LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I FAG TERMISKE KRAFTSTASJONER. Fredag 12. mai 2000 Kl

Transkript

1 Løsningsforslag Side av 3 NORGES EKNISK- NAURVIENSKAPELIGE UNIVERSIE INSIU FOR ERMISK ENERGI OG VANNKRAF LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER Fredag. ai Kl Faglig kontakt under eksaen: Olav Bolland, tlf illatte hjelpeidler: B - ypegodkjent kalkulator, ed tot inne, i henhold til liste utarbeidet av NNU tillatt. Svar kort og presist. Alle deloppgaver teller like ye. Oppgave a Definisjonen på Carnot-virkningsgrad η C for en reversibel prosess er følgende: - C η hvor er ogivelsesteperaturen er teperatur for varetilførsel til prosessen Denne virkningsgraden kan f.eks. benyttes til å beregne eksergiandelen i en vareengde. Beregning av denne virkningsgraden er rett fre når teperatur for varetilførsel er konstant. I de fleste praktiske tilfeller vil utnyttelse av en vareengde skje ved glidende teperatur. Vis at idlere teperatur for varetilførsel kan skrives slik: / - ln Hvilke forutsetninger er nødvendige for å koe fre til Lign. ln ln ln ln c c c Q Q E E Q E p p p C η Spesifikk varekapasitet å antas konstant.

2 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side av 3 b urbin innløpsteperatur I på gassturbiner defineres forskjellig. Det er tre definisjoner so benyttes ute i industrien. Forklar både ed ord og skisser figurer so forklarer disse tre. : Cobustor exit teperature not uch used : eperature after first blade row in Stage ostly used 3: Calculated ixing teperature of cobustor exit strea and cooling air ISO definition c Forklar hva so enes ed -, -, og 3-akslede gassturbiner. Forklar i denne saenheng hva gassgenerator gas generator og kraftturbin power turbine er for noe. C G -shaft Gas urbine all Gs > 4 MW but also saller down to 4 MW C G -shaft Gas urbine i.e. LM5 gas generator power turbine C C G -shaft Gas urbine LM6 C C G 3-shaft Gas urbine RB, rent d Skisser enkle flytskjeaer for gassturbinprosesser ed ellokjøling, ellooverheting reheat og rekuperering. Forklar ved hjelp av teperatur/entropi-diagraer og Carnot-virkningsgrad hvordan virkningsgrad prinsipielt avviker for de nevnte gassturbinprosesser saenlignet ed enkel gassturbinprosess.

3 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 3 av 3 η - C 3 Rekuperator øker teperatur for varetilførsel og senker teperatur for varebortføring i prosessen. Begge tilsier bedre virkningsgrad. Mellokjøling senker teperatur for varebortføring. Vil i prinsippet bidra til en reduksjon i virkningsgrad. Reheat øker både teperatur for varetilførsel og teperatur for varebortføring i prosessen. Vil ikke gi none økning i virkningsgrad for en siple cycle, en i en kobinert prosess er det en gevinst. Mellokjøling+ rekuperering gir salet seg en større gevinst en rekuperering i seg selv. Mellokjøling+ rekuperering+reheat gir økning i virkningsgrad utover det so noe enkelttiltak vil kunne gi. e Hva er terodynaisk oppvaring? Nevn to prinsipielt forskjellige etoder for terodynaisk oppvaring. erodynaisk oppvaring er oppvaring basert på tilgjengelig vare i et reservoar eller i en prosessstrø. Dette innebærer at en ikke benytter elektrisitet eller et brensel for direkte å skaffe tilveie vare. varepupe cogenerering f Begrepet "virkningsgrad for strøproduksjon" er gitt ved følgende forel:

