Modern Széntüzelésű Erőművek

Átírás

1 Modern Széntüzelésű Erőművek Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem II. félév Katona Zoltán Tel.:

2 Tematika A szén szerepe, jellemzői Széntüzelés, szén égése Szén tüzelés környezeti hatásai Erőművi széntüzelésű technológiák Szénportüzelés Fluidágyas technológiák I. Fluidágyas technológiák II. Szénelgázosítás Egyéb szénbázisú technológiák 2

3 Tüzelőberendezések fejlődése Technológiák összehasonlítása Széntüzelésű kazánok típusai Szénportüzelés Szénportüzelésű kazánok és segédberendezései Szénportüzelésű kazánok fejlesztési irányai 3

4 Széntüzelés fejlődése /1 Már használt erőművi széntüz. technológiák: Szénportüzelésű erőművek a legelterjedtebbek Gőzparaméterek javításával hatásfoknövelés (a többi technológiánál is!) Magasabb frissgőzhőmérséklet és nyomás 2-szeres újrahevítés Tápvízhőmérséklet véghőmérsékletének növelése Különleges kondenzátorkialakítás Gőzturbinák továbbfejlesztése, méretnövelés, standard package Gáztisztítás: hagyományos FGD, denox stb. Fluidágyas technológia továbbfejlesztése Rossz szenek magas hatásfokú eltüzelése Olcsó környezetvédelem 4

5 Széntüzelés fejlődése /2 Más területen használt technológiák szénelgázosítás: kombinált ciklus gázturbinás technológia alkalmazása szén bázison erőművi hatásfok ugrás (kombiciklus) környezetvédelem nagyon hatékony, de drága gázturbinatechnológia fejlődése, adaptálása nem-standard gázhoz + STIG, HAT környezetvédelem: fluidtechnológia adaptálása elgázosításra nyomásalatti fluidelgázosító reaktor hibrid ciklusok: szénelgázosítás + fluidágy DCFT (direct coal fired turbine) Új technológiák Üzemanyag cella: elektrokémiai reakcióból villamos energia közvetlenül. Széngázzal is üzemeltethető elvben. Magnetohidrodinamikus berendezés (hőből villamos energia közvetlenül, magas hőmérsékletű plazma alkalmazása) 5

6 Széntüzelés fejlődése /3 szén Közvetlen eltüzelés szénelgázosítás Indirekt cseppfolyósítás cseppfolyósítás Atmoszférikus Nyomás alatti IGCC STIG, HAT FC kombiciklus Fizikai/kémiai széntisztítás PC + FGD + denox FBC PFBC topping cycle MHD DCFT Folyékony tüzelőanyag Szénpor, Iszap tüzelése 6

7 erőműhatásfok % Széntüzelés fejlődése /4 70% 60% 50% 40% szuperkritikus erőművek IGCC+forrógáztiszt. IGHAT AGMCFC IGMCFC IGCC+hideggáztiszt. PFBC 30% szénportüz.+fgd 20% szénportüzelésű erőművek 10% 0% első erőművek

8 Széntüzelés fejlődése /5 Rostélytüzelés: vastag rétegben nagy széndarabok, korlátozott levegősebességgel. Tökéletlen égés, nem jut el az oxigén minden karbonhoz időben. Magas hamutartalmú szenek, lassú diffúzió. Hosszú tartózkodási idő kell a tűztérben. Nincs keveredés: lángkialvás. Kis fajlagos tűztérteljesítmény (0,5-1,5 MW/m 2 ): tűztérkeresztmetszet/rostély nem növelhető korlátlanul, szénrétegvastagság növelése: tökéletlen égés, lángkialvás. Megoldás: finomabb őrlés: intenzívebb hőfelszabadulás. Nem lehet rostélyon: összetömörödik, összesül (még rosszabb levegőellátás) vagy ha több levegőt adunk, a gáz kihordja a szemcsét, esetleg a rácson kihullik. A rostélyon átvezetett levegőáram felső határát a szénréteg stabilitása szabja meg: a levegő megemeli a réteget: fluidágy, vagy szénportüzelés (még nagyobb gázsebesség). Szénportüzelésnél nagy gázsebesség, finom szemcseméret, magas hőmérséklet és elegendő tartózkodási idő a tűztérben (magas kazán mert nincs szemcsecirkuláció). Teljesítménynövelés: a tűztér-térfogat növelése (több levegő, nagyobb keresztmetszet a gázsebesség tartása érdekében)/ hőátadófelület növelésével:tűztér-téfogat nagyobb mértékben növekszik mint a hőátadó felület (falak területe): tűztér belsejébe is + második huzamba kell egyre több hőátadó felületet telepíteni (besugárzott és konvektív hőátadó felületek) 8

