WIZYTY PRZEDSTAWICIELI NCBR W OBIEKTACH BADAWCZYCH ZWIĄZANYCH Z REALIZACJĄ PROGRAMU STRATEGICZNEGO „ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII” II kwartał 2015 r. 9 kwietnia 2015 r. odbyły się dwie wizyty Członków Komitetu Sterującego (KS) programu badań naukowych i prac rozwojowych „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii” Instytucie Energetyki w Warszawie oraz w Politechnice Warszawskiej na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa.

INSTYTUT ENERGETYKI W WARSZAWIE. Instalacje odwiedzili: Pani Elżbieta Wróblewska – Przedstawicielka Ministerstwa Gospodarki w KS Prof. Krzysztof Szamałek – Członek KS, Dr Igor Mitroczuk – Przedstawiciel Ministerstwa Środowiska w KS, Pan Gerard Lipiński – Koordynator ww. Programu Strategicznego. Delegaci omawiali wykonane prace z zespołem kierowanym przez dra Tomasza Golca – Kierownika Zakładu Procesów Cieplnych. Nazwa instalacji

Lokalizacja

Instalacja pilotowa do spalania tlenowego pyłu węglowego o mocy 0.5 MW wyposażona w układ recyrkulacji spalin

Instytut Energetyki, Warszawa

Najważniejsze parametry Maksymalna moc cieplna 0.5 MWt; Średnica 0.7m, długość 3.7m; przepływ powietrza do 250 mn3/h, O2 do 65 mn3/h, CO2 do 130 mn3/h; Temperatura w komorze spalania 1400ºC; możliwość spalania pyłu węglowego/biomasy/paliw odpadowych; dostosowanie stanowiska do pomiarów metodami bezstykowymi

Instalacja pilotowa 0.5MWt z symulowaną recyrkulacją spalin (zbiorniki kriogeniczne O2 i CO2 oraz wtrysk pary, NO, SO2) oraz opcjonalnie rzeczywistą recyrkulacją spalin, służącą do badania palników/paliw w atmosferze powietrznej oraz wzbogaconej tlenem. Stanowisko daje możliwość opracowywania nowych generacji palników, badań nad systemami deNOX/deSOX (metody katalityczne i niekatalityczne) i innych prac B+R prowadzonych w IEn.

Instalacja recyrkulacji spalin zaadoptowana do stanowiska badawczego 0.5MWt - ma za zadanie kontrolowane zawracanie spalin i ponowne podanie ich do komory przez palnik pyłowy. Składa się z kanału głównego, który po przejściu przez wentylator jest podzielony na tzw. nitkę pierwotną i wtórną. Wyposażona w układ do ciągłej kontroli stężenia gazów (CO2, H2O, O2, CO) w spalinach.

Modele palników dedykowane do spalania pyłu w warunkach OXY: po lewej palnik z regulacją prędkości wypływu czynnika wtórnego oraz jego kąta zawirowania; po prawej palnik przystosowany do spalania w warunkach wysokiej koncentracji tlenu w czynniku wtórnym.

System kontrolno-pomiarowy, umożliwiający obrazowanie i monitorowanie przebiegu spalania (pomiar przepływu, ciśnienia, temperatury) oraz pomiar emisji spalin (w tym CO)

Bezinwazyjna diagnostyka procesu spalania z wykorzystaniem metod optycznych (PIV, LIF, LII, ES)

Zbiorniki kriogeniczne o pojemności 6m3 dostarczające O2/CO2 do stanowiska badawczego 0.5 MWt (zbiornik O2: przechowywanie 7 t skroplonego czynnika – 68 h ciągłego palenia; zbiornik CO2: przechowywanie 6.3 t skroplonego czynnika – 27 h ciągłego palenia)

INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ Celem wizyty było zapoznanie się ze stanem realizacji jednego z etapów zadania badawczego nr 23 ww. programu, którego wynikiem jest przełomowa technologia separacji CO2 z wykorzystaniem węglanowych ogniw paliwowych. Rozwiązanie takie daje dodatni efekt energetyczny oraz pozwala na separację CO2 z bardzo dużą wydajnością. Delegacja w składzie: Pani Elżbieta Wróblewska – Przedstawicielka Ministerstwa Gospodarki w KS, Prof. Krzysztof Szamałek – Członek KS, Pan Igor Mitroczuk – Przedstawiciel Ministerstwa Środowiska w KS, Pani Małgorzata Świderska – Koordynator Projektu, Pan Gerard Lipiński – Koordynator ww. Programu Strategicznego zapoznała się z następującymi instalacjami badawczymi:

Nazwa instalacji

Lokalizacja

Instalacja wychwytu CO2 za pomocą węglanowych ogniw paliwowych

Politechnika Warszawska Instytut Techniki Cieplnej

Najważniejsze parametry Sprawność wychwytu CO2: 90% Energochłonność: –4 MJ/kgCO2 Dodatkowa generacja energii elektrycznej: 22%

Wizyta była okazja do omówienia doświadczeń uzyskanych w ramach prac badawczych przez zespół kierowany przez prof. Jarosława Milewskiego oraz dyskusji z prof. Januszem Lewandowskim.

Zasada działania węglanowego ogniwa paliwowego

Elektrody i elektrolit węglanowego ogniwa paliwowego

(a) Widok stanowiska do badan węglanowych ogniw paliwowych; MCFC

Stanowisko do badan pojedynczych ogniw.

(b) Ogniwo paliwowe wykorzystane do badan separacji CO2 ze spalin;

Mobilna instalacja do badan stosów węglanowych ogniw paliwowych.

Stosy węglanowych ogniw paliwowych.

Stopień separacji CO2 dla spalin pochodzących z węgla kamiennego.

WIZYTA PRZEDSTAWICIELI NCBR W OBIEKTACH BADAWCZYCH GÓRNEGO ŚLĄSKA W wizycie przedstawicieli Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w dniach 25-26.05.2015, udział wzięli: • Pani Elżbieta Wróblewska – Przedstawicielka Ministerstwa Gospodarki w KS, • Prof. Janusz Terpiłowski – Członek KS, • Prof. Krzysztof Warmuziński – Członek KS, • Pan Gerard Lipiński – Koordynator ww. Programu. Delegacja NCBR spotkała się m. in. z prof. Tadeuszem Chmielniakiem – Kierownikiem ZB-1, dr Andrzejem Sobolewskim – Dyrektorem IChPW, panem Joachimem Adamczykiem – Dyrektorem Elektrowni Łaziska oraz prof. dr hab. inż. Adamem Hernasem. Wizyta objęła obiekty badane w: Zadaniu nr 1 „Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin” oraz Zadaniu nr 2 Opracowanie technologii spalania tlenowego dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem CO2; Programu Strategicznego „Zaawansowane Technologie Pozyskiwania Energii. Obiekty zlokalizowane były w Politechnice Śląskiej w Gliwicach oraz w Katowicach, a także w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu oraz w Elektrowni Łaziska.

