Development of a technology for highly efficient
“zero-emission” coal-fired units integrated with CO2 capture
from flue gases. The concept and main findings
More details
Hide details
1
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych, Politechnika Śląska, Gliwice
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2015;18(3):75-86
KEYWORDS
ABSTRACT
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.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Opracowanie technologii dla wysoko sprawnych
„zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych
z wychwytem CO2 ze spalin.
Koncepcja i główne wyniki badań
węglowy blok kondensacyjny nowej klasy, blok 50+, nowe metody diagnostyki, separacja CO2, integracja instalacji wychwytu dwutlenku węgla z obiegiem cieplnym
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.
REFERENCES (15)
1.
Chmielniak, T. i Łukowicz, H. 2012. Wysokosprawne „zero-emisyjne” bloki węglowe zintegrowane z wychwytem CO2 ze spalin. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 15, z. 3. Wyd. Instytut GSMiE PAN, Kraków.
2.
Chmielniak T. i Łukowicz, H., red. 2015. Modelowanie i optymalizacja bloków węglowych z wychwytem CO2. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice.
3.
Chmielniak, T., 2014. Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin. Zadanie 1 Projektu Strategicznego Zaawansowane Technologie Pozyskiwania Energii. Nowa Energia 1(37).
4.
Chmielniak, T. i Rusin, A. 2015. Maszyny i urządzenia energetyczne węglowych bloków na wysokie parametry pary. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice.
5.
Łukowicz 2011 – Łukowicz, H., Chmielniak, T., Kochaniewicz, A. i Mroncz, M. 2011. An analysis of the use of waste heat from exhaust gases of a brown coal-fired power plant for drying coal. Rynek Energii 1(92), s. 157–163,.
6.
Łukowicz, H. i Kochaniewicz, A. 2012. Analysis of the use of waste heat obtained from coal-fired units in Organic Rankine Cycles and for brown coal drying. Energy vol. 45, issue 1, september 2012, s. 203–212, [Online] Dostępne w:
http://dx.doi.org/10.1016/j.en... [Dostęp: 9.04.2012].
7.
Łukowicz, H. i Kochaniewicz, A. 2013. Analysis of the use of waste heat in the turbine regeneration system of a 900 MW supercritical coal-fired power unit. Energetyka, ISSN 0013-7294, nr 11, s. 790–794.
8.
Łukowicz, H. i Mroncz, M. 2012. Basic technological concepts of a capture ready power plant. Energy Fuels. V. 26, No 11, s. 6475–6481.
9.
Mroncz, M. 2015. Metodyka doboru turbiny parowej dla bloków energetycznych mających spełniać wymogiseparacji CO2. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice.
10.
Rusin, A. 2015. Wybrane aspekty eksploatacji i diagnostyki bloków energetycznych nowych generacji. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice.
11.
Rusin, A. i Wojaczek, A. 2015. Wspomaganie planowania gospodarki remontowej oparte na analizie niezawodności i ryzyka technicznego. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice.
12.
Stępczyńska i in. 2012 – Stępczyńska, K., Łukowicz, H. i Dykas, S. 2012. Obliczenia ultra-nadkrytycznego bloku węglowego o mocy 900 MW z odzyskiem ciepła ze spalin. Archiwum Energetyki t. LII, nr 2, s. 155–164.
13.
Stępczyńska i in. 2012a – Stępczyńska, K., Kowalczyk, Ł., Dykas, S. i Elsner, W. 2012a. Calculation of a 900 MW conceptual 700/720ºC coal-fired power unit with an auxiliary extraction-backpressure turbine. Journal of Power Technologies, V. 92, No 4.
14.
Stępczyńska-Drygas i in. 2013 – Stępczyńska-Drygas, K., Łukowicz, H. i Dykas, S. 2013. Calculation of an advanced ultra-supercritical power unit with CO2 capture installation. Energy Conversion and Managment 74. s. 201–208.
15.
Witkowski, A. i in. 2015. Advances in Carbon Dioxide Compression and Pipeline Transportation Processes. Springer 2015.