Beta 1


Title IFGT integreret med tørring og forbrænding af slam
Author Madsen, Mette Lindal
Sigvardsen, Rikke Siv
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Qvale, Einar Bjørn (Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Fock, Martin (DK-Teknik)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2002
Abstract The motivators for this project are a number of simulation studies that indicate a high theoretical efficiency is achievable by the integration of the indirectly fired gas turbine (IFGT) a drying circuit and the use of very wet fuel. These studies have been conducted at the Department of Mechanical Engineering at The Technical University of Denmark and are based on simulations of systems containing simple components. Considering these results it would be interesting to study integration of sludge combustion and the indirectly fired gas turbine. Sludge is an interesting fuel, both because of its high water content, but also because of its traditional status as an environmental problem. Sludge is expected to be available at very low or even negative cost. Furthermore sludge is considered a bio-fuel and is therefore considered CO2 neutral. In the projects initial phase the scope was undefined. Was a drying unit to be designed? Were commercial components readily available? A literature study was conducted and a number of professionals and researchers were interviewed to acquire knowledge of the specifications for plants that dry and burn sludge. From the literature study and the interviews it was concluded that commercial technologies for the handling, drying and combustion of sludge already exist. As a consequence, the scope of this project shifted to an investigation of the energy and economic potential of integrating existing commercially available sludge drying technologies with the indirectly fired gas turbine. The potential of the technology is illuminated through system analysis, economic analysis, market evaluation and environmental evaluation. To put the results of the system analysis into perspective, the sewage treatment plant Lynetten, in Copenhagen, is used as a case. The influence of integrating a fluid bed steam drying system with the IFGT is investigated. The system analysis has been achieved through construction of two mathematical models. The two models represent a) Integration of fluid bed steam-drying and the IFGT, and b) Integration of belt air-drying and the IFGT. The analyses show that energy and handling wise it is possible to integrate drying and combustion of sludge with the IFGT. It is feasible to implement the technology at sewage treatment plants of 100,000 PE or more. The breakeven time for the largest investigated plant (750,000 PE) will be 6.4 years and the price of treatment for sludge will be 1300 dk.kr./Ton DS. By implementing the fluid bed steam-drying system at Lynetten the total efficiency will increase radically from 8% to 38% and an electricity production of 63,000 MWh/Year will be achieved compared to no electricity production at the present time. The breakeven time for Lynetten is 11.5 years.
Abstract Motivationen for nærværende projekt er en række simuleringer af den indirekte fyrede gasturbine (IFGT), som viser at integrering med en tørrekreds og benyttelse af meget vådt brændsel giver anledning til en høj teoretisk elvirkningsgrad. Disse studier er gennemført på Institut for Mekanik, Energi og Konstruktion, DTU, og baserer sig på simuleringer af systemer med simple komponenter. Med disse resultater i baghovedet synes det interessant at kigge på en integrering af slamafbrænding og den indirekte fyrede gasturbine. Slam er her interessant som brændstof, da det har et meget højt vandindhold, og samtidigt er det et affaldsprodukt, som skal bortskaffes, hvilket må forventes at give en meget lille eller negativ brændselspris. Derudover betragtes det som et biobrændsel og derfor som CO2- neutralt. Som indledning til projektet blev et litteraturstudie gennemført og en række relevante personer interviewet med henblik på at finde ud af, hvilke krav der stilles til et anlæg, der tørrer og afbrænder slam, og hvorvidt der allerede eksisterer teknologier, der kan håndtere slam. Dette blev gjort, da viden omkring behandling af slam på daværende tidspunkt var begrænset på MEK, og projektets udgangspunkt således ikke var fastlagt fra starten. Skulle en tørreenhed designes fra bunden? Var der kommercielt tilgængelige komponenter til formålet? Konklusionen på litteraturstudiet og interview er, at der allerede eksisterer teknologier der kan håndtere tørring og afbrænding af slam. Formålet med dette projekt blev som konsekvens deraf at undersøge potentialet for og muligheden i at integrere eksisterende tørringsteknologier til slam og en indirekte fyret gasturbine. Studierne stiler mod at undersøge det energimæssige og økonomiske potentiale i kombinationen. Potentialet og mulighederne for teknologien er blevet belyst gennem systemanalyser, en økonomisk analyse og markeds- og miljømæssige vurderinger. Systemanalyserne blev gennemført ved opbygning og anvendelse af to matematiske modeller, som overordnet kan beskrives som integrering af fluid bed damptørring og IFGT samt integrering af båndlufttørring og IFGT. For at perspektivere systemanalysernes resultater er Rensningsanlæg Lynetten blevet benyttet som case, og indflydelsen af implementering af et fluid bed damptørrings system med IFGT er undersøgt. Analysen viser, at det er energi- og håndteringsmæssigt muligt at integrere tørring og afbrænding af slam med IFGT. Det er økonomisk rentabelt at implementere teknologien på spildevandsrensningsanlæg på 100.000 PE eller derover. For det største undersøgte anlæg (750.000 PE) vil tilbagebetalingstiden ligge på 6,4 år og behandlingsprisen af slam på 1300 kr./ton TS. Ved implementering af fluid bed-damptørrersystemet på Lynetten bliver totalvirkningsgraden væsentligt forøget fra 8% til 38%, og der opnås en elproduktion på 63.000 MWh/år mod ingen elproduktion på nuværende tidspunkt. Miljømæssigt opnås en CO2-reduktion, da slamafbrænding nu giver anledning til en elproduktion, som således ikke er nødvendig at foretage andetsteds. Sammenlignes med andre teknologier på området er anlægget konkurrencedygtigt på behandlingsprisen, virkningsgrader og miljø.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Fulltext
Original PDF rapport.pdf (1.01 MB)
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252065    Original MXD