania węgla w konwencjonalnych elektrowniach przeprowadzono testy separacji CO2 z symulowanej mieszaniny gazów spalinowych techniką adsorpcji zmiennociśnieniowej z zastosowaniem próżni w etapie regeneracji złoża (V-PSA). W badaniach uwzględniono wpływ ciśnienia oraz czasu etapu adsorpcji/regeneracji złoża na średnie stężenie dwutlenku węgla, uzyskiwane w produkcie wzbogaconym, jak również na stopień odzysku dwutlenku węgla z gazu zasilającego.

EN

Burning fossil fuels leads to increased greenhouse gas emissions into the atmosphere. One of the largest emitters of carbon dioxide is the power industry sector. Therefore, reduction in greenhouse gas emissions is the main priority of the EU energy policy. One way to reduce CO2 emissions can be carbon dioxide capture and storage, or utilization in the industry. The study proposes a method of adsorption to capture carbon dioxide from flue gases. Some properties of zeolite 13X were evaluated using characterization of sorption capacity by means of temperature-programmed adsorption test. The opportunities for its regeneration in the TG-Vacuum system by multi-stage adsorption/desorption test were also investigated. Furthermore, tests of separation of CO2 from a simulated mixture of flue gases were carried out by means of pres-sure swing adsorption technique using a vacuum in the regeneration step (V-PSA) in a two-bed installation. Six different adsorption/desorption times (from 300 s to 1800 s, with 300 s steps) and three different pressures in the bed (30 mbar, 100 and 200 mbar) were used during the regeneration step. The results obtained in the study were used to determine average concentration of carbon dioxide in the product and CO2 recovery from feed gas. The temperature-programmed test showed the CO2 adsorption capacity of about 125 mgCO2/g sorbent at 30°C while the multi-stage adsorption/desorption test demonstrated opportunities for reaching a cyclic steady state and invariable active sorption capacity. The test of separation of carbon dioxide from simulated mixture of flue gas using two-bed pressure swing adsorption system (V-PSA) confirmed the possibility of application of zeolite 13X in the separation process. The adsorption/regeneration time of 600 s seems to be the most appropriate parameter for the process. A relatively high concentration of CO2 in the product (58 and 60%) and the recovery of carbon dioxide from the feed gas of about 82 and 97% were achieved respectively at the de-sorption pressure of 100 and 30 mbar.

17

Innovative product and process development with mobile and modular mini-plant-techniques

Esche E., Müller D., Müller M., Wozny G., Schöneberger J., Thielert H.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2012

|

R. 109, z. 1-M

53--61

EN

For coke oven gas purification the removal of aromatic hydrocarbons is of great economic interest. In this contribution, feasibility and experimental studies on the applicability of biodiesel as an alternative absorbent to generate crude benzene under industrial conditions are presented. A flexible, modular, and transportable mini-plant was designed and built at Berlin Institute of Technology. The mini-plant mainly consists of an absorption and a desorption column allowing for the continuous loading and regeneration of the scrubbing fluid. After preliminary test runs, the whole mini-plant was connected to a coking plan. Subsequently, the modular mini-plant is modified and expanded for a more general application of an absorption and desorption process as CO2 separation from various gases of the chemical industry or power plants is of interest. Especially with regards to flexibility, general design aspects are discussed.

PL

Usuwanie węglowodorów aromatycznych ma ogromne znaczenie ekonomiczne dla oczyszczania gazu koksowniczego. W artykule niniejszym przedstawiono wdrożeniowe i doświadczalne badania nad zastosowaniem biologicznego oleju napędowego jako alternatywnego absorbentu przy wytwarzaniu surowego benzenu w warunkach przemysłowych. W Berlińskim Instytucie Technologicznym zaprojektowano i zbudowano wielofunkcyjną przewoźną mini-aparaturę modularną złożoną przede wszystkim z kolumny absorpcji i desorpcji, co umożliwia ciągłe ładowanie i regenerowanie płynu przemywającego. Po przeprowadzeniu testu wstępnego miniaparaturę podłączono do koksowni. W konsekwencji mini-aparaturę modularną zmodyfikowano i przeznaczono do szerszego zastosowania w procesie absorpcji i desorpcji, jako że oddzielanie CO2 od różnego rodzaju gazów w przemyśle chemicznym lub elektrowniach budzi dziś spore zainteresowanie. Omówione zostają ogólne aspekty projektu, zwłaszcza w odniesieniu do jego wielofunkcyjności.

