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Vattenfall’s Schwarze Pumpe Oxyfuel Pilot – An update

Marie AnhedenVattenfall Research and Development

3rd IEA GHG Oxyfuel Workshop March 5-6, Yokohama, Japan

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Vattenfall 30 MW Oxyfuel pilot plant

• Vattenfall has taken a decision to build a 30 MWth Oxyfuel PF pilot plant

• New-built plant located next to the Schwarze Pumpe power station in Germany

• Investment decision taken by Vattenfall in May 2005. In operation August 2008.

• Size of pilot plant chosen to facilitate a scale-up to a commercial-size burner as the next step

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Objectives of the tests

Pilot testing will result in validation and tuning of the more or less commercially available technologies included in the Oxyfuel concept to allow launch of a demonstration project of the technology in commercial scale within 5 years.

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Define optimal operating conditions for Oxyfuel conditions in a large-scale facility for the entire process. Experience will serve as data input for scale-up of the Oxyfuel concept.

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Identify critical issues for further R&D

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Gain operating experience in the Oxyfuel field

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Basic data

Boiler:Pulverized fuel

Combustion heat performanceSteam productionSteam parameter

30 MWth40 t/h25 bar / 350 °C

Coal: pulverized lignite (Lausitz)

LHVMoistureCoal demand

21.000 kJ/kg10,5 %5,2 t/h

Media: Oxygen (purity > 95%)Own consumptionCO2 (liquid)

8,5 t/h8,5 MW9 t/h

Other: Required areaErecting timeInvestment

14.500 m²15 month70 Mio. €

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Overall Time schedule

2009 2010 20112005 2006 2007 2008

Pre- and Order planning

Permission planning

Execution planning

Commissioning

Erection

Operation

Today

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Process scheme of the pilot plant

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The plant – status 2008-01-15

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Main Contractors

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ESP Boiler steel structure and equipment

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The Oxyfuel boiler in cross section (3 passes)

014 012x

Ü 2

ECO 5

Ü 1

Main burner

ECO 4

ECO 3

ECO 2

ECO 1

WT OXY

ESP

Kat. 1

Kat. 2

Kat. 3

Burn out-oxidant

Start up burner

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Measurement ports in the furnace and 2nd pass

014 014

Ü 2

ECO 5

Ü 1

Ü 2

ECO 5

Ü 1

Ebene 1

Ebene 2

Ebene 3

Ebene 4

Ebene 5

Ebene 6DN150DN150

DN80DN80

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The furnace in the making

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Measurement ports in the furnace

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O2-tank, ASU

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Flue gas desulpherisation

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Flue gas condenser

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Compression chiller & CO2 tank station

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Pilot plant web camerahttp://www.vattenfall.de/www/vf/vf_de/225583xberx/228227umwel/228407klima/228587co2-f/818970webca/index.jsp?WT.ac=content

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Test Program for the Oxyfuel Pilot Plant

Boiler tests:Tests with lignite (1st test period) and hard coalVariation of moisture content in lignite (10.5 – 20 %)Variation of oxygen excess (1 – 5 %)Variation of recirculation (flow, temperature, O2-content)Variation of oxygen content at different burner registers

Benchmark against air-firing:

Combustion performanceAsh qualitiesFlue gas compositionHeat transferCombustion characteristicsFlame characteristicsCorrosion potentialIdentification of optimal configurations

PresenterPresentation NotesIn diesem Bild sehen Sie die Tests, die für den Dampferzeuger vorgesehen sind. Wichtig dabei ist, dass wir den Dampferzeuger in Zusammenarbeit mit der Industrie fahren werden, d. h., Lieferanten von kraftwerkstypischen Anlagen werden teilhaben an dieser Entwicklung, und diese Firmen werden wir über eine Vereinbarung zur Technologiepartnerschaft an den Versuchsergebnissen beteiligen. An dem Dampferzeuger werden verschiedene Brennstoffe, sowohl Braunkohle als auch Steinkohle eingesetzt. Wir werden die Brennstoffe in der unterschiedlichen Qualität testen. Wir werden Veränderungen in der Brennerfahrweise und in der Rezirkulationsfahrweise durchführen. Wichtig ist natürlich nach der Verbrennung ganz klar das Verbrennungsverhalten, Eigenschaften der Asche, Rauchgaszusammensetzung, die Strahlungswärmeübertragung in der Brennkammer, die Flammencharakteristik und insgesamt auch das Korrosionspotezial der Feuerraumatmosphäre zu testen und zu ermitteln.

