Інтегрований комбінований цикл газифікації

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Інтегрований комбінований цикл газифікації (ІКЦГ) — це технологія, яка використовує газогенератор, щоб перетворити вугілля та інші види (палива). Потім видаляє забруднення з синтез-газу до того, як згоряє. Деякі з цих забруднювачів, таких як сірка, можуть бути перетворені в повторно використовуваних побічних продуктах. Це призводить до зниження викидів діоксиду сірки, твердих частинок і ртуті. З додаткового технологічного обладнання, вуглець в синтез-газі може бути перенесений на водень за допомогою реакції конверсії водяного газу. Отриманий діоксид вуглецю з реакції конверсії може бути стиснутий і зберігається. Надмірне тепло від первинного горіння і синтез-газу потім передається в паровому циклі, схожий на парогазову турбіну. Це призводить до підвищення ефективності в порівнянні зі звичайними пилоподібного вугілля.

Значення

[ред. | ред. код]

Вугілля можна знайти в достатку в США і багатьох інших країнах, і його ціна залишається відносно постійним в останні роки. Отже, використовується близько 50 відсотків американських потреб в електроенергії. [1] Таким чином, зниження викидів, що технологія КЦГ дозволяє може бути важливим в майбутньому правила викидів затягнути у зв'язку зі зростаючою стурбованістю за впливу забруднюючих речовин на навколишнє середовище та світу. [1] Ця технологія в даний час використовується в проекті під будівництво, розташований в Кемпер, Міссісіпі. Кемпер Проект допомогою бурого вугілля для виробництва енергії для Mississippians.

Технологічна схема КЦГ

[ред. | ред. код]

Нижче наведена принципова технологічна схема комбінованого циклу комплексної газифікації ( КЦКГ)

У процесі газифікації синтез-газ можна виробляти з широкого спектра вуглецевмісної сировини, наприклад, високосірчистого вугілля, важких нафтових залишків і біомаси. Рослина називається комплексною, тому що (1) синтез-газ, що отримується в розділі газифікація, використовується як паливо для газової турбіни в комбінованому циклі, і (2) пар, що виробляється синтез-газовими кулерами в розділі газифікація, використовується в паровій турбіні в змішаному циклі. На цьому прикладі виробництво синтез-газу використовується як паливо в газовій турбіні, яка виробляє електричну енергію. У звичайному змішаному циклі, так званих "відходів тепла" від вихлопу газової турбіни використовується в котлі-утилізаторі (ку) для виробітку пари для парової турбіни циклу. На КЦКГ рослина підвищує загальну ефективність процесу шляхом додавання більш високої температури пари, що утворюється в процесі газифікації в паротурбінному циклі. Ця пара потім використовується в парових турбінах для виробництва додаткової електричної потужності.

Установки

[ред. | ред. код]

В DOE Clean Coal [Архівовано 28 квітня 2013 у Wayback Machine.] рамках демонстраційного проекту DOE Clean Coal в США були побудовані 3 ПГУ установок з використанням IGCC на вугіллі: Wabash River Power Station в Вест Тере Оуте, штат Індіана; Polk Power Station в Тампе у Флориді (запущена в 1996), і Pinon Pine в Рено, штат Невада. У демонстраційному проекті Рено, дослідники виявили, що сучасна технологія ПГУ не буде працювати більш ніж на 300 футах (100 м) над рівнем моря.[2]
У доповіді DOE у посиланні 3 однак не згадується будь-яку висоту ефекту, і більшість проблем були пов'язані з твердими відходами витяжної системи. На річці Уобаш і Polk Power stations і в даний час існують такі резолюції демонстраційних труднощів із запуску, але Piñon Pine проект зіткнувся зі значними проблемами і був покинутий. Перше покоління ПГУ забруднені менше, ніж сучасні основні вугільні технології, але також забруднені води; наприклад, Wabash River Plant не відповідав якості води на споживання в 1998-2001[3] роках тому що у ній містився миш'як, селен і ціанід. Wabash River Generating Station відтепер цілком і повністю належить і управляється Wabash River Power Association. ПГУ зараз підноситься як майже готовий проект, який може потенційно уловлювати та зберігати діоксид вуглецю.[4][5] (див. Футуреген) Poland's Kędzierzyn проведе найближчим часом Zero-Emission Power & Chemical Plant, який поєднає в собі технології газифікації вугілля з технологією уловлювання та зберігання вуглецю (узв).

Ця установка була запланована, але ніякої інформації про нього не було з 2009 року. Інші працюючі установки ПГУ на вугіллі існують по всьому світу, є в Александере (колишній Буггенум) в Нідерландах, Пуэртольяно в Іспанії, і в JGC в Японії.

