Tomasz CZAKIERT, Wojciech NOWAK
Spalanie tlenowe w układach z kotłami PC, CFB i PCFB
Spalanie tlenowe stanowi aktualnie przedmiot szczegółowych badań eksperymentalnych oraz analiz techniczno-ekonomicznych prowadzonych w jednym z czterech Zadań Badawczych pt. „Opracowanie technologii spalania tlenowego dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem CO2”, realizowanych w ramach Strategicznego Programu Badań Naukowych i Prac Rozwojowych „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii”, współfinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBR). Szeroki zakres prowadzonych prac obejmuje przede wszystkim: badania podstawowe i procesów jednostkowych w skali laboratoryjnej, badania technologiczne w skali małej – pilotowej, jak również zagadnienia dotyczące produkcji tlenu oraz doczyszczania pozyskanego dwutlenku węgla. Kompleksowe potraktowanie procesów składowych i układów je realizujących doprowadzić ma ostatecznie do opracowania wstępnego studium wykonalności bloku energetycznego opartego na kotle realizującym spalanie tlenowe. Prowadzone prace wyłonić mają również jedną z trzech analizowanych w projekcie technologii spalania węgla, tj. PC (spalanie pyłu węglowego), CFB (spalanie w układzie atmosferycznym z cyrkulacyjną warstwą fluidalną) oraz PCFB (spalanie w reaktorze ciśnieniowym z cyrkulacyjną warstwą fluidalną), która zostanie zarekomendowana do skojarzenia z technologią spalania tlenowego. Jednym z ważniejszych zagadnień poddanych dyskusji w ramach niniejszego projektu jest także ocena możliwości adaptacyjnych częściowo wyeksploatowanych oraz przewidzianych w programie derogacji starszych jednostek wytwórczych do realizacji spalania tlenowego, co mogłoby stanowić opcję dla modernizacji oraz odbudowy mocy w krajowym systemie energetycznym. Tym samym zakłada się, że wyniki badań i analiz prowadzonych w Zadaniu Badawczym nr 2 staną się szczególnie użyteczne na etapie podejmowania decyzji, co do kierunku dalszego rozwoju czystych technologii węglowych w Polsce.
Słowa kluczowe: spalanie tlenowe, program strategiczny, wychwyt CO2
Henryk ŁUKOWICZ, Andrzej KOCHANIEWICZ
Analiza wykorzystania ciepła ze spalin w regeneracji turbiny nadkrytycznego bloku węglowego o mocy elektrycznej 900 MW
Wyznaczono wskaźniki pracy nadkrytycznego bloku węglowego o mocy 900 MW pracującego z systemem odzysku ciepła ze spalin. Przeprowadzono analizę różnych wariantów odzysku ciepła ze spalin wylotowych z kotła do podgrzania kondensatu płynącego w regeneracji niskoprężnej oraz wody zasilającej przepływającej przez wymienniki regeneracji wysokoprężnej. Badano wpływ miejsca wprowadzania podgrzanego kondensatu do obiegu na sprawność i moc bloku. Analizę prowadzono dla dwóch sposobów wykorzystania ciepła ze spalin. W pierwszym wykorzystuje się wyłącznie ciepło ze spalin wylotowych z kotła (za podgrzewaczem powietrza), natomiast w drugim do podgrzania wody w układzie regeneracji wykorzystuje się również spaliny pobierane przed podgrzewaczem powietrza. Rozważania prowadzono dla spalin powstałych w wyniku spalania węgla kamiennego oraz brunatnego.
Słowa kluczowe: odzysk ciepła ze spalin, węglowe bloki energetyczne, sprawność siłowni, ciepło niskotemperaturowe
Katarzyna JANUSZ-SZYMAŃSKA, Grzegorz WICIAK
Analiza porównawcza wyników eksperymentu numerycznego z pomiarowym w kontekście badań parametrów separacji CO2 metoda membranową
Przedstawiono metodykę analizy wyników badań numerycznych, których celem jest określenie elementów modelu matematycznego procesu separacji z zastosowaniem membrany polimerowej. Dane do opracowania modelu pozyskano na drodze eksperymentu. Praca zawiera ponadto analizę porównawczą danych eksperymentalnych z wynikami obliczeń numerycznych. Przedstawiono założenia i kryteria oceny wiarygodności procesu obliczeniowego, na podstawie których wypracowano założenia do dalszych badań eksperymentalnych procesu separacji CO2 dla różnych warunków pracy separatora membranowego.
