250 MW:n hiilivoimalaitos, jossa on jälkipolton talteenotto, voi lähettää 1,2–1,6 miljoonaa tonnia savukaasua absorboijansa läpi vuodessa. Absorber itsessään ei yleensä ole rajoittava kohde. Vaikeimmat ongelmat ovat lämpö: savukaasujen jäähdyttäminen 140°C:sta noin 45°C:een, matalapaineisen höyryn syöttäminen 100-150 tonnia tunnissa keittimeen ja lämmönvaihtopintojen pitäminen puhtaina ja korroosionkestävinä 20 vuoden ajan.
Tästä syystä hiilidioksidin talteenottoyksiköt tulisi määritellä integroiduiksi lämmön talteenottojärjestelmiksi, ei itsenäiseksi kolonniksi ja liuotinpakkaukseksi. Savukaasujen jäähdytystä, lauhteen lämmitystä ja keittimen höyryntuotantoa käsittelevät laitteet määräävät, saavuttaako talteenottolaitos energiarangaistustavoitteensa vai kuluttaako se hiljaa enemmän höyryä kuin suunnittelutapauksessa luvattiin. Tässä artikkelissa kerrotaan, missä nämä lämpövastuut sijaitsevat, mitkä komponentit ne kantavat ja mitä tulee tarkistaa ennen ostotilauksen antamista.
Miksi hiilidioksidin talteenottoyksiköt ovat lämpöjärjestelmiä ensin
Useimmat toimivat hiilen talteenottoyksiköt käyttävät vesipitoisia amiiniliuottimia. Regenerointivaihe on suurin jatkuva lämpökuorma. Liuottimen koostumuksesta, CO2-kuormituksesta ja poistopaineesta riippuen keitin kuluttaa noin 2,8–3,6 GJ talteen otettua hiilidioksiditonnia kohden. Yhden miljoonan tonnin vuotuisessa talteenottolaitoksessa tämä tarkoittaa 100–150 tonnia kyllästettyä höyryä tunnissa, yleensä 0,3–0,5 MPa. Jos höyry tulee olemassa olevasta turbiinikierrosta, se vähentää nettotehoa; jos se tulee apukattilasta, se lisää polttoainekustannuksia ja päästöjä.
Kolme lämpötehtävää hallitsee kasvin tasapainoa:
- Savukaasujen jäähdytys ja vedenpoisto ennen absorboijaa, tyypillisesti 120-160°C:sta 40-50°C:een.
- Uudelleenkeittimen höyryn syöttö vakaassa paineessa ja lämpötilassa, pienellä siirtymäriskillä.
- Laiha/rikas liuotinainelämmönvaihto ja CO2-tuotteen jäähdytys, jotka vaikuttavat liuottimen hajoamiseen ja puristusenergiaan.
Jokaisella tehtävällä on erilainen laitevastaus. Yhteinen lanka on, että laajennettu pintalämmönvaihtimet ja hukkalämmön talteenottokattilat voivat ottaa talteen energiaa, joka muuten joutuisi jäähdytysveteen tai piippuun. Tämä talteenotto kompensoi suoraan talteenottolaitoksen höyryntarpeen.
Savukaasujen jäähdytys ja lämmön talteenotto
Kattilan savukaasujen ekonomaiseri Tulokaasun lämpötila | 120-200°C | | Poistoaukon savukaasun lämpötila | 100-150°C | | Syöttöveden lämpötila | 80-120°C | | Lähtöveden lämpötila | 150-20... Näytä tuote → Talteenottoyksikön sisääntulossa savukaasu on liian kuumaa ja liian märkää useimmille amiiniabsorboijille. Suorasammutus vedellä on yksinkertaista, mutta se kuluttaa käsiteltyä vettä ja lähettää talteen otettua lämpöä ilmakehään. Epäsuora lämmönvaihdin ottaa talteen aistillista lämpöä samalla kun se jäähdyttää kaasua absorptioikkunaan. Talteenotetulla lämmöllä voidaan esilämmittää kattilan syöttövettä, kaukolämmön paluuvettä tai polttoilmaa.
Hiili- ja biomassakäyttöisten yksiköiden savukaasujen jäähdytysosa näyttää usein matalan lämpötilan ekonomaiserilta. Suunnitteluhaaste ei ole lämmönsiirtokerroin; se on happokastepiste. Kun putken seinämä putoaa rikkihapon kastepisteen alapuolelle, muodostuu kondensaatiota ja alkaa korroosiota. Käytännön ratkaisuna on pitää metallin lämpötila kastepisteen yläpuolella normaalikäytön aikana tai määrittää korroosionkestävät materiaalit, kuten ND-teräs, Corten tai ruostumaton teräs, joissa työ ei voi välttää kondensaatiota.