Texas Clean Energy project plans планує побудувати 400 МВт ПГУ об'єкт, який буде включати технологію уловлювання карбону, використання та зберігання (CCUS) технології. Проект стане першою вугільною електростанцією в США, що поєднає ПГУ і 90% уловлювання та зберігання вуглецю. Комерційна експлуатація повинна початися в 2018 році.[6] Існує ряд переваг і недоліків в порівнянні зі звичайним уловлюванням після спалювання вуглецю в різних варіаціях і вони повністю обговорені на посиланні 6.[7]

Вартість та надійність

[ред. | ред. код]

Головною проблемою для IGCC є його висока вартість капіталу, понад $ 3,593 / кВт. [8] Official US government figures give more optimistic estimates[9] Офіційні цифри уряду США дають більш оптимістичні оцінки з $1,491/кВт встановленої потужності (2005 доларів) проти $1,290 для звичайних чистих вугільних об'єктів, але в світлі сучасних додатків, ці витрати не були продемонстровані, щоб були невірними.[джерело?] Застарілі за мегават-годину вартість IGCC проти пилоподібного вугілля завод який виходить з мережі в 2010 році складе $56 проти $52, і він стверджував, що IGCC стає ще більш привабливим, коли ви включаєте витрати на уловлювання і зв'язування вуглецю, IGCC стає $79 за мегават-годину проти 95 доларів за мегават-годину для пилоподібного вугілля.

Недавні свідчення в нормативних розгляду показують витрати на IGCC в два рази вище, передбачав Goddell, від $96 до 104/MWhr, який перед додаванням уловлювання та зберігання двоокису вуглецю (секвестрація була відпрацьованою технологією на обох Weyburn в Канаді (для підвищення нафтовіддачі) і Sleipner в Північному морі в промислових обсягах за останні десять років) — захоплення на 90% ставка буде $30/МВт * год додаткова вартість. На річці Wabash протягом деякого часу були виявлені проблеми з газифікацією. Проблеми газифікатора були не усунені, наступні проекти, такі як Excelsior's Mesaba Project. Тим не менше, в минулому році на річці Wabash технологія працює надійно, з доступністю, порівнянною або кращою, ніж інші технології.

В технології IGCC є проблеми проектування. По-перше, проект був спочатку закритий через корозію в трубопроводі, що суспензії, які подаються, суспендують вугілля з залізничних вагонів у газогенератор. Розроблено нове покриття для труб. По-друге, термоелемент був замінений протягом менше двох років; свідченням того, що з газогенератором були проблеми з використанням різної сировини; з бітумінозних суб-кам'яного вугілля. Газогенератор призначений для обробки та більш низького рангу лігніти. По-третє, в незапланований час на газогенераторі через проблеми тугоплавкого лайнера, і інших проблем були дорогими в ремонті. Газогенератор був спочатку розроблений в Італії, щоб бути в два рази менше того, що був побудований в технології IGCC. Нові керамічні матеріали можуть допомогти в поліпшенні продуктивності газогенератора і довговічність. Розуміння операційних проблем поточного IGCC заводу необхідно поліпшити дизайн для IGCC заводу в майбутньому. (Polk IGCC Power Plant, https://web.archive.org/web/20151228085513/http://www.clean-energy.us/projects/polk_florida.html. Keim, K., 2009, IGCC A Project on Sustainability Management Systmes for Plant Re-Design and Re-Image. Це неопублікована стаття з Гарвардського університету).

General Electric в даний час розробляє модель заводу IGCC, яка повинна представити велику надійність. Модель GE, володіє поліпшеними турбінами, оптимізовані для вугільних синтез-газу. Завод промислової газифікації Eastman у Kingsport, TN використовує міцний газифікатор GE Energy. Eastman, 500 компанія, що побудувала завод у 1983 році без будь-яких державних або федеральних субсидій і виходить прибуток.

Є кілька заводів на основі IGCC технологій в Європі, які продемонстрували гарну доступність (90-95%) після початкового періоду пристосовності. Кілька факторів допомагають визначити цю роботу:

  1. Жоден з цих об'єктів не використовував передові технології (типу F) газових турбін.
  2. Всі заводи на основі IGCC використовують залишки нафтопереробки, а не вугілля, як вихідну сировину. Це виключає звернення і збагачення вугілля, обладнання і свої проблеми. Крім того, є набагато нижче рівня золи в газифікатор, що знижує час простою і очищення його, охолодження і очищення газів на різних етапів.
  3. Ці некомунальні підприємства визнали необхідність зміна системи газифікації як хімічний завод по переробці, і відповідно реорганізовано їх обслуговчий персонал.
  4. Ще IGCC історія успіху була 250 МВт Buggenum в Нідерландах. Вона також має гарну доступність. Цей вугілля основі IGCC завод в даний час використовує близько 30% біомаси як додаткову сировину. Власник, NUON, виплачується заохочувальну винагороду від уряду, щоб використовувати біомасу. NUON побудував завод IGCC 1,311 МВт в Нідерландах, що містить три 437 одиниць МВт STEG. Електростанція  Nuon Magnum IGCC був введений в експлуатацію в 2011 році, і був офіційно відкритий у червні 2013 року Mitsubishi Heavy Industries була присуджена побудувати електростанцію.[10]