4 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 4 av 3 η EL EL P Q& Q& PR BR - η DG 4 Gi en forklaring på hva denne virkningsgradsdefinisjonen betyr. Dette er virkningsgrad for el so produseres ved å øke brenselforbruket utover det so er nødvendig for å skaffe til veie en gitt vareengde til et spesifisert oppvaringsforål. En ser det slik at oppvaringsforålet skal dekkes uansett, og virkningsgraden uttrykker derfor til hvor ye ekstra brenselforbruk kan en produsere el. Det første leddet under brøkstreken Q br er den aktuelle engden brensel so forbrukes, ens andre ledd Q pr /η DG er brenselengden so er nødvendig for å dekke varebehovet Q pr er varebehovet, η DG er kjelvirkningsgrad. Differansen er da erforbruket av brensel for å produsere el i tillegg til vare i anlegget. Virkningsgraden kan være eget høy 7-% er ikke uvanlig. g For å kondensere dap ut fra en dapturbin benyttes ulike etoder for kjøling. Forklar prinsipp og skisser enkelt flytskjea for 4 ulike etoder. Kondenseringsetoder Det benyttes hovedsakelig 4 forskjellige typer kjølesysteer for teriske kraftverk basert på en Rankine-syklus est typisk er dapturbinprosessen. Disse er illustrert i figuren nedenfor. Kjøling benyttes for å kondensere dapen so koer ut av dapturbinen. Valget ello kjøleetoder avhenger av hvilke uligheter en har. Av de viste etoder er a est ønskelig og d inst ønskelig. ilgangen på kjølevann engde, teperaturen og tillatt teperaturstigning er de viktigste faktorer for valg av kjølesyste.

5 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 5 av 3 Direkte vannkjølt kondensator Vannkjøling ed vått kjøletårn Luftkjølt kondensator Vannkjøling ed tørt kjøletårn Kjølesysteer for teriske kraftverk a Direkte vannkjølt kondensator: Dette er den est ønskede for for kjøling; da denne etoden uliggjør høyest ulig virkningsgrad sat at den har lavest investeringskostnader. Benyttes typisk når kraftverket er plassert ved sjøen eller ved en større elv hvor typisk vannføringen i elva er stor i forhold til kjølevannsbehovet. I dette tilfellet brukes kjøleediet vann direkte til vareveksling i kondensatoren. Kondensatoren er oppbygd so et kaer ed et større antall horisontale rør; hvor kjølevannet går på innsiden og dapen kondenserer på yttersiden. b Vannkjøling ed vått kjøletårn: Dette er sannsynligvis den est benyttede kjøleetoden i kraftverk på kontinentet. I kjøletårnet strøer luft inn nedenfra og strøer opp gjenno tårnet. Luftstrøen er typisk drevet av oppdrift, en i enkelte tilfeller kan denne også være delvis drevet av vifter nederst i kjøletårnet. En vannkrets ello kondensatoren og kjøletårnet benyttes og vannet i denne kretsen dusjes ut i den oppadgående luftstrøen i kjøletårnet. Vare overføres til lufta gjenno fordapning av noe av vannet, og teperaturen til vannet synker på grunn av at vanndapens partialtrykk er lavere enn atosfæretrykket. Laveste teperatur so vannet kan få er den fuktede luftens såkalte våtkuleteperatur. På grunn av at noe av vannet fordaper så har en et visst vannforbruk. I store kraftverk kan det finnes flere kjøletårn, og størrelsen kan være opp til 6. I dette tilfellet brukes kjøleediet luft indirekte til vareveksling i kondensatoren. c Luftkjølt kondensator: I de tilfeller hvor vann ikke er tilgjengelig eller er for dyrt, så benyttes luftkjøling. En for for luftkjøling er å benyttes luft direkte so kjøleediu, dvs. sae prinsipp so i a. Luft gir betydelig dårligere vareovergang pr. 3 vareveksler-volu og det er derfor ønskelig å øke vareovergangstallet ved å påtrykke høyere lufthastigheter i vareveksleren. il dette benyttes vifter. Det benyttes typisk stor effekt til å drive viftene. Luftteperaturer varierer er enn vannteperaturer og anleggets ytelse og virkningsgrad vil derfor også variere er etter luftteperaturene. Dette er en klar ulepe i strøk hvor det er vart og elektrisitetsbehovet er størst når det er varest til luftkondisjoneringsanlegg. I dette tilfellet brukes kjøleediet luft direkte til vareveksling i kondensatoren. Kondensatoren er i dette tilfellet typisk en såkalt plate/finne-