POLITECHNIKA ŚLĄSKA GLIWICE Stanowisko do badań własności stali metodą SPT •

Opis. Stanowisko główne składa się komory badawczej umożliwiającej stabilizację temperatury badanych próbek w zakresie od temperatury otoczenia do temperatury – 190 C (1), belki prowadzącej (2), prowadnic (2a), czujnika siły nacisku (5), czujnika przemieszczeń (6) oraz końcówki dociskowej (8). W skład stanowiska wchodzi także butla z ciekłym azotem z układem doprowadzenia gazu do komory badawczej. Dodatkowym elementem stanowiska jest oryginalne urządzenie do poboru mikropróbek materiału.

Rys. 1. Fotografia i schemat stanowiska badawczego.

Rys. 2. Fotografia próbek oraz urządzenia do ich pobierania. •

Zastosowanie: Stanowisko służy do przeprowadzania badań własności mechanicznych stali metodą tłoczenia SPT mikropróbek materiału. Na podstawie badań „tradycyjnych” i badań SPT można opracować korelacje podstawowych własności wytrzymałościowych stali takich jak – E, Re, Rm, a także korelację dla określenia temperatury przejścia plastyczno-kruchego stali, oraz korelację dla oszacowania odporności na pękanie. Zaletą tej metody badań jest możliwość oceny własności materiału elementów eksploatowanych i uzyskanie rzeczywistych danych materiałowych na potrzeby oceny ich trwałości. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 3.

Rys. 3. Przykładowa korelacja podstawowych własności mechanicznych dla stali 16Mo3.

Stanowisko do badań własności magnetycznych tworzyw • Opis. Stanowisko składa się z urządzenia MEB4-C wraz z sondami pomiarowymi przeznaczonego

do pomiarów i ilościowych analiz szumu Barkhausena oraz wielokanałowego magnetometru TSC1M-4 z głowicami pomiarowymi.

Urządzenie MEB4-C wraz z sondami Magnetometr TSC-1M-4 z głowicami pomiarowymi pomiarowymi Rys. 4. Fotografia urządzeń pomiarowych. •

Zastosowanie: Pomiary własnego magnetycznego pola rozproszenia wykorzystywane są do badań, których celem może być identyfikacja nieciągłości, ocena stanu naprężeń resztkowych oraz ocena stanu wytężenia. Pomiary szumu Barkhausena mogą być wykorzystane do oceny stanu wytężenia, stopnia zaawansowania pełzania oraz określenia twardości. Każdorazowo wymagane jest opracowanie odpowiednich korelacji diagnostycznych. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 5.

Rys. 5. Wykorzystanie własnego magnetycznego pola rozproszenia (ocena naprężeń własnych pierwszego rodzaju)

Rys. 6. Ocena stopnia wytężenia

Stanowisko do badań erozji stali odwarstwionymi tlenkami • Opis. Stanowisko pozwala na określenie stopnia erozji stali. Składa się z urządzenia pneumatycznego wyrzucającego cząstki erodenta z dużą prędkością oraz zestawu płytek. Ponadto w skład zestawu wchodzi wysokiej klasy aparat High-Speed Exilim EX-F1 umożliwiający nagranie filmu z dużą szybkością (300 – 1200 klatek/s), który następnie poddaje się obróbce graficznej dla śledzenia „klatki po klatce”.

Płytki : Urządzenie do badań erozji - pokryta warstwą antyerozyjną - aluminiowa - stalowa Rys. 7. Fotografia stanowiska badawczego. • Zastosowanie: Na stanowisku badawczym można zbadać oddziaływanie dowolnego erodenta (piasek, tlenki żelaza, kulki metalowe itp.) na dowolny materiał. Symulacja numeryczna pozwoli na ustaleniu profilu przepływu czynnika roboczego oraz erodenta. Badania te są źródłem informacji o prędkościach napływu cząstek erodenta w okolicach miejsca erozji. Możliwe jest przewidzenie trajektorii cząstek erodenta po odbiciu od powierzchni oraz pomiar współczynników restytucji. Uzyskane na podstawie badań na stanowisku dane mogą być wykorzystane do modelowanie szybkości erozji elementów kotłów i turbin odwarstwionymi tlenkami. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 8.

Rys. 8. Klatki filmu High-Speed Exilim EX-F1 o rozdzielczości 432 × 192 (600 kl/s) z widoczną cząstką erodenta w różnych fazach lotu

Stanowisko do badań chłodzenia elementów turbin •

Opis. Główną część stanowiska stanowi modelowy wał wraz z obudową. Elementy wykonano w odpowiedniej skali na wzór wlotu pary w nadkrytycznych turbinach parowych z chłodzeniem zewnętrznym. Obudowę podzielono na dwie zasadnicze części. Pierwsza z nich to segment wlotowy oddzielający główny strumień gorącego czynnika od strumienia chłodzącego. W skład stanowiska wchodzi kilka takich segmentów, co pozwala badać różne warunki chłodzenia. Druga część obudowy to właściwy kadłub, który posiada m. in. dodatkowe kanały chłodzące do badania efektów zmiany temperatury na zewnętrznej powierzchni elementu. Źródłem zasilania stanowiska jest dmuchawa, z której powietrze kierowane jest do nagrzewnicy. Połączenie dmuchawy i nagrzewnicy pozwala uzyskać temperaturę głównego strumienia na poziomie 150oC. Strumień powietrza chłodzącego zapewnia sprężarka. Ponadto stanowisko posiada zestaw czujników do pomiaru przede wszystkim temperatury wału i kadłuba.

Rys. 9. Fotografia stanowiska badawczego. •

Zastosowanie: Głównym przeznaczeniem stanowiska są badania wpływu różnych warunków chłodzenia na rozkład temperatury w modelowych elementach (wale i kadłubie). Konstrukcja stanowiska umożliwia zmianę strumienia masowego w przepływie głównym i chłodzącym, a także zmianę temperatury głównego strumienia. Można również zmieniać intensywność wymiany ciepła poprzez zmianę geometrii kanałów chłodzących. Zestaw czujników pozwala określić rozkład temperatury w elementach. Dodatkowo uwzględniono możliwość badania stanu cieplnego wirnika i kadłuba przy wykorzystaniu ekranów cieplnych, tj. dodatkowych powłok chroniących powierzchnie wspomnianych elementów. Badania przeprowadza się w stanie ustalonym lub nieustalonym. Testy stanowiska w stanach nieustalonych obejmują m. in. chłodzenie wymuszone po odstawieniu bloku energetycznego. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 10.

