Wielopaliwowe kotły CFB jako alternatywa odbudowy mocy w energetyce i ciepłownictwie

Wielopaliwowe kotły CFB jako alternatywa odbudowy mocy w energetyce i ciepłownictwie Bogusław Krztoń VI Forum Technologii w Energetyce, Spalanie Biomasy Bełchatów, 20-21.10.2016

Amec Foster Wheeler Elektrociepłownie wielopaliwowe odpowiedzią na zmiany w prawie Elektrociepłownie wielopaliwowe realizacje i koncepcje Wodne kotły CFB dla ciepłownictwa

Amec Foster Wheeler

Amec Foster Wheeler Energia Polska W ciągu ostatnich 20 lat zaprojektowano i dostarczono w Polsce kotły o sumarycznej mocy ok. 3500 MWe (kotły CFB s, BFB, odzysknicowe), Ostatnio realizowane projekty : EC Tychy oddany do eksploatacji w tym roku kocioł CFB 50 MWe dla nowego bloku ciepłowniczego Tauron Ciepło Solvey Bułgaria zaawansowana budowa kotła CFB 50 MWe opalanego koksem ponaftowym EC Zabrze Fortum rozpoczęta budowa kotła CFB 75 MWe dla elektrociepłowni wielopaliwowej Elektrownia Turów PGE rozpoczęty projekt głębokiej modernizacji 3 kotłów CFB 232 MWe 4

Strategy & Business Development Asia, Middle East, Africa & Southern Europe Americas Northern Europe & CIS Global Power Group Who we are Our business structure Markets Sectors Business units Oil & Gas Upstream Midstream Downstream Mining Mining & Metals E&I Water Transport Government Industrial / Pharma Clean Energy Renewables / Bioprocess Nuclear Transmission & Distribution Conventional Power 5

Elektrociepłownie wielopaliwowe odpowiedzią na zmiany w prawie

Zmiany w otoczeniu prawnym W ostatnich latach dokonały się bardzo istotne i gruntowne zmiany prawa w obszarze emisji zanieczyszczeń ze źródeł spalania oraz w zakresie gospodarowania odpadami. Zmiany te wymuszają konieczność innego, kompleksowego spojrzenia na możliwości wykorzystania odpadów jako paliwa oraz dalszego funkcjonowanie wielu małych ciepłowni miejskich. Przykłady przepisów i wymagań istotnie oddziałujących na funkcjonowanie przedsiębiorstw ciepłowniczych i komunalnych :

Zmiany w otoczeniu prawnym zakaz składowania określonych frakcji odpadów komunalnych pochodzących z przetwarzania odpadów komunalnych, w tym odpadów o zawartości ogólnego węgla organicznego powyżej 5% s.m. i o cieple spalania powyżej 6 MJ/kg suchej masy Przepis ten dotyczy frakcji nadsitowej tzw. prerdf lub RDF (Refused Derived Fuel), zaostrzone wymagania dotyczące emisji spalin Dyrektywa MCP dla małych i średnich źródeł spalania (głównie ciepłownie), Dyrektywa IED wraz z konkluzjami BAT/BREF dla dużych elektrociepłowni i energetyki zawodowej konieczność spełnienia wymagań UE w zakresie redukcji emisji CO2 oraz produkcji energii z OZE w perspektywie roku 2020 wzrost ilości komunalnych osadów ściekowych wymagających zagospodarowania w inny sposób niż przez ich wykorzystanie w rolnictwie lub rekultywacji gruntów, Konieczność ograniczenia niskiej emisji i lokalne zakazy spalania węgla w domowych instalacjach

Dostępne lokalne paliwa Biomasa leśna i rolnicza RDF, pre-rdf Osady z oczyszczalni ścieków Inne: muły węglowe, odpady przemysłowe stałe, gazy odpadowe z odmetanowania kopalń, gaz koksowniczy, gaz wielkopiecowy, etc. 9

Możliwe rozwiązania w zakresie spalania paliw alternatywnych i biomasy Tradycyjne : Spalarnie odpadów komunalnych zmieszanych w elektrociepłowni - niewielka produkcja ciepła i/lub energii elektrycznej Dedykowane kotły biomasowe - niepewność aukcyjna Niewielkie i kosztowne monospalarnie dla utylizacji osadów ściekowych Zamiana paliwa w wyeksploatowanych ciepłowniach węglowych Zintegrowane elektrociepłownie wielopaliwowe: Skojarzona produkcja energii elektrycznej i ciepła w wysokosprawnej kogeneracji o większych mocach, Z wykorzystaniem lokalnych paliw pochodzących z odpadów, i biomasy Z wykorzystaniem paliw neutralnych pod względem emisji CO 2, Możliwość zwiększenia wydajności istniejących ciepłowni -likwidacja niskiej emisji, 10

Porównanie parametrów techniczno-ekonomicznych tradycyjnej spalarni odpadów z elektrociepłownią tradycyjną i wielopaliwową Spalarnia odpadów w Krakowie EC Tychy Wielopaliwowa EC Zabrze Koszty inwestycyjne 160 m 140 m 200 m Roczna ilość spalanych odpadów 220 000 ton MSW - 200 000 ton RDF Parametry pary 40 bar / 415 O C 122 bar/547 O C 92 bar / 536 O C Moc cieplna 37,5 MWt 86 MWt 145 MWt Roczna produkcja ciepła 280 GWh 450 GWh* 730 GWh Moc elektryczna 17 MWe 65 Mwe 75 MWe Roczna produkcja en. elektr. 65 GWh 400 GWh* 550 GWh Zakres paliw Odpady komunalne węgiel węgiel, RDF, biomasa, szlam węgl. 11 *szacunek własny autora

Porównanie inwestycji alternatywnej (tradycyjne spalarnia odpadów i elektrociepłownia węglowa) z elektrociepłownią wielopaliwową Koszty inwestycyjne Roczna ilość spalanych odpadów Spalarnia w Krakowie + EC Tychy Wielopaliwowa EC Zabrze 300 m 200 m 220 000 ton MSW 200 000 ton RDF Moc cieplna 123,5 MWt 145 MWt Roczna produkcja ciepła Moc elektryczna Roczna produkcja en. elektr. 730 GWh 730 GWh 85 MWe 75 MWe 465 GWh 550 GWh 12

Integracja gospodarki zasobami i energią na poziomie komunalnym Ciepłownictwo Gospodarka odpadami Gospodarka wodno- ściekowa Te trzy dziedziny można powiązać na terenie miasta lub gminy: Ciepłownictwo jest w stanie przetworzyć na energię odpady uzyskane w dwóch pozostałych branżach Można to zrobić rozwiązując kompleksowo problemy wszystkich trzech branż Można uzyskać dodatkowe efekty : mniejsze opłaty za emisję CO2 mniejsze koszty paliwa dla ciepłowni wykorzystanie systemów wsparcia OZE dla modernizacji lokalnej ciepłowni... w elektrociepłowni z wielopaliwowym kotłem CFB 13

Integracja gospodarki zasobami i energią na poziomie komunalnym Ciepłownictwo Gospodarka odpadami Gospodarka wodno- ściekowa Bariery w rozwoju wielopaliwowych elektrociepłowni : Brak wsparcia wysokosprawnej kogeneracji po 2018 Trudności w uzgodnieniu długoterminowego kontraktu na dostawę RDF pomiędzy lokalnym przedsiębiorstwem ciepłowniczym i RIPOK Niepewność na rynku dostaw biomasy Finasowanie modernizacji lokalnych ciepłowni Trudności w uzgodnieniu strategii rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego/lokalnej ciepłowni, gdy nie jest ona już własnością miasta/gminy, 14

Elektrociepłownie wielopaliwowe realizacje i koncepcje

Elektrociepłownia wielopaliwowa w Zabrzu Moc elektryczna75 MWe Moc cieplna 145 MWt

Heating Value in MJ/kg Wielopaliwowy kocioł CFB dla EC Zabrze Założenia Projektowe - Paliwa Zakres paliw (udziały energetyczne) : Węgiel 0 100 %, Biomasa (w tym agro) 0 100 %, RDF do 40 %, Muły węglowe, 35 20 10 5 PETROLEUM COKE BITUMINOUS COAL PEAT ANTRACITE ANTRACITE COAL BROWN COAL, LIGNITE WASTE COAL BARK Zakres paliw POLYOLEFIN PLASTICS (PE, PP, PC..) COLORED OR PRINTED PLASTICS, CLEAN CHIP- - PLY PLY- BOARD - WOOD WOOD WOOD BIOMASS BIO & FIBER SLUDGE COLORED OR PRINTED MIXED PLASTICS REF I COMMERCIAL & INDUSTRIAL DEMOLITION WOOD DEINKING SLUDGE REF PELLETS PEAT W/ HIGH Ca, Cl, Br OIL SHALE SEWAGE SLUDGE WOOD & PLASTICS & S CONSUMER REF II - III MIXED PLASTICS PAPER & WOOD RDF 0 Burning Difficulty 17

