LIDER WYKONAWCY PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Turów http://www.elturow.pgegiek.pl/ Foster Wheeler Energia Polska Sp. z o.o. Technologia spalania węgla w tlenie zintegrowana z wychwytem, transportem i składowaniem CO 2 - to nowy kierunek badawczy w energetyce. Celem prac realizowanych w ramach tego zadania jest wybór oraz opracowanie optymalnych wytycznych procesowych i projektowych dla układów oxy-spalania węgla, stanowiących podstawę do budowy w Polsce instalacji demonstracyjnych, stworzenie konkurencyjnego na rynku międzynarodowym banku wiedzy naukowej i procesowej oraz budowa krajowego know-how w zakresie technologii oxy-spalania węgla, przygotowanie kadry naukowo-inżynierskiej oraz zaplecza badawczego dla wsparcia sektora przemysłowego na etapie projektowania, realizacji inwestycji oraz eksploatacji komercyjnych instalacji wykorzystujących procesy oxy-spalania. Realizacja zadania doprowadzić ma do osiągnięcia poziomu technicznej gotowości do demonstracji bloku energetycznego ze spalaniem tlenowym zintegrowanym z układem wychwytu i składowania CO 2 tzw. CCS, wraz ze wskazaniem potencjalnych lokalizacji tego typu obiektu na terenie kraju. Osiągniecie zamierzonego celu wymaga przeprowadzenia kompleksowych badań, analiz i symulacji w zakresie procesu spalania tlenowego, separacji powietrza i wychwytu CO 2 oraz efektywnej integracji wszystkich elementów układu w ramach jednego bloku energetycznego.
Prace wykonywane w zadaniu badawczym (1/4) Badania kinetyki i mechanizmu oxy-spalania węgla w celu uzyskania podstawowych danych kinetyki i mechanizmu spalania w środowisku tlenowego spalania i współspalania w warunkach ciśnienia atmosferycznego i podwyższonego. Przeprowadzenie eksperymentalnych badań technologicznych w skali wielkolaboratoryjnej i półtechnicznej, co pozwoli na określenie zakresu parametrów procesowych dla badań oxy-spalania w instalacji pilotowych. Badania technologiczne operacji i procesów jednostkowych, w tym zachowanie się siarki w procesie spalania tlenowego w kotłach pyłowych, wiązanie SO 2 w procesie oxy-spalania w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej, badania nieizotermicznego, jednoczesnego procesu kalcynacji oraz siarczanowania drobnozmielonych sorbentów wapniowych w warunkach wysokotemperaturowej recyrkulacji spalin, badania emisji NO X ze spalania tlenowego i dodatkowo Hg dla węgla kamiennego i brunatnego, pracę kotła pyłowego warunkach technologii tlenowej sprawność kotła, badania tworzenia się osadów i ryzyka korozji wysokotemperaturowej, badania technologiczne spalania pyłu węglowego. Badania nad optymalizacją parametrów oxy-spalania węgla w skali pilotowej, w tym zademonstrowanie procesu fluidalnego oxy-spalania w skali pilotowej jednostce CFB o mocy 0,1 MW t, zademonstrowanie procesu ciśnieniowego fluidalnego oxy-spalania w skali pilotowej w jednostce PCFB o mocy 0,2 MW t, zademonstrowanie procesu pyłowego oxy-spalania w skali pilotowej w jednostce PC o mocy 0,5 MW t, pozwalające na zweryfikowanie kinetycznych i termodynamicznych modeli procesu oxy-spalania węgla, opracowanie założeń badawczo-rozwojowych dla instalacji demonstracyjnej CFB i PC.
Prace wykonywane w zadaniu badawczym (2/4) Badania technologiczne oxy-spalania w skali pilotowej, w tym badania technologiczne fluidalnego oxy-spalania w skali pilotowej, badania procesu utylizacji osadów ściekowych w warunkach oxy-spalania, badania technologiczne pyłowego oxy-spalania z recyrkulacją spalin w skali pilotowej, badania technologiczne ciśnieniowego oxy-spalania w skali pilotowej. Badania usuwania CO 2 ze strumienia gazów, w tym badanie i optymalizacja procesu membranowego usuwania CO 2, mające na celu w szczególności wytwarzanie CO 2 o wysokiej jakości, badanie i optymalizacja procesu wychwytywania CO 2 przy zastosowaniu innowacyjnego rozwiązania opartego na absorpcji fizykochemicznej.
