Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of a micro oxy gas turbine for variable oxidizer and fuel parameters

Nowak Wojciech, Złotkowski Mikołaj, Alharbi Ahmed A.

Rynek Energii

|

2020

|

Nr 3

74--78

EN

The article describes the behavior of a micro oxy gas turbine after replacing the nitrogen with carbon dioxide. The accurate simulation of the oxy turbine behavior is of great importance to understand its performance under a variety of operational parameters. This work presents combustion analysis for the comprehensive simulation of a micro oxy gas turbine

PL

Artykuł przedstawia rezultaty analizy pracy turbiny gazowej dla mieszanki gdzie udział azotu został zastąpiony przez dwutlenek węgla. Zamiana gazów pozwoliła uelastycznić pracę zespołu turbiny oraz uzyskać czystsze, bardziej bogate w CO2 spaliny, jednocześnie spadło zużycie paliwa niezbędne do wygenerowania tej samej mocy na wale, wadą może okazać się wymóg posiadanie źródła z czystego tlenu co też jest powiązane z możliwością uzyskania czystszych spalin na wyjściu z turbiny.

2

Zmiana porowatości sorbentu wapniowego podczas jednoczesnej kalcynacji i siarczanowania w procesie oksyspalania

Wichliński Michał, Włodarczyk Renata

Przemysł Chemiczny

|

2020

|

T. 99, nr 4

560--563

PL

Zbadano zachowanie się sorbentu wapiennego o rozdrobnieniu 90-400 μm podczas jednoczesnego procesu kalcynacji i siarczanowania (JKS). Doświadczenia prowadzono w zakresie temperatury oksyspalania (850-1000°C) przy stałej zawartości SO₂ (3000 ppm) i zmiennym stosunku obj. CO₂/O₂ (20/80, 50/50, 70/30). Stosując technikę porozymetrii rtęciowej, określono zmiany struktury sorbentu. Wyznaczono również współczynnik reaktywności oraz sorpcji bezwzględnej siarki badanego materiału.

EN

Ca sorbents with a grain size 90-400 μm were placed in combustion furnace and heated at 850-1000°C in CO₂ and O₂-contg. atm. in amts. of 20/80, 50/50 and 70/30 by vol. resp. and 3000 ppm of SO2. The degree of calcination and sulfation of the sorbents during the process was detd. The indices of reactivity and absolute sorption were calcd. The sorbent porosity was detd. by using a Hg porosimeter. Open, intra and intergranular porosity and mean diam. of sorbent particle were evaluated. The effective simultaneous calcination and sulfation were closely related to changes in porosity of sorbent. The optimum temp. for the capture of S O₂ was 900-950°C in the presence of flue gas contg. 70% C O₂ and 30% O₂.

3

Analiza ubytku masy ziarna węgla w atmosferze utleniającej oraz obojętnej w zmiennej temperaturze panującej w komorze paleniskowej w dwufazowym przepływie z udziałem materiału inertnego

Kaczyński Konrad, Kaczyńska Katarzyna, Pełka Piotr

Rynek Energii

|

2019

|

Nr 1

87--97

PL

Celem niniejszej pracy była analiza procesu erozyjnego ubytku masy pojedynczego ziarna węgla podczas jego spalania w różnych warunkach warstwy fluidalnej. W pierwszej części badano ubytek masy ziaren węgla spalanych w trzech temperaturach 850oC, 750oC i 650oC. Wykazano, że wzrost temperatury panującej w komorze paleniskowej znacznie przyspiesza proces ubytku masy spalanych ziaren węgla. Spalanie w strudze materiału inertnego intensyfikuje proces ubytku masy spalanych ziaren węgla. Zwiększenie temperatury w większym stopniu przyspiesza ubytek masy spalanych ziaren niż zwiększanie strumienia materiału inertnego. W drugim etapie analizowano wpływ atmosfery utleniającej na ubytek masy spalanego ziarna. Badania prowadzono w temperaturze 750°C i w atmosferach: powietrza oraz mieszanin: 21% O2 i 79% CO2, 25% O2 i 75% CO2, 30% O2 i 70% CO2. Pomiary prowadzono bez materiału inertnego oraz przy Gs=2,5kg/m2s. Wykazano, że dostarczenie w obszar spalania większej ilości utleniacza przyspiesza proces spalania. Obecność materiału inertnego intensyfikując proces spalania wpływa również na szybkość ubytku masy badanego ziarna. Analizowano również ubytek masy węgla wywołanego mechanicznym oddziaływaniem materiału inertnego (Gs=2,5 kg/m2s oraz Gs=5 kg/m2s). W wyniku przeprowadzonych analiz potwierdzono istnienie ścisłego związku między procesem erozji, a procesem spalania.