Rys. 10. Temperatura wału (rozruch bez chłodzenia / rozruch z chłodzeniem)

Pyłowa, wielopaliwowa komora badawcza do analizy zjawisk zachodzących podczas zgazowania i spalania wytypowanych biomas •

Opis. Komora o średnicy wewnętrznej 300 mm zabudowana jest w elektrycznym piecu pionowym. Jest przystosowana do badań spalania biomasy oraz innych paliw (także węgla) po ich rozdrobnieniu do postaci pyłu. W jej górnej części zamocowano palnik wielopaliwowy własnej konstrukcji, a w dolnej posiada wylot spalin zaprojektowany w sposób umożliwiający badania wkładów katalitycznych SCR. Paliwo podawane jest grawimetrycznym podajnikiem dwuślimakowym. Utrzymanie ustalonych warunków pracy stanowiska zapewnia odpowiedni

system AKPiA. Jego zadaniem jest zarówno właściwe prowadzenie badań, jak również uruchamianie (ze względu na potrzebę wygrzewania komory) i zatrzymywanie jej pracy. Dostęp do wnętrza komory umożliwiają wzierniki przystosowane do wprowadzania urządzeń pomiarowych (np. termoelementów, mierników przepływu lub sond osadczych). Projektowa moc maksymalna komory wynosi 40 kW.

Rys. 11. Fotografie elementów stanowiska badawczego. •

Zastosowanie: Pyłowa, wielopaliwowa komora badawcza służy do analizy zjawisk zachodzących podczas spalania lub współspalania z węglem paliw biomasowych w kotłach energetycznych. Badania pozwalają uzyskać odpowiedź na pytania dotyczące m. in. stopnia zagrożenia korozją chlorową (a także możliwości jej ograniczenia poprzez odpowiednie dodatki, np. haloizyt). Pozwalają także na uzyskanie danych dotyczących własności różnych rodzajów biomasy pod kątem ich przydatności dla współspalania z węglem w kotłach pyłowych (wraz z określeniem bezpiecznego, maksymalnego udziału współspalanej biomasy). Ważnym obszarem zastosowań są badania procesów powstawania osadów na powierzchniach ogrzewalnych kotłów, prowadzone za pomocą własnych sond osadczych o regulowanej temperaturze powierzchni, co pozwala symulować procesy zachodzące w różnych częściach kotła (przegrzewacze pary, parowniki itp.). Przewiduje się ponadto badania wpływu spalania biomasy na trwałość katalizatorów SCR. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 12.

Rys. 12. Osady ze słomy oraz ze słomy z haloizytem uzyskane po spaleniu

Stanowisko do badań separacji CO2 z wykorzystaniem fali termo akustycznej •

Opis. Głównym elementem stanowiska badawczego jest akustyczny kanał roboczy przez który przepływają gazy robocze. W skład stanowiska badawczego ponadto wchodzą: 1) wzbudnik fali stojącej wraz z generatorem 2) mikrofon akustyczny do detekcji węzłów fali stojącej 3) przesuwna głowica do regulacji długości fali 4) tor zasilania kanału akustycznego w mieszaninę gazów 5) układ detektora CO2 wraz z oświetlaczem i przerywaczem optycznym 6) tor rejestracji sygnału pomiarowego 7) oprogramowanie komputerowe

Rys. 13. Schemat stanowiska badawczego •

Zastosowanie: Stanowisko służy do rejestracji zaburzeń jednorodności mieszaniny CO2 i powietrza lub CO2 i azotu w kanale akustycznym w którym została wytworzona fala stojąca. Pomiar zaburzenia odbywa się poprzecznie do osi kanału. Detekcja zaburzeń jednorodności

mieszaniny odbywa się poprzez rejestrację zmian natężenia promieniowania elektromagnetycznego dla długości fali pochłanianej przez CO2 (4.3µm). Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 14.

Rys. 14. Przykład sygnału zarejestrowanego systemem pomiarowym

Stanowisko do badań separacji CO2 metoda membranową •

Opis. Stanowisko badawcze do membranowej separacji gazów składa się z modułów membranowych, butli z mieszankami gazowymi, ścieżki gazowej oraz z aparatury kontrolno pomiarowej, w skład której wchodzą reduktory ciśnień, przetworniki przepływu, czujniki temperatury oraz analizatory gazów. Moduły membranowe można badać każdy z osobna jak również tworząc z nich separator - połączenie szeregowe lub równoległe poszczególnych modułów membranowych.

Rys. 15. Fotografia stanowiska badawczego •

Zastosowanie: Stanowisko pozwala na prowadzenie badań separacji CO2 dla pojedynczych modułów membranowych oraz układów wielomembranowych – tzw. separatorów membranowych. Możliwe jest przebadanie wpływu zmiany ciśnienia, strumienia, temperatury oraz stężenia i składu mieszaniny gazowej zasilającej moduł membranowy na charakterystyki membran.

Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 16.

Rys. 16. Charakterystyka eksperymentalna badanych membran poliamidowych

POLITECHNIKA ŚLĄSKA KATOWICE Stanowisko do badania utleniania metali w parze wodnej •

Opis. Stanowisko składa się z wytwornicy pary, przegrzewacza pary i gazów inertnych z parą (np. Argonu) oraz komory próbkowej o średnicy 100 mm i długości strefy jednorodnego grzania wynoszącej 200 mm do max. temperatury 1000 oC. Dokładność regulacji grzania +/- 2 oC. Moc urządzenia 5000 W, zasilanie 400 V.

Wytwornica pary

Rys. 1. Fotografia stanowiska unikalnego w skali kraju. •

Zastosowanie: Stanowisko służy do badania kinetyki utleniania próbek w parze wodnej oraz mieszaninach np. argonu z parą i sporządzania charakterystyk odporności korozyjnej w postaci zmian masy próbki na jednostkę powierzchni próbki w przyjętym zakresie czasowym zwykle do 2000 godz. Pełna charakterystyka procesu utleniania zawiera ponadto pomiar grubości tlenków, wyniki mikroanalizy składu chemicznego mikroobszarów (analiza ilościowa w punkcie oraz rozkłady powierzchniowe (rys. 3) i liniowe pierwiastków wchodzących w skład produktów korozji), identyfikację rodzaju tworzących się tlenków oraz określania morfologii i mikrostruktury warstwy wierzchniej za pomocą mikroskopii świetlnej oraz skaningowej.

Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 2 i 3. 2,5

304 HR3C Sanicro

2

617

Zmiana masy [mg/cm2]

Mod In740H HR6W

1,5

1

0,5

0 0

250

500

1000

2000

Czas [godziny]

Rys. 2. Porównawcze zestawienie odporności na utlenianie w parze wodnej o temperaturze 750oC nowych stali austenitycznych oraz nadstopów niklu rekomendowanych do zastosowania w kotłach na parametry super- i ultra-nadkrytyczne.