Słowa kluczowe: separacja CO2, parametry separacji, metoda membranowa
Marcin SZEGA
Uwiarygodnienie pomiarów w procesach cieplnych za pomocą rachunku wyrównawczego z zastosowaniem rozmytych niepewności pomiarów
Wyniki uwiarygodnienia pomiarów z zastosowaniem metody rachunku wyrównawczego zależą od przyjętych ich wartości niepewności. W procesach cieplnych realizowanych w przemyśle niepewności pomiarów określa się najczęściej z wykorzystaniem wiedzy opartej na wszystkich dostępnych informacjach na temat możliwej zmienności wyniku pomiaru. W wielu przypadkach niezbędne staje się doświadczenie i wiedza zawodowa. W artykule przedstawiono koncepcję zastosowania w rachunku wyrównawczym niepewności pomiarów wyrażonych za pomocą liczb rozmytych. Opracowano metodykę rozwiązania zadania wyrównawczego z zastosowaniem rozmytych niepewności pomiarów. Przyjęto wartość funkcji celu zadania wyrównawczego jako wynik przekształcenia nierozmytego. W celu zilustrowania zaproponowanej metodyki opracowano przykład obliczeniowy uwiarygodnienia pomiarów dla układu dwóch regeneracyjnych wymienników ciepła z kaskadowym spływem skroplin. Porównano wyniki obliczeń uwiarygodnienia pomiarów uzyskane dla deterministycznych i rozmytych wartości niepewności pomiarów. Zastosowane kryterium porównawcze w postaci względnej entropii informacji pomiarów przed i po uwiarygodnieniu wykazało, że lepsze wyniki uzyskuje się dla zaproponowanej metody z zastosowaniem rozmytych niepewności pomiarów.
Słowa kluczowe: kontrola eksploatacji maszyn i urządzeń energetycznych, pomiar parametrów termicznych nośników energii, rozmyte niepewności pomiarów
Łukasz KOWALCZYK, Witold ELSNER, Stanisław DROBNIAK
Analiza termoekonomiczna z użyciem metody RRM dla elektrowni o parametrach nadkrytycznych opalanej węglem kamiennym
Artykuł przedstawia analizę termoekonomiczną nowatorskiej koncepcji dla bloków realizujących cykl parowy o parametrach supernadkrytycznych i opalanych węglem kamiennym. Głównym celem tego artykułu jest pokazanie podstawowych założeń metody RRM, która została wykorzystana dla trzech różnych konfiguracji struktury bloku energetycznego. Obliczenia zostały wykonane przy pomocy metod IPSEpro i RRM. Osiągnięte przez nas wyniki potwierdzają publikowane dane, że metoda RRM jest najbardziej przydatną metodą dla sektora energetycznego. Metoda ta została zaimplementowana dla oprogramowania IPSEpro i MO Excel. Na użytek obliczeń PEC została opracowana nowa biblioteka o nazwie APP_ECO_Lib. Przeanalizowano trzy przypadki różnych konfiguracji strukturalnych. Z punktu widzenia termodynamiki, przypadek nr 3 jest systemem najbardziej efektywnym, jako że wzrost wydajności wydaje się być wystarczający dla kompensacji kosztów poniesionych w związku ze zmianą strukturalną. Analizy wykazują, że obliczenia przeprowadzane dla krytycznego i podkrytycznego cyklu parowego są wystarczająco wiarygodne. Brakuje jednakże danych dotyczących nowych materiałów, które będą wkrótce wykorzystywane przy projektowaniu elementów instalacji na potrzeby supernadkrytycznych cykli parowych. Dlatego też obliczenia dla takich przypadków mogą być obciążone pewnymi błędami, których wartości są trudne do oszacowania.
