Postrojenje na ugljen od 250 MW s naknadnim izgaranjem može svake godine poslati 1,2 do 1,6 milijuna tona dimnih plinova kroz svoj apsorber. Sam apsorber obično nije ograničavajuća stavka. Teži problemi su toplinski: hlađenje dimnog plina sa 140°C na otprilike 45°C, opskrba 100 do 150 tona niskotlačne pare po satu u reboiler i održavanje površina za izmjenu topline čistima i otpornima na koroziju tijekom 20-godišnje kampanje.
Zato bi se jedinice za hvatanje ugljika trebale specificirati kao integrirani sustavi za povrat topline, a ne kao samostalna kolona plus paket otapala. Oprema koja upravlja hlađenjem dimnih plinova, grijanjem kondenzata i stvaranjem pare iz rebojlera određuje hoće li postrojenje za hvatanje ispuniti svoj cilj uštede energije ili tiho troši više pare nego što je obećano projektom. Ovaj članak objašnjava gdje se nalaze te toplinske obveze, koje komponente ih nose i što treba provjeriti prije izdavanja narudžbenice.
Zašto su jedinice za hvatanje ugljika prvi toplinski sustavi
Većina operativnih jedinica za hvatanje ugljika koristi vodena aminska otapala. Korak regeneracije je najveće kontinuirano toplinsko opterećenje. Ovisno o formulaciji otapala, opterećenju CO2 i tlaku u stripperu, reboiler troši otprilike 2,8 do 3,6 GJ po toni uhvaćenog CO2. Za postrojenje za sakupljanje od 1 milijun tona godišnje, to znači 100 do 150 tona zasićene pare po satu, obično od 0,3 do 0,5 MPa. Ako para dolazi iz postojećeg ciklusa turbine, ona smanjuje neto izlaznu snagu; ako dolazi iz pomoćnog kotla, povećava troškove goriva i emisije.
Tri toplinska opterećenja dominiraju ravnotežom postrojenja:
- Hlađenje dimnih plinova i uklanjanje vode prije apsorbera, obično od 120–160°C do 40–50°C.
- Opskrba parom za reboiler pri stabilnom tlaku i temperaturi, s niskim rizikom prijenosa.
- Razmjena topline siromašnog/bogatog otapala i hlađenje proizvoda CO2, koji utječu na razgradnju otapala i energiju kompresije.
Svaka dužnost ima drugačiji odgovor na opremu. Zajednička nit je da izmjenjivači topline s proširenom površinom i kotlovi za povrat otpadne topline mogu povratiti energiju koja bi se inače odbacila u vodu za hlađenje ili dimnjak. Taj oporavak izravno nadoknađuje potražnju za parom postrojenja za kaptažu.
Hlađenje dimnih plinova i povrat topline
Ekonomajzer za zadnji dimni plin kotla Temperatura ulaznog dimnog plina | 120-200°C | | Temperatura dimnih plinova na izlazu | 100-150°C | | Temperatura ulazne napojne vode | 80-120°C | | Temperatura napojne vode na izlazu | 150-20... Pogledajte proizvod → Na ulazu u jedinicu za sakupljanje, dimni plin je prevruć i prevlažan za većinu apsorbera amina. Izravno gašenje vodom je jednostavno, ali troši pročišćenu vodu i šalje obnovljenu toplinu u atmosferu. Neizravni izmjenjivač topline vraća osjetnu toplinu dok hladi plin do prozora apsorbera. Dobivena toplina može predgrijati napojnu vodu kotla, povratnu vodu iz daljinskog grijanja ili zrak za izgaranje.
Za jedinice na ugljen i biomasu, dio za hlađenje dimnih plinova često izgleda kao niskotemperaturni ekonomizator. Izazov dizajna nije koeficijent prijenosa topline; to je točka kiselog rosišta. Kada stijenka cijevi padne ispod točke rosišta sumporne kiseline, stvara se kondenzacija i počinje korozija. Praktično rješenje je održavati temperaturu metala iznad točke rosišta tijekom normalnog rada ili specificirati materijale otporne na koroziju kao što su ND čelik, Corten ili nehrđajući čelik gdje rad ne može izbjeći kondenzaciju.
