Uhoľný blok s výkonom 250 MW s prídavným spaľovaním dokáže cez svoj absorbér poslať ročne 1,2 až 1,6 milióna ton spalín. Samotný absorbér väčšinou nie je limitujúcim artiklom. Ťažšie problémy sú tepelné: ochladzovanie spalín zo 140 °C na približne 45 °C, dodávanie 100 až 150 ton nízkotlakovej pary za hodinu do varáku a udržiavanie teplovýmenných plôch čistých a odolných voči korózii počas 20-ročnej kampane.
Preto by sa jednotky na zachytávanie uhlíka mali špecifikovať ako integrované systémy na rekuperáciu tepla, nie ako samostatná kolóna plus balík rozpúšťadiel. Zariadenia, ktoré zvládajú chladenie spalín, ohrev kondenzátu a výrobu pary vo varáku, určujú, či zachytávacie zariadenie splní svoj cieľ energetickej penalizácie alebo potichu spotrebuje viac pary, ako sľuboval projektový prípad. Tento článok vysvetľuje, kde sú tieto tepelné povinnosti, ktoré komponenty ich nesú a čo je potrebné skontrolovať pred vystavením objednávky.
Prečo sú jednotky na zachytávanie uhlíka najskôr tepelné systémy
Väčšina prevádzkovaných jednotiek na zachytávanie uhlíka používa vodné amínové rozpúšťadlá. Regeneračný krok je najväčšia nepretržitá tepelná záťaž. V závislosti od zloženia rozpúšťadla, množstva CO2 a tlaku stripovacieho zariadenia spotrebuje reboiler približne 2,8 až 3,6 GJ na tonu zachyteného CO2. V prípade zariadenia na zachytávanie 1 milióna ton za rok to znamená 100 až 150 ton nasýtenej pary za hodinu, zvyčajne 0,3 až 0,5 MPa. Ak para pochádza z existujúceho turbínového cyklu, znižuje čistý výkon; ak pochádza z pomocného kotla, zvyšuje náklady na palivo a emisie.
V rovnováhe závodu dominujú tri tepelné úlohy:
- Chladenie spalín a odstraňovanie vody pred absorbérom, typicky od 120 – 160 °C do 40 – 50 °C.
- Dodávka pary do varáku pri stabilnom tlaku a teplote s nízkym rizikom prenosu.
- Výmena tepla chudobným/bohatým rozpúšťadlom a chladenie produktu CO2, ktoré ovplyvňujú degradáciu rozpúšťadla a energiu kompresie.
Každá povinnosť má iné vybavenie. Spoločným bodom je, že výmenníky tepla s rozšíreným povrchom a kotly na rekuperáciu odpadového tepla môžu rekuperovať energiu, ktorá by bola inak odvedená do chladiacej vody alebo komína. Toto zotavenie priamo kompenzuje potrebu pary v zachytávacom zariadení.
Chladenie spalín a rekuperácia tepla
Ekonomizér pre koncové spaliny kotla Vstupná teplota spalín | 120-200 °C | | Výstupná teplota spalín | 100-150 °C | | Vstupná teplota napájacej vody | 80-120 °C | | Teplota napájacej vody na výstupe | 150-20... Zobraziť produkt → Na vstupe do zachytávacej jednotky sú spaliny príliš horúce a príliš vlhké pre väčšinu amínových absorbérov. Priame ochladzovanie vodou je jednoduché, ale spotrebuje upravenú vodu a získané teplo posiela do atmosféry. Nepriamy výmenník tepla rekuperuje citeľné teplo pri ochladzovaní plynu do okna absorbéra. Získané teplo môže predhrievať napájaciu vodu kotla, vratnú vodu diaľkového vykurovania alebo spaľovací vzduch.
Pri jednotkách spaľujúcich uhlie a biomasu časť chladenia spalín často vyzerá ako nízkoteplotný ekonomizér. Výzvou pri návrhu nie je koeficient prestupu tepla; je to kyslý rosný bod. Keď stena rúrky klesne pod rosný bod kyseliny sírovej, vytvorí sa kondenzácia a začne korózia. Praktickým riešením je udržiavať teplotu kovu nad rosným bodom počas normálnej prevádzky alebo špecifikovať materiály odolné voči korózii, ako je ND oceľ, Corten alebo nehrdzavejúca oceľ, kde sa nedá vyhnúť kondenzácii.