Prace wykonywane w zadaniu badawczym (3/4) Produkcja tlenu na potrzeby oxy-spalania węgla, w tym kompleksowe opracowanie rekomendacji i rozwiązań technicznych instalacji rozdziału powietrza do wykorzystania w procesach oxy-spalania węgla o różnych wydajnościach i przy różnych zawartościach tlenu w mieszaninie gazów, opracowanie koncepcji oraz projektu technicznego pilotowej instalacji rozdziału powietrza, budowa pilotowej instalacji zasilania tlenem, opracowanie założeń projektowych dla wykonania w kraju demonstracyjnej instalacji oxy-spalania węgla, opracowanie wytycznych technologicznych do wykonania doświadczalnej instalacji do wytwarzania tlenu z użyciem gęstych membran perowoskitowych na potrzeby procesu oxy-spalania węgla, opracowanie koncepcji i założeń technicznych instalacji wytwarzania tlenu metodą kriogeniczną zoptymalizowanej pod względem techniczno-ekonomicznym dla wymagań pilotowej instalacji oxy-spalania węgla, opracowanie rekomendacji i założeń projektowych dla instalacji demonstracyjnej tlenowej metodą zmiennociśnieniową, synteza materiałów perowskitowych, wytworzenie z nich membran, testowanie zestawów membran z wykorzystaniem zaprojektowanego i wykonywanego stanowiska badawczego opracowanie wytycznych technologicznych do budowy doświadczalnej instalacji do produkcji tlenu.
Prace wykonywane w zadaniu badawczym (4/4) Symulacje numeryczne oraz analizy systemowe oxy-spalania, w tym analiza głównych aspektów nadkrytycznych bloków energetycznych pracujących w warunkach spalania w tlenie dla zastosowań związanych z wprowadzeniem nowych kotłów i modernizacją jednostek istniejących, walidacja modelu matematycznego układu oxy-spalania z analizą procesową, wykorzystania azotu z tlenowni do podsuszania paliwa, opracowanie i weryfikacja numerycznego modelu oraz analiza procesowa układu adsorpcyjnej separacji CO 2 ze spalin, analiza systemowa integracji procesu adsorpcyjnej separacji CO 2 ze spalin z układem bloku energetycznego, z uwzględnieniem procesu przygotowania CO 2 do transportu oraz możliwości odzysku ciepła z procesu sprężania, analiza skumulowanego zużycia energii i egzergii zintegrowanego układu oxy-spalania. Dla utrzymania bieżącej spójności prac zespołów odpowiedzialnych za poszczególne moduły opracowane zostanie środowisko VR stanowiące szkielet integracyjny dla całości zasobu wiedzy projektu
Przyjęty schemat powiązań pomiędzy głównymi tematami badawczymi Projektu
Całość prac zaplanowanych w Zadaniu Badawczym podzielono na kilkadziesiąt etapów. Bieżące wyniki są systematycznie publikowane w branżowych czasopismach oraz prezentowane na konferencjach naukowych, zarówno w kraju, jak i za granicą, gdzie spotykają się z olbrzymim zainteresowaniem. Etapy już zakończone dostarczyły danych niezbędnych do kontynuacji prac prowadzonych w pozostałych etapach. Zakłada się, że uzyskane w Projekcie wyniki pozwolą na zbudowanie krajowej bazy informacji zakresie szeroko rozumianej technologii spalania tlenowego, a tym samym stworzenie podstaw warunkujących dalszy rozwój czystych technologii węglowych w naszym kraju. Aktualny wykaz publikacji i prezentacji można znaleźć na stronie www.is.pcz.czest.pl/strategiczny