Spalanie paliw alternatywnych w kotłach CFB –doświadczenia Amec Foster Wheeler

Paliwa Alternatywne - Konin/Licheń, 9-10.06.2016Bogusław Krztoń – Amec Foster Wheeler

Amec Foster Wheeler

Paliwa odpadowe w kotłach CFB

Wybrane referencje – spalanie 100 % RDF

Wielopaliwowe kotły CFB

Kocioł CFB czy rusztowy dla RDF-u ?

Amec Foster Wheeler

Who we areAmec Foster Wheeler at a glance

4

Listed on both

London Stock Exchange

New York Stock Exchange

40,000exceptionally talentedpeople worldwide

150+year historyoperating in over

50 countries

Employees by business units

41%

29%

23%

6%

AMEA & SE GPG

NE & CIS Americas

c. £5.5bn2014 pro formaScope revenue

( c. $9bn)

Principal office locations

Who we areOur business structure

5

Markets Sectors Business units

Str

ateg

y &

Bu

sin

ess

Dev

elo

pm

ent

Oil & Gas

Mining

E&I

Clean Energy

Renewables / BioprocessNuclear

Transmission & DistributionConventional Power

Glo

bal

Po

wer

Gro

up

No

rth

ern

Eu

rop

e &

CIS

Am

eric

as

Asi

a, M

idd

le E

ast,

Afr

ica

& S

ou

ther

n E

uro

pe

WaterTransport

GovernmentIndustrial / Pharma

UpstreamMidstream

Downstream

Mining & Metals

Global Power GroupProducts and Services

6

Steam generators

► Circulating Fluid Bed (CFB)

► Pulverized Coal (PC)

► Utility Oil & gas

► Bubbling Fluid Bed (BFB)

► Grate

► Waste heat

► Package

► HRSG

► Solar

Aftermarket services

► Engineered and replacement pressure parts

► Weld overlay and refractory upgrades

► Replacement parts

► Cyclone burner retrofits

► Coal mill service and upgrade

► Boiler and HRSG maintenence

► Outage construction

► Performance Enhancements

► Boiler and APC Retrofits

Environmental products

► CFB scrubbers

► Wet FGD systems

► Dry Sorbent Injection (DSI)

► Spray Dry Absorbers (SDA)

► Dry and Wet ESPs

► Fabric Filters (FF)

► Cartridge Collectors (CC)

► Flue gas CFD modeling

► SCR and SNCR systems

► Mill and classifier upgrades

► Coal and air balancing

► Low NOx Burners (LNB)

Auxiliary equipment

► Condensers

► Feedwater heaters

► Biomass gasifiers

Plant operation and maintenance (O&M)

► W ciągu ostatnich 20 lat zaprojektowano i

dostarczono w Polsce kotły o sumarycznej mocy

ok. 3500 MWe (kotły CFB’s, BFB, odzysknicowe),

► Szerokie doświadczenie w spalaniu paliw stałych:

► Węgiel kamienny, w tym o dużej zawartości chloru, muły węglowe, węgiel brunatny, koks petrochemiczny, RDF, biomasa drzewna, biomasa pochodzenia rolniczego.

► Udział w przełomowych projektów:

► Turów- największa w świecie elektrownia wyposażona w kotły CFB – 6 kotłów o sumarycznej mocy 1491 MWe

► Łagisza - pierwszy kocioł CFB na parametry nadkrytyczne -

460 MWe

► Połaniec – największy w świecie kocioł CFB opalany

w 100% biomasą – 205 Mwe

Amec Foster Wheeler Energia Polska

7

Paliwa odpadowe w kotłach CFB

Amec Foster Wheeler posiada bogate doświadczenie w spalaniu RDF, paliw odpadowych oraz biomasy

Analizy:

► Ponad 8000 próbek paliwa, w tym ~1300 biomasy oraz ~ 900 paliw odpadowych

► Prawie 7000 próbek popiołów ze spalania różnych paliw

Pomiary parametrów i zależności procesowych:

► ~1500 testów wykonanych na ~160 kotłach CFB

► ~100 testów wykonanych na ~20 kotłach BFB

Materiały:

► Dane materiałowe dla wszystkich komponentów z ~ 50 kotłów CFB (dostarczonych w ostatnich 15 latach)

► Dane z pomiarów długoterminowe grubości ścianek i dane statystyczne rocznych ubytków materiału kluczowych komponentów z ~ 20 kotłów

► Drewno rozbiórkowe

► Drewno z recyklingu

► Trociny

► Odpady leśne

► Kora

► Muły

► Torf

► Odpady z papierni

► Plastik

► Bagassa

► Łuska ryżowa

► Słoma

► Odpady drzewne

► Zrębki drzewne

► Wytłoki z oliwek

► Odpady z kawy

► Włókna odpadowe

► Odpady z farm kurzych

► Odpady przemysłu rolnego

► Łuska słonecznika

► MSW & RDF

► Odpady sorgo

► Sklejka

Koncepcja kotła CFB na paliwa alternatywne oparta jest na doświadczeniach eksploatacyjnych

9

10

► Szlamy z oczyszczalni ścieków 900 tys. ton rocznie, w tym 600 tys. ton z samego sektora komunalnego

► RDF, pre-RDF

► Biomasa typu agro

► Inne:

► muły węglowe,

► odpady przemysłowe stałe,

► gazy odpadowe

► z odmetanowania kopalń,

► gaz koksowniczy,

► gaz wielkopiecowy, etc.

Dostępne lokalne paliwa

Zakres stosowania kotłów CFB

11

20

35

0 1 2 5

5

10

10

PEAT

BARK

WOOD BIOMASS

DEMOLITION WOOD

CHIP -BOARD

POLYOLEFINPLASTICS

(PE, PP, PC...)

COLOREDOR PRINTED

PLASTICS,CLEAN

COLORED OR PRINTED

MIXEDPLASTICS

REF

PLY -WOOD PVC

RDF

MSW

PVC

CONSUMER REF II - III

MIXED PLASTICS

PAPER &WOOD

BROWN COAL, LIGNITE

PETROLEUM COKE

CHICKENLITTER

DEINKINGSLUDGE SEWAGE

SLUDGE

BIO &FIBERSLUDGE

REFPELLETS

WOOD &PLASTICS

COWMANURE

REF ICOMMERCIAL & INDUSTRIAL

BITUMINOUS COAL

ANTRACITE COAL

WA

RT

OŚ

Ć O

PA

ŁO

WA

, M

J/kg

20

35

0 1 2 5

5

10

10

BIOMASA DRZEWNA

DEMOLITION WOOD

PŁYTY-WIÓROWE

POLYOLEFINPLASTICS

(PE, PP, PC...)

COLOREDOR PRINTED

PLASTICS,CLEAN

COLORED OR PRINTED

MIXEDPLASTICS

REF

-

PVC

RDFMSW

PVC

CONSUMER REF II - III

MIXED PLASTICS

PAPER &WOOD

KOKS PONAFTOWY

WIELEWYZWAŃ

PEWNEWYZWANIA

STANDARTOWYPROJEKT KOTŁA

CHICKENLITTER

CELULOZAWYBIELANA OSADY

ŚCIEKOWE

OSADYCELULOZOWEE

REFPELLETS

WOOD &PLASTICS

COWMANURE

REF ICOMMERCIAL & INDUSTRIAL

ŁUPKI NAFTOWE Estonia Mid-East/

Płn. Afryka

Peat w/HighCa,

TORFw/HighCa, Cl , Br

WĘGIELKAMIENNY

ANTRACYT

WĘGIEL BRUNATNY

TORF

KORA

SKLEJKA

Spalanie na ruszcieSpalanie w złożu fluidalnym

AGRO

Kotły dedykowane do spalania odpadów

Kotły wielopaliwowe

Wybrane cechy konstrukcyjne wielopaliwowego kotła CFB do spalania mieszanki paliwowej ze znacznym udziałem RDF

► Schodkowy ruszt fluidalny

► wypływ z dysz w kierunku poziomym

► odpowiednio duży rozmiar szczelin do

odprowadzenia popiołu dennego

► Komora paleniskowa jako powierzchnia parownika

► odpowiednie obmurze

► czas przebywania spalin w komorze

paleniskowej > 2 s powyżej 850 C

► nadmiar powietrza ~40 %

► Chłodzone separatory

► powierzchnia parownika

► warstwa wykładziny ogniotrwałej 30-50 mm

►INTREX– ostatni stopień przegrzewacza

►brak korozji chlorowej

►Pusty ciąg w celu obniżenia temperatury spalin do 650

► Odpowiednie urządzenia do czyszczenia pow. ogrzewalnych kotła

►Zdmuchiwacze parowe i wodne , strzepywacze młotkowe sprężynowe,

Ruszt schodkowy z otworami spustowymi popiołu dennego

► Efektywna wymian ciepła► Współczynnik wymiany ciepła kilkukrotnie

wyższy niż dla powierzchni konwekcyjnych► Mniejszy rozmiar pęczka ► Powierzchnia rur pozostaje czysta

► Prosta konstrukcja ► Brak zaworów i zasów► Możliwość szybkiej wymiany pęczka rur

► Brak erozji► Niska prędkość fluidyzacji

► Odporność na korozję► Brak obecności agresywnych spalin, tylko

sprężone powietrze do fluidyzacji i materiał złoża

Air inlet

Przegrzewacz INTREX™

Kanał nawrotny materiału złoża

Amec Foster Wheeler CFB INTREX™

Przegrzewacz INTREX pozwala na osiąganie wyższych temperatur przegrzewu bez konieczności stosowania stali

wysokostopowych

Amec Foster Wheeler oferuje kotły CFB dla różnych mieszanek paliwowych Prokon Nord

Lomellina II

IgelstaParametr 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

Chlor(% in D.S)

0,1 0,12 0,2 0,6 -1,2

Wilgoć (%) 10-40 14-60 22 - 45 20-35

Popiół (% in D.S)

0,6-9 <17,5 <13 3,7-17,3

Temp.pary (C)

500 540 480 443

Ciśnienie pary (bar)

90 90 60 63

Högdalen

Wybrane referencje – spalanie 100% RDF

Steam Capacity

Main Steam Flow

Main Steam

Pressure

Main Steam Temp.

59 MWth 24 kg/s 62 bar 443°C

Lomellina I CFB Boiler

Location: Parona, ItalyCustomer: Lomellina Energia S.r.l. (Amec Foster Wheeler)Start-Up Year: 2000Fuel: RDF prepared from MSV

Emissions, mg/nm3, dry gas, 11% O2

NOx 200

SO2 50

CO 50

Heavy Metals 0.5

Dust 10

Fuel RDF

Moisture [%]ar 20 - 35

Ash [%]dry 13.5

Sulfur [%]dry 0.1

Chlorine [%]dry 0.6

Wydajność Przepływ pary

Ciśnienie pary

Temp. pary

Tem. wody zasil.

17 MWe 51 MWth

30 kg/s 63 bar 443°C 168°C

Lomellina II , Włochy

Lokalizacja: Parona, WłochyKlient: Lomellina Energia S.r.l.Paliwo: RDF (100 %)

Uruchomienie: 2008

Podpisanie kontraktu: 2005

Rozpoczęcie budowy: 2006

Paliwo RDF

Wilgoć [%]ar 20 - 35

Popiół [%]dry 13.5 -20

Siarka [%]dry 0.25

Chlor [%]dry 0,9 (max 1,2)

LHVa.r MJ/kg 10,5 -16,8

Lomellina I and II - RDF Power Plants

E.ON Varme Sverige, Szwecja

Lokalizacja: Norrkoping, SwedenKlient: E.ON Varme Sverige ABPaliwo: RDF (100 %)

2008

2009

2011

Harmonogram :Podpisanie kontraktu:

Rozpoczęcie budowy:

Uruchomienie:

Wydajność Przepływ pary

Ciśnienie pary

Temp. pary

Temp. wody zasil.

30 MWe85 MWth

31 kg/s 66 bar 450°C 135°C

21

E.ON Varme Sverige CFB Boiler

Refuse Delivered Fuel (RDF)

0.08% (średnia tygodniowa)

0.22% (średnia tygodniowa)

27%

14.3%

12.9 MJ/kg

1.0 %

DANE PALIWA

Siarka

Azot

Wilgoć

Popiół

LHV

Chlor in d.s.

DANE PROJEKTOWE

Temperatura wylotowa spalinSprawność kotłaEmisje

- NOx

- CO

168 °C90.2%

< 35 mg/MJ < 50 mg/Nm³

Amec Foster Wheeler WTE Plant Emissions

Permitted Value (Measured Value)

Lomelina II Norrköping Evikon Högdalen

Scrubber Type Dry NID CFB FGD NID

Permit Measured Permit Measured Permit Measured Permit Measured

Dust 10 0.22 9 0.8 2.5 0.3 5 0.6

TOC 10 3 5 1 5 <1 NA 0

HCl 10 3.925 9 11 5 1 5 1.7

HF+HBr 1 1.85 2 0.005 0.5 <0.1 1 1.5

SO2 100 4 40 0.8 10 <10 25 11

NOx 200 116.75 110 21 70 18.2 64 56

NH3 5 0 10 2.3 30 1 5 0.3

CO 50 16 50 3 35 3 40 8

Stack Emissions (mg/nm3, dry, 11% O2, 24 hour Average)

Wielopaliwowe kotły CFB

Dlaczego wielopaliwowe kotły CFB :

► Elastyczność paliwowa głównym źródłem sukcesu technologii CFB w

obecnych warunkach rynkowych :

► kotły CFB są elastyczne paliwowo zarówno w zakresie tego samego rodzaju

paliwa (np. różne gatunki węgla), jak również przy zmianie rodzaju paliwa

► możliwość dalszego wykorzystania biomasy wraz z węglem i odpadami w

„Dedykowanych instalacjach spalania wielopaliwowego „ (Ustawa o OZE)

► Zapewnienie konkurencyjności produkcji ciepła i energii elektrycznej w dzięki

możliwości zmiany rodzaju paliwa w zależności od aktualnych kosztów

► Możliwość współspalania paliw i odpadów o niskiej wartości opałowej nie

pozwalającej na ich samodzielne spalanie

► rozwiązanie odporne na zmiany legislacyjne

► Technologia wielopaliwowych kotłów CFB jest sprawdzona i wykazała

pozytywne doświadczenia eksploatacyjne

Technologia kotłów CFB

Gospodarka zasobami i energią na poziomiekomunalnym

Te trzy dziedziny można powiązać uzyskującefekt synergii:

► Ciepłownictwo jest w stanie przetworzyć naenergię odpady uzyskane w dwóch pozostałychbranżach

► Można to zrobić rozwiązując kompleksowoproblemy wszystkich trzech branż

► Można uzyskać dodatkowe efekty poprzez :

► produkcję energii elektrycznej i ciepła

► wykorzystanie tanich paliw dostępnych lokalnie

► wykorzystanie systemów wsparcia OZE

25

Ciepłownictwo

Gospodarka odpadami

Gospodarka wodno- ściekowa

... w kotle wielopaliwowymAmecFW CFB

Elektrociepłownia Soderenergi (Igelsta)

► Lokalizacja: Sodertalje, Szwecja

► Klient: Soderenergi AB

► Paliwo: Biomasa, Drewnorozbiórkowe, REF (do to 25%)

2007

2007

2009

Harmonogram:

► Podpisanie kontraktu:

► Rozpoczęcie budowy:

► Rozpoczęcie eksploatacji:

Wydajność Przepływ pary

Ciśnienie pary

Temp. pary

Temp. wody

zasilającej

240 MWth85 MWe

92 kg/s 90 bar 540°C 200°C

Elektrociepłownia Soderenergi (Igelsta)

Projektowe mieszanki paliw

Emisje projektowe

10 mg/nm3

75 mg/nm3

35 mg/MJ 50 mg /nm3

10 ppm10 mg/nm3

10 mg/nm3

1 mg/nm3

10.05 mg/nm3

0.05 mg/nm3

0.1 ng/nm3

Odpady leśne

REF

Drewno rozb.

Wilgoć

LHV

Popiół

Siarka

Azot

Chlor

Mix 1

75%

25%

0%

44.3%

9.7 MJ/kg

3.6%

0.05%

0.6% in d.s.

0.12 in d.s.

Mix 2

30%

0%

70%

35.6%

11.0 MJ/kg

3.0%

0.05%

0.8% in d.s.

0.08 in d.s.

Mix 3

100%

0%

0%

50.0%

8.3 MJ/kg

2.0%

0.03%

0.5% in d.s.

0.02 in d.s.

- Pył- SO2

- NOX

- CO- NH3

- TOC

HClHFCd + T HgDioxines& Furanes

Stockholm’s Energi Ab, Högdalen

► Lokalizacja: Högdalen, Sweden

► Klient: Stockholm’s Energi Ab

► Paliwo: kora, trociny, brykiety drzewne, drewno rozbiórkowe, RDF (do 25%)

► Harmonogram:

► Podpisanie kontraktu: 1996

► Uruchomienie: 2000

Steam Capacity

Main Steam Flow

Main Steam Pressure

Main Steam Temp.

91 MWth30 MWe

32 kg/s 60 bar 480°C

CIR CULATING FLUIDIZEDBED BOILER91.2 MWth, 31 .8 kg/s, 59 bar, 480°C

S TO C K HO LM E N E RG I A BHÖ G DA L E N , S W E D E N

Maksymalna produkcja energii elektrycznej

28 MWe

Maksymalna produkcja ciepła 63 MWth

Wydajność parowa 32 kg/s

Ciśnienie pary 60 bar

Temperatura pary 480 C

Paliwo RDF Odpady leśne

Chlor % 0.2 0.005

Siarka % 0.4 0.1

Popiół % 13 9

Wilgoć % 22 45

LHV (MJ/kg) (btu/lb) 13 (5600) 9 (3877)

Podpisanie kontraktu 04.1999Rozpoczęcie budowy 11.1998Uruchomienie 01. 2000

CIR CULATING FLUIDIZEDBED BOILER91.2 MWth, 31 .8 kg/s, 59 bar, 480°C

S TO C K HO LM E N E RG I A BHÖ G DA L E N , S W E D E N

Stockholm’s Energi Ab, Högdalen

Kocioł wielopaliwowy AmecFW CFB dla EC Fortum Zabrze – podstawowe parametry

30

► Harmonogram► Podpisanie Kontraktu – czerwiec 2015

► Oddanie do eksploatacji – 3 kwartał 2018

► Paliwo –

Kocioł zaprojektowany by spalać samodzielnie

lub mieszanki paliw:

► Węgiel kamienny,

► RDF,

► Biomasę (w tym biomasę agro),

► Muły węglowe

Moc użyteczna kotła

Wydajność Ciśnienie pary

świeżej

Temp. pary świeżej

Temp. wody zasil.

203 MWth 75 kg/s 92 bar 536°C 242°C

Kocioł wielopaliwowy AmecFW CFB dla EC Fortum Zabrze – dyspozycja

31

Wentylatorspalin

CFBS z filtrem workowym

Zasobnikipaliwa

Zbiornikisorbentów

Budynek kotłowni

Zbiornikipopiołów

Zbiornikwody zasilającej

Kocioł wielopaliwowy AmecFW CFB dla EC Fortum Zabrze – układ podawania paliwa

Biomasa

Muływęglowe*

Węgielkamienny

Biomasa*RDF

* Rezerwacja przestrzeni

32

Efektywne jednoczesne usuwanie wielu zanieczyszczeń► Osiągalne emisje SO2 <20 mg/Nm3 z wychwytem do 99%

► Osiągalne emisje SO3 <1 mg/Nm3 z wychwytem >99%

► Jednoczesne usuwanie:

► HCl , HF

► Hg

► Dioksyny, Furany

Zasada działania► Oczyszczanie w złożu fluidalnym:

► Spaliny płyną poprzez dno absorbera w górę , w dyszy Venturiego przyspieszając i ulegając intensywnemu zmieszaniu

► Sorbenty i woda intensywnie mieszają się ze spalinami, zapewniając efektywny wychwyt zanieczyszczeń.

► Spaliny są schładzane wtryskiem wody

► Kropelki wody odparowują i zarówno spaliny jak i cząstki stałe pozostają suche (powyżej punktu rosy)

► Spaliny i cząstki stałe wpływają do filtra workowego gdzie są wychwytywane i zawracane do reaktora, co znakomicie poprawia wykorzystanie sorbentów

Instalacja oczyszczania spalin CFBS dla wielopaliwowego kotła CFB

Spaliny powyżej punktu rosy

33

Kocioł wielopaliwowy AmecFW CFB dla EC Fortum Zabrze – instalacja oczyszczania spalin CFBS

34

Zbiornikwęgla aktywnego

ReaktorCFB

Filtrworkowy

► Konfiguracja: 1 CFBS+ 1 Filtr workowy

► Przepływ spalin: 328.000 Nm3/h

► Temp. spalin: 142 °C

► Dolot – pojedyncza dysza Venturiego

► Filtr workowy PJFF:

► 4 sekcje

► Materiał PPS

► Wewnętrzny by-pass spalin filtra workowego

► Możliwość ciągłej pracy z wyłączoną jedną sekcją

► Możliwość wymiany worków na ruchu

► Sorbent:

► Wapno hydratyzowane Ca(OH)2

► Węgiel aktywny

► Media:

► Woda procesowa

► Powietrze sprężone, en. elektryczna

ZbiornikCa(OH)2

Wodne kotły wielopaliwowe AmecFW CFB dla ciepłownictwa – kocioł CFB30 (odpowiednik WR25)

Zasobniki paliwa

Palenisko

Pogrzewacz wody

Układ doprowadzaniapowietrza do spalania

Separator

Układ podawaniapaliwa

Kotłownia

35

Kocioł rusztowy, czy CFB dla spalania

100 % RDF ??

Kocioł CFB czy rusztowy ?

GrateCFB

Vertical economizer section for compact unit design

Two empty passes adds cost and space

High temp superheatercoil exposed to corrosive flue gas

Always NOx control with SNCR or expensive clean gas SCR

Water or Steam soot blowers installed into furnace

High temp zone prone to high NOx

Water cooled mechanical grate

Furnace & solids separator equipped with long-life, cooled refractory

No soot blower in the furnace required

Simple empty-pass. Partial weld overlay enclosure to cool gas through most corrosive phase

Easily replaceable pendant superheaters with spring hammer cleaning system

INTREX™ superheater in fluid bed for efficient heattransfer and maximum coil life

Robust step-grid to handle the most difficult fuels

Dry bottom ash system

Reliable stoker-fuel feed system

Wet bottom ash system

Ultra low NOx control with SNCR