Ekonomizér spalín na konci výfukových plynov je bežnou voľbou, pretože môže byť integrovaný za existujúcim predhrievačom vzduchu, pričom využíva zachytené teplo na zvýšenie teploty napájacej vody alebo na výrobu nízkotlakovej pary. Rovnaká jednotka môže znížiť chladiacu záťaž na chladiči s priamym kontaktom, čo znižuje spotrebu vody a dávkovanie chemikálií. Pri spätnom zachytení je to často najlacnejší spôsob, ako získať späť časť energetického trestu.
Dodávka pary na regeneráciu: Úlohy HRSG a kotla na odpadové teplo
Kotol na priemyselné odpadové teplo Objem spalín |320 000 Nm³/h| | Vstupná teplota spalín |450°C| | Výstupná teplota spalín |100°C| | Rýchlosť odparovania pary |3,8-54,5 t/h| | Tlak pary |0.... Zobraziť produkt → Jednotky na zachytávanie uhlíka potrebujú paru a potrebujú ju spoľahlivo vo varáku. V elektrárňach s kombinovaným cyklom môže parný generátor s rekuperáciou tepla (HRSG) dodávať extrakčnú paru zo stredotlakového stupňa. V priemyselných lokalitách môže kotol na odpadové teplo rekuperovať teplo z výfuku pece, odpadového plynu z procesu alebo výfuku plynovej turbíny na výrobu požadovanej pary. Kľúčovou otázkou pri výbere je, či zdroj pary môže sledovať profil zaťaženia zachytávacieho zariadenia bez narušenia hostiteľského procesu.
Kotol na odpadové teplo určený pre službu zachytávania musí zvládnuť dva prevádzkové režimy: normálnu prevádzku zachytávania a bypass zachytávania. Počas bypassu môže kotol zaznamenať vyššie teploty spalín alebo rozdielne prietoky. Ovládací systém, veľkosť bubna a povrchy prehrievača alebo výparníka musia tolerovať oboje. Ak reboiler vyžaduje nasýtenú paru, kotol by mal byť špecifikovaný s primeraným parným priestorom a účinnosťou separátora, aby sa zabránilo prenosu, ktorý môže zaniesť rozpúšťadlo a poškodiť striptér.
Ak hostiteľská rastlina už má HRSG, zachytávacia jednotka môže byť schopná využívať nízkotlakovú paru z nízkotlakového bubna alebo extrakciu. To je často lacnejšie ako nový kotol, ale nie je to zadarmo: para už prešla stupňom turbíny, takže jej použitie na regeneráciu znižuje výkon. Vyhradený kotol na odpadové teplo môže niekedy rekuperovať teplo z prúdu, ktorý by sa inak odvzdušnil, čím sa odpadový prúd premení na prevádzku vo varáku.
Výber komponentov: Rebrované rúry, materiály a čistenie
Rebrovaná rúrka typu H OD rúrky 25-65mm Hrúbka steny rúrky ≥3mm Rozmery rebier 70mm×70mm, 75mm×75mm, 95mm×89mm atď Hrúbka rebier 0,3-0,4mm Rozteč rebier 3-10mm Materiál: Uhlíková oceľ, nehrdzavejúce... Zobraziť produkt → Vo vnútri chladiča spalín, ekonomizéra a predhrievača napájacej vody v zachytávacej jednotke vykonáva prácu povrch trubice. Rozšírené povrchy zväčšujú plochu na strane plynu bez zvýšenia tlakovej obálky. Voľba medzi rebrovanými rúrami typu H, špirálovými rebrovanými rúrkami a hladkými rúrkami ovplyvňuje prenos tepla, znečistenie a stratégiu čistenia.
| Parameter | Rebrovaná rúrka typu H | Špirálovo rebrovaná trubica | Hladká trubica |
|---|---|---|---|
| Plocha prenosu tepla na jednotku dĺžky | Stredná až vysoká | Vysoká | Nízka |
| Odolnosť voči znečisteniu v plyne s obsahom popola | Dobrý; otvorené kanály odolávajú premosteniu | Mierne; medzery medzi plutvami sa môžu upchať | Dobrá, ale veľká stopa |
| Spôsob čistenia | Vyfukovače sadzí, umývanie vodou | Vyfukovače sadzí, starostlivé umývanie vodou | Vyfukovače sadzí, mechanické čistenie |
| Typické uloženie v zachytávacej jednotke | Chladič spalín, ekonomizér | Čistý plyn alebo prevádzka s nízkym znečistením | Vysoká-temperature or abrasive duty |
Výber materiálu sa riadi rovnakou logikou. Uhlíková oceľ je prijateľná nad kyslým rosným bodom. Pre nižšie teploty kovu zvážte druhy odolné voči korózii alebo ochranný náter. Spojenie rúrky so záhlavím je kritickým zvarom: musí byť tesné pri tepelnom cyklovaní, pretože aj malá netesnosť môže kontaminovať slučku rozpúšťadla alebo vytvoriť chladné miesto, ktoré urýchľuje koróziu.