EN

The research has been carried out on the specially constructed test stand. For testing manually polished spherical particles chosen from arbitrary real coal particles were used with diameter 10 mm. The mass loss of combust particles with a tensometric branch scale was measured. The inert material was quartz sand. The first part of research has been carried out in three different temperatures of combustion chamber: 850°C, 750°C and 650°C. The research has been performed without inert material and with mass rate flow: Gs=2,5kg/m2s and Gs=5kg/m2s. The results obtained during testing show that higher temperature of combustion chamber accelerates the coal particles mass loss. Mass flow rate of inert material intensifies the combustion process and accelerates the coal particles mass loss. In the second stage of experiment the coal particles mass loss in an oxidizing atmosphere at 750°C was analyzed. The research has been performed in air atmosphere and gas compound: 21% O2 and 79% CO2, 25% O2 and 75% CO2, and 30% O2 and 70% CO2. The research has been carried out without inert material in air atmosphere and with mass rate flow Gs=2,5kg/m2s. The results obtained so far show that higher oxidant content accelerates the coal particles mass loss. Mass flow rate of inert material intensifies the combustion process. In the third stage of experiment the coal particles mass loss caused by the mechanical interaction of inert material was analyzed. The research has been carried out alternately in an nitrogen atmosphere and in air atmosphere, the mass rate flow of inert material was Gs=2,5kg/m2s and Gs=5kg/m2s. The analysis indicates that both erosion process and combustion are strongly correlated.

4

Ku zeroemisyjnej energetyce gazowej

Ziółkowski P.

Rynek Energii

|

2018

|

Nr 6

34--41

PL

W pracy krótko omówiono trendy wprowadzane w obiegach gazowych z zastosowaniem oksyspalania. Następnie przedstawiono rozwiązanie nowego układu opartego na wykorzystaniu dwóch urządzeń o wzmożonej konwersji energii, a mianowicie „mokrej komory spalania” i „skraplacza natryskowo-strumieniowego”. Zaproponowany obieg gazowo-parowy realizowany jest w jednej turbinie, która ma zalety zarówno turbiny gazowej (wysokie temperatury wlotowe) jak i turbiny parowej (pełna ekspansja do próżni). W oparciu o analizy termodynamiczne (przeprowadzane kodami CFM) określono sprawność układu z zastosowaniem oksyspalania i wychwytem dwutlenku węgla. Motywacją do podjęcia niniejszej pracy jest potrzeba dywersyfikacji źródeł energii oraz poszukiwanie nowych rozwiązań elektrowni również kompaktowych. Aby uzyskać kompaktowość obiektu, należy pozbyć się największych gabarytowo aparatów obiegu, którymi są: parowy kocioł odzyskowy oraz konwencjonalny kondensator pary. Wymaga to opracowania nowych, nietypowych urządzeń, ale w zamian otrzymuje się na tyle istotne zmniejszenie gabarytów, że takie elektrownie mogą być przyszłością miast, gdzie łatwo można byłoby je dopasować do potrzeb użytkowników, w tym również do produkcji ciepła.

EN

This paper briefly discusses the trends introduced in gas cycles with the use of oxy combustion. Then the solution of a new system based on the use of two devices with enhanced energy conversion, namely "wet combustion chamber" and "spray-ejector condenser" was presented. The proposed gas-steam cycle is realized in one turbine, which has the advantages of both a gas turbine (high inlet temperatures) and a steam turbine (full expansion into a vacuum). Based on thermodynamic analyzes (carried out with CFM codes), the efficiency of the system with the use of oxy-combustion and carbon dioxide capture was determined. The motivation to undertake this work is the need to diversify energy sources and to search for new solutions for power plants, also compact ones. In order to achieve the compactness of the facility, it is necessary to eliminate the largest cycle apparatus, like the steam recovery boiler and a conventional steam condenser. This requires the development of new, unusual equipment, but in return you get such a significant reduction in size that such power plants may be the future of cities, where they could be easily adapted to the needs of users, including the production of heat.

5

Analiza termodynamiczna zeroemisyjnej elektrowni gazowo-parowej ze spalaniem tlenowym i suchą recyrkulacją spalin

Kotowicz J., Job M.