Takapään savukaasuekonomaiseri on yleinen valinta, koska se voidaan integroida olemassa olevan ilman esilämmittimen jälkeen käyttämällä talteen otettua lämpöä syöttöveden lämpötilan nostamiseen tai matalapaineisen höyryn tuottamiseen. Sama yksikkö voi vähentää suorakontaktijäähdyttimen jäähdytyskuormaa, mikä vähentää veden kulutusta ja kemikaalien annostelua. Sieppauksen jälkiasennuksessa tämä on usein halvin tapa periä takaisin osa energiarangaistuksesta.
Höyrynsyöttö regenerointia varten: HRSG ja hukkalämpökattilan roolit
Teollisuuden jätelämmön kattila Savukaasun tilavuus |320 000 Nm³/h| | Savukaasujen sisäänmenon lämpötila |450°C| | Poistokaasun lämpötila |100°C| | Höyryn haihtumisnopeus |3,8-54,5 t/h| | Höyryn paine |0.... Näytä tuote → Hiilen talteenottoyksiköt tarvitsevat höyryä, ja ne tarvitsevat sitä luotettavasti keittimessä. Yhdistetyissä voimalaitoksissa lämmöntalteenottohöyrygeneraattori (HRSG) voi toimittaa poistohöyryä välipainevaiheesta. Teollisuuskohteissa hukkalämpökattila voi ottaa talteen lämpöä uunin pakokaasuista, prosessoida poistokaasua tai kaasuturbiinin pakokaasua tarvittavan höyryn tuottamiseksi. Keskeinen valintakysymys on, pystyykö höyrylähde seuraamaan talteenottolaitoksen kuormitusprofiilia häiritsemättä isäntäprosessia.
Talteenottopalveluun suunnitellun hukkalämpökattilan tulee käsitellä kahta toimintatilaa: normaali talteenottotoiminto ja talteenoton ohitus. Ohituksen aikana kattila voi nähdä korkeampia savukaasujen lämpötiloja tai erilaisia virtausnopeuksia. Ohjausjärjestelmän, rummun mitoituksen ja tulistimen tai höyrystimen pintojen tulee sietää molempia. Jos keitin vaatii kyllästettyä höyryä, kattilassa on oltava riittävä höyrytila ja erottimen tehokkuus, jotta vältetään siirtyminen, joka voi likaantua liuottimeen ja vaurioittaa erotinta.
Jos isäntäkasvilla on jo HRSG, talteenottoyksikkö voi pystyä käyttämään matalapainerumpua tai uuttoa. Se on usein halvempaa kuin uusi kattila, mutta se ei ole ilmaista: höyry on jo kulkenut turbiinivaiheen läpi, joten sen käyttäminen regenerointiin vähentää sähköntuotantoa. Erillinen hukkalämpökattila voi toisinaan ottaa talteen lämpöä virrasta, joka muuten poistettaisiin, jolloin jätevirta muuttuu keitintehtäväksi.
Komponenttivalinta: Ripaputket, materiaalit ja puhdistus
H-tyypin ripaputki Putken ulkohalkaisija 25-65mm Putken seinämän paksuus ≥3mm Rivien mitat 70mm × 70mm, 75mm × 75mm, 95mm × 89mm jne. Rivan paksuus 0,3-0,4mm Ripaväli 3-10mm Materiaali: Hiiliteräs, ruostu... Näytä tuote → Talteenottoyksikön savukaasujäähdyttimen, ekonomaisterin ja keittimen syöttöveden esilämmittimen sisällä putken pinta tekee työn. Laajennetut pinnat lisäävät kaasupuolen pinta-alaa ilman, että painevaippa kasvaa. Valinta H-tyypin ripaputkien, kierreripaputkien ja sileiden putkien välillä vaikuttaa lämmönsiirtoon, likaantumiseen ja puhdistusstrategiaan.
