Applications of circulating fluidized beds in energy production
Secomandi, Markus (2018)
Kandidaatintyö
Secomandi, Markus
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201803266141
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201803266141
Tiivistelmä
This work aims to provide an overview of numerous applications for circulating fluidized beds in energy production. Both existing and potentially upcoming technologies are discussed, along with their economic viability.
The work was done by reading books and scientific papers related to circulating fluidized beds and carbon capture and storage, and presenting the information in the form of a review.
One of the main applications of circulating fluidized beds (CFBs) is in boilers, which can be used to cleanly and efficiently burn or gasify solid fuels, even ones with a high moisture content or that are of nonhomogeneous composition. Costly desulfurization equipment is not needed in CFB boilers, as the required emission levels can be reached by adding limestone to the bed mixture. Another application is gasification, which is the process of partially oxidizing the fuel in sub-stoichiometric conditions, allowing the resultant producer gas to be transported and burnt elsewhere. CFBs can also be used in oxy-firing, i.e. the firing of a fuel in near pure oxygen, chemical looping, in which the required oxygen for combustion is delivered using a solid substance as the oxygen carrier, and calcium looping, in which calcium monoxide is used in the capture of carbon dioxide from flue gases.
The main disadvantage circulating fluidized beds have is their high construction cost. They can be economically viable if low quality fuels are easily available, and if emission restrictions are high enough to require that competing techniques install an external desulfurization system, but low enough that the restrictions can be met by the CFB with the internal use of limestone. Työn tavoitteena on selvittää kiertoleijutekniikan sovelluksia energiatuotannossa. Siinä käsitellään jo olemassa olevia ja mahdollisesti tulevaisuudessa markkinoille tulevia sovelluksia. Myös näiden kannattavuutta on selvitetty lyhyesti.
Työ tehtiin tutustumalla aiheeseen liittyvään kirjallisuuteen ja kokoamalla yhteen tiedot eri sovelluksista. Käytetty kirjallisuus koostui kiertoleijutekniikkaan ja kaasutukseen liittyvistä kirjoista, tieteellisistä artikkeleista ja valmistajien julkaisemista esitteistä.
Kiertoleijutekniikan tärkeimpiä sovelluksia energiantuotannossa ovat kiertoleijukattilat, joita käytetään kiinteiden polttoaineiden poltossa tai kaasutuksessa. Niissä voidaan puhtaasti ja tehokkaasti polttaa kosteita ja epähomogeenisia polttoaineita. Nykyisillä päästörajoituksilla kalliita rikinpoistolaitteita ei kiertoleijukattiloissa tästä syystä tarvita. Kaasutuksessa polttoaine kuumennetaan vähähappisessa tilassa, jolloin vapautuvat palavat kaasut voidaan ottaa talteen ja polttaa muualla. Muita sovelluskohteita ovat happipoltto, kemiallinen kierto ja kalsiumkierto. Happipoltossa polttoaine poltetaan lähes puhtaassa hapessa, jolloin savukaasujen korkea hiilidioksidin konsentraatio helpottaa talteenottoa. Kemiallisessa kierrossa palamishappi toimitetaan hapetetun petimateriaalin kautta, jolloin palamisilmaan ei joudu typpeä. Kalsiumkierrossa kalsiummonoksidia käytetään savukaasujen hiilidioksidin talteenotossa.
Kiertoleijutekniikan suurin haittapuoli ovat sen kalliit rakennuskustannukset. Sopivien päästörajoitusten ja hyvän polttoaineen saatavuuden takia sitä on kannattava käyttää.
The work was done by reading books and scientific papers related to circulating fluidized beds and carbon capture and storage, and presenting the information in the form of a review.
One of the main applications of circulating fluidized beds (CFBs) is in boilers, which can be used to cleanly and efficiently burn or gasify solid fuels, even ones with a high moisture content or that are of nonhomogeneous composition. Costly desulfurization equipment is not needed in CFB boilers, as the required emission levels can be reached by adding limestone to the bed mixture. Another application is gasification, which is the process of partially oxidizing the fuel in sub-stoichiometric conditions, allowing the resultant producer gas to be transported and burnt elsewhere. CFBs can also be used in oxy-firing, i.e. the firing of a fuel in near pure oxygen, chemical looping, in which the required oxygen for combustion is delivered using a solid substance as the oxygen carrier, and calcium looping, in which calcium monoxide is used in the capture of carbon dioxide from flue gases.
The main disadvantage circulating fluidized beds have is their high construction cost. They can be economically viable if low quality fuels are easily available, and if emission restrictions are high enough to require that competing techniques install an external desulfurization system, but low enough that the restrictions can be met by the CFB with the internal use of limestone.
Työ tehtiin tutustumalla aiheeseen liittyvään kirjallisuuteen ja kokoamalla yhteen tiedot eri sovelluksista. Käytetty kirjallisuus koostui kiertoleijutekniikkaan ja kaasutukseen liittyvistä kirjoista, tieteellisistä artikkeleista ja valmistajien julkaisemista esitteistä.
Kiertoleijutekniikan tärkeimpiä sovelluksia energiantuotannossa ovat kiertoleijukattilat, joita käytetään kiinteiden polttoaineiden poltossa tai kaasutuksessa. Niissä voidaan puhtaasti ja tehokkaasti polttaa kosteita ja epähomogeenisia polttoaineita. Nykyisillä päästörajoituksilla kalliita rikinpoistolaitteita ei kiertoleijukattiloissa tästä syystä tarvita. Kaasutuksessa polttoaine kuumennetaan vähähappisessa tilassa, jolloin vapautuvat palavat kaasut voidaan ottaa talteen ja polttaa muualla. Muita sovelluskohteita ovat happipoltto, kemiallinen kierto ja kalsiumkierto. Happipoltossa polttoaine poltetaan lähes puhtaassa hapessa, jolloin savukaasujen korkea hiilidioksidin konsentraatio helpottaa talteenottoa. Kemiallisessa kierrossa palamishappi toimitetaan hapetetun petimateriaalin kautta, jolloin palamisilmaan ei joudu typpeä. Kalsiumkierrossa kalsiummonoksidia käytetään savukaasujen hiilidioksidin talteenotossa.
Kiertoleijutekniikan suurin haittapuoli ovat sen kalliit rakennuskustannukset. Sopivien päästörajoitusten ja hyvän polttoaineen saatavuuden takia sitä on kannattava käyttää.