6 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 6 av 3 vareveksler finner på luftsiden for å øke arealet og kopensere for dårligere vareovergang fra luft. d Vannkjøling ed tørt kjøletårn: Dette konseptet er likt b ed unntak av at kjøletårnet er tørt; dvs. at en kan ikke utnytte den teperatursenkende effekt fordapningen av vann i luft har. I forhold til c kan nødvendig effekt til vifter reduseres da kjøletårnet gir en viss naturlig oppdrift av luft. I dette tilfellet brukes kjøleediet luft indirekte til vareveksling i kondensatoren. Oppgave a Hvis vi ønsker å redusere drivhuseffekten så kan vi iverksette ottiltak, redusere behovet for energi og dered utslippet av CO, eller foreta en direkte reduksjon. Forklar hvilke uligheter vi har. Hvis vi ønsker å redusere drivhuseffekten så kan vi iverksette ottiltak, redusere behovet for energi og dered utslippet av CO, eller foreta en direkte reduksjon. Det finnes prinsipielt tre forskjellige åter å senke enneskeskapte CO -utslipp på: Redusere bruken av fossile brensler gjenno økning av prosessers energivirkningsgrad reduksjon av det priære behov for energi økt bruk av ikke-fossile energikilder so vannkraft, vindkraft, bioasse, solceller fornybare kilder og kjernekraft. Bruke fossile brensler ed lavere karbon/hydrogen-forhold gjenno substitusjon av kull/olje ed naturgass. 3 Sale opp CO fra forbrenningsprosesser og lagre den f.eks. i akviferer, tøte gassreservoarer, bruke den so trykkstøtte i oljereservoarer, eller deponere CO i havet. Målet ed lagringen er å få en oppholdstid vekk fra atosfæren for CO so er inst like lang so den tiden det tar å brenne opp våre ressurser av karbonholdige brensler, anslagsvis ca. 3-4 år. Redusere drivhuseffekten ilpassing Mottiltak Redusere behov Direkte reduksjon Fjerne CO fra Depe Forbedret Rensing Overgang til andre atosfæren virkning virkningsgrad punktutslipp energikilder Biologisk Gjødsling Spre støv Slutt- Kraft-& Under- Hav- Lavere Kjerne- Fornyfiksering, av havene i atos- bruk energi- jordisk depon- C/H- kraft bar bioasse færen forsyning lagring ering forhold energi Akviferer Oljefelt Gassfelt Figur Hvordan forholde seg til ulig enneskeskapt endring av drivhuseffekten? b Hvorfor dannes CO ved forbrenning av fossile brensler. CO dannes ved at karbon oksideres, se Lign. 5.