18

Modelling and analysis of the carbon dioxide processing instalation using physical separation in a supercritical 460 MW coal unit working in oxy-combustion technology

Skorek-Osikowska A.

Archiwum Energetyki

|

2012

|

T. 42, nr 3/4

107--125

EN

The idea of oxy-combustion technology consists in burning fuel in the atmosphere of high purity oxygen. As a result, flue gas in such systems consists exclusively of almost carbon dioxide and water vapor. However, in practice, apart from CO2 and H2O, such compounds as argon, sulfur dioxide, nitrogen or oxygen appear in flue gas, which have to be separated to a great extent before CO2 transport. The most frequently used method of the separation of these gases from the CO2 stream is physical separation. In order to determine the energy intensity of the separation process, a numerical model of the carbon dioxide capture installation from the coal powered unit operating in oxy-combustion system has been built in the Aspen Plus software. This paper presents the results of calculations of the energy intensity of the process, taking into account such parameters as purity and recovery rate of the separated CO2 for a 460 MW supercritical unit. The analysis shows that reaching high purity and recovery rate of the carbon dioxide separated from flue gas is not difficult. However, reaching the required levels of other compounds content can be problematic. The main results are quantitatively presented in this paper. Some solutions for decreasing the energy intensity are also proposed.

PL

Idea układów oxy-spalania polega na spalaniu paliwa w atmosferze wysokiej czystości tlenu. Spaliny z tego typu układów składają się prawie wyłącznie z dwutlenku węgla i wody, a zatem koszt przygotowania CO2 do transportu do miejsca składowania jest niższy niż w układach konwencjonalnych. Jednak w praktyce, obok CO2 i H2O w spalinach pojawiają się także inne związki, w tym np. argon, dwutlenek siarki, azot czy tlen, które muszą zostać odseparowane przed transportem CO2. Najczęściej stosowanymi metodami separacji tych gazów ze strumienia CO2 jest separacja fizyczna. W celu określenia energochłonności procesu separacji zbudowany został model numeryczny układu wychwytującego dwutlenku węgla ze spalin bloku węglowego pracującego w atmosferze tlenowej. W tym celu wykorzystano program Aspen Plus. Obliczenia prowadzono dla układu o mocy 460 MW. W artykule przedstawiono wyniki obliczeń energochłonności układu z uwzględnieniem takich parametrów, jak czystość czy stopień odzysku CO2. Z analiz wynika, że osiągnięcie wysokiej czystości i stopnia odzysku separowanego z gazów spalinowych dwutlenku węgla nie jest trudne, jednak osiągnięcie wymaganych poziomów zawartości innych związków może być problematyczne. Zaproponowano również sposoby obniżenia energochłonności instalacji wychwytu CO2.

19

Analysis of the possibilities of steam extraction from a condensing 900 MW turbine for the carbon dioxide separation system

Łukowicz H., Mroncz M.

Archiwum Energetyki

|

2012

|

T. 42, nr 3/4

71--83

EN

The paper presents the requirements for a carbon dioxide separation system based on chemical absorption in terms of the heat quantity as well as the heating medium needed for the sorbent regeneration. The possibilities of steam extraction from the turbine to supply the carbon dioxide separation system were analyzed. The power plant indicators for diverse sorbents were determined. The possibilities of steam turbine modifications after its integration with the separation system and the changes in the feed water heating system were discussed. The impact of the assumed configuration of the low pressure turbine on the scope of its restructuring was presented. The calculations were performed for a 900 MW supercritical coal-fired condensing unit. Also, the possibility of heat extraction from the boiler exhaust gases for the separation system was considered.