Rynek Energii

|

2017

|

Nr 3

92--98

PL

W artykule przedstawiono elektrownię gazowo-parową ze spalaniem tlenowym i suchą recyrkulacją spalin w turbinie gazowej. Spalanie tlenowe w turbinie gazowej, będące jedną z technologii wychwytu CO2, dzięki eliminacji azotu z procesu spalania, pozwala na uzyskanie spalin zawierających głównie dwutlenek węgla oraz parę wodną. Dzięki temu proces separacji CO2 można ograniczyć do usunięcia nadmiaru wody ze spalin, lecz z drugiej strony, proces produkcji tlenu w jednostce separacji tlenu obarczony jest znacznym zużyciem energii. Przedstawiono wyniki analizy termodynamicznej elektrowni w szerokim zakresie stopnia sprężania turbiny gazowej oraz temperatury za komorą spalania, a także wpływ czystości utleniacza oraz energochłonności jednostki separacji tlenu na sprawność elektrowni.

EN

This paper presents the zero-emission combined cycle power plant with oxy-combustion and dry flue gas recirculation in a gas turbine. Oxy-combustion in the gas turbine, which is a one of CO2 capture technologies, thanks to the elimination of nitrogen from combustion process, leads to the production of flue gas containing mainly carbon dioxide and water vapor. This allows to limit the CO2 separation process to removal of excess water from the flue gas, but on the other hand, the oxygen production process in the air separation unit is associated with significant energy consumption. The results of thermodynamic analysis of the power plant in a wide range of gas turbine compression rate and combustor outlet temperature, as well as the influence of the oxidant purity and energy consumption of the air separation unit on the efficiency of the power plant are presented.

6

Modeling a membrane reactor for a zero-emission combined cycle power plant

Kotowicz J., Job M.

Journal of Power Technologies

|

2017

|

Vol. 97, nr 1

7--14

EN

A zero emission gas turbine power plant with a membrane reactor works on the concept of using ion oxygen transport membrane (ITM) technology in order to apply carbon dioxide capture with limited loss of electricity generation efficiency. The membrane reactor replaces the combustor in the gas turbine and combines three functions: oxygen separation from air through a high-temperature membrane, fuel combustion in the internal reactor cycle, and heating oxygen-depleted air, which is directed to the turbine. This paper presents a gas turbine power plant integrated with a membrane reactor and a detailed description of the membrane reactor model. Selected results of thermodynamic analysis of the modeled power plant are presented.

7

Porównanie termodynamiczne zeroemisyjnych elektrowni gazowo - parowych ze spalaniem tlenowym

Kotowicz J., Job M.

Rynek Energii

|

2016

|

Nr 6

36--42

PL

Spalanie tlenowe stanowi jedną z obiecujących technologii wychwytu CO2, polegającą na eliminacji azotu z procesu spalania i uzyskaniu spalin składających się głównie z CO2 i H2O, co pozwala na uproszczenie procesu separacji CO2 w porównaniu do pozostałych technologii jego wychwytu.W artykule przedstawiono analizę termodynamiczną elek-trowni gazowo-parowych ze spalaniem tlenowym i recyrkulacją spalin. Ze względu na wysoką zawartość pary wodnej w spalinach, można stosować recyrkulację mokrą spalin lub też wprowadzić częściowe osuszanie spalin recyrkulowanych. Przedstawiono parametry charakterystyczne oraz dokonano porównania elektrowni z mokrą oraz suchą recyrkulacją spalin.

EN

One of the promising carbon capture technologies is the oxy-combustion, based on the elimination of nitrogen from the combustion process and, therefore, obtaining the flue gases consisting mainly CO2 and H2O. This allows to simplify the CO2 separation process, compared to the other carbon capture technologies. The paper present the thermodynamic analysis of the zero-emission combined cycle power plants with oxy-combustion and flue gas recirculation. Due to the high water vapor content in the flue gas, can be applied wet recirculation or with partial drying of recirculated flue gas. Characteristic parameters for both power plants with wet and dry flue gas recirculation are presented and compared.

8

Zastosowanie paleniska cyklonowego w procesie witryfikacji popiołów lotnych na potrzeby produkcji materiałów budowlanych