7 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 7 av 3 C + O CO 5 Reaksjonen i Lign. 5 er eksoter, det vil si at vare avgis. Dannelsesentalpien for CO er MJ/kol eller 8.94 MJ/kg. Dette betyr at for hvert kol CO so dannes i reaksjonene ello karbon og oksygen så frigjøres en vareengde på.5 kwh. Denne reaksjonen, forbrenning, har vært og er fredeles helt grunnleggende for enneskets aktiviteter på grunn av behovet for energi. Vi bør huske følgende: CO å dannes for å frigjøre vare i en forbrenningsprosess ed karbonholdig brensel, dvs. dette er en naturlig prosess so å finne sted. for et gitt brensel så er engden av CO so dannes proporsjonal ed energiengden so odannes til vare. c Kraftverk so forbrenner ulike fossile brensler naturgass, olje, kull slipper ut forskjellige engder CO per kwh elektrisitet so produseres. Gi to årsaker til dette, og forklar hvorfor. to grunner: Forskjellige karbon/hydrogen-andel i de forskjellige brensler forskjellige virkningsgrad Ved å betrakte en generell reaksjonsligning for et karbon- og hydrogenholdig brensel kan en skrive følgende: n n CHn + + O CO + HO 6 4 > > n kull n olje n naturgass. >.5 olje >.5 naturgass kull Ved å se på etan hovedbestanddelen i naturgass, destillatolje og tre typer kull, kan vi beregne CO - utslippet per energienhet se abell og Figur. abell Saensetning, brennverdi og CO -utslipp for forskjellige typer brensler. Lignitt er fra McLean, North Dakota. Bituinøst kull er fra Clearfield, Pennsylvania. Antrasitt er fra Lackawanna, Pennsylvania. Kull so internasjonal handelsvare vil i stor grad ligne på bituinøst kull so angitt her. Metan Destillatolje Lignitt Bituninøst Antrasitt H/C Brunkull kull Fast karbon vektbasis % Flyktige stoffer % Fuktighet % Aske % C % H % O % N % S %.9.8 Øvre brennverdi kj/kg Nedre brennverdi kj/kg g CO/kWh terisk

8 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 8 av 3 Utslipp av gra CO per kwhe Metan H/C4 Destillatolje H/C Lignitt brunkull Bituinøst kull Antrasitt Virkningsgrad [%] Figur Utslipp av CO avhengig av type brensel og virkningsgrad se abell. I abell angis CO -utslippet per kwh terisk energi. I et kraftverk kan bare en andel av brennverdien konverteres til elektrisitet. Denne andelen gis ved hjelp av begrepet virkningsgrad. CO -utslippet per kwh elektrisk er gitt i Figur. Nye kullkraftverk i Europa har gjerne en virkningsgrad på 4-46%, ens gjennosnitt for eksisterende kullkraft i Europa ligger på ca. 36%. Nye kobinerte gassturbin/dapturbin-prosesser har typisk virkningsgrad i orådet 55-6%. Vi kan si at et norsk gasskraftverk ville hatt et utslipp på 35 g CO /kwh el. Et nytt kullkraftverk vil ligge på ca g CO /kwh el, dvs. ed en faktor.-.6 høyere enn et godt gasskraftverk. For et kullkraftverk ed 4% virkningsgrad, så vil %-poeng økning i virkningsgraden redusere CO -utslippet ed.4%. ilsvarende vil %-poeng økning i virkningsgraden for et godt gasskraftverk redusere CO - utslippet ed.7%. d Å fange opp CO fra eksosgass/avgasser innebærer separasjon av gasser. Separasjon av gasser krever arbeid. I Lign. 8 er det gitt et uttrykk for iniu separasjonsarbeid for gasser i en blanding. Forklar hva so ligger til grunn for å si at dette er iniu arbeid for separasjon av gasser i en blanding. W p dv W j R n R yi ln yi [J] i 3 yi ln yi y j MW j 36 i [kwh/kg j ] 8 Separasjon av gasser krever arbeid. Hvis vi ser helt grunnleggende på separasjon av en gasskoponent i en gassblanding ed en viss konsentrasjon, vil det teoretisk iniale arbeide reversibelt være suen av kopresjonsbehovet for å bringe hver av gasskoponentene fra sitt partialtrykk i blandingen til blandingens totaltrykk. Dette kan uttrykkes so i Lign. 8 hvor R er den universelle gasskonstanten 834, er teperatur, MW j er olvekt for koponent j, og y i er olfraksjon av koponent i. Arbeidet so beregnes W j er per kg av koponent j i blandingen ed olfraksjon y j. e Beregn iniu arbeid for å separere CO fra en eksosgassblanding. Voluandelen av CO er 3.5 vol%. eperatur er 5 C. Molvekten til CO er 44. Gi svaret per kg CO.