Słowa kluczowe: analiza termoekonomiczna, metoda IPSEpro i RRM, czynniki materiałowe
Anna NITKIEWICZ, Monika MUCHA, Waldemar MUSKAŁA, Izabela MAJCHRZAK-KUCĘBA, Dariusz WAWRZYŃCZAK
Metody monitorowania i rozdziału uprawnień do emisji SO2 w systemach handlu emisjami na świecie
Programy handlu emisjami zyskują uznanie na całym świecie jako skuteczne narzędzie polityki do obniżania poziomu emisji. Doświadczenia wskazują, że skuteczne projektowanie i wdrażanie programów handlu emisjami, pozwala osiągnąć cele środowiskowe szybciej i przy niższych kosztach. Celem artykułu jest przedstawienie modelów funkcjonowania systemów handlu emisjami SO2 na świecie, w szczególności metod przydziału uprawnień do emisji oraz ich monitowania. W obliczu planów wprowadzenia systemu handlu emisjami SO2 w Polsce przedstawiony w artykule przegląd światowych doświadczeń może posłużyć w tworzeniu nowego systemu handlu SO2. W artykule zawarty został przegląd głównych metod alokacji uprawnień do emisji SO2 oraz ich funkcjonowanie w światowych programach mających na celu redukcję emisji dwutlenku siarki. Szczegółowo opisane zostały cztery metody alokacji uprawnień tj. metoda historyczna, wartości opałowej, wartości produkcji oraz wielkości emisji. W dalszej części artykułu opisane zostały podstawowe elementy infrastruktury cyfrowej wspierającej handel emisjami: system śledzenia przydziałów emisji, system monitorowania emisji oraz system ciągłego monitorowania emisji.
Słowa kluczowe: uprawnienia do emisji SO2, monitorowanie, rozdział uprawnień
Henryk KAPROŃ, Antoni SALIJ
Wybrane zakłócenia w pracy skraplaczy turbinowych i ich wpływu na techniczno-ekonomiczne wskaźniki bloku energetycznego
Omówiono przykłady zakłóceń w pracy skraplaczy turbinowych podczas ich normalnej eksploatacji. Skutki zaburzeń zobrazowano przez wartości głównych wskaźników jakościowych skraplaczy obliczonych na podstawie wskazań standardowej aparatury pomiarowej zainstalowanej w charakterystycznych miejscach instalacji. Ukazano również podstawowe wskaźniki techniczno-ekonomiczne bloku energetycznego, mające ścisły związek z parametrami charakteryzującymi pracę skraplacza. Te wzajemne relacje wskaźników wykorzystano do przedstawienia wpływu poszczególnych zakłóceń w pracy skraplacza na ekonomikę bloku energetycznego. Celem przytoczonych przykładów jest zobrazowanie zasadności podejmowania właściwych decyzji i należytej kontroli eksploatacji tego typu urządzeń przez personel ruchowy.
Słowa kluczowe: skraplacz, wskaźniki techniczne skraplaczy, strumień ciepła
Jakub BIENIEK, Aleksandra ŚCIUBIDŁO, Izabela MAJCHRZAK-KUCĘBA
Właściwości popiołów lotnych pochodzących ze spalania węgla w powietrzu i w atmosferze wzbogaconej w tlen w instalacji pilotowej Oxy-Fuel CFB 0,1 MW
Przedstawiono wyniki badań właściwości fizykochemicznych popiołów lotnych. Próbki popiołów pochodziły ze spalania węgla kamiennego w pilotowym laboratoryjnym kotle z cyrkulacyjną warstwą fluidalną (CFB) o mocy 0,1 MW. Wybrano popioły ze spalania w konwencjonalnej atmosferze powietrznej (N2/O2 – 79%: 21%), atmosferze z azotem wymienionym na ditlenek węgla
(CO2/O2 – 79%:21%) oraz atmosferze wzbogaconej w tlen (CO2/O2 – 75%:25%). Otrzymane popioły lotne zostały zanalizowane pod kątem składów chemicznych – zawartości pierwiastków: C, H, S, N, Al, Si, Ca, Fe, Mg, P, K, Mn, Na, Ti. Przeprowadzone zostały również badania rozkładów termicznych (TGA), właściwości powierzchniowych (średnie objętości porów, objętości mikroporów, powierzchnie właściwe BET i Langmuira) oraz rozkłady uziarnienia. Ponadto oznaczono straty prażenia (LOI) oraz zanalizowano widma spektroskopii w podczerwieni (FTIR).