Zarzycki R., Bis Z.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 3

553--562

PL

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania paleniska cyklonowego w procesie witryfikacji popiołów lotnych na potrzeby produkcji materiałów budowlanych. Proponowane rozwiązanie oprócz funkcji topienia popiołów lotnych i przygotowania na ich bazie materiałów o wymaganych właściwościach pozwala na zabudowę w układzie kotła bloku parowego. Dzięki temu palenisko cyklonowe zwiększa elastyczność energetyczną kotła a tym samym całego bloku parowego. Poprzez jego zabudowę możliwe jest w okresie "doliny nocnej" wyłączenie podstawowych palników kotła pyłowego, jednocześnie utrzymując go w stanie gorącej rezerwy dzięki spalaniu gazów powstałych w procesie spalania i zgazowania pyłu węglowego w palenisku cyklonowym. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest znaczące obniżenie kosztów utrzymania bloku parowego w gotowości do produkcji energii elektrycznej przy jednoczesnym przetwarzaniu popiołów lotnych do użytecznych gospodarczo materiałów. Z punktu widzenia procesu witryfikacji popiołu lotnego korzystne jest stosowanie popiołów lotnych o wysokiej stracie prażenia. Uzyskany w trakcie procesu witryfikacji produkt charakteryzuje się stratą prażenia na poziomie 0.1%. Poprzez zastosowanie odpowiedniego procesu chłodzenia płynnego żużla możliwe jest uzyskanie materiału o dużej porowatości który można wykorzystać np. przy produkcji pustaków ściennych.

EN

The article presents the possibilities of using cyclone furnace in the process of vitrification of fly ash for the production of construction materials-cast. The proposed solution in addition to the functions of melting of fly ash and prepare for their base materials with the required properties allows development in a steam boiler unit. As a result, it increases the flexibility of the cyclone furnace power boiler and therefore the entire block of steam. Through its development, it is possible during the "valley northern" off the elementary boiler burners of pulverized while maintaining it in a hot standby state by heating by combustion gases produced by combustion and gasification of coal dust in the cyclone. With this solution it is possible to significantly reduce the cost of maintaining the block steam in readiness for the production of electricity, while the processing of fly ash to economically useful materials. From the point of view of the vitrified fly ash preferred is the use of fly ash with a high loss on ignition. Produced during the vitrification of the product has a loss on ignition of less than 0.1%. Through the use of suitable cooling process of molten slag, it is possible to obtain a material of high porosity that can be used eg. the production of hollow wall.

9

Thermodynamic analysis of the advanced zero emission power plant

Kotowicz J., Job M.

Archives of Thermodynamics

|

2016

|

Vol. 37, no. 1

87--98

EN

The paper presents the structure and parameters of advanced zero emission power plant (AZEP). This concept is based on the replacement of the combustion chamber in a gas turbine by the membrane reactor. The reactor has three basic functions: (i) oxygen separation from the air through the membrane, (ii) combustion of the fuel, and (iii) heat transfer to heat the oxygen-depleted air. In the discussed unit hot depleted air is expanded in a turbine and further feeds a bottoming steam cycle (BSC) through the main heat recovery steam generator (HRSG). Flue gas leaving the membrane reactor feeds the second HRSG. The flue gas consist mainly of CO2 and water vapor, thus, CO2 separation involves only the flue gas drying. Results of the thermodynamic analysis of described power plant are presented.

10

Analiza efektywności ekonomicznej nadkrytycznej elektrowni oxy z kotłem cfb i instalacją separacji powietrza z membraną wysokotemperaturową

Kotowicz J., Balicki A., Węcel D., Ogulewicz W.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 2

85--90

PL

W artykule przedstawiono analizę ekonomiczną układu elektrowni pracującej w technologii spalania tlenowego z kotłem CFB zasilanym węglem brunatnym zintegrowanym z instalacją separacji powietrza opartą o technologię membran wysokotemperaturowych typu three-end. W trakcie prowadzenia analizy wyznaczono graniczną cenę sprzedaży energii elektrycznej przy założeniu, że wartość zaktualizowana netto inwestycji (NPV) jest równa zero dla punktu pracy układu, który charakteryzuje się najniższymi jednostkowymi nakładami inwestycyjnymi (R=0,47). Kolejnym etapem była analiza wrażliwości ceny granicznej na zmianę czterech wybranych wielkości: czasu pracy bloku w ciągu roku, jednostkowych nakładów inwestycyjnych, ceny paliwa oraz ceny zakupu uprawnień do emisji dwutlenku węgla. Następnie porównano otrzymane wyniki z analogicznymi uzyskanymi dla układu odniesienia jakim była elektrownia klasyczna (spalanie powietrzne). Sprawdzono również przy jakiej cenie uprawnień do emisji CO2 elektrownia pracująca w technologii OXY będzie bardziej opłacalna niż układ klasyczny.