O prístupe k znečisteniu a čisteniu by sa malo rozhodnúť vo fáze rozloženia. Záchytná jednotka, ktorá vyzerá efektívne z hľadiska tepelnej a hmotnostnej bilancie, môže stratiť 10 – 15 % výkonu prenosu tepla v priebehu niekoľkých mesiacov, ak sú dráhy na vyfukovanie sadzí zablokované alebo ak je rozstup rúrok príliš úzky pre očakávané nakladanie popola. Rebrované rúrky typu H sa často vyberajú pre spaliny pochádzajúce z uhlia, pretože ich priame kanály sa čistia ľahšie ako husté špirálové rebrá.
Obstarávanie a kontrola technických rizík
Výmenníky tepla a kotly na odpadové teplo v jednotke na zachytávanie uhlíka sú tlakové diely. Musia byť navrhnuté, zvárané, kontrolované a zdokumentované podľa uznávaného kódu. Vo väčšine medzinárodných projektov sa v závislosti od komponentu a jurisdikcie uplatňuje ASME Kódex pre kotly a tlakové nádoby, sekcia I alebo sekcia VIII. ISO 9001 a ISO 3834-2 poskytujú rámec riadenia kvality a zváracej výroby. Praktický kontrolný zoznam zhody tlakovej časti nájdete tu ASME príručka zhody tlakových častí pre inžinierov .
Pred zadaním zákazky si položte tri otázky:
- Môže dodávateľ vykonať tepelné hodnotenie a mechanický návrh spoločne, alebo odovzdávajú údajový list výrobcovi? Záchytné jednotky majú často úzky priestor na pozemku a premenlivé podmienky spalín. Dodávateľ, ktorý môže vykonávať kontroly vstupu tepla a konvertovať projektové výkresy na výrobné výkresy, znižuje riziko rozhrania.
- Aký je plán zvárania a kontroly? Automatizované zváracie linky plus rádiografické alebo röntgenové zobrazovanie v reálnom čase nie sú marketingovými detailmi; určujú, či zvary medzi rúrkami a hlavičkou prejdú testom netesnosti héliom a či prežijú tepelné cykly.
- Aký je dôkaz o doručení a kapacite? Veľké projekty EPC potrebujú prehľad o tonáži. Výrobca s ročnou produkciou nad 20 000 ton a skúsenosťami v energetike, petrochemickom a ťažkom priemysle zvyčajne dokáže lepšie absorbovať zmeny harmonogramu ako malá dielňa.
Pomáha tiež preskúmať technické zázemie výrobcu a skúsenosti s vývozom pred objasnením technickej ponuky. Pri projektoch vo viacerých jurisdikciách sú dokumentačné balíky, sledovateľnosť materiálu a koordinácia inšpekcií treťou stranou rovnako dôležitá ako tepelný dizajn. U dodávateľa, ktorý dodal do viac ako 50 krajín, je pravdepodobnejšie, že postupy pre tieto požiadavky už zavedené. Môžete skontrolovať inžinierske a výrobné zázemie výrobcu ako súčasť predkvalifikačného procesu.
Jednotky na zachytávanie uhlíka uspejú alebo zlyhajú pri integrácii tepla. Absorbér a rozpúšťadlo priťahujú väčšinu pozornosti, ale chladič spalín, ekonomizér, kotol na odpadové teplo a povrchy rebrovaných rúrok rozhodujú o tom, koľko pary skutočne potrebuje reboiler a koľko energie z elektrárne možno získať späť. Začnite s tepelnou špecifikáciou včas, udržujte v rozložení viditeľný kyslý rosný bod a okraje znečistenia a vyberte si dodávateľov tlakových dielov, ktorí dokážu preukázať súlad s kódom, kvalitu zvárania a kapacitu pre veľké dodávky EPC. Dobre urobené, zariadenie na rekuperáciu tepla nie je doplnkom k zachytávacej jednotke; je to časť, ktorá robí zachytávaciu jednotku ekonomicky udržateľnou.