Słowa kluczowe: popioły lotne, właściwości fizykochemiczne, właściwości powierzchniowe, straty prażenia
Karol WITKOWSKI, Sławomir GRĄDZIEL
Wpływ współspalania biomasy na stopień efektywności cieplnej rur RHII dla kotła OP-380
Kotły pyłowe były projektowane przede wszystkim w celu spalania pyłu węgla kamiennego lub brunatnego. Jednak ostatnie lata spowodowały, że współspalanie biomasy w Polskiej energetyce stało się dość powszechne i wiele kotłów zostało zmodernizowanych w celu jej wykorzystania. W artykule dokonano obliczeń stopnia efektywności cieplnej rur oraz czasu pełnego odtworzenia się osadów w rejonie RHII dla kotła OP-380. Kocioł ten został zaopatrzony w dedykowaną instalację bezpośredniego podawania biomasy oraz kierowano do niego biomasę o udziałach przekraczających 30% masowych, współspalano pelet drzewny oraz pelet z łuski słonecznika. W trakcie eksploatacji bloku zidentyfikowano intensywne odkładanie się osadów na rurach przegrzewaczy oraz występowały problemy z pocienianiem się rur. Ponadto dokonano analizy wpływu biomasy na awaryjność instalacji oraz dokonano podziału całkowitych kosztów związanych z awariami pomiędzy te, na które wpływ miało współspalanie biomasy i pozostałe.
Słowa kluczowe: biomasa, współspalanie, osady, awaryjność, stopień efektywności cieplnej
Anna GAIK, Aleksandra ŚCIUBIDŁO
Analiza właściwości fizykochemicznych frakcji popiołu lotnego ze spalania biomasy
Przedstawiono badania popiołu lotnego ze spalania 100% biomasy (79% biomasa leśna i 21% biomasa agro) w elektrociepłowni przemysłowej. W ramach badań dokonano analizy sitowej metodą suchą oraz analizy granulometrycznej metodą mokrą. Ponadto w dziewięciu frakcjach popiołu lotnego, otrzymanych w wyniku analizy sitowej, oznaczono straty prażenia, udział procentowy C, S, N oraz głównych pierwiastków, tj. Ca, K, Al, Mg, Si, Na, Fe, Ti , Mn. Z rozkładu uziarnienia otrzymanego podczas analizy sitowej wynika, że największy udział wagowy dotyczy frakcji 315-500 µm (65,93% wag.), zaś najniższy frakcji poniżej 200 µm (6,24% wag.). W wyniku szczegółowej analizy granulometrycznej na analizatorze Malvern odnotowano wzrost udziału procentowego masy cząstek popiołu do osiągnięcia średnicy ziaren 549,54 µm, zaś powyżej tego rozmiaru nastąpił spadek. Wyniki dokładnej analizy granulometrycznej przeprowadzonej względem frakcji poniżej 250 µm wskazują na największy udział cząstek o średnicy od 79,43 µm do 158,49 µm (31,81% wag.). Wszystkie frakcje popiołu lotnego charakteryzują się stosunkowo niskimi stratami prażenia od 0,05% do 4,31%, a najwyższa z nich dotyczy najmniejszej frakcji poniżej 125 µm. Ponadto odnotowano wysoki udział procentowy pierwiastków Ca, K, Al, Mg, Si oraz niski Na, Fe, Ti i Mn. Najwyższa zawartość S, C, Ca, Mg, K i Mn występuje głównie w mniejszych frakcjach. Poza tym otrzymane wyniki wskazują na wysoki udział krzemu we wszystkich frakcjach, uzyskując największą wartość w frakcji 500 µm.
Słowa kluczowe: popiół lotny, biomasa, skład chemiczny, frakcje popiołu lotnego
Małgorzata WILK, Aneta MAGDZIARZ, Paweł GARA
Analiza termicznej przemiany biomasy drzewnej, zwłaszcza procesu toryfikacji
Przebieg termicznej przemiany próbki biomasy drzewnej badano w zakresie temperatur od otoczenia do 700oC metodą analizy termicznej (krzywe TG, DTG) w atmosferze powietrza i argonu, z dodatkowym uwzględnieniem temperatur 230°C, 260°C i 290°C charakterystycznych dla procesu toryfikacji. Przebieg uwęglania próbki biomasy drzewnej zachodzący w procesie toryfikacji w temperaturach 230°C, 260°C i 290°C z czasami wygrzewania 0,5 h, 1,0 h i 1,5 h badano w laboratoryjnym piecu elektrycznym w atmosferze argonu. Stwierdzono, że najbardziej wydajne uwęglanie spośród badanych daje prowadzenie procesu toryfikacji w temperaturze 260°C przez 1,0 h.