Kocioł wielopaliwowy dla EC Zabrze Koncepcja i emisje Emisje: Dla węgla kamiennego i biomasy wg IED NO x 150 mg/nm 3 SO 2 150 mg/nm 3 Pył 10 mg/nm 3 Dla RDF zgodnie z WID NO x, SO 2, pył, HCl, HF, TOC, metale ciężkie, dioksyny i furany, Czas >2s w temperaturze powyżej 850 o C Moc użyteczna kotła Wydajność parowa Ciśnienie pary świeżej Temperatura pary świeżej Temperatura wody zasilającej 203 MWth 75 kg/s 92 bar 536 C 242 C 18

Wielopaliwowy kocioł CFB dla EC Zabrze Dyspozycja Budynek kotłowni CFBS z filtrem workowym SCR rezerwacja przestrzeni Zasobniki paliwa Zbiornik wody zasilającej Wentylator spalin Zbiorniki sorbentów Zbiorniki popiołów 19

Technologia kotłów CFB

Blok wielopaliwowy 10MWe, CFB 41t/h Parametry / schemat ideowy Kocioł fluidalny CFB Wydajność 41 t/h Para świeża 490 C / 67.5 bar(a) Zakres pracy 40 100% WMT* ) Moc użyteczna 12,5 32 MWt Temp. wody zas. 140 o C Spaliny *) uzależniony od stosowanego paliwa Popiół/ produkt Turbozespół ciepłowniczy, upustowo kondensacyjny: Moc elektryczna brutto (kondensacja) 10,9 MWe Moc elektryczna netto (kondensacja) 10 MWe Węgiel Biomasa Para Szczytowa moc członu ciepłowniczego 26 MWt RDF Osady Kamień wap. Materiał złoża Powietrze Popiół 21

Blok wielopaliwowy 10MWe, CFB 41t/h Dane eksploatacyjne Parametry bloku: Moc elektryczna brutto (kondensacja) Moc elektryczna netto (kondensacja) Maksymalna moc członu ciepłowniczego 10,9 MWe 10 MWe 26 MWt Dane eksploatacyjne (MAX): 22 Roczna produkcja energii elektrycznej Roczna produkcja ciepła grzewczego 74GWe 273GJ Zużycie paliwa (typowa mieszanka, udziały energetyczne 40% RDF; 10% osad ściekowy, 50% węgiel kamienny) RDF 32.2 tys.t/rok Osad ściekowy 16.3 tys.t/rok Węgiel kamienny 22.8 tys.t/rok

Blok wielopaliwowy 10MWe, CFB 41t/h Aranżacja przestrzenna bloku wielopaliwowego 23

Wielopaliwowe kotły CFB doświadczenia eksploatacyjne Prokon Nord Igelsta Parametr paliwa Drewno rozbiórkowe Biomasa + RDF Biomasa + RDF RDF Obiekt Prokon- Nord Igelsta Högdalen Lomellina II LHV (MJ/kg) 10-15,5 6,0-16,1 13-9 10,5-16,7 Högdalen Chlor (% in D.S) 0,1 0,12 0,2 0,6-1,2 Wilgoć (%) 10-40 14-60 22-45 20-35 Lomellina II Popiół (% in D.S) Temp. pary (C) Ciśnienie pary (bar) 0,6-9 <17,5 <13 3,7-17,3 500 540 480 443 90 90 60 63

Wodne kotły CFB dla ciepłownictwa

Wodne kotły wielopaliwowe AmecFW CFB dla ciepłownictwa kocioł CFB30 (odpowiednik WR25) Kotłownia Zasobniki paliwa Separator Układ podawania paliwa Pogrzewacz wody Palenisko Układ doprowadzania powietrza do spalania 26

Kotły wodne CFB dla ciepłownictwa 27

Kotły wodne CFB dla ciepłownictwa 28

Kotły wodne CFB dla ciepłownictwa 29