9 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 9 av 3 For å skille CO fra gassturbin eksos 74.5% N,.8% O, 3.6% CO, 8.% H O,.9% Ar så kreves et teoretisk iniu arbeid på.34 kwh/kg CO. f Beregn iniu arbeid for å separere O fra luft. Voluandelen av O i luft antas vol%. eperatur er 5 C. Molvekten til O er 3. Gi svaret per kg O. For å skille oksygen fra luft antar 79% N og % O, så er teoretisk iniu arbeid ca..5 kwh/kg O For å fjerne CO fra et naturgassfyrt kraftverk finnes det hovedsakelig 3 prinsipielle etoder. Disse kan du betegne so etode A, B og C slik du selv vil. g Forklar etode A prinsipp, eksepel på flytskjea, hvilke sentrale enhetsoperasjoner inngår h Forklar etode B prinsipp, eksepel på flytskjea, hvilke sentrale enhetsoperasjoner inngår i Forklar etode C prinsipp, eksepel på flytskjea, hvilke sentrale enhetsoperasjoner inngår Det finnes prinsipielt 3 fregangsåter for å fjerne CO fra kraftverksprosesser hvor CO noralt dannes fra forbrenning av et karbonholdig brensel. Disse tre prinsippene er uavhengig av type brensel, en den praktiske utforingen av prosessene er eget avhengig av brenslets beskaffenhet. Kull Olje Naturgass Bioasse Avfall Figur 3 3 Kraftverksprosess ed forbrenning Gassifisering Reforering Kraftverksprosess ed forbrenning CO - fjerning CO - fjerning Oksygen fra luft-separasjon Vannshift Vannfjerning Kraftverksprosess ed forbrenning CO lagring re prinsipper for fjerning av CO fra kraftverksprosesser nb! feil i den idterste prosessen g Det første prinsippet i Figur 3 innebærer direkte forbrenning av det aktuelle brenslet, ed luft, og ed etterfølgende fjerning av CO fra forbrenningsproduktene, hvor det est hensiktsessige ser ut til å være absorpsjon. Forbrenningen skjer i henhold til Lign. 9. Et eksepel på en slik prosess er gitt i Figur 4. n CHn + Φ + O N 4 9 n n n CO + HO + Φ + O + Φ N 4 4

10 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side av 3 Naturgass Eksosgass til pipe CO gjenvinning Brennkaer Gassturbin & Generator.3-.5% CO Løsningsiddel Kopressor CO stripper Luft Avgasskjel CO absorber Eksos, 3-4% CO CO til deponering Dap Vann Vann Kjølevann Kondensator Dapturbin & genrerator Lavtrykks dap Figur 4 Naturgassfyrt kobinert gassturbin/dapturbin-anlegg ed ettersjaltet fjerning av CO fra eksosgassen basert på kjeisk absorpsjon. Absorpsjon er den est lovende teknologien for å fjerne CO fra eksosgass. Denne teknologien er velkjent i en rekke industriell prosesser; f.eks. fjerning av SO fra eksos, og fjerning av CO fra naturgass. Absorpsjon i denne saenheng betyr at CO i en gassblanding fanges i en væske løsningsiddel. En forutsetning er at løsningsiddelet foretrekker CO -olekyler i stedet for olekyler av andre gasser. For å frigjøre CO fra løsningsiddelet å prosessen være laget slik at løsningsiddelet gjennoløper en syklus hvor løsningsevnen for CO varierer ello en lav og en høy verdi. Det kan da benyttes trykksving og/eller teperatursving. Hvis trykksving skal utnyttes så å gassblandingen CO skal fjernes fra, foreligge ved et høyt trykk. For tilfeller hvor gassblandingen foreligger ved atosfæretrykk, så kan bare teperatursving benyttes. Dette siste er illustrert i Figur 4, hvor CO fjernes fra eksos atosfærisk trykk fra et naturgassfyrt gassturbin/dapturbin-anlegg. Eksosen går gjenno et tårn absorber, scrubber, tverrsnitt ca. 5-5 for et 4 MW gasskraftverk hvor løsningsiddelet koer i kontakt ed eksosen, og det oppstår en svak kjeisk binding. eperaturen i dette tårnet kan være ca. 3-4 C. Løsningsiddelet, rik på CO, går ut av tårnet i bunnen og sendes deretter til en regenerator stripper. I regeneratoren tilføres vare for å øke teperaturen til ca. -4 C. Økt teperatur tilsier lavere løsningsevne, og løsningsiddelet slipper da CO, so går ut av toppen av regeneratoren. Deretter sendes løsningsiddelet på en ny tur til absorberen. Det finnes forskjellige løsningsidler so er aktuelle. Det est kjente og anvendte løsningsiddelet for atosfæriske gassblandinger er MEA Monoethanolain. For høytrykks-anvendelser f.eks. fjerning av CO fra naturgass benyttes ofte MDEA Methyldiethanolaine. Begge disse løsningsidlene lager en svak kjeisk binding ed CO, dvs. de er kjeiske løsningsidler. For bruk i forbindelse ed gasskraftverk har MEA den ulepen at det ikke tåler oksygen noe særlig, og dette fører til nedbryting av stoffet so gir et avfallsprodukt sla so å betraktes so spesialavfall og behandles deretter. Det forskes noe på å finne nye stoffer ed bedre egenskaper enn MEA.