9 Széntüzelés fejlődése /6 Fluidágynál: teljesítmény növelése: a szénrétegben is van hőátadó felület. Teljesítmény további növelése: több szén eltüzelése (t/h) (gyorsabb eltüzelése, intenzívebb kinetika): finomabb őrlés és több levegő. Ha a tűztérkeresztmetszet változatlan lenne: nagy gázsebességek + finomabb szemcseméret: kihordás. Elkerülés: tűztérkeresztmetszet növelés: nem lehet akár meddig növelni, ezért a kihordott szemcsét vissza kell juttatnunk a tűztérbe (recirkuláció). Nyomás alatti fluid: teljesítmény növelése: ugyanabban a térfogatban több oxigén kell (nyomásnövelés) + kombinált ciklusú erőmű. A gázturbinába belépő gáz alacsony hőmérsékletű (fluidágyak: C), ezért a kilépő gáz is alacsony hőmérsékletű: csak tápvíz előmelegítésre alkalmas, a gőzt a fluidágy termeli. Cirkulációs nyomás alatti fluidágy: részleges elgázosításból származó gázzal felmelegítjük a gázturbinára menő füstgázt: magas hőmérséklet a HRSG-hez, gőztermelésre alkalmas. 9

10 Technológiák összehasonlítása /1 Rostélytüz. FBC CFBC PF légfelesleg 20-30% 20-25% 10-20% 15-30% tüzelési hatásfok 85-90% 90-96% 95-99% 99% hőtermelés MW/m 2 0,5-1,5 0,5-3 3,0-7,0 4,0-8,0 égési zóna magassága, m 0,2 1,0-2, gázsebesség az égési zónában m/s 1,0-3,0 0,5-3 3, átlagos szemcseméret, mm <300 0,03-3 0,05-0,5 0,02-0,08 részterhelés 25% 30% 25-30% 30% tüzelőanyag rugalmasság rugalmas nagyon rugalmas nagyon rugalmas nem rugalmas NOx kibocsátás, ppm SO 2 megkötés a tűztérben,% % 80-90% kicsi 10

11 Technológiák összehasonlítása /2 fajlagos hőteljesítmény, MW/m2 fajlagos hőteljesítmény, MW/m rostélytüz. FBC CFBC PF PFBC PCFB 11

12 Kazántípusok /1 Watt kofferkazánja, 1776 Álló (sík) rostélyos kazánok Nagy vízterű kazánok Mozdony kazán, hullámcsöves kazánok Ferdecsöves kazánok (1900) Vándorrostélyos kazánok Ferdecsöves kazánok Kéthuzamú kazánok Szénportüzelésű kazánok Természetes cirkulációjú Kényszerkeringetésű Kényszeráramlású (egycsöves), Benson, Sulzer Salakolvasztó tüzelés (ciklon égő) Fluidágyas tüzelés 12

13 Kazántípusok /2 Watt kofferkazánja (1776) 13

14 Kazántípusok /3 (sík rostély) Hullámcsöves kazán Mozdony kazán 14

15 Kazántípusok /4 (sík rostély) Ferdecsöves kazán (1900 körül) 15

16 Ferdecsöves kazán Kazántípusok /5 (vándor rostély) 16

17 Kazántípusok /6 (szénportüzelés) 17

18 Természetes cirkulációjú kazánok Kazántípusok /7 (szénportüzelés) 18

19 Kazántípusok /7 (szénportüzelés) Kényszeráramlású kazánok 19

20 Kazántípusok /8 (salakolvasztó tüzelés) 20

21 Kazántípusok /9 (fluidágy) 21