Після розбирань з екологічними організаціями, NUON був заборонений використовувати Magnum завод не спалювати вугілля й біомаса, до 2020 року через високі ціни на газ в Нідерландах, два з трьох одиниць на даний момент відсутня, в той час як третій блок бачить тільки низькі рівні використання. Відносно низька ефективність Magnum заводу 59% означає, що ефективніші технології IGCC (наприклад, Hemweg 9 IGCC) є кращими для забезпеченням (резервним).

Нове покоління вугільних електростанцій IGCC основі була запропонована, хоча ні один не є ще в стадії будівництва. Проекти розробляються AEP, Duke Energy, і Southern Company в США, і в Європі ZAK / PKE, Centrica (Велика Британія) і NUON (Нідерланди). У Minnesota, держава у відділі аналізу торгівлі знайшли IGCC з високою вартістю, з викидами профілю значно не краще, ніж пилоподібного вугілля. У штаті Delaware аналіз стану був по суті тим ж самим, що й отриманні результати.

Висока вартість IGCC є найбільшою перешкодою для її інтеграції на ринку електроенергії. Однак, більшість керівників визнають, що енергетичні регулювання вуглецю найближчим часом стає важчим. Рішення Верховного суду вимагаючи EPA регулювати вуглець[11]. З уловлювання, вартість електроенергії від IGCC заводу збільшиться приблизно на 30%. Для природного газу ЦК, збільшення приблизно на 33%. Для пиловугільного заводу, збільшення приблизно 68%. Цей потенціал для менш дорогих уловлювання робить IGCC привабливий вибір для зберігання низької вартості вугілля.

В Японії, електроенергетичні компанії, в поєднанні з Mitsubishi Heavy Industries була експлуатації 200 т / д IGCC експериментальний завод з початку 90-х років. У вересні 2007 року, вони почали демонстраційні установки потужності 250 МВт у Nakoso. Вона працює на повітрі видувне (не кисень) сухий корм тільки вугілля.

Він горить PRB вугілля з незгорілого вуглецю співвідношенні змісту <0,1% і не виявленого вилуговування мікроелементів. Він використовує не тільки F типу турбіни, але G типу, а також. (див gasification.org посилання нижче) IGCC установок наступного покоління з 2 повинні будуть технології захоплення, щоб більше теплової ефективності і утримуйте вартість вниз за спрощених систем у порівнянні зі звичайним IGCC. Головною особливістю є те, що замість використання кисню і азоту газифікувати вугілля, вони використовують кисень і CO2. Основною перевагою є те, що можна підвищити продуктивність ефективності холодного газу і зменшити незгорілого вуглецю (символів). Як еталон для ефективності силової: - Рамка E газової турбіни, 30 бар різкого охолодження газу, холодної температури газу і 2 рівня HRSC можна досягти близько 38% енергетичної ефективності. - Газової турбіни Рама Ж, 60 бар вгамувати газифікатор, холодна температура газу Очищення і 3 рівня + RH HRSC можна досягти близько 45% енергетичної ефективності. - Розвиток газових турбін Рама G, інтеграції АСУ повітря, високої температури може змінитися до продуктивність навіть далі.[12] З 2 витягується з газової турбіни відпрацьованого газу використовується в цій системі. Використання закритої газової системи турбіни, здатної захоплювати CO2 шляхом прямого пресування і скраплення усуває необхідність в системі поділу і захоплення. [13]

Тестування

[ред. | ред. код]

Національні та міжнародні коди випробувань використовуються для стандартизації процедур, що використовуються для тестування КЦКГ електростанцій. Вибір тестового коду, який буде використовуватися між покупцем і виробником, має деяке значення в конструкції заводу і пов'язаних з ними систем. У Сполучених Штатах, Американське товариство інженерів-механіків опублікувало тест код продуктивності для IGCC Power Generation рослин (PTC 47) в 2006 році, який забезпечує процедури для визначення кількості та якості паливного газу, температури, тиску, складу, клапану нагріву, і його вміст забруднюючих речовин.

