Modelowanie i analiza układu kondycjonowania CO2 metodą separacji fizycznej w nadkrytycznym bloku węglowym o mocy 460 MW pracującym w technologii oxy-spalania

The idea of oxy-combustion technology consists in burning fuel in the atmosphere of high purity oxygen. As a result, flue gas in such systems consists exclusively of almost carbon dioxide and water vapor. However, in practice, apart from CO2 and H2O, such compounds as argon, sulfur dioxide, nitrogen or oxygen appear in flue gas, which have to be separated to a great extent before CO2 transport. The most frequently used method of the separation of these gases from the CO2 stream is physical separation. In order to determine the energy intensity of the separation process, a numerical model of the carbon dioxide capture installation from the coal powered unit operating in oxy-combustion system has been built in the Aspen Plus software. This paper presents the results of calculations of the energy intensity of the process, taking into account such parameters as purity and recovery rate of the separated CO2 for a 460 MW supercritical unit. The analysis shows that reaching high purity and recovery rate of the carbon dioxide separated from flue gas is not difficult. However, reaching the required levels of other compounds content can be problematic. The main results are quantitatively presented in this paper. Some solutions for decreasing the energy intensity are also proposed.Idea układów oxy-spalania polega na spalaniu paliwa w atmosferze wysokiej czystości tlenu. Spaliny z tego typu układów składają się prawie wyłącznie z dwutlenku węgla i wody, a zatem koszt przygotowania CO2 do transportu do miejsca składowania jest niższy niż w układach konwencjonalnych. Jednak w praktyce, obok CO2 i H2O w spalinach pojawiają się także inne związki, w tym np. argon, dwutlenek siarki, azot czy tlen, które muszą zostać odseparowane przed transportem CO2. Najczęściej stosowanymi metodami separacji tych gazów ze strumienia CO2 jest separacja fizyczna. W celu określenia energochłonności procesu separacji zbudowany został model numeryczny układu wychwytującego dwutlenku węgla ze spalin bloku węglowego pracującego w atmosferze tlenowej. W tym celu wykorzystano program Aspen Plus. Obliczenia prowadzono dla układu o mocy 460 MW. W artykule przedstawiono wyniki obliczeń energochłonności układu z uwzględnieniem takich parametrów, jak czystość czy stopień odzysku CO2. Z analiz wynika, że osiągnięcie wysokiej czystości i stopnia odzysku separowanego z gazów spalinowych dwutlenku węgla nie jest trudne, jednak osiągnięcie wymaganych poziomów zawartości innych związków może być problematyczne. Zaproponowano również sposoby obniżenia energochłonności instalacji wychwytu CO2

Technology of oxygen production in the membrane-cryogenic air separation system for a 600 MW oxy-type pulverized bed boiler

In this paper the results of the thermodynamic analysis of the oxy-combustion type pulverized bed boiler integrated with a hybrid, membrane-cryogenic oxygen separation installation are presented. For the calculations a 600 MW boiler with live steam parameters at 31.1 MPa /654.9[degrees]C and reheated steam at 6.15 MPa/672.4[degrees]C was chosen. In this paper the hybrid membrane-cryogenic technology as oxygen production unit for pulverized bed boiler was proposed. Such an installation consists of a membrane module and two cryogenic distillation columns. Models of these installations were built in the Aspen software. The energy intensity of the oxygen production process in the hybrid system was compared with the cryogenic technology. The analysis of the influence of membrane surface area on the energy intensity of the process of air separation as well as the influence of oxygen concentration at the inlet to the cryogenic installation on the energy intensity of a hybrid unit was performed

Ocena termodynamiczna bloku elektrociepłowni współpracującej z instalacją wychwytu dwutlenku węgla przy jej integracji z turbiną gazową

The paper presents the results of a thermodynamic analysis carried out for a coal-fired combined heat and power plant (CHP) working at supercritical parameters, integrated with an absorption based carbon dioxide capture installation. The power of a plant was set at 320 MW, and it was assumed that it produces heat in accordance with heat demand characteristics. It was also assumed that in order to obtain heat for the desorption unit, the plant was integrated with a gas turbine installation, at the outlet of which a recovery heat exchanger was mounted. For the analysis, the values of the characteristic quantities of the gas turbine were adopted. Power of the machine, in turn, depended on the heat demand of the desorption process. For the evaluation of the integration of a CHP plant, the defined in the paper average annual thermodynamic quantities and unit carbon dioxide emissions were used.W artykule przedstawiono rezultaty analizy termodynamicznej przeprowadzonej dla bloku elektrociepłowni węglowej na parametry nadkrytyczne zintegrowanej z absorpcyjną instalacją wychwytu dwutlenku węgla. Moc elektrociepłowni określono na poziomie 320 MW, zakładając, że produkuje ona ciepło zgodnie z przyjętymi charakterystykami zapotrzebowania. Założono ponadto, iż dla potrzeb pozyskania ciepła dla procesu desorpcji blok elektrociepłowni zintegrowany został z instalacją turbiny gazowej, na wylocie której zabudowano wymiennik odzyskowy. Dla celów analizy określono odpowiednie wielkości charakteryzujące turbinę gazową. Moc maszyny z kolei zależała od ciepłochłonności procesu desorpcji. Przy ocenie integracji elektrociepłowni posłużono się zdefiniowanymi w pracy średniorocznymi wskaźnikami termodynamicznymi oraz emisją jednostkową dwutlenku węgla

