Suszenie węgla brunatnego przy użyciu młyna elektromagnetycznego. Krzysztof Sławiński Wojciech Nowak Przemysław Szymanek

Transkrypt

1 Suszenie węgla brunatnego przy użyciu młyna elektromagnetycznego Krzysztof Sławiński Wojciech Nowak Przemysław Szymanek

2 Węgiel - najważniejszy surowiec do produkcji energii Węgiel jest i pozostanie głównym czynnikiem gwarantującym bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej w UE. Szczególne cechy węgla - jego dostępność, przystępna cena i znaczenie dla stabilizacji rynków energii - gwarantują, że będzie on nadal najważniejszym surowcem w produkcji energii elektrycznej. Węgiel to paliwo kopalne, którego zasoby są największe i najbardziej rozprzestrzenione na świecie i według szacunków wystarczą na 130 lat w przypadku węgla brunatnego oraz na 200 lat w przypadku węgla kamiennego.

3 Rys. 1.: Udział poszczególnych nośników w produkcji energii w krajach UE

4 Rys. 2.: Przyrost produkcji energii w oparciu o nowe elektrownie węglowe

5 Korzyści suszenia węgla: wzrost sprawności oraz spadek kosztów inwestycyjnych bloków energetycznych zmniejszenie emisji CO2 na jednostkę wyprodukowanej energii Sprawność [%] Rys. 3.: Emisja CO2 w funkcji sprawności

6 Przegląd technologii suszenia węgla brunatnego: WTA ( suszenie w złożu fluidalnym za pomocą niskotemperaturowej pary) Coldry (zagęszczanie węgla brunatnego do postaci peletów) IDGCC (blok gazowo-parowy ze zintegrowanym suszeniem i zgazowaniem paliwa) HTD (odwadnianie hydrotermalne) MTE (odwadnianie mechaniczno-termiczne)

7 Podstawy procesu WTA Technologia WTA opiera się na stacjonarnym złożu fluidalnym o małej ekspansji. Energia potrzebna do procesu suszenia dostarczana jest poprzez wymienniki ciepła umieszczone wewnątrz suszarki, ogrzewane parą. Suszenie odbywa się praktycznie w 100% czystej parze, lekko przegrzanej. Kontrolując temperaturę pary można dostosowywać końcowa zawartość wilgoci w produkcie. Np. dla temperatury ok. 110 ºC przy ciśnieniu 1,1 bara, można uzyskać końcowa wilgoć na poziomie 12%.

8 Rys. 5.: Schemat procesu WTA z kondensacją oparów Rys. 4.: Schemat procesu WTA z rekompresją oparów

9 Zalety WTA: wysoka sprawność dzięki suszeniu w niskich temperaturach oraz wykorzystaniu odparowywanej wilgoci z węgla (poprzez kondensację oparów lub mechaniczne sprężanie) bezpieczeństwo użytkowania, ze względu ze proces suszenia odbywa się w obojętnej atmosferze, zarówno podczas pracy jak i rozruchu suszarni (unikniecie wybuchowych mieszanin pyłu) wysoka pojemność suszenia na m 2 suszarki kompaktowość ze względu na integracje mielenia surowego węgla z procesem suszenia powstający kondensat z oparów może być źródłem wody do wykorzystania w procesach przemysłowych koszty inwestycyjne nie powinny być większe niż koszty konwencjonalnej opalanej węglem brunatnym elektrowni dodatkowe koszty związane z suszarka są niemal kompensowane w oszczędnościach związanych z kotłem (brak zasobników surowego węgla, młynów bijakowych) oraz redukcja powstających objętości gazów wylotowych ze względu na wzrost wydajności.

