Publication: Experimental and theoretical investigation of oxy-combustion in fluidized beds
Abstract
Oksijence zengin yakma, mevcut santrallere uygulanabilecek önemli bir karbon tutma ve depolama alternatifidir. Bu çalışma kapsamında 30kWth kapasiteli dolaşımlı akışkan yatak yakma sisteminde, yanma havasındaki oksijen derişiminin arttırılmasının etkisi incelenmiştir. Testler iki farklı Türk linyiti, bir biyokütle ve bunların karışımları ile gerçekleştirilmiştir. Karışımdaki biyokütle oranı %20’ye kadar çıkartılmıştır. Yanma havasındaki oksijen oranı %21 ile %30 arasında tutulmuştur. Deneysel çalışmalardan sonra teknolojinin ekonomik olarak değerlendirilmesi için hesaplamalar yapılmıştır. Buna göre mevcut Çan akışkan yatak güç santrali üzerinde karbon tutulumu amacıyla 4 farklı uygulama alternatifi değerlendirilmiştir. Bunlar a)Santrale MEA bazlı karbon tutulum ünitesi eklenmesi, b)Yakıcın oksijence zengin yakma ünitesine dönüştürülmesi, c)Yakıcının oksi-yakma (baca gazının geri döndürüldüğü) ünitesine dönüştürülmesi, d)Yakıcının oksijence zengin biyokütle birlikte yakma ünitesine dönüştürülmesi.Deneyler sonunda oksijence zenginleştirmenin tüm durumlar için yanmayı iyileştirdiği görülmüştür. Biyokütle ile birlikte yakmanın sırasında da biyokütle oranının ve oksijen derişiminin arttırılmasının sinercik etkisi görülmüştür. Deneylerde NO ve SO2 emisyonlarının oksijen derişiminin artmasıyla arttıkları tespit edilmiştir. Biyokütle eklenmesinin ise NO emisyonunu arttırırken SO2 emisyonunu azalttığı gözlemlenmiştir. Ekonomik değerlendirme sonucunda biyokütle ve kömürün oksijence zengin ortamda birlikte yakılması alternatifinin Çan termik santraline yapılabilecek değişiklikler arasındaki en ekonomik karbon tutma yöntemi olduğu görülmüştür. Bu durum için elektrik maliyeti, CO2 sakınma ve CO2 tutma maliyetleri sırasıyla 42.5 €/ MWh, 37.5 €/ tCO2 ve 52.9 €/ tCO2 olarak bulunmuştur.
Oxygen enriched combustion (OER) is a promising retrofitting option for existing power plants to improve CO2 capture. In this study, the effect of oxygen enrichment of air as oxidant was investigated with a 30kWth fluidized bed combustor. Tests were conducted with two different Turkish lignites, one biomass and their blends. Biomass share was increased up to 20% in fuel blend. The oxygen concentration in the oxidant was kept between 21 and 30%. Experimental study was followed by an economic evaluation for OER combustion. Four different retrofitting options to existing Çan power plant were investigated; a) Adding MEA base carbon capture unit b) Retrofitting OER c) Retrofitting oxy-combustion (with flue gas recirculation) d)Retrofitting OER co-combustion.Oxygen enrichment supports combustion in all cases. Biomass addition to lignites appears to have an increasing synergetic effect on combustion as the oxygen enrichment and biomass portion in the mix increases. It was found that oxygen enrichment increases NO and SO2 formation in all cases. As biomass share increases, NO emissions increase in all oxygen cases while the opposite is true for SO2 emissions.Oxygen enriched biomass co-combustion case is the most economic case among the all CCS retrofitting alternatives. Cost of electricity, cost of CO2 avoidance and cost of CO2 capture for the biomass OER co combustion case are 42.5 €/ MWh, 37.5 €/ tCO2 and 52.9 €/ tCO2 respectively.
Oxygen enriched combustion (OER) is a promising retrofitting option for existing power plants to improve CO2 capture. In this study, the effect of oxygen enrichment of air as oxidant was investigated with a 30kWth fluidized bed combustor. Tests were conducted with two different Turkish lignites, one biomass and their blends. Biomass share was increased up to 20% in fuel blend. The oxygen concentration in the oxidant was kept between 21 and 30%. Experimental study was followed by an economic evaluation for OER combustion. Four different retrofitting options to existing Çan power plant were investigated; a) Adding MEA base carbon capture unit b) Retrofitting OER c) Retrofitting oxy-combustion (with flue gas recirculation) d)Retrofitting OER co-combustion.Oxygen enrichment supports combustion in all cases. Biomass addition to lignites appears to have an increasing synergetic effect on combustion as the oxygen enrichment and biomass portion in the mix increases. It was found that oxygen enrichment increases NO and SO2 formation in all cases. As biomass share increases, NO emissions increase in all oxygen cases while the opposite is true for SO2 emissions.Oxygen enriched biomass co-combustion case is the most economic case among the all CCS retrofitting alternatives. Cost of electricity, cost of CO2 avoidance and cost of CO2 capture for the biomass OER co combustion case are 42.5 €/ MWh, 37.5 €/ tCO2 and 52.9 €/ tCO2 respectively.