Przykład rozkładu powierzchniowego pierwiastków w warstwie tlenków po utlenianiu w parze wodnej, 750oC/ 1000h stali austenitycznej Super304H przedstawia rys. 3

Rys. 3. Przykład rozkładu powierzchniowego tlenu, chromu i żelaza w warstwie tlenków

Modernizacja stanowiska do badania korozji wysokotemperaturowej. Modernizacja dotyczyła jednego z pieców rurowych, w którym usunięto elementy ceramiczne oraz rurę grzewczą zawierające w swym składzie tlenek krzemu SiO2 wstawiając rurę wykonaną z Al.2O3 . •

Opis stanowiska. Stanowisko składa się z pieca rurowego oraz systemu mieszania (układ rotametrów) i doprowadzenia odpowiedniego składu chemicznego gazów do rury pieca grzewczego (Rys. 4). Temperatura maksymalna w piecu wynosi 1000oC, a dokładność grzania +/- 2oC.

Rys. 4. a) Schemat stanowiska do badania korozji wysokotemperaturowej oraz b) widok zmodernizowanego pieca rurowego. •

Zastosowanie: Stanowisko służy do badania kinetyki korozji wysokotemperaturowej w temperaturze do 1000oC i środowisku o różnym składzie chemicznym gazów. Zwykle jest nim modelowe agresywne środowisko odpowiadające środowisku termicznej utylizacji odpadów komunalnych lub środowisku spalania biomasy. Wyniki prób korozyjnych przedstawiane są w postaci zmian masy próbki na jednostkę powierzchni próbki w przyjętym zakresie czasowym zwykle do 2000 godz. Pełna charakterystyka procesów korozyjnych zawiera ponadto pomiar grubości tlenków, wyniki mikroanalizy składu chemicznego mikroobszarów (analiza ilościowa w punkcie oraz rozkłady powierzchniowe i liniowe pierwiastków wchodzących w skład produktów korozji), identyfikację rodzaju tworzących się tlenków oraz określania morfologii i mikrostruktury warstwy wierzchniej za pomocą mikroskopii świetlnej oraz skaningowej. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 5.

Rys. 5. Porównawcze zestawienie odporności na korozję wysokotemperaturową w agresywnym środowisku zawierającym siarkę i chlor przy temperaturze 750oC nowych stali austenitycznych oraz nadstopów niklu rekomendowanych do budowy kotłów na parametry super i ultranadkrytyczne.

INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ZABRZE Stanowisko laboratoryjne do badań równowag i kinetyk absorpcji CO2 w mieszaninach amin Opis. Stanowisko laboratoryjne do prowadzenie badań kinetyk i równowag różnego typu ciekłych sorbentów dwutlenku węgla umożliwia uzyskanie danych dotyczących równowagowych pojemności absorpcyjnych roztworów dla zakresu ciśnień cząstkowych CO2 od 0,001 do około 100kPa oraz szybkości pochłaniania CO2 dla określonego stosunku ilości dwutlenku węgla do ilości zastosowanego sorbentu. Stanowisko składa się z dwóch reaktorów szklanych (4) wraz z: systemem termostatującym (1) zapewniającym stałą temperaturę w środowisku reakcji, mieszadłami magnetycznymi (2), systemem ewakuacji gazów oraz napełniania badanym gazem (3, 7, 8), automatycznym układem rejestracji ciśnienia (6) oraz układem precyzyjnego dozowania próbek ciekłych(5). Parametry stanowiska: • Obj. roztworu – do 0,1 dm3, • Obj. gazu – 2,4 dm3, • Stosowany gaz – CO2 o czystości 4,5, • Praca w systemie okresowym. Zakres pracy: • Ciśnienia cząstkowe CO2: 0,001 – 100 kPa, • Objętość sorbentu: 10 – 100 ml, • Temperatura procesu: 20-80oC.

•

Rys. 1. Schemat i fotografia stanowiska badawczego •

Zastosowanie: Przedstawione stanowisko umożliwia szybką ocenę przydatności absorbentów do wychwytu CO2 przy wykorzystaniu niewielkich ilości roztworów. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Porównanie ilości pochłoniętego dwutlenku węgla od czasu dla wybranych absorbentów oraz porównanie pojemności absorpcyjnej wybranych absorbentów

Stanowisko laboratoryjne do badań procesu usuwania CO2 metodą absorpcji aminowej •

Opis. Stanowisko laboratoryjne wraz z opracowaną metodologią badań pozwalają na prowadzenie kompleksowych badań procesu absorpcji CO2 w wodnych roztworach amin z mieszanin gazowych komponowanych w warunkach laboratoryjnych z czystych gazów, bądź też ze spalin pochodzących z procesów spalania dowolnych paliw po podłączeniu instalacji do emitera spalin. Na podstawie prowadzonych badań potencjalny odbiorca uzyska informacje na temat zapotrzebowania energii w procesie absorpcji i desorpcji oraz sprawności usuwania CO2. Istnieje możliwość analizy rożnego typu wypełnień procesowych w kolumnach absorpcyjnej i desorpcyjnej (strukturalne, usypane).

Podstawowe parametry pracy instalacji: charakter pracy natężenie przepływu gazu ciśnienie pracy kolumny absorpcyjnej spadek ciśnienia w kolumnie absorpcyjnej temperatura pracy kolumny absorpcyjnej cyrkulacja roztworu absorpcyjnego temperatura pracy desorbera spadek ciśnienia w desorberze moc zainstalowana grzałki elektrycznej kolumna absorpcyjnej H x D kolumna desorpcyjnej H x D

ciągły do 6 mn3/h do 130 kPa abs. do 1 kPa abs 30 ÷ 55oC do 60 dm3/h 100 ÷ 135oC do 1 kPa 3000 W 1200 x 100 mm 1200 x 100 mm

Rys. 3. Fotografia stanowiska badawczego •

Zastosowanie: Metodyka badawcza prowadzona na unikatowym w skali kraju stanowisku laboratoryjnym. Wybrana skala instalacji pozwala na prowadzenie ciągłego procesu absorpcji

i desorpcji CO2 w mieszaninach amin w skali laboratoryjnej. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 4.

Rys. 4. Porównanie wyników otrzymanych dla badanych absorbentów dla mocy desorbera 2 kW

Instalacja usuwania CO2 metodą absorpcji aminowej •

Opis: Instalacja przeznaczona jest do badań procesu usuwania CO2 ze spalin i gazów procesowych na drodze absorpcji chemicznej w roztworach amin. Wyposażona jest w kolumnę absorpcyjną i desorpcyjną, kolumnę mycia wodnego służącą do oczyszczania spalin z zanieczyszczeń, zespół wymienników ciepła oraz grzałkę elektryczną. Instalacja posiada układ rozdzielonych strumieni roztworu zregenerowanego. Wpływa on na zmniejszenie ilości energii potrzebnej do regeneracji sorbentu. Istnieje możliwość doprowadzenia do instalacji gazów technicznych oraz procesowych i spalin z wybranych instalacji technologicznych: • instalacji zgazowania i oksyspalania paliw stałych w ciśnieniowym reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym, • instalacji doświadczalnej spalania w instalacji spalania objętościowego paliw. Charakterystyka techniczna instalacji: • Strumień doprowadzanego gazu – 100 m3/h • Przepływ roztworu absorpcyjnego w obiegu – do 800 dm3 • Sprawność usuwania CO2 – około 90% • Nominalna temperatura pracy regeneratora – 110°C • Wymiary kolumn – wysokość do 7 m, średnica 0,265 m

Rys. 5. Fotografia stanowiska badawczego Instalacja posiada możliwość badania procesu absorpcji dla różnych mieszanin gazowych, także palnych. W stosunku do klasycznego układu zastosowano zmodfikowany układ doprowadzenia roztworu zregenerowanego wpływającego korzystnie na sprawność procesu. Pierwsza w Polsce instalacja do usuwania CO2 ze spalin w skali do 100 m3n/h. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 6.

Rys. 6. Profile stężenia CO2 oraz temperatur kolumn dla testów absorbentów z podobną sprawnością procesu. Densymetr oscylacyjny •

Opis: W ramach realizacji projektu pomiary gęstości wykonywano w stałej temperaturze na densymetrze oscylacyjnym, który posiada dokładność ±0,00005 g/cm3. W oparciu o znajomość gęstości próbek roztworów amin o znanej zawartości zaabsorbowanego CO2 opracowano model, który wykorzystując zależność zmian gęstości od zawartości CO2 w próbce pozwala w warunkach

pomiarów na instalacjach laboratoryjnych i technicznych określić stopień karbonatyzacji roztworu. W ramach realizacji ZB-1 opracowano procedurę oznaczania zawartości CO2 w roztworach amin metodą densymetryczną, co pozwala na określenie skuteczności procesu absorpcji i desorpcji w instalacjach wychwytu tego gazu.

Rys. 7. Densymetr DA-645 oraz wykres danych dla MEA. Metoda pozwala na bardzo szybkie oznaczenie zawartości CO2 w próbkach amin poprzez pomiar gęstości. Technika nie wymaga użycia dodatkowych odczynników, jest bezodpadowa. Roztwór po dokonanym pomiarze można zawrócić do instalacji. Chromatograf jonowy •

Opis: W ramach realizacji zadania badawczego nr 1 opracowano procedurę oznaczania zawartości wybranych amin w roztworach wodnych za pomocą techniki wysokosprawnej chromatografii jonowej Zasada metody polega na rozdzieleniu mieszaniny związków zawartych w badanym roztworze wodnym na kationowymiennej kolumnie chromatograficznej na pojedyncze jony, a następnie oznaczeniu ich stężeń z wykorzystaniem detektora konduktometrycznego. Procedura prowadzona jest z zastosowaniem chromatografu jonowego.

Rys. 8. Chromatograf jonowy ICS-5000 z automatycznym podajnikiem próbek. Przykładowy chromatogram wodnego roztworu zawierającego aminy z trzech różnych grup: • alkoholoaminy: monoetanoloamina (MEA), dietanolometyloamina (MDEA), • aminę drugorzędową: diizopropyloaminę ((iPr)2NH),

• •

aminę trzeciorzędową: etylodiizopropyloaminę (Et(iPr)2), aminę aromatyczną: imidazol (ImH) 3,03

3

Przewodność [μS]

6,610

MEA MDEA

ImH

TEA

(iPr)2NH

Et(iPr)2N

12,473

1,25

14,577 8,300

20,957

3

-0,37 5,9

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

25,3

Czas [min]

Stanowisko testowe do prowadzenia prac b/r nad spalaniem objętościowym paliw stałych, ciekłych i gazowych w komorze o wzburzonej turbulencji Opis. Instalacja spalania objętościowego w komorze o wzburzonej turbulencji przeznaczona jest do prowadzenia prac badawczo-rozwojowych nad spalaniem paliw stałych (w postaci pyłów), ciekłych i gazowych.

•

Nominalna moc komory spalania wynosi 150 kW. Instalacja wyposażona jest w następujące kluczowe elementy: I.

układy dozowania paliw stałych (transport pneumatyczny pyłów), ciekłych (transport ogrzewanymi rurociągami) i gazowych, II. układy dozowania powietrza pierwotnego (bezpośrednio do palnika) oraz wtórnego w różne miejsca sekcji płomieniowej komory (stycznie lub prostopadle do komory spalania), z możliwością podgrzania do 650°C zarówno powietrza pierwotnego, jak i wtórnego, III. komora spalania – składająca się z dwóch sekcji: • paleniskowej, w której zamontowane są palniki, króćce doprowadzające powietrze wtórne oraz króćce na inne addytywa gazowe (obecnie NH3), • chłodzenia spalin, zaopatrzona w płaszcz wodny oraz wężownice wodną w celu odbioru ciepła powstającego podczas spalania, IV. palniki na paliwa o różnym stanie skupienia: stałym, ciekłym i gazowym skonstruowane w taki sposób, aby można je było montować do tego samego króćca komory spalania, zamiennie w zależności od stosowanego paliwa, • 3 palniki główne w osi komory spalania: paliwa stałe, ciekłe i gazowe, • 2 palniki dodatkowe: paliwa ciekłe i gazowe, • 1 palnik pilotowy na gaz ziemny z zapalarką i z czujką płomienia, V. układ odpylania gorących spalin – wysokotemperaturowy filtr świecowy (ceramiczny) VI. układ chłodzenia spalin – wymiennik ciepła przystosowany do chłodzenia spalin z temperatury ok. 800 °C do temperatury ok. 190 °C VII. komin do odprowadzenia schłodzonych i oczyszczonych spalin do atmosfery.

Rys. 9. Widok oraz Schemat instalacji spalania objętościowego paliw stałych, ciekłych i gazowych w komorze o wzburzonej turbulencji o mocy 150 kW Stanowisko spalania objętościowego w komorze o wzburzonej turbulencji przeznaczone jest do prowadzenia prac badawczo-rozwojowych dotyczących procesu spalania, współspalania i oksyspalania paliw stałych w formie pyłu. Umożliwia przeprowadzenie badań procesu spalania gazów niskokalorycznych i ciekłych produktów ubocznych z przemysłu karbochemicznego, chemicznego i petrochemicznego, a także ich współspalania z paliwami stałymi. W instalacji możliwe jest prowadzenie badań nad wpływem dodatków stałych i gazowych na proces spalania i emisje zanieczyszczeń oraz nad procesami powstawania osadów zanieczyszczających i ich wpływu na kotłowe materiały konstrukcyjne. Na rysunku 1 przedstawiono schemat instalacji badawczej.

Specjalne rozwiązanie króćca na palnik główny umożliwia stosowanie zamiennie palników przystosowanych do spalania paliwa stałego (w formie pyłu), ciekłego i gazowego. Palniki dedykowane do poszczególnych stanów skupienia paliwa umożliwiają przeprowadzenie badań spalania: •

paliwa stałego w postaci pyłu, w ilości maksymalnej ok. 20 kg/h,

•

paliwa gazowego (podstawowo gaz procesowy), w ilości nominalnej ok. 20 m3/h,

•

paliwa ciekłego, w ilości nominalnej ok. 14 kg/h.

Oprócz wymienionych palników głównych uruchamiane mogą być palniki dodatkowe o mniejszej mocy, umożliwiające przeprowadzenie badań procesu współspalania paliw ciekłych i gazowych z paliwem stałym. Palniki dodatkowe pozwalają na spalenie: • •

paliwa ciekłego, w ilości maksymalnej ok. 3,8 kg/h, paliwa gazowego, w ilości maksymalnej ok. 6 m3/h.

W instalacji spalania objętościowego w komorze o wzburzonej turbulencji w ramach projektu strategicznego „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii” realizowano badania z etapu 9-II.7.1 Wielkoskalowe spalanie i współspalanie biomasy oraz odpadów biodegradowalnych wraz z analizą procesu toryfikacji. Poniżej na rysunkach 10 i 11 przedstawiono skład chemiczny spalin i emisję tlenków azotu, dwutlenku siarki i organicznych zanieczyszczeń podczas jednej z serii badań współspalania węgla kamiennego KWK „Makoszowy” (HC) i trzech rodzajów BiOB: wierzby energetycznej (W), wytłoków z oliwek (OOR) oraz odpadu drzewnego z produkcji mebli (WWF).

Rys. 10. Podstawowy skład spalin (surowych) podczas spalania węgla kamiennego (HC) i współspalania węgla z wierzbą energetyczną (W), wytłokami z oliwek (OOR) i odpadem drzewnym z produkcji mebli (WWF).

Rys. 11. Emisja zanieczyszczeń (NOx, SOx, CO, OGC) podczas spalania węgla kamiennego (HC) i współspalania węgla z wierzbą energetyczną (W), wytłokami z oliwek (OOR) i odpadem drzewnym z produkcji mebli (WWF).

Stanowisko badawcze „oxy fuel PbBC 20kW” do badań ciśnieniowych procesów oxyspalania paliw w złożu pęcherzykowym Opis. Stanowisko badawcze procesów oxy-spalania paliw z reaktorem ze złożem pęcherzykowym (BFB) umożliwia prowadzenie procesu spalania w zakresie ciśnień od atmosferycznego do 1,5MPa z ciągłym podawaniem paliwa w ilości od 0,5 do 3kg/h. Skład mieszanki utleniacza sporządzany jest z zestawu butli (głównie CO2/O2/N2), co pozwala na dowolną kompozycję stężeń poszczególnych składników. W skład stanowiska wchodzi ponadto układ podgrzewu pozwalający na osobną regulację temperatury gazów do 200°C, z podziałem na utleniacz pierwotny oraz wtórny. Instalacja pozwala m.in. na badania w zakresie mechanizmów tworzenia się NOx, oraz redukcji SOx poprzez ocenę wpływu katalizatorów i dodatków w procesach prowadzonych pod ciśnieniem. Instalacja sprzężona jest z ciągłym monitoringu składu spalin. Głównym elementem układu monitoringu jest wieloparametrowy analizator umożliwiający równoczesny pomiar do 50 związków chemicznych w tym stężeń substancji łatwo rozpuszczalnych w wodzie tj. NH3, HF czy HCl, a także H2O i węglowodorów. Analiza gazów

Chłodnica gazowa

T

P

odpylacz

T

T

Chłodnica wodna

P

P

T T

M

T P Reaktor T Wytwornica pary ze zbiornikiem wody

P T

O2,

T

T

P T F

F

Mikser/ zawirowywacz

P

T

T

F Podgrzewacz powietrza pierwotnego T

N2

O2

CO2

F

Podgrzewacz powietrza wtórnego

Prototypowa instalacja do badań procesów spalania pod ciśnieniem z ciągłym podawaniem paliwa. Możliwość realizacji prac badawczych dot. spalania paliw stałych w utleniaczu o dowolnym składzie.

Rys. 12. Stopień obniżenia emisji SO2 w wyniku współspalania węgla kamiennego Ziemowit z wierzbą energetyczną (15% mas.)

Rys. 13. Elastyczna praca w różnych reżimach FLEXI-BURN

Instalacja doświadczalna do prowadzenia prac badawczych i rozwojowych nad oxyspalaniem ciśnieniowym paliw stałych w cyrkulującym złożu fluidalnym - OXY FUEL CFB 0,2 MW Opis. •

Prototypowa instalacja do badań procesów fluidalnego spalania pod ciśnieniem z ciągłym podawaniem paliwa.

•

Możliwość realizacji prac badawczych dot. spalania paliw stałych w utleniaczu o dowolnym składzie.

•

Technologiczne podłączenie spalin do instalacją do usuwania dwutlenku węgla w reaktorze absorpcyjnym pozwala na kompleksową analizę energetyczno-ekologiczną.

Wsparcie dla przemysłowego wdrażania w Polsce oxy-spalania węgla dla „zero-emisyjnego” wytwarzania energii elektrycznej Instalacja doświadczalna do prowadzenia prac badawczych i rozwojowych nad oxy-spalaniem ciśnieniowym paliw stałych umożliwia prowadzenie procesu spalania w cyrkulującym złożu w zakresie ciśnień od atmosferycznego do 1,0 MPa z ciągłym podawaniem paliwa w ilości do 25kg/h. Podłączenie

instalacji do zbiorników gazów technicznych (CO2/O2/N2) oraz powietrza pozwana na dowolną kompozycję stężeń poszczególnych składników w strumieniu utleniacza pierwotnego jak i wtórnego. Instalacja pozwala m.in. na badania w zakresie mechanizmów tworzenia się NOx, oraz redukcji SOx poprzez ocenę wpływu katalizatorów i dodatków w procesach prowadzonych pod ciśnieniem. Instalacja połączona jest technologicznie z instalacją do usuwania dwutlenku węgla w reaktorze absorpcyjnym. Instalacja sprzężona jest do ciągłego monitoringu składu spalin. Istnieje dodatkowa możliwość monitoringu składu spalin poprzez przenośny wieloparametrowy analizator umożliwiający równoczesny pomiar do 50 związków chemicznych w tym stężeń substancji łatwo rozpuszczalnych w wodzie tj. NH3, HF czy HCl, a także H2O i węglowodorów.