10 Proces Coldry polega na uwolnieniu wilgoci zawartej w węglu, dzięki zainicjowaniu reakcji egzotermicznej, poprzez ścieranie cząstek węgla ze sobą oraz wytworzeniu stabilnego i łatwego w transporcie produktu w postaci peletów. Zalety procesu: wzrost kaloryczności węgla z 8,4 MJ/kg do 24 MJ/kg odzysk 95% uwolnionej z węgla wody spadek zawartości popiołu możliwość wykorzystania w istniejących kotłach energetycznych

11 Rys. 6.: Schemat procesu Coldry

12 Technologia IDGCC Węgiel suszy się za pomocą bezpośredniego kontaktu z gorącym gazem. Gorący gaz jest chłodzony przez etap suszenia węgla, po czym jest oczyszczany i spalany w turbinach gazowych. Gorące spaliny z turbin gazowych zasilają turbiny parowe, a te z kolei wytwarzają dodatkowe zasilanie. Zalety IDGCC: redukcja kosztów o około 30% w porównaniu ze spalaniem mokrego węgla wydajność około 40% znaczące zmniejszenie emisji CO2 o około 30% zmniejszenie zużycia wody chłodzącej o około 50%

13 Rys. 7.: Schemat procesu IDGCC

14 Rys. 8.: Schemat procesu HTD

15 Metoda MTE: W metodzie MTE węgiel podgrzewany jest za pomocą niskoparametrowej pary wodnej ( ºC, 5-16 bar), następnie ściskany w hydraulicznej komorze (ok. 60 bar) w celu wyciśnięcia wody. Proces ten wpływa na usunięcie wody w granicach ok.75%, jednak woda powstała w wyniku ściskania wymaga oczyszczenia. Wyżej wymienione metody stwarzają nowe problemy takie jak: wcześniejsze zmielenie węgla konieczność oczyszczenia wyprodukowanej wody czasochłonność wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

16 Budowa młyna elektromagnetycznego komora robocza 2 bieguny wzbudnika 3 nieferromagnetyczna przysłona 4 otwory odbioru wyparów 5 otwór zasypowy 6 otwór wlotowy czynnika dosuszającego 7 otwór odbioru wyparów 8 segment odbiorczy 9 izolacja termiczna 10 odbiór produktu Rys. 9.: Budowa młyna elektromagnetycznego

17 Komora robocza młyna Model fizyczny badawczy wzbudnika (obszar roboczy bez rury - komory roboczej młyna) Mielniki ferromagnetyczne

18 Zasada działania młyna elektromagnetycznego Rys. 11.: Trójfazowe uzwojenia wzbudnika z biegunami jawnymi do wytwarzania poprzecznego pola wirującego Rys. 10.: Obracający się układ magnesów do wytwarzania wirującego pola magnetycznego

19 czas pobytu materiału w komorze 30 s, Wydajność [m 3 /h] zapełnienie komory materiałem Średnica komory [ m] Rys. 12.: Wykres maksymalnej wydajności młyna elektromagnetycznego

20 Zalety stosowania młyna elektromagnetycznego do suszenia węgla brunatnego: Główną zaletą młyna elektromagnetycznego jest bardzo małe zużycie energii elektrycznej, dzięki zastosowaniu mielników ferromagnetycznych (ich mała masa pozwala podążać za zmianami sił pola magnetycznego i dzięki temu uzyskać dużą energię kinetyczną). Na tonę węgla zużywa się ok. 2-4 kwh. Kolejną zaletą jest bardzo krótki czas suszenia Można również zastosować równoległą strukturę wielosekcyjną, co znacznie zwiększy wydajność pracy młyna. W przypadku potrzeby uzyskania mniejszego uziarnienia, można zastosować szeregową strukturę wielosekcyjną.

21 Wydajność młyna 20t/h Wskaźnik Młyn Młyn elektromagnetyczny kulowy 1 Moc czynna [kw] około 900 około 80 2 Moc pozorna [kva] Współczynnik mocy około 0,9 około 0,134 4 Moc bierna indukowana [kvar] Napięcia zasilania 3x6 3x0,4 6 Rodzaje wydajności masowa objętościowa 7 Ilość mielników [kg] kilkadziesiąt tysięcy od 8 do 12 8 L.p. kule o masie kilkunastu kilogramów pręty o masie od kilku do kilkudziesięciu gram 9 Poziom hałasu [db] od 90 do Zużycie energii na tonę produktu [kwh] Zużycie energii na dobę w [kwh] Zużycie energii na rok [kwh] Zakres uziarnienia ograniczony nieograniczony (poniżej 5µm) 14 Całkowita masa młyna [t] powyżej 200 maksymalnie 10

22 Młyn elektromagnetyczny na hali Politechniki Częstochowskiej