ISOTHERM PWR MODULO INDUSTRIALE STANDARD. ENERGIA PRODOTTA: t/a VAPORE (40 Bar, 400C ) o EE 4 MW netta

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Ernesto Quaranta
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1 ISOTHERM PWR MODULO INDUSTRIALE STANDARD POTENZIALITA : 15 MW TERMICI ENERGIA PRODOTTA: t/a VAPORE (40 Bar, 400C ) o EE 4 MW netta FATTORE OPERATIVO: 8000 ore/a QUANTITA TRATTATA: DIPENDE DA LHV (kcal/kg) potere calorifico: SCARTO LHV 4000 kcal/kg Potenzialità: 3300 kg/hr ( t/a) SCARTO LHV 5000 kcal/kg Potenzialità: 2600 kg/hr ( t/a) SCARTO HHV 7000 kcal/kg Potenzialità: 1900 kg/hr ( t/a) TIPOLOGIA COMBUSTIBILE DI BASSO RANGO: - LIQUIDO (QUALSIASI COMPOSIZIONE) - FONDENTE VISCOSITA CINEMATICA FINO 1000 cst A 120 C - SOLIDO

calorifico: SCARTO LHV 4000 kcal/kg Potenzialità: 3300 kg/hr (27.000 t/a) SCARTO LHV 5000 kcal/kg Potenzialità: 2600 kg/hr (21.

2 ISOTHERM Sviluppi in atto Singapore 15 MWth Industrial Module

3 ISOTHERM Sviluppi in atto NEAR ZERO EMISSION COAL FIRED POWER PRODUCTION PLANT JOINT DEV PROJECT ENEL ENEA ITEA ALTA RESA Accettabilità economica CO2-FUMI PULITI Accettabilità sociale

4 ISOTHERM Sviluppi nella pipeline SMALTIMENTO DI FANGHI CONCERIA a BASSISSIME EMISSIONI GAS ZERO CENERI PERICOLOSE RECUPERO ENERGETICO ALTA RESA ENERGETICA Accettabilità economica FUMI PULITI ZERO CENERI A DISCARICA Accettabilità sociale

RECUPERO ENERGETICO ALTA RESA ENERGETICA Accettabilità

5 ISOTHERM Sviluppi nella pipeline SMALTIMENTO RIFIUTI A BASSO POTERE CALORIFICO Acquosi con Cloruro Sodico a BASSISSIME EMISSIONI GAS RECUPERO ENERGETICO ALTA RESA SENZA COMBUSTIBILE AUSILIARIO Accettabilità economica FUMI PULITI Accettabilità sociale

EMISSIONI GAS RECUPERO ENERGETICO ALTA RESA SENZA COMBUSTIBILE

6 ISOTHERM Direttrici per lo sviluppo PROBLEMI CONCRETI PROGETTI CONCRETI TECNOLOGIA TECNOLOGIA TECNOLOGIA PER DIMOSTRARE QUELLO CHE PRETENDIAMO DI SAPER FARE

7 intanto il dimostrativo Isotherm cresce Quencher Serbtoio O2 Soffiante nuova caldaia sezione metalli pesanti Posttrattamento fumi Caldaia Combustore

8 Ingegneria di Processo

9 Combustione: fondamentali delle fiamme Jet flames (il meglio delle tecnologie consolidate) 450 C combustibile 1200 C aria 450 C -Premiscelazione -Scambi di materia per turbolenza -Scambi di calore per turbolenza -Scambi per irraggiamento trascurabili Molteplici parametri di reazione di tipo catastrofico Complessivamente sistema di tipo caotico (descrivibile solo con metodi statistici) Inevitabilmente il luogo di reazione è non omogeneo Inevitabili zone più fredde che producono incombusti tossici e polveri sottili

Molteplici parametri di reazione di tipo catastrofico Complessivamente sistema di tipo caotico (descrivibile solo con metodi

10 Combustione: fondamentali delle fiamme Flameless (Mild Combustion Volume Combustion) 900 C combustibile 1200 C 900 C Surrisc. aria fumi di riciclo -Pre-miscelazione aria con fumi -Scambi di materia per turbolenza -Scambi di calore per turbolenza -Scambi per irraggiamento trascurabili Spegnimento dei gradienti di concentrazione e di temperatura Parametri non più catastrofici: sistema non più caotico Luogo di reazione è omogeneo Controllo delle condizioni di reazione solo per combustibili gassosi