EN

The article presents an economic analysis of power plant operating in oxy-combustion technology with CFB boiler fed with lignite integrated with air separation unit based on three-end type high-temperature membranes. During the analysis break-even electricity price under the assumption that the net present value of investment (NPV) is equal to 0 for the plant operating point characterized by the lowest unit investment costs (oxygen recovery rate R=0,42) was determined. The next step was the sensitivity analysis of the break-even price of electricity on a changes of selected parameters: time of operation of the power unit within a year, capital expenditures, fuel price and the price of carbon dioxide emission allowances. Then these results were compared with those obtained for the analogous reference system which was a classic power unit (combustion in air). It was also examined at which price of the CO2 emission allowances power plant operating in oxy-combustion technology will be more profitable than the classical system.

11

Tlenowe spalanie węgla : badania kinetyki i mechanizmu spalania ciśnieniowego

Babiński P., Tomaszewicz M., Topolnicka T., Ściążko M., Zuwała J.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 4

450-456

PL

Przedstawiono wyniki kinetycznej analizy ciśnieniowego oksyspalania karbonizatów pochodzących z dwóch węgli o zróżnicowanym stopniu metamorfizmu: brunatnego Turów i kamiennego Janina. Przedstawiono uzasadnienie i problematykę podjętych badań nad ciśnieniowym oksyspalaniem węgla jako jednym z perspektywicznych rozwiązań technologicznych umożliwiających wdrażanie czystych technologii węglowych. Badania kinetyki oksyspalania prowadzono z wykorzystaniem ciśnieniowego analizatora termograwimetrycznego. Omówiono wpływ na szybkość procesu takich czynników, jak temperatura, ciśnienie całkowite i ciśnienie parcjalne tlenu. Uzyskane wyniki wykazały zróżnicowany wpływ wzrostu ciśnienia całkowitego i temperatury oraz pozytywny wpływ ciśnienia parcjalnego na reakcyjność paliw względem tlenu. Do opisu kinetyki procesów z powodzeniem zastosowano model kurczącego się rdzenia. Wyznaczono parametry kinetyczne, takie jak rząd reakcji względem ciśnienia parcjalnego O₂ i energia aktywacji dla różnych zakresów temperatury i trzech wartości ciśnienia całkowitego. Dane te są istotne przy projektowaniu nowych rozwiązań technologicznych do czystego spalania węgla, głównie w aspekcie właściwego projektowania komór spalania nowych kotłów realizujących proces oksyspalania ciśnieniowego lub przebudowy w tym kierunku istniejących kotłów węglowych.

EN

Bituminous coal and lignite samples were carbonized under N₂ at 1000°C for 30 min. The chars were studied for chem. compn., sp. surface, pore structure (N₂ adsorption) and kinetics of combustion under O₂/CO₂ (0.1–1.0 MPa) at 500–1000°C (mass loss rate). C conversion degree increased with increasing combustion temp., O₂ concn. And total pressure of the gas phase. The activation energy of the combustion decreased strongly with increasing combustion temp. range and the gas phase pressure. The combustion was diffusion-controlled, esp. at elevated temp. and pressure.

12

Utilization of heat recovered from compressed gases in an oxy-combustion power unit to power the Organic Rankine Cycle module

Kotowicz J., Job M., Bartela Ł., Brzęczek M., Skorek-Osikowska A.

Journal of Power Technologies

|

2015

|

Vol. 95, nr 4

239--249

EN

Oxy-combustion technology is a zero-emission technology with great potential for commercial use in the near future. Application of this technology is linked with high energy losses in oxygen production and preparation of captured CO2 for transport to a storage place. In the analyzed oxy-combustion power plant with cryogenic air separation unit the compression of gases is responsible for most of the energy consumption. Compressed gases are sources of significant amounts of waste heat energy. Effective use of this energy is crucial to reducing the efficiency drop caused by additional installations. One method extensively examined in the literature for effective utilization of medium-grade and low-grade waste heat energy is the application of the Organic Rankine Cycle (ORC), which uses a low-boiling medium to produce additional electric power. The paper presents the results of analyses of the use of heat recovered from three sources identified in the oxy-combustion unit to power the ORC module. This includes heat from gases in the compression installations within the air separation unit, the CO2 processing unit and the CO2 compression installation. Thermodynamic and economic analyses were performed to assess the potential investment.

13

The influence of flow rate of the gas in the combustion chamber on oxy-combustion process of coal in atmospheric furnace with circulating fluidized bed

Jankowska S., Czakiert T., Krawczyk G., Jesionowski Ł., Borecki P., Nowak W.