Rys. 14. Widok instalacji (z lewej) oraz schemat instalacji (z prawej)

Instalacja doświadczalna do prowadzenia prac badawczych i rozwojowych nad zgazowaniem i oxy-spalaniem ciśnieniowym paliw stałych w cyrkulującym złożu fluidalnym wraz z instalacją do oczyszczania i schładzania gazu procesowego •

Opis. Instalacja pilotowa zgazowania węgla w reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym służy badaniom nad procesem zgazowania w cyrkulującym złożu fluidalnym w warunkach podwyższonego ciśnienia. Badany jest wpływu takich czynników jak: typ paliwa stałego, wpływ czynnika zgazowania (O2, H2O, CO2), wpływ kompozycji czynnika zgazowującego oraz sposobu jego podawania do strefy reakcyjnej, wpływ warunków cyrkulującego złoża fluidalnego (masowy przepływ recyklu). Dodatkowo możliwe jest badanie procesów odpylania, chłodzenia i oczyszczenia surowego gazu procesowego ze zgazowania.

Rys. 15. Ogólny schemat instalacji pilotowej zgazowania węgla w reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym wchodzącej w skład Centrum Czystych Technologii Węglowych IChPW w Zabrzu (1) zbiornik, (2) podajnik kubełkowy, (3) zbiornik pośredni, (4) zbiornik z dozownikiem ślimakowym, (5) układ odpylania i osuszania, (6) reaktor ciśnieniowy z cyrkulującym złożem fluidalnym, (7) rura wznośna, (8) cyklon rozładowczy, (9) zbiornik karbonizatu, (10) cyklon zabezpieczający, (11) zbiorniki popiołu/karbonizatu, (12) zbiorniki popiołu/karbonizatu, (13) filtr ceramiczny, (14) skruber wodny, (15) filtry wody obiegowej skrubera/chłodnicy, (16) chłodnica gazu procesowego, (17, 18) adsorbery, (19) komora spalania gazu procesowego.

Odpowiednio przygotowany węgiel za pomocą podajnika kubełkowego (2) przesypywany jest do zbiornika pośredniego i dozującego (3, 4). Zbiornik pośredni węgla pracuje pod zmiennym ciśnieniem zależnie od fazy pracy w jakiej się znajduje. Ciśnienie to jest regulowane poprzez napełnienie zbiornika gazem - CO2. W czasie obniżania ciśnienia CO2 po odpyleniu i osuszeniu (5) kierowany jest do komory spalania i komina. Głównym elementem instalacji zgazowania jest ciśnieniowy reaktor zgazowania z cyrkulującym złożem fluidalnym (6). Składa się on z części dolnej w kształcie odwróconego stożka, części środkowej – cylindrycznej oraz części górnej stożkowej. Do reaktora wprowadzane są od dołu media zgazowujące: tlen, dwutlenek węgla, oraz para wodna. Możliwe jest także podawanie tlenu, dwutlenku węgla oraz powietrza do strefy górnej reaktora jako utleniacz wtórny. Media zgazowujące mogą być podgrzewane do temperatury 300°C. Do reaktora węgiel jest dozowany podajnikiem ślimakowym. Proces zgazowania może być prowadzony w temperaturach do 1000°C i ciśnieniu do 1,5 MPa. Maksymalna wydajność reaktora wynosi 100 kg/h węgla. Z uwagi na zastosowanie złoża fluidalnego bezwzględnie wymagane jest aby zgazowywany węgiel posiadał temperaturę mięknienia popiołu około 50-100°C wyższa niż temperatura panująca w reaktorze. Gaz procesowy wyprowadzany jest z reaktora poprzez rurę wznośną (7). Opuszczający reaktor gaz wynosi w swoim strumieniu cząstki karbonizatu. Gaz następnie jest kierowany do węzła usuwania

karbonizatu i odpylania. W pierwszej kolejności ma miejsce rozdział cząstek karbonizatu od gazu w cyklonie rozładowczym (8). Cząstki karbonizatu poprzez dozownik celkowy opadają do zbiornika recyklu (9), z którego są zawracane do reaktora (recykl karbonizatu). Część karbonizatu, jako jeden z dwóch głównych produktów procesu odprowadzany jest z układu do zbiornika karbonizatu (11). Gaz procesowy po usunięciu karbonizatu jest odpylany w cyklonie (10), z którego cząstki stałe doprowadzane są do zbiornika karbonizatu (11). Ostatni etap odpylania gazu następuje w filtrze ceramicznym (13), z którego odpylony gaz kierowany jest do skrubera wodnego (14), w którym następuje schłodzenie gazu procesowego z równoczesnym usunięciem związków smołowych. Po skruberze gaz jest schładzany w chłodnicy (16) i następnie odsiarczany i odwadniany w adsorberach (17, 18). Tak przygotowany gaz procesowy kierowany jest, zależnie od potrzeb, do innych instalacji doświadczalnych, gdzie badane są alternatywne procesy jego oczyszczania i konwersji. Nadmiarowy gaz spalany jest w komorze spalania (19).

Rys. 16. Widok z systemu gromadzenia i archiwizacji danych – wizualizacja wybranych parametrów procesu z dnia 25.05.2015

„TAURON WYTWARZANIE” ELEKTROWNIA ŁAZISKA Instalacja pilotowa aminowego usuwania CO2 ze spalin •

Opis: Instalacja pilotowa składa się z dwóch głównych sekcji - głębokiego odsiarczania spalin oraz sekcji usuwania CO2 na drodze absorpcji chemicznej przy wydajności nominalnej 200 m3n/h spalin. Sekcja usuwania CO2 składa się z kolumny absorpcyjnej, kolumny desorpcyjnej, układu wymienników ciepła oraz systemu rekuperacji ciepła zabudowanego w kolumnie desorpcyjnej. Ponadto instalacja posiada system rozdzielonych strumieni roztworu zregenerowanego. Część roztworu odbierana jest w środkowej części kolumny desorpcyjnej i kierowana na absorber jako roztwór częściowo zregenerowany. Rozwiązanie techniczne w postaci przewoźnych kontenerów, umożliwiła jej zainstalowanie i prowadzenie prac badawczych na wytypowanych obiektach przemysłowych. Pozostałe elementy instalacji to kontener magazynowy w którym składowane są elementy ponadgabarytowe kolumn na czas ich przewożenia, oraz kontener nadzoru, w którym zainstalowana jest sterownia, podręczne laboratorium oraz część socjalna dla obsługi instalacji. Charakterystyka techniczna instalacji: Strumień doprowadzanego gazu – 200 m3/h Przepływ roztworu absorpcyjnego w obiegu – do 1600 dm3/h Sprawność usuwania CO2 – około 90% Nominalna temperatura pracy regeneratora – 130°C Wymiary kolumn – wysokość do 16 m, średnica 0,3 m Liczba aparatów – 40 Liczba punktów pomiarowych – 180

Rys. 1. Fotografia stanowiska badawczego Jest to pierwsza w Polsce instalacja w takiej skali pracująca na spalinach kotłowych. Posiada ona szereg modyfikacji technicznych, umożliwiających minimalizację wydatku energetycznego na regenerację sorbentu. Przewoźny charakter instalacji pozwala na prowadzenie badań na dowolnych obiektach przemysłowych, dla dowolnego typu spalin. Przykładowe wyniki z prowadzonych na tym stanowisku badań przedstawiono na rys. 2 i 3.