11 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side av 3 Regeneratoren fordrer bruk av vare for å øke teperaturen på løsningsiddelet. For MEA så ligger energiforbruket vare ved ca. -4 C på ca. kwh/kg CO. I tillegg krever denne prosessen også energi ekanisk arbeid til vifter og puper. Det finnes også løsningsidler so ikke binder seg kjeisk til CO, og disse kalles da fysiske løsningsidler og absorberer CO i henhold til Henrys lov. Det er en utbredt oppfatning at disse fysiske løsningsidlene egner seg best for høye trykk, ens de kjeiske løsningsidlene so MEA er er egnet og bedre økonoisk ved lave trykk f.eks. atosfærisk eksos. h Det andre prinsippet i Figur 3 innebærer en ovandling av brenslet forut kraftverksprosessens forbrenning. For naturgass benyttes såkalt reforering. Dette er en kjeisk odannelse av naturgassen hvor brennverdien energiinnholdet i stor grad overføres til de brennbare gassene karbononoksid CO og hydrogen H. Det finnes forskjellige etoder for reforering. Dapreforering er ett eksepel, hvor hovedreaksjonen er: C n Hn + H O CO + + H Reaksjonen i Lign foregår ved høy teperatur ca. 8-9 C. For å oppnå denne teperaturen å vare tilføres ved enten noe av naturgassen direkte forbrennes i en ovn so oslutter reaktoren eller ved at oksygen eller luft tilsettes i selve reforeringsprosessen partiell oksidasjon. Mengden luft/oksygen er da såkalt under-støkioetrisk, dvs. at Φ< i Lign. 9 og da får høyresiden i denne ligningen ekstra ledd ed CO og H. Gassblandingen so koer ut av reforeringsprosessen kalles ofte for syngass, so i f.eks. petrokjeisk industri er utgangspunkt for en rekke produkter so etanol og plaststoffer. Det neste prosesstrinnet i dette prinsippet er en reaksjon ello CO og vanndap vann-shift, hvor brennverdien i CO i stor grad overføres til hydrogen, ens CO reagerer til CO. CO + Suen av Lign. og blir følgende: + HO CO H CHn 4 + n HO CO + H + Det siste prosesstrinnet før gassturbinen er CO -fjerning, hvor en etode ye lik den i det første prinsippet kan benyttes absorpsjon est sannsynlig. For faste brensler og olje typisk tungolje fra raffinerier, så benyttes såkalt gassifisering. De kjeiske reaksjonene i gassifisering er i prinsippet de sae so for reforering. I gassifisering så tilføres prosessen enten luft eller oksygen direkte for å produsere vare so øker teperaturen til 8-6 C, avhengig av type prosess. Den resulterende gassblandingen består av ye CO og H so ved reforering. Spesielt for gassifisering er at syngassen å ofte å renses for klor-, fluor- og svovelholdige stoffer, avhengig av innholdet av de nevnte stoffer i brenslet so i utgangspunktet benyttes. Deretter kan syngassen gjennogå en vann-shift reaksjon se Lign. og påfølgende fjerning av CO. Fjerningen av CO vil kunne skje etter de sae prinsipper so for det første prinsippet i Figur 3. Et eksepel på en slik prosess er gitt i Figur 5, hvor en gassifiseringsprosess er integrert ed et kobinert gassturbin/dapturbin-anlegg. Noen ener at kullgassifisering etter dette prinsippet er fretidens løsning for bruk av kull i kraftproduksjon. eknologien er ennå ikke helt oden, og