Archivum Combustionis

|

2015

|

Vol. 35 nr 1

41--50

EN

Studies on combustible matter conversion during oxy-fuel combustion in circulating fluidized bed (CFB) environment are presented. A small pilot-scale CFB facility has been retrofitted to be ready for operation in an oxy-fuel regime, which means elevated partial pressure of oxygen in a gaseous atmosphere of O2/CO2. Maximum thermal load of the unit is estimated at 0.1MW. The unit is fired with polish bituminous coal. The paper is focused on carbon, combustible sulfur and fuel-N behavior in combustion chamber that runs under oxy-fuel CFB conditions. The analysis is based on in-furnace sampling of flue gas and on calculations of carbon, sulfur and nitrogen conversion ratios. The flow rate of the gas in the combustion chamber was the variable parameter of the process. The parameter change influenced distribution of particle concentration in fluidized bed material and the temperature distribution (along) the combustion chamber. Furthermore, it influenced the residence time of fuel particles in the combustion zone, and finally was reflected in the composition of flue gases. Measurement of flue gas composition was carried out on four levels of the combustion chamber, allowing to track the progress of the conversion of elemental carbon, sulfur combustible and fuel-nitrogen along the height of the combustion chamber. The described investigations are a part of the core work scheduled in the project “Advanced Technologies for Energy Generation: Oxy-combustion technology for PC and FBC boilers with CO2 capture” funded by the National Centre for Research & Development in Poland as well as supported by power industry.

14

Technical and economic aspects of oxygen separation for oxy-fuel purposes

Chorowski M., Gizicki W.

Archives of Thermodynamics

|

2015

|

Vol. 36, no. 1

157--170

EN

Oxy combustion is the most promising technology for carbon dioxide, originated from thermal power plants, capture and storage. The oxygen in sufficient quantities can be separated from air in cryogenic installations. Even the state-of-art air separation units are characterized by high energy demands decreasing net efficiency of thermal power plant by at least 7%. This efficiency decrease can be mitigated by the use of waste nitrogen, e.g., as the medium for lignite drying. It is also possible to store energy in liquefied gases and recover it by liquid pressurization, warm-up to ambient temperature and expansion. Exergetic efficiency of the proposed energy accumulator may reach 85%.

15

Porównanie termodynamiczne elektrowni gazowo - parowych bez i z wychwytem CO2

Kotowicz J., Job M., Brzęczek M.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 3

82--87

PL

W artykule przedstawiono analizę termodynamiczną układów gazowo – parowych bez i z instalacją wychwytu i sprężania CO2 (CCS). Przedstawiono charakterystykę bloków gazowo – parowych oraz technologii CCS. Przedstawiono zasadę działania technologii oxy – combustion oraz post – combustion. Analizie poddano trzy jednostki wytwórcze: układ gazowo – parowy bez technologii CCS, blok gazowo – parowy ze spalaniem tlenowym oraz elektrownię gazowo – parową z instalacją CCS w technologii post-combustion. Porównano również wskaźniki emisji dwutlenku węgla wyżej wymienionych bloków.

EN

This paper presents the thermodynamic analysis of a combined cycle units without and with the carbon capture installation (CCS). The characteristics of the combined cycle units and the carbon capture technology were discussed. The operation methods of the oxy - combustion and the post - combustion technology was presented. The three units: combined cycle without CCS, the combined cycle with oxy - combustion and the combined cycle with post - combustion were analyzed. The emission of carbon dioxide from above mentioned units also was compared.

16

Porównanie ekonomiczne elektrowni gazowo - parowych bez i z wychwytem CO2

Brzęczek M., Job M.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 3

88--92

PL

W artykule przeprowadzono analizę ekonomiczną elektrowni gazowo - parowej bez instalacji wychwytu i sprężania CO2 (CCGT), zintegrowanej z instalacją wychwytu i sprężania CO2 w technologii post - combustion (ABS) oraz elektrowni ze spalaniem tlenowym (OXY). Przedstawiono metodologię oceny ekonomicznej analizowanych bloków wraz z głównymi założeniami niezbędnymi do jej wykonania. Dla każdego wariantu wyznaczono graniczną cenę sprzedaży energii elektrycznej oraz jej składowe. Zbadano wpływ wybranych czynników ekonomicznych na zmianę granicznej ceny sprzedaży energii elektrycznej takich jak: jednostkowej ceny paliwa gazowego, jednostkowych nakładów inwestycyjnych oraz ceny uprawnień do emisji CO2.

EN

The paper presents the economic analysis of three combined cycle power plants: the unit without carbon capture installation (CCGT), the unit with carbon capture installation in post-combustion technology (ABS), and the unit with oxy-combustion technology (OXY). Methodology of economic evaluation and key assumptions are presented. The break-even price of electricity with its components were determined for analyzed plants. Influence of economic factors such as: fuel price, unit investment costs and price of CO2 emission allowances, on the break-even price of electricity were analyzed.

17

Analiza skumulowanych strat egzergii zintegrowanej elektrowni pracującej według technologii spalania tlenowego

Ziębik A., Gładysz P.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 1

82--89

PL

Zintegrowana elektrownia pracująca według technologii spalania tlenowego tworzy sieć technologiczną zło-żoną z modułów takich jak: kocioł, obieg parowo-wodny, tlenownia, moduł wody chłodzącej, moduł kondycjonowania spalin, moduł usuwania i sprężania CO2 oraz moduł przygotowania wody uzupełniającej. Każdy z wymienionych modułów charakteryzuje się wytwarzaniem określonego produktu głównego (np. elektryczność, tlen techniczny). Obok produktów głównych wytwarzana są produkty uboczne (np. azot techniczny, ciepło z chłodzenia międzystopniowego sprężarek powietrza z tlenowni oraz sprężarek CO2 w module usuwania i sprężania CO2).W pracy przedstawiono algorytm macierzowy obliczania skumulowanych strat egzergii w przypadku zintegrowanej elektrowni pracującej według technologii spalania tlenowego. Opracowano przykład analizy skumulowanych strat egzergii dla dwóch wariantów technologicznych zintegrowanej elektrowni ze spalaniem tlenowym (tradycyjny układ sprężania CO2 oraz układ z tzw. Shock Wave Compression). Przeprowadzono analizę skumulowanego stopnia doskonałości termodynamicznej dla obu wymienionych wariantów.

EN

Integrated oxy-fuel combustion power plant constitutes energy-technological network consisting the following modules: boiler island, steam cycle, air separation unit, cooling water system, flue gas quality control system, CO2 processing unit and module of make-up water preparation. Every of these module is characterized by production of main product (e.g. electricity, oxygen). Besides main products also by-products are manufactured (e.g. nitrogen, heat from interstage cooling system of air and CO2 compressors). The paper presents matrix algorithm of cumulative exergy losses calculations for integrated oxy-fuel combustion power plant. The examples of cumulative exergy losses analysis have been prepared for two technological variants of integrated oxy-fuel combustion power plant (conventional system of CO2 compressors and system with Shock Wave Compression). The analysis of cumulative degree of thermodynamic perfection for two mentioned above variants has been carried out.

18

Kinetic analysis of co formation under oxy-combustion conditions

Jerzak W., Kuźnia M.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2014

|

Vol. 21, nr 4

415--424

EN

The paper reports the results of numerical computations concerning the formation of CO in the kinetic flame during natural gas oxy-combustion. The effect of temperature, reagent residence time and the composition of an atmosphere containing CO2 with 21 and 29 vol % O2 on the variation of CO concentration in the flame was examined. The oxy-combustion process was conducted with a 25 % excess oxygen. The analysis of reactions in flames at temperatures of 1500 K and 1800 K was performed within the Chemked II program using the combustion mechanism proposed by Mendiara & Glarborg, which includes 779 reactions. The computation results have confirmed that the rate of the key reactions responsible for the production of CO in the flame depends on the flame temperature and the oxy-combustion temperature. The peak CO concentrations are higher for the oxidizing mixture containing 29 vol % O2. After attaining a maximum, the CO flame concentration drops faster for an atmosphere richer in oxygen. The longer the time of reagent residence in the flame region, the lower the CO concentration. In different atmospheres and at different combustion temperatures, an identical CO level can be achieved in wet combustion gas. Irrespective of the temperature and atmosphere of oxy-combustion, most CO is produced as a result of the reaction OH + COHCO2. The reduction of oxygen in the oxidizing atmosphere at flame temperatures of 1500 and 1800 K lowers the CO production in the dominant reactions responsible for CO formation. The contribution of individual reactions in the CO production for the identical atmospheres is different with varying temperature. In the case of the reaction HCO + O2HO2 +CO, the temperature increase reduces the CO production. A reverse dependence of CO production on temperature characterizes the reaction H2 + CO + MCH2O + M. In addition, change in temperature changes the order in which the dominant reactions occur. Within the residence time equal to 100 ms, two periods of intensified CO production and consumption can be identified. The peak concentrations of H, OH and O radicals in the flame attain a maximum within the same time; as time goes by, the highest concentration is achieved by OH radicals. The presence of considerable levels of CO2 in the combustion substrates has an inhibiting effect on the natural gas oxidation process.