| Parametri | H-tyyppinen ripaputki | Spiraaliripainen putki | Sileä putki |
|---|---|---|---|
| Lämmönsiirtoalue pituusyksikköä kohti | Kohtalainen tai korkea | Korkea | Matala |
| Likaantumiskestävyys tuhkapitoisessa kaasussa | Hyvä; avoimet kanavat vastustavat siltoja | kohtalainen; evien välit voivat tukkeutua | Hyvä, mutta suuri jalanjälki |
| Puhdistusmenetelmä | Noenpuhaltimet, vesipesu | Noenpuhaltimet, huolellinen vesipesu | Noenpuhaltimet, mekaaninen puhdistus |
| Tyypillinen istuvuus sieppausyksikössä | Savukaasujäähdytin, ekonomaiseri | Puhdas kaasu tai vähän likaantuminen | Korkea-temperature or abrasive duty |
Materiaalivalinta noudattaa samaa logiikkaa. Hiiliteräs on hyväksyttävä happokastepisteen yläpuolella. Alhaisemmissa metallilämpötiloissa harkitse korroosionkestäviä laatuja tai suojaavaa pinnoitetta. Putkien välinen liitos on kriittinen hitsi: sen on oltava tiivis lämpökierron aikana, koska pienikin vuoto voi saastuttaa liuotinsilmukan tai luoda kylmän pisteen, joka kiihdyttää korroosiota.
Likaantumis- ja puhdistuspääsy on päätettävä layout-vaiheessa. Lämpö- ja massatasapainossa tehokkaalta näyttävä talteenottoyksikkö voi menettää 10–15 % lämmönsiirtokyvystään muutamassa kuukaudessa, jos noenpuhalluskaistat ovat tukossa tai putken nousu on liian tiukka odotettuun tuhkakuormitukseen nähden. H-tyyppiset ripaputket valitaan usein kivihiilestä peräisin oleville savukaasuille, koska niiden suorat kanavat ovat helpompia puhdistaa kuin tiheät kierrerivat.
Hankinta- ja suunnitteluriskien tarkastukset
Hiilen talteenottoyksikön lämmönvaihtimet ja hukkalämpökattilat ovat paineosia. Ne on suunniteltava, hitsattava, tarkastettava ja dokumentoitava tunnustetun koodin mukaisesti. Useimmissa kansainvälisissä hankkeissa sovelletaan ASME:n kattila- ja paineastiakoodin jaksoa I tai jaksoa VIII komponentista ja lainkäyttöalueesta riippuen. ISO 9001 ja ISO 3834-2 tarjoavat laadunhallinnan ja hitsauksen valmistuksen puitteet. Käytännön paineosien yhteensopivuuden tarkistuslista on tästä ASME paineosien vaatimustenmukaisuusopas insinööreille .
Ennen kuin teet sopimuksen, esitä kolme kysymystä:
- Voiko toimittaja suorittaa lämpöluokituksen ja mekaanisen suunnittelun yhdessä, vai välittääkö se tuoteselosteen valmistajalle? Talteenottoyksiköissä on usein tiukka tonttitila ja vaihtelevat savukaasuolosuhteet. Toimittaja, joka voi suorittaa lämmönsyötön tarkistuksia ja muuntaa projektipiirustukset valmistuspiirroksiksi, vähentää käyttöliittymäriskiä.
- Mikä on hitsaus- ja tarkastussuunnitelma? Automatisoidut hitsauslinjat sekä reaaliaikainen radiografinen tai röntgenkuvaus eivät ole markkinointiyksityiskohtia; ne määrittävät, läpäisevätkö putken ja pään väliset hitsit heliumvuototestin ja selviävätkö lämpökierto.
- Mikä on toimitus- ja kapasiteettitodistus? Suuret EPC-projektit tarvitsevat tonnimääräistä näkyvyyttä. Valmistaja, jonka vuosituotanto on yli 20 000 tonnia ja jolla on kokemusta voima-, petrokemian- ja raskaasta teollisuudesta, kestää yleensä aikataulumuutokset paremmin kuin pieni konepaja.
Se auttaa myös tarkastelemaan valmistajan insinööritaustaa ja vientikokemusta ennen teknistä tarjousselvitystä. Useilla lainkäyttöalueilla toteutettavissa projekteissa dokumentaatiopaketit, materiaalin jäljitettävyys ja kolmannen osapuolen tarkastusten koordinointi ovat yhtä tärkeitä kuin lämpösuunnittelu. Toimittajalla, joka on toimittanut yli 50 maahan, on todennäköisemmin jo käytössä menettelyt kyseisten vaatimusten täyttämiseksi. Voit tarkistaa valmistajan suunnittelu- ja valmistustausta osana esivalintaprosessia.
Hiilidioksidin talteenottoyksiköt onnistuvat tai epäonnistuvat lämmön integroinnissa. Absorber ja liuotin saavat suurimman huomion, mutta savukaasujäähdytin, ekonomaiseri, hukkalämpökattila ja ripaputkipinnat päättävät, kuinka paljon höyryä keitin todella tarvitsee ja kuinka paljon laitoksen energiaseuraamuksesta voidaan ottaa talteen. Aloita lämpömäärittely ajoissa, pidä happokastepiste ja likaantumismarginaalit näkyvissä layoutissa ja valitse paineosