Coal-fired Power Plants based on Oxy-combustion with Carbon Capture: Combustion Conditions and Water Consumption

Nesten all konvensjonell dampkraftproduksjon er avhengig av vann for kjøling. Tilgang til vann er også nødvendig i drift av flere andre delsystemer i et slikt kraftverk. I tillegg medfører integrasjon av CO2 fangst ofte at vannforbruk i et kraftverk går opp. Deler av verden har stor vannmangel og vann bør derfor brukes med omhu. Samtidig med en stadig økende verdensbefolkning, skjerpes fokuset på CO2 utslipp. Det forekommer at den lovende CO2 fangstteknologien basert på oksy-forbrenning, er mindre avhengig av vann sammenlignet med CO2 fangst basert på etterrensing av eksosgassen via kjemisk absorpsjon. To liknende kraftverk med ulik fangstprosess er studert i denne oppgaven. Vannforbruket i et 561 MW oksy-forbrenningskraftverk og et 550 MW kraftverk med etterrensing av eksosgassen, er henholdsvis blitt beregnet. De to kraftverkene sammenlignes deretter opp mot hverandre med hensyn på vannforbruk. Resultatene viser at kjøletårnet utgjør det desidert største vannforbruket i begge kraftverk. Vanntap grunnet fordamping er dominant, men nedblåsing av urenheter er også en betydelig årsak til vanntap når en middelmådig vannkvalitet brukes. CO2 fangst basert på etterrensing av eksosgass har et betraktelig større kjølevannsbehov, noe som resulterer i 17,8% høyere vanntap i kjøletårnet sammenlignet med oksy-forbrenningskraftverket. Det nest største vanntapet skjer ved fjerning av SOx fra eksosgassen (FGD). I luft-fyrte kraftverk er fordamping av vann hovedårsaken til vanntap i FDG-systemer. Andre vanntap er knyttet til produksjon av gips og til nedblåsing av urenheter. En høy vanndampandel i røykgassen fra oksy-forbrenning eliminerer fordampingstap, fordi røykgassens duggpunkt ofte ligger under driftstemperatur til FGD systemet. I denne studien, utgjorde vanntapet i FGD prosessen i etterrensing kraftverket åtte ganger mer enn i oksy-forbrenningskraftverket. Et scenario hvor kraftverkene er lokalisert nært havet og sjøvann brukes som kjøling er også studert. Beregningene viser at oksy-forbrenningsanlegget bare bruker 17% av det vannet som forbrukes i etterrensingskraftverket. Denne trenden er også synlig i noe mindre grad, i tilfellet hvor kjøletårn er brukt. En betydelig mengde kondensat er tilgjengelig i oksygenproduksjonen og CO2 utvinningsprosessen, fordi vann tilføres systemet via inntak av fuktig luft, fukt i brenselet og via hydrogen bundet i brenselet. Gjenvinning av vann kan bidra til betraktelig reduksjon det totale vannforbruket i begge kraftverkene