-Scambi per irraggiamento trascurabili Spegnimento dei gradienti di concentrazione e di temperatura Parametri non più

11 Combustione: fondamentali delle fiamme Flameless Isotherm Tecnologia innovativa di ITEA combustibile Ossigeno 90% C omo-termo fumi di riciclo -Atmosfera di gas opachi all IR (fumi da combustione con O2) densi (in pressione) -Potenti scambi di calore per irraggiamento da gas Ininfluenza dei gradienti di concentrazione e di temperatura Parametri non più catastrofici: sistema non più caotico Luogo di reazione è omogeneo Controllo delle condizioni di reazione con tutti i tipi di combustibile

di calore per irraggiamento da gas Ininfluenza dei gradienti di concentrazione e di temperatura Parametri non più

12 Modellazione numerica della flameless Attualmente appoggiata su ossatura Fluent per combustore once-through - simula bene profilo omotermo e assenza fronte di fiamma - pesante sottostima rispetto ai dati sperimentali di conversione probabilmente attivi meccanismi elementari con peso diverso rispetto allatradizione In corso: - sviluppi CFD di assetti diversi per l espansione verso combustibili poveri a bassissimo LHV - sviluppi modellistici che incorporano fenomenologia peculiare di Isotherm (es. IR gas-gas, coalescenza, etc)

meccanismi elementari con peso diverso rispetto allatradizione In corso: - sviluppi CFD di assetti diversi per l espansione verso

13 Processo per L azzeramento di Metalli Pesanti nei Fumi PER UNA EMERGENZA ALLE PORTE Le Polveri sottili IL PARTICOLATO DI DEGRADATI ORGANICI Isotherm flameles PRESTAZIONE ZERO SOOT Fiamma tradizionale Cenosfere e plerosfere

PARTICOLATO DI DEGRADATI ORGANICI Isotherm flameles

14 Le polveri sottili inorganiche ISOTHERM PRESTAZIONI: LE POLVERI CHE NON SI FILTRANO

15 Le polveri sottili inorganiche Speciazione delle polveri Da Isotherm essenzialmente solfati alcalini, polveri omologhe alle polveri di origine naturale

16 Le polveri sottili inorganiche I METALLI PESANTI La nuova frontiera di ISOTHERM Il nuovo processo di ITEA per la captazione dei metalli pesanti Soluzione di lavoro fatta da reagenti non esotici Abbatte uno spettro molto ampio di metalli pesanti In parte vengono portati in soluzione e concentrati Gli insolubili vengono bagnati Sperimentazione già iniziata a livello impianto dimostrativo 5MWth

Abbatte uno spettro molto ampio di metalli pesanti In parte vengono portati in soluzione e

17 Controllo di Processo Lo stato di fatto - i codes di controllo (es MIMO) funzionano male l alimentazione è intrinsecamente inconsistent (combustibili poveri, rifiuti) L approccio di Itea - spostare il centro del controllo di 180, dall ingresso combustore all uscita combustore Il percorso. La descrittiva in uscita richiedeva analizzatori veloci. - in collaborazione con Emerson-Fisher-Rosemount sono stati messi a punto analizzatori veloci (T95 2 sec) - linee di campionamento veloci (0,1 sec) - trattamento gas campione (3 sec) complessivamente - refresh ogni 8-9 sec Gli sviluppi. I codici di controllo funzionano, avendo cura nel bilancio al nodo di imputare correttamente i ritardi caratteristici (e tipologie combustibile)

- in collaborazione con Emerson-Fisher-Rosemount sono stati messi a punto analizzatori veloci (T95 2 sec) - linee di campionamento veloci (0,1 sec) - trattamento gas campione (3

18 Il Progetto Carbone Near Zero Emission Il Posizionamento Isotherm vs IGCC e Oxycomb atmosferica Altre innovazioni nella tecnologia recupero termico.