Influence of the selected parameters on the effectiveness of IGCC system integrated with CCS installation

The paper presents the basic input data and modelling results of IGCC system with membrane CO2 capture installation and without capture. The models were built using commercial software (Aspen and GateCycle) and with the use of authors’ own computational codes. The main parameters of the systems were calculated, such as gross and net power, auxiliary power of individual installations and efficiencies. The models were used for the economic and ecological analysis of the systems. The Break Even Point method of analysis was used. The calculations took into account the EU emissions trading scheme. Sensitivity analysis on the influence of selected quantities on break-even price of electricity was performed

Rośliny energetyczne jako lokalny nośnik energii

The experimental investigation of energy crops (Miscanthus x giganteus, Sida hermaphrodita, Spartina pectinata, Panicum virgatum) gasification was carried out. The influence of excess air ratio (λ) on lower heating value (LHV) was investigated. Downdraft fixed bed gasifier was used. For all types of biomass, the highest LHV value was achieved for λ = 0.18. Compositions of gases obtained during the experimental study were used for thermodynamic and economic analysis of CHP system with gas piston engine. The system quality indices and input data for economic analysis were calculated. For the economic analysis the net present values method was adopted. Given the assumptions, despite biomass type, the NPV indice did not reach positive values. Break even price of electricity and break even cost of fuel were calculated. The economic viability of such systems is strongly influenced by economic and legal environment. The paper includes sensitivity analysis of change of the selected parameter such as annual availability of the system, price of fuel and price of green certificates.Przeprowadzono badania eksperymentalne wieloletnich roślin energetycznych (miskanta olbrzymiego, ślazowca pensylwańskiego, spartyny preriowej, prosa rózgowatego) oraz określono wpływ stosunku nadmiaru powietrza w reaktorze na wartość opałową gazu palnego. Wykorzystano reaktor dolnociągowy ze złożem stałym. Najwyższą wartość opałową gazu uzyskano dla λ = 0,18 niezależnie od rodzaju biomasy. Składy otrzymanych gazów posłużyły do obliczeń termodynamicznych i ekonomicznych układu kogeneracyjnego z gazowym silnikiem tłokowym. Wyznaczono wskaźniki efektywności energetycznej układu CHP oraz szereg danych wejściowych do analizy ekonomicznej. Rachunek ekonomiczny przeprowadzono w oparciu o metodę wartości zaktualizowanej netto. Dla założeń przyjętych w obliczeniach dla układów zasilanych wieloletnimi roślinami energetycznymi nie uzyskano dodatnich wartości wskaźnika NPV. Wyznaczono graniczne ceny sprzedaży energii elektrycznej oraz graniczne ceny pozyskania biomasy z warunku NPV = 0. Efektywność ekonomiczna instalacji zasilanych biomasą silnie zależy od otoczenia ekonomiczno-prawnego, dlatego przeprowadzono analizy wrażliwości granicznej ceny sprzedaży energii elektrycznej ze względu na czas pracy instalacji, koszt pozyskania paliwa oraz cenę zielonych certyfikatów

Membrane separation of carbon dioxide in the integrated gasification combined cycle systems

Integrated gasification combined cycle systems (IGCC) are becoming more popular because of the characteristics, by which they are characterized, including low pollutants emissions, relatively high efficiency of electricity production and the ability to integrate the installation of carbon capture and storage (CCS). Currently, the most frequently used CO2 capture technology in IGCC systems is based on the absorption process. This method causes a significant increase of the internal load and decreases the efficiency of the entire system. It is therefore necessary to look for new methods of carbon dioxide capture. The authors of the present paper propose the use of membrane separation. The paper reviews available membranes for use in IGCC systems, indicates, inter alia, possible places of their implementation in the system and the required operation parameters. Attention is drawn to the most important parameters of membranes (among other selectivity and permeability) influencing the cost and performance of the whole installation. Numerical model of a membrane was used, among others, to analyze the influence of the basic parameters of the selected membranes on the purity and recovery ratio of the obtained permeate, as well as to determine the energetic cost of the use of membranes for the CO2 separation in IGCC systems. The calculations were made within the environment of the commercial package Aspen Plus. For the calculations both, membranes selective for carbon dioxide and membranes selective for hydrogen were used. Properly selected pressure before and after membrane module allowed for minimization of energy input on CCS installation assuring high purity and recovery ratio of separated gas