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Test Program for the Oxyfuel Pilot Plant (2)

Tests of other components:Interaction between ASU and boiler (load change)Separation rates of ESP, FGD and FGC at differentflue gas compositionsReachable raw gas qualities upstream of CO2-processingScrubbing efficiency of CO2-processingCO2-recovery rate of entire process (target > 90 %)

Benchmark:Requirements on process control / I&Cideal pH-value for FGD/FGC processCorrosion potentialMinimum requirements for raw gas quality upstream ofCO2-processingIdentification of optimal operating conditions

PresenterPresentation NotesDarüber hinaus testen wir natürlich auch andere Komponenten neben dem Dampferzeuger. So ist es für uns ganz wichtig, das Zusammenspiel zwischen der Luftzerlegeanlage und dem Damfperzeuger in Bezug auf die Lastwechselfahrweise zu testen. Wir benötigen Erkenntnisse über die Abscheidegrade von E-Filter, REA bei verschiedenen Rauchgaszusammensetzungen. Wir möchten den CO2-Rückgewinnungsgrad der Gesamtanlage ermitteln. Ziel ist es dabei, mehr als 90 % zu erreichen. Und insgesamt soll uns der Versuchsbetrieb in die Lage versetzen, das Betriebsverhalten eines ganzen KW so zu ermitteln, dass wir mit guten Erfolgsaussichten in die Planung der Demoanlage einsteigen können.

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Pilot CO2 storage project in the Altmark gas field

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Altmark gas field

Altmark:• One of Europe's largest on-shore

natural gas fields

• Gas findings at 3000 m depth

• Natural gas production since 1969

• 78% recovery rate

• The field is now at the end of its economic life

• Methods for life time extension is being investigated

• The R&D-project CSEGR has shown that it seems possible to extend the life time through CO2 injection

• A 3 year pilot trial period will be initiated using CO2 from Vattenfall’s Schwarze Pumpe oxyfuel pilot

PresenterPresentation NotesDer Rhätsandstein im Norddeutschen Becken ist ein Beispiel für einen tiefliegenden, salzwassergefüllten AquiferEr erstreckt sich im W nis in die südliche Nordsee, im Osten bis nach Polen

Weisse Flecken sind Salzstockdurchbrüche

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Altmark – Schwarze Pumpe

• Estmated storage capacity 600 Mton

• Total planned injection: ca. 100.000 ton CO20,02% of the storage capacity

• Truck transport will be used for the transportation of CO2 from the Schwarze Pumpe pilot to Altmark

– 7-8 Trucks in continuous operation • If the pilot trial shows that Altmark is suitable

for large scale operation it will be used for a demo plant:

– CO2 -capture from a demo plant ~ year 2015 1,5-2 Mton per year

– Pipeline transport 330 km– A route could be arranged along the existing

natural gas pipeline

PresenterPresentation NotesDer Rhätsandstein im Norddeutschen Becken ist ein Beispiel für einen tiefliegenden, salzwassergefüllten AquiferEr erstreckt sich im W nis in die südliche Nordsee, im Osten bis nach Polen

Weisse Flecken sind Salzstockdurchbrüche

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Pilot- och Demonstration projects in perspective

10 years of R&D is now resulting in investments in several large-scale projects:

Flue gas from CCGT & crackerStorage Pilot by GdF / Vattenfall

Storage demonstrations by Vattenfall / Cooperation

partners

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Thank you!

Vattenfall’s Schwarze Pumpe Oxyfuel Pilot – An updateVattenfall 30 MW Oxyfuel pilot plantSlide Number 3Basic dataOverall Time scheduleProcess scheme of the pilot plantThe plant – status 2008-01-15Main ContractorsSlide Number 9The Oxyfuel boiler in cross section (3 passes)Measurement ports in the furnace and 2nd passThe furnace in the makingMeasurement ports in the furnaceSlide Number 14Flue gas desulpherisationSlide Number 16Compression chiller & CO2 tank stationPilot plant web cameraTest Program for the Oxyfuel Pilot Plant Test Program for the Oxyfuel Pilot Plant (2)Pilot CO2 storage project in the Altmark gas fieldSlide Number 22Slide Number 23Pilot- och Demonstration projects in perspectiveThank you!