19 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Technologies overview Why Isotherm CCS: CAPITAL SPENDING Isotherm today

20 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Technologies overview Why Isotherm CCS: CYCLES EFFICIENCY Power Plant performances with and without CO2 Capture Efficiency (LHV) % PC-Subcritical PC-supercritical Media; Whisker: Min-Max PC-USC IGCC WITHOUT CO2 CAPT W I T PC-Subcritical (MEA) PC-supercritical (MEA) PC-USC (MEA) WITH IGCC Pressurized OxyCombustion Is already There Media Min-Max

24 22 PC-Subcritical PC-supercritical Media; Whisker: Min-Max PC-USC IGCC WITHOUT CO2 CAPT W I T

21 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Technologies overview Why Isotherm CCS: DEVELOPMENT STAGE Oxy-fuel Projects * MWe Demo ZEP Plant Brindisi 48 MWth 100 Industrial Boilers CS Energy SASK Pow er 300 MWe ,1 Semi-Industrial Furnaces ANL/EERC 1 Experimental Furnaces ANL/BHP 0,2 International Comb IFRF IHI 11,7 1 0,5 CANMET *Sho Kobayashi: International Oxy-combustion Research network January ,1 NEDO 4 B&W/AL 0,4 Jupiter IVD-Stuttgart Vattenfall Pow ergen 0,3 0,2 0, Years ENEL Total OLIO CIEMAT RWE 1,7 Jupiter DOOSAN ZEP Itea Demo Unit

22 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Technologies overview Why Isotherm CCS Competitors positioning Actual Key Concern Atmospheric Oxy-combustion Air Inlet (uptake) > low purity CO2 Too high Capex for retrofitting IGCC Hot flue gas cleaning not working > lower yield Complexity > high capital

23 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Why Isotherm - Flexible Fuel Capability (i.e. broad spectrum of low ranking fuels) ISOTHERM PECULIAR ADVANTAGES Process Core - Reduced fuel pre-treatment (grinding only) capital and operating cost - Global efficiency, CO2 capture included, at least comparable with more popular ZEP technology candidates - Lower Capex (<75% vs competitor) core unit compactness for retrofit - No ashes residues - No air inlet (no CO2 dilution)

24 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Why Isotherm - Simplified coal logistic (water slurry) - 80 times less volume, 10 times less heat turnaround losses ISOTHERM PECULIAR ADVANTAGES Energy Cycle - 100% heat recovered at high energy value (605 C, 240 bar, USC steam) - High combustor rangeability (from 10 to 100%) - High boiler (Ansaldo-Itea) rangeability (10 to 100) - Highly flexible Power load vs time - Ease for further yield improvement (turboexpander) - Ease for synergism with advanced (ceramic membrane) Oxygen separation process

25 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies Why Isotherm we stand alone Isotherm is the sole Flameless Pressurized Oxy-combustion in the field of ZEP Technology worldwide But we are not alone through cooperation with ENEA ENEL European Utility Co-leader Italian Governmental Agency for Alternative Power Technologies Centre of Excellence Universities: Milan - Politecnico Neaples - Un. Federico II; CNR Bologna Chimica Industriale Zurich ETH Bari Politecnico; Chimica

26 Near Zero Emission Coal Fired Power Technologies ENEL ENEA ITEA ANSALDO CALDAIE BRINDISI OXY-COAL COMBUSTION PILOT Combustor Power Process Pressure Fuel Boiler Oxygen Operation 48 MWth 10 bar coal water slurry USC new design, high flexibility stable supply: cryio under development: ceramic membrane pilot continuous Completion Schedule April 2010

27 Ansaldo Caldaie steam generator for ITEA Main Features - Supercritical main steam (240 bar, 600 C), subcriti cal reheater (60 bar, 600 C) - Pressurised heating surfaces at 10 bar enclosed in a pressure vessel. - New concept for once-through boiler design, start up and operation, due to high gas pressure (low volume flow rate). - Pure crossflow heating surfaces (water-steam upflow, gas downflow). - Sliding pressure or constant pressure operation - Steam temperature control through gas recirculation from boiler outlet - Wide range of operation (9% min load, 30% temperature control load) - Fast start-up and load variation

28 OXY-COAL COMBUSTION PILOT Basic design 3D-view

29 ISOTHERM 2015 TARGET:320 MWe COAL FIRED ZEP

30 PRESSURIZED OXY-COALCOMBUSTION ZEP 350 MWe Cycle Flow Diagram Pressure loop steam Coal Oxygen Plant Steam cycle Water CWF Ashes ITAR sorbent FGD by-pass to stack Target Net Power: > 300 MWe Air Fuel: coal Gypsum Efficiency: > 35.5 % (Combining established technical solutions ) Capex: < 2000 /kw Oxy-fuel-(IGCC+CCS) Capex ratio: < 75% ITAR CO 2

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