12 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side av 3 kostnadene per i dag er for høye til at konseptet har fått noen særlig utbredelse. Ingen slike anlegg er laget ed CO -fjerning, en prosessenes oppbygning ligger til rette for det. Vannrensing CO til kopresjon og deponering Kull/olje Gassifisering Gassrensing Vannshift CO - fjerning Eksos til pipe Vann Figur 5 G Luft Nitrogen Kopressor urbin Brennkaer Luftseparasjon Avgasskjel Dapturbin Gassifisering av kull eller olje saen ed et kobinert gassturbin/dapturbin-anlegg IGCC. Vann-shift og CO -fjerning representerer odifikasjonen på et standard IGCC-anlegg hvis CO skal fjernes. G i Det tredje prinsippet i Figur 3 går ut på at nitrogen ikke deltar i forbrenningprosessen. For å skaffe til veie oksygen i en forbrenningsprosess, er det selvsagt est praktisk å bruke luft. Ulepen ed luft er at den består av ye nitrogen og lite oksygen 79/. Nitrogen vil føre til at CO i forbrenningsproduktene uttynnes, og derfor vanskeliggjør fjerningen av CO. I dette prinsippet benyttes et luftseparasjonanlegg, hvor bare oksygenet benyttes videre i kraftverksprosessens forbrenning. So vist tidligere edfører separasjon av luft bruk av energi, satidig so det ikke er ønskelig å tynne ut forbrenningsproduktene ed et overskudd av oksygen. Derfor er det ønskelig å forbrenne ed en såkalt støkioetrisk engde oksygen akkurat nok ; noe so betyr at forbrenningsproduktene i prinsippet ikke vil inneholde oksygen. Forbrenningen vil da skje i henhold til Lign. 6. Hvis vi setter inn etan C H 4 i Lign. 6, så ser vi at forbrenningsproduktene eksosen vil voluetrisk bestå av /3 CO og /3 H O. Forbrenning ed en støkioetrisk engde oksygen vil gi en eget høy teperatur, slik at i praksis vil en åtte resirkulere noe av forbrenningsproduktene so er avkjølt. I realistiske prosesser vil eksosen bestå av ca. 9% CO. Å lage en forbrenningsprosess ed støkioetrisk forbrenning er vanskelig, og en vil i praksis åtte benytte noe ekstra oksygen. I eksosen vil en derfor ha en liten andel av oksygen, sat også noe CO og, hvis brenslet inneholder nitrogen, så vil også NO X dannes. Vanndapen i eksosen fra denne prosessen kan i stor grad fjernes ved en enkel kjøleprosess ed kjølevann hvor vanndapen tas ut ved kondensasjon. Eksosen vil deretter bestå av en nær % CO. Et eksepel på en slik prosess er gitt i Figur 6.

13 EKSAMEN I FAG 6467 ERMISKE KRAFSASJONER, LØSNINGSFORSLAG Side 3 av 3 Luftseparasjon O CH 4 Kopressor urbin Resirkulert CO Gassturbin Kjøler il CO lagring Vann Avgasskjel Dapturbin Kondensator Figur 6 Lukket gassturbinprosess ed støkioetrisk forbrenning hvor oksygen fra et luftseparasjonsanlegg benyttes. Eksosvaren fra gassturbinen utnyttes i en dapturbinprosess.