Rys. 2. Profile temperatur i stężeń w funkcji wysokości kolumny absorpcyjnej dla poszczególnych konfiguracji procesowych. J3.7 – z rozdzielonymi strumieniami roztworu absorpcyjnego, J3.8 – z międzystopniowym chodzeniem kolumny absorpcyjnej, J3.9 – konfiguracja klasyczna

Rys. 3. Porównanie wpływu ilości dostarczanej energii elektrycznej do wyparki kolumny desorpcyjnej na sprawność usuwania CO2 i potrzebną energię regeneracji brutto dla różnych roztworów sorpcyjnych

WIZYTA W ŁÓDZKICH OBIEKTACH BADAWCZYCH POLITECHNIKA ŁÓDZKA W dniu 15 czerwca 2015 r. podczas wizyty w Łodzi delegacja NCBR w składzie: Pani Elżbieta Wróblewska – Przedstawicielka Ministerstwa Gospodarki w Komitecie Sterującym, Prof. Janusz Terpiłowski – Członek Komitetu Sterującego, Pan Gerard Lipiński – Koordynator Programu, została przyjęta przez prof. Irenę Wasiak i prof. Macieja Pawlika. Delegacja miała możliwość wymiany doświadczeń z zespołem realizującym prace w ramach ZB-1 oraz zapoznała się z działaniem następujących obiektów:

Komputerowe stanowisko do symulacyjnego badania elementów bloku wytwórczego w warunkach zakłóceniowych Podstawowym elementem komputerowego symulatora pracy elementów bloku wytwórczego w warunkach zakłóceniowych jest opracowany przy użyciu programu EMTP/ATP (Electromagnetic Transient Program/ Alternative Transient Program, Bonneville Power Administration, 1987-2010) model turbozespołu klasy 1000 MW oraz model rozdzielni potrzeb własnych o napięciu znamionowym 10 kV. Przy użyciu modelu jest możliwe wykonywanie następujących badań: - Obliczanie przebiegów i wartości prądów oraz innych wielkości elektrycznych podczas zwarć w torze wyprowadzenia mocy generatora jak również podczas synchronizowania generatora. Celem obliczeń może być dobór aparatury elektrycznej, ograniczników przepięć lub nastaw zabezpieczeń. - Obliczanie momentów skrętnych wału turbozespołu podczas zakłóceń w sieci elektrycznej lub podczas synchronizacji. Celem obliczeń jest wyznaczenie częstotliwości drgań własnych układu mas wirujących, przebiegu i amplitud momentów skrętnych w odcinkach wału turbozespołu oraz zbadanie efektu zmęczeniowego materiału wału. - Obliczanie podatności układu elektrycznego sieci potrzeb własnych 10 kV na wystąpienie zjawiska ferrorezonansu. Możliwe jest wyznaczenie takich konfiguracji sieci, przy których ferrorezonans wystąpi i może być szkodliwy dla bezpieczeństwa pracy sieci. Możliwe jest również badanie sposobów eliminacji i zapobiegania ferrorezonansowi.

Rys. 1. Okno symulatora z modelem do obliczeń momentów skrętnych wału turbozespołu podczas zakłóceń w sieci elektroenergetycznej

300 [kA] 200

5.0 T[pu] 2.5

100

0.0

0

-2.5

-100 0.0

0.1

(f ile 1000MW_AK.pl4; x-v ar t) c:AA -BA

0.2

0.3

0.4

[s] 0.5

-5.0 4.98

5.00

5.02

(f ile A_1000MW.pl4; x-var t) t: T1

t: T2

5.04

t: T3

t: T4

5.06

t: T5

5.08

5.10

5.12 [s] 5.14

20 u[kV] 10 0 -10 -20 0.18

0.20

0.22

(f ile Blok858.019.PL4; x-v ar t) v :S1A

v :S1B

0.24

v :S1C

0.26

0.28

0.30

0.32 [s] 0.34

Rys. 2. Wizualizacja wyników symulacji uzyskana za pomocą modelu do obliczeń momentów skrętnych wału turbozespołu podczas zakłóceń w sieci elektroenergetycznej

Stanowisko badawcze jakości energii elektrycznej w warunkach przemysłowych Podstawowym elementem mobilnego stanowiska badawczego jakości energii elektrycznej w warunkach przemysłowych jest analizator typu Fluke 1760 (klasa A) wraz z programem PQ Analyse (rys. 3). Układ współpracuje z aplikacją utworzoną w środowisku programu Excel przeznaczoną od oceny i wizualizacji wyników pomiarów w postaci wygodnej do analizy (rys. 4). Stanowisko dedykowane jest do pomiarów, analizy i oceny przewodzonych zaburzeń elektromagnetycznych w sieciach elektroenergetycznych nn, SN i WN, w tym w elektrycznych układach potrzeb własnych elektrowni. Ocena wyników pomiarów dokonywana jest zgodnie z wymaganiami normy EN-PN 50160 „Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych” i Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. U. Nr 93, poz. 623). Ponadto układ pozwala na analizę zarejestrowanych stanów przejściowych. Wyniki pomiarów zawierają bardzo istotne, zarówno dla przedsiębiorstw energetycznych jak i odbiorców, informacje o wartościach parametrów napięcia w punkcie przyłączenia instalacji odbiorcy do sieci publicznej, które mogą być podstawą negocjacji warunków umowy przy zawieraniu kontraktów o dostawę energii przez dużych przemysłowych odbiorców energii elektrycznej w odniesieniu do ciągłości zasilania i jakości energii elektrycznej.

Rys. 3. Mobilne stanowisko badawcze jakości energii elektrycznej w laboratorium

Wartości absolutne wyższych harmonicznych prądu w fazie L1

2.0

Ih [A]

1.5

1.0

0.5 wartość maksymalna percentyl 0,95

0.0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 numer harmonicznej h

0.5

Q [Mvar]

0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

70000

5

67000

4.5

64000

4

61000

3.5

58000

3

55000

U min L1

U min L2

U min L3

2.5

52000

Plt L1

Plt L2

Plt L3

2

49000

1.5

46000

1

43000

0.5

40000 06-07-11 0:00

07-07-11 0:00

08-07-11 0:00

09-07-11 0:00

10-07-11 0:00

11-07-11 0:00

t [d-m-r g:m]

Rys. 4. Wizualizacja wyników pomiarów jakości energii elektrycznej.

12-07-11 0:00

0 13-07-11 0:00

Pst [-]

Umin [V]

P [MW]