PL

W pracy zaprezentowano wyniki obliczeń numerycznych dotyczących tworzenia CO w kinetycznym płomieniu podczas oksy-spalania gazu ziemnego. Badano wpływ temperatury, czasu przebywania reagentów oraz składu atmosfery zawierającej CO2 i 21 oraz 29 % obj. O2 na zmianę stężenia CO w płomieniu. Proces oksy-spalania prowadzony był z 25 % nadmiarem tlenu. Analizę reakcji w płomieniach o temperaturach 1500 i 1800 K przeprowadzono w programie Chemked II, z zastosowaniem mechanizmu spalania zaproponowanego przez Mendiara, Glarborg zawierającego 779 reakcji. Wyniki obliczeń potwierdziły, że szybkość najistotniejszych reakcji odpowiedzialnych za tworzenie CO w płomieniu zależy od temperatury płomienia oraz atmosfery oksy-spalania. Szczytowe stężenia CO są większe dla mieszanki utleniającej zawierającej 29 % obj. O2. Po osiągnieciu maksimum, stężenie CO w płomieniu spada szybciej dla atmosfery bogatszej w tlen. Im dłuższy czas przebywania reagentów w obszarze płomienia, tym niższe stężenie CO. W różnych atmosferach oraz temperaturach spalania można uzyskać identyczny poziom CO w spalaniach mokrych. Bez względu na temperaturę oraz atmosferę oksy-spalania każdorazowo najwięcej CO utworzone zostaje w wyniku reakcji OH + CO H + CO2. Redukcja tlenu w atmosferze utleniającej przy temperaturach płomienia wynoszących 1500 i 1800K obniża produkcję CO w dominujących reakcjach odpowiedzialnych za tworzenie CO. Wkład poszczególnych reakcji w produkcję CO dla tych samych atmosfer ze zmianą temperatury płomienia jest zróżnicowany. W przypadku reakcji HCO + O2HO2 CO wzrost temperatury zmniejsza produkcję CO. Odwrotna zależność produkcji CO od temperatury charakteryzuje reakcję H2 + CO + MCH2O + M. Dodatkowo zmiana temperatury zmienia kolejność dominujących reakcji. W zakresie czasu rezydencji równego 100 ms wyróżnić można okresy wzmożonego tworzenia oraz zużywania CO. Szczytowe stężenia rodników H, OH i O w płomieniu osiągają maksimum w tym samym czasie, a w miarę jego upływu najwyższe stężenie posiadają rodniki OH. Obecność znacznych ilości CO2 w substratach spalania ma działanie hamujące proces utleniania gazu ziemnego.

19

Thermodynamic evaluation of supercritical oxy-type power plant with high-temperature three-end membrane for air separation

Kotowicz J., Balicki A., Michalski S.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 3

105--116

EN

Among the technologies which allow to reduce greenhouse gas emissions, mainly of carbon dioxide, special attention deserves the idea of 'zero-emission' technology based on boilers working in oxy-combustion technology. In the paper a thermodynamic analysis of supercritical power plant fed by lignite was made. Power plant consists of: 600 MW steam power unit with live steam parameters of 650°C/30 MPa and reheated steam parameters of 670°C/6 MPa; circulating fluidized bed boiler working in oxy-combustion technology; air separation unit and installation of the carbon dioxide compression. Air separation unit is based on high temperature membrane working in three-end technology. Models of steam cycle, circulation fluidized bed boiler, air separation unit and carbon capture installation were made using commercial software. After integration of these models the net electricity generation efficiency as a function of the degree of oxygen recovery in high temperature membrane was analyzed.

20

Characteristics modeling for supercritical circulating fluidized bed boiler working in oxy-combustion technology

Balicki A., Bartela Ł.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 2

51--63

EN

Among the technologies which allow to reduce greenhouse gas emission, mainly carbon dioxide, special attention deserves the idea of 'zero-emission' technology based on boilers working in oxy-combustion technology. In the paper the results of analyses of the influence of changing two quantities, namely oxygen share in oxidant produced in the air separation unit, and oxygen share in oxidant supplied to the furnace chamber on the selected characteristics of a steam boiler including the degree of exhaust gas recirculation, boiler efficiency and adiabatic flame temperature, was examined. Due to the possibility of the integration of boiler model with carbon dioxide capture, separation and storage installation, the subject of the analysis was also to determine composition of the flue gas at the outlet of a moisture condensation installation. Required calculations were made using a model of a supercritical circulating fluidized bed boiler working in oxy-combustion technology, which was built in a commercial software and in-house codes.