PL

Przedstawiono wymagania instalacji separacji CO2 metodą absorpcji chemicznej w zakresie ilości ciepła oraz parametrów czynnika grzejnego, potrzebnego do regeneracji sorbentu. Analizowano możliwości poboru pary z turbiny do zasilania instalacji separacji CO2. Określono wskaźniki pracy bloku dla różnych sorbentów. Przedstawiono możliwości przebudowy turbiny po zintegrowaniu bloku z instalacją separacji oraz związane z tym zmiany w układzie regeneracji. Analizowano wpływ przyjętej konfiguracji części niskoprężnej turbiny na zakres jej przebudowy. Obliczenia zostały przeprowadzone dla nadkrytycznego kondensacyjnego bloku węglowego o mocy 900 MW opalanego węglem kamiennym lub brunatnym. Analizowano również możliwości poboru ciepła do instalacji separacji ze spalin wylotowych z kotła.

20

Selected methods to reduce energy consumption of carbon capture and storage installation in ultra-supercritical power plant

Kotowicz J., Janusz-Szymańska K.

Archiwum Energetyki

|

2011

|

T. 41, nr 3-4

97-110

EN

In the paper, the influence of CO2 separation system on the efficiency of electricity production in ultra-supercritical power plant was analyzed. The installation of CO2 separation consisting of a two-stage membrane system and four-stage CO2 compressor with intercooling, which provides increasing CO2 pressure to 20 MPa, was proposed. The proposed carbon capture and storage (CCS) installation allows for the separation of 90% of emitted CO2 from the energy unit with the purity equal to 0.90 and the liquefaction of this stream. This installation requires power supply in the amount of 141.3 MW, which corresponds to the energy equal to 0.903 MJ/kgco2 removed. Several ways to reduce energy consumption of CO2 capture were presented. The paper presents the results of calculation aiming at decreasing the energy consumption of CCS installation through the use of devices with multi-stage intercooled, lowering the temperature of the gas prior to the next level of compression and partial recovery of the energy needed to compression of the separated gas stream before the second stage of the membrane (using a gas turbine). The effect of using heat from the cooling of flue gases, separated and compressed CO2 in the steam turbine regeneration system on the effectiveness of the whole system was also shown. The effect on power requirement for the CCS installation of CO2 liquefaction under pressure near to the critical pressure and then using the liquid CO2 pump in order to increase pressure to the value required for transport was presented.

PL

W artykule przedstawiono wpływ systemu separacji CO2 na sprawność wytwarzania energii elektrycznej w supernadkrytycznym bloku węglowym. Zaproponowano instalację separacji CO2 z zastosowaniem dwustopniowego układu membranowego oraz czterostopniowy kompresor dwutlenku węgla z chłodzeniem międzystopniowym, który zapewnia podniesienie ciśnienia CO2 do 20 MPa. Instalacja CCS ma na celu odseparowanie 90% strumienia emisji CO2 z bloku energetycznego przy jego czystości równej 0,9 oraz upłynnienie tego strumienia. Instalacja ta wymaga doprowadzenia mocy elektrycznej w ilości 141,3 MW, co odpowiada zapotrzebowaniu na energię w ilości 0,903 MJ/kgco2 usuniętego. Przedstawiono kilka sposobów zmniejszenia energochłonności procesu wychwytu CO2. W pracy przedstawiono wyniki obniżenia energochłonności instalacji CCS poprzez zastosowanie urządzeń wielostopniowych z chłodzeniem międzystopniowym, obniżenie temperatury gazu przed kolejnym stopniem sprężania oraz poprzez częściowy odzysk energii potrzebnej do sprężenia strumienia separowanych gazów przed drugim stopniem membranowym (zastosowanie turbiny gazowej). Badano również wpływ wykorzystania ciepła z chłodzenia spalin, separowanego i sprężanego CO2 w układzie regeneracji turbiny parowej na efektywność całego układu. Określono także, jak wpływa na zapotrzebowanie mocy instalacji CCS upłynnienie CO2 pod ciśnieniem zbliżonym do ciśnienia krytycznego, a następnie zastosowanie pompy ciekłego CO2 celem podniesienia ciśnienia do wartości wymaganej dla transportu.