Ekonomajzer dimnih plinova na stražnjoj strani čest je izbor jer se može integrirati nizvodno od postojećeg predgrijača zraka, koristeći zahvaćenu toplinu za podizanje temperature napojne vode ili za stvaranje pare niskog tlaka. Ista jedinica može smanjiti rashladno opterećenje hladnjaka s izravnim kontaktom, što smanjuje potrošnju vode i doziranje kemikalija. U retrofitu kapture, ovo je često najjeftiniji način da se povrati dio energetske kazne.
Opskrba parom za regeneraciju: HRSG i uloge kotla za otpadnu toplinu
Industrijski otpadni kotao Volumen dimnih plinova |320 000 Nm³/h| | Ulazna temperatura dimnih plinova |450°C| | Izlazna temperatura dimnih plinova |100°C| | Brzina isparavanja pare |3,8-54,5 t/h| | Tlak pare |0.... Pogledajte proizvod → Jedinice za hvatanje ugljika trebaju paru i trebaju je pouzdano u reboileru. U elektranama s kombiniranim ciklusom, generator pare s povratom topline (HRSG) može opskrbljivati ekstrakcijskom parom iz međutlačnog stupnja. U industrijskim pogonima, kotao za otpadnu toplinu može povratiti toplinu iz ispušnih plinova iz peći, otpadnih plinova iz procesa ili ispušnih plinova iz plinske turbine za proizvodnju potrebne pare. Ključno pitanje odabira je može li izvor pare pratiti profil opterećenja postrojenja za kaptiranje bez ometanja glavnog procesa.
Kotao za otpadnu toplinu dizajniran za uslugu prikupljanja mora upravljati s dva načina rada: normalnim radom prikupljanja i zaobilaženjem prikupljanja. Tijekom premosnice, kotao može vidjeti više temperature dimnih plinova ili različite brzine protoka. Kontrolni sustav, veličina bubnja i površine pregrijača ili isparivača moraju tolerirati oboje. Ako reboiler zahtijeva zasićenu paru, kotao treba specificirati s odgovarajućim prostorom za paru i učinkovitošću separatora kako bi se izbjeglo prijenos, koji može zaprljati otapalo i oštetiti striper.
Gdje postrojenje domaćin već ima HRSG, jedinica za hvatanje može koristiti niskotlačnu paru iz niskotlačnog bubnja ili ekstrakciju. To je često jeftinije od novog kotla, ali nije besplatno: para je već prošla kroz stupanj turbine, pa njezino korištenje za regeneraciju smanjuje proizvodnju električne energije. Namjenski kotao za otpadnu toplinu ponekad može povratiti toplinu iz struje koja bi inače bila ispuštena, pretvarajući tok otpadne energije u kotao.
Odabir komponenti: rebraste cijevi, materijali i čišćenje
Rebrasta cijev tipa H OD cijevi 25-65 mm Debljina stijenke cijevi ≥3 mm Dimenzije rebra 70 mm × 70 mm, 75 mm × 75 mm, 95 mm × 89 mm, itd. Debljina rebra 0,3-0,4 mm Korak rebra 3-10 mm Materijal: Ugljični čelik, nehrđajući... Pogledajte proizvod → Unutar hladnjaka dimnih plinova, ekonomajzera i predgrijača napojne vode rebojlera, površina cijevi obavlja posao. Proširene površine povećavaju područje plinske strane bez povećanja omotača tlaka. Izbor između rebrastih cijevi tipa H, spiralno rebrastih cijevi i glatkih cijevi utječe na prijenos topline, onečišćenje i strategiju čišćenja.
| Parametar | Rebrasta cijev tipa H | Spiralno rebrasta cijev | Glatka cijev |
|---|---|---|---|
| Površina prijenosa topline po jedinici duljine | Umjereno do visoko | visoko | Niska |
| Otpornost na onečišćenje u plinu s pepelom | dobro; otvoreni kanali opiru se premošćivanju | Umjereno; praznine peraja mogu se začepiti | Dobar, ali velik otisak |
| Metoda čišćenja | Puhači čađe, pranje vodom | Puhači čađe, pažljivo pranje vodom | Puhači čađe, mehaničko čišćenje |
| Tipično uklapanje u jedinicu za snimanje | Hladnjak dimnih plinova, ekonomajzer | Čisti plin ili rad s niskim onečišćenjem | visoko-temperature or abrasive duty |
Odabir materijala slijedi istu logiku. Ugljični čelik je prihvatljiv iznad kisele točke rosišta. Za niže temperature metala, razmislite o klasama otpornim na koroziju ili zaštitnim premazom. Spoj cijevi i glave ključan je zavar: mora biti nepropusno pod toplinskim ciklusima, jer čak i malo curenje može kontaminirati petlju otapala ili stvoriti hladnu točku koja ubrzava koroziju.