Суперечки викидів із ПГУ з газифікацією вугілля

[ред. | ред. код]

У 2007 році в штаті Нью-Йорка Генеральна прокуратура вимагала повного розкриття «фінансових ризиків від викидів парникових газів» для акціонерів електроенергетичних компаній, які пропонують розробку ПГУ вугільних електростанцій. "Будь-який з кількох нових або ймовірно нормативних ініціатив на викиди вуглекислого газу від електростанцій, в тому числі державних органів контролю вуглецю, ЕРА правил у відповідності з Законом о чистому повітрі, або прийнятому федеральному законодавству про глобальне потепління — хотів би додати значну вартість на вуглецевовмістку вугільну генерацію";[14] Сенатор США Гілларі Клінтон з Нью-Йорка запропонував, що повне розкриття ризику має бути обов'язковим правилом для всіх публічних енергетичних компаній по всій країні.[15] Це розкриття почало знижувати інтерес інвесторів у всіх типах існуючих технологій вугільних електростанцій, що розвиваються, у тому числі ПГУ з газифікацією вугілля. Сенатор Гаррі Рейд повідомив на (енергетичному саміті Clean 2007), що він буде робити все можливе, щоб припинити будівництво запропонованих нових ПГУ з газифікацією вугілля вугільних електростанцій в штаті Невада.

Рейд хоче на комунальних підприємствах Невади інвестувати в сонячну енергію, енергію вітру і геотермальну енергію замість вугільних технологій. Рейд заявив, що глобальне потепління є реальністю, і тільки один запропонований вугільний завод сприятиме цьому шляхом спалювання сім мільйонів тонн вугілля на рік. Він стверджував, що на довгострокову охорону здоров’я витрати були б занадто високі. «Я буду робити все від мене залежне, щоб зупинити ці заводи.», сказав він. "Там немає чистих вугільних технологій. Існує технологія очищення вугілля, але немає чистих технологій вугілля."[16]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ а б Schon, Samuel C., and Arthur A. Small III. "Climate change and the potential of coal gasification." Geotimes 51.9 (Sept 2006): 20(4). Expanded Academic ASAP. Gale. University of Washington. 28 Oct. 2008 |date=29 жовтня 2008
  2. ↑ Source: Joe Lucas, Executive Director of Americans for Balanced Energy Choices, as interviewed on NPR's Science Friday, Friday May 12, 2006
  3. ↑ Wabash (August 2000). Wabash River Coal Gasification Repowering Project Final Technical Report (PDF). Work performed under Cooperative Agreement DE-FC21-92MC29310. The U.S. Department of Energy / Office of Fossil Energy / National Energy Technology Laboratory / Morgantown, West Virginia. Архів оригіналу (PDF) за 30 серпня 2008. Процитовано 30 червня 2008. As a result, process waste water arising from use of the current feedstock, remains out of permit compliance due to elevated levels of arsenic, selenium and cyanide. To rectify these concerns, plant personnel have been working on several potential equipment modifications and treatment alternatives to bring the discharge back into compliance. Wabash River is currently obligated to resolve this issue by September 2001. [p. ES-6] Elevated levels of selenium, cyanide and arsenic in the waste water have caused the process waste water to be out of permit compliance. Daily maximum values, though not indicated in the table above, were routinely exceeded for selenium and cyanide, and only occasionally for arsenic. [p. 6-14, Table 6.1L]
  4. ↑ El Gemayel, Jimmy. Simulation of the integration of a bitumen upgrading facility and an IGCC process with carbon capture. FUEL Journal. Архів оригіналу за 24 вересня 2015. Процитовано 30 січня 2014.
  5. ↑ Products & Services. Gepower.com. Архів оригіналу за 2 січня 2011. Процитовано 13 жовтня 2013.
  6. ↑ Texas Clean Energy Project (TCEP), архів оригіналу за 6 грудня 2015, процитовано 9 листопада 2015
  7. ↑ Fred, Dr. Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) for Carbon Capture & Storage | Claverton Group. Claverton-energy.com. Архів оригіналу за 29 жовтня 2015. Процитовано 13 жовтня 2013.
  8. ↑ Excelsior's Mesaba Project
  9. ↑ Electricity Market Module (PDF). Eia.doe.gov. Архів оригіналу (PDF) за 23 травня 2011. Процитовано 13 жовтня 2013.
  10. ↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 15 жовтня 2008. Процитовано 9 листопада 2015.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  11. ↑ Massachusetts, et al. v. Environmental Protection Agency, 05-1120 - FindLaw US Supreme Court Center. Supreme.lp.findlaw.com. Архів оригіналу за 27 червня 2014. Процитовано 13 жовтня 2013.
  12. ↑ Analisi Termodinamica di cicli Igcc avanzati, G.Lozza P.Chiesa, Politecnico di Milano, ati2000 conference proceedings
  13. ↑ Inumaru, Jun - senior research scientist, Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI)(Japan) G8 Energy Ministerial Meeting Symposium, Nikkei Weekly.
  14. ↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 4 березня 2016. Процитовано 9 листопада 2015.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  15. ↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 31 серпня 2019. Процитовано 9 листопада 2015.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  16. ↑ Архівована копія (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 21 липня 2011. Процитовано 9 листопада 2015.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Інтегрований_комбінований_цикл_газифікації