Słowa kluczowe: biomasa drzewna, przemiany termiczne, uwęglanie biomasy
Sławomir RAJCA, Ewald GRZESICZEK, Jerzy TRZESZCZYŃSKI
Ocena stanu technicznego i prognozowanie trwałości wirników WP i SP turbin 13K215 zaplanowanych do eksploatacji w okresie do 350 000 godzin
Czas pracy większości bloków 200 MW przedłuża się ponad trwałość projektową kierując się koniecznością, tj. brakiem nowych źródeł energii w Krajowym Systemie Elektro- energetycznym. Na podstawie pozytywnych doświadczeń eksploatacyjnych zakłada się, że jest to możliwe i bezpieczne, bez wymiany elementów krytycznych, w tym zwłaszcza wirników WP i SP. To założenie zweryfikowano wykonując zarówno kompleksowe badania materiałowe wirników wycofanych z eksploatacji po przepracowaniu ok. 250 000 godzin, jak również wykonując analizę stanu naprężenia metodą MES przy założeniu warunków pracy rekomendowanych przez dostawcę turbiny. Uwzględniając wiedzę z badań i obliczeń opracowano metodykę oceny stanu technicznego i prognozowania trwałości wirników WP i SP, których eksploatację zamierza się kontynuować do 350 000 godzin.
Słowa kluczowe: turbiny 13K215, wirniki WP i SP, ocena stanu technicznego, prognozowanie trwałości
Sławomir SROCZYŃSKI, Artur MERCHUT, Norbert BUCHALIK
Modernizacje rusztów – nowa konstrukcja rusztowiny dla taśmowych rusztów mechanicznych w kotłach rusztowych
FPM S.A. jest wieloletnim dostawcą rusztów mechanicznych. Konstrukcja rusztów jest ciągle rozwijana i doskonalona przez własne biuro projektowe. W ostatnich latach wyprodukowano dużą ilość rusztów mechanicznych, tak dla energetyki cieplnej i przemysłowej, jak i dla energetyki zawodowej. Jednocześnie wprowadzono wiele nowych rozwiązań konstrukcyjnych poprawiających jakość spalania w palenisku rusztowym. Najnowszym rozwiązaniem, zastrzeżonym w Urzędzie Patentowym, jest konstrukcja rusztowiny nazwana ażurową. Po odlaniu próbnej partii nowych rusztowin zamontowano je w ruszcie kotła jednej z ciepłowni miejskich. Przeprowadzono szerokie pomiary i badania rusztu z rusztowinami ażurowymi, a wyniki porównano z równolegle badanym rusztem z dotychczas stosowanymi rusztowinami – pełnymi. Porównanie wyników pomiarów wskazuje na wiele korzyści związanych z zastosowaniem w rusztach taśmowych rusztowin ażurowych.
Słowa kluczowe: kotły rusztowe, paleniska rusztowe, rusztowiny ażurowe
Rafał KUCZYŃSKI, Bogdan SOBCZAK
Symulator Krajowego Systemu Elektroenergetycznego – nowe narzędzie do szkolenia służb dyspozytorskich Operatora Systemu Przesyłowego
Szkolenie dyspozytorów to dość skomplikowany proces. Jednym z narzędzi do realizacji procesu szkoleniowego, zarówno wstępnego jak ciągłego doskonalenia zawodowego, stosowanym przez współczesnych operatorów systemów przesyłowych (OSP) są symulatory. W PSE SA podjęto decyzję o posiadaniu własnego symulatora. W rezultacie po trwających prawie 2 lata analizach dokonano zakupu (wraz z umową serwisową) symulatora Aristo od OSP Szwecji (Svenska Kraftnett). Po zakupie rozpoczęto wprowadzanie danych KSE, m.in. konieczne było opracowanie, przy użyciu zewnętrznych aplikacji, modelu regulatora centralnego. W artykule przedstawiono możliwości Symulatora KSE, informacje, jakie dane zostały wprowadzone i jakie są dalsze plany PSE w zakresie wykorzystania narzędzia do szkolenia służb dyspozytorskich.
Słowa kluczowe: Krajowy System Elektroenergetyczny, Operator Systemu Przesyłowego, szkolenie dyspozytorów