O obraštaju i pristupu čišćenju treba odlučiti u fazi planiranja. Jedinica za hvatanje koja izgleda učinkovito u ravnoteži topline i mase može izgubiti 10–15% svoje učinkovitosti prijenosa topline unutar nekoliko mjeseci ako su staze za ispuhivanje čađe blokirane ili je nagib cijevi preuzak za očekivano opterećenje pepelom. Rebraste cijevi H-tipa često se biraju za dimne plinove dobivene iz ugljena jer je njihove ravne kanale lakše čistiti nego gusta spiralna rebra.
Provjere rizika nabave i inženjeringa
Izmjenjivači topline i kotlovi za otpadnu toplinu u jedinici za hvatanje ugljika tlačni su dijelovi. Moraju biti dizajnirani, zavareni, pregledani i dokumentirani prema priznatom kodu. U većini međunarodnih projekata primjenjuje se odjeljak I ili odjeljak VIII Kodeksa ASME kotlova i tlačnih posuda, ovisno o komponenti i nadležnosti. ISO 9001 i ISO 3834-2 osiguravaju okvir za upravljanje kvalitetom i proizvodnju zavarivanja. Za praktični popis usklađenosti tlačnog dijela pogledajte ovo ASME vodič za usklađenost tlačnog dijela za inženjere .
Prije dodjele ugovora postavite tri pitanja:
- Može li dobavljač zajedno izvršiti termičku ocjenu i mehanički dizajn ili prosljeđuje podatkovnu tablicu proizvođaču? Jedinice za sakupljanje često imaju tijesan prostor i promjenjive uvjete dimnih plinova. Dobavljač koji može pokrenuti provjere ulazne topline i pretvoriti projektne crteže u proizvodne crteže smanjuje rizik sučelja.
- Kakav je plan zavarivanja i pregleda? Automatizirane linije za zavarivanje plus radiografsko ili rendgensko snimanje u stvarnom vremenu nisu marketinški detalji; određuju prolaze li zavarivanje cijevi i glave testa nepropusnosti helijem i prolaze li toplinski ciklusi.
- Koji su dokazi o isporuci i kapacitetu? Veliki EPC projekti trebaju vidljivost tonaže. Proizvođač s godišnjom proizvodnjom većom od 20.000 tona i iskustvom u energetici, petrokemijskoj i teškoj industriji obično može apsorbirati promjene rasporeda bolje od male radionice.
Također pomaže pregledati inženjersku pozadinu proizvođača i izvozno iskustvo prije pojašnjenja tehničke ponude. Za projekte u više jurisdikcija, paketi dokumentacije, sljedivost materijala i koordinacija inspekcije treće strane važni su jednako kao i toplinski dizajn. Vjerojatnije je da će dobavljač koji je isporučio u više od 50 zemalja već imati procedure za te zahtjeve. Možete pregledati proizvođačevo inženjersko i proizvodno iskustvo kao dio pretkvalifikacijskog procesa.
Jedinice za hvatanje ugljika uspijevaju ili ne uspijevaju pri integraciji topline. Apsorber i otapalo dobivaju najviše pozornosti, ali hladnjak dimnih plinova, ekonomizator, kotao za otpadnu toplinu i površine rebrastih cijevi odlučuju koliko pare stvarno treba rebojleru i koliki dio izgubljene energije postrojenja može biti povraten. Rano počnite s termičkom specifikacijom, neka kiselinska točka rosišta i rubovi onečišćenja budu vidljivi u rasporedu i odaberite dobavljače tlačnih dijelova koji mogu dokazati usklađenost s kodovima, kvalitetu zavarivanja i kapacitet za veliku EPC isporuku. Dobro izvedeno, oprema za povrat topline nije dodatak jedinici za hvatanje; to je dio koji čini jedinicu za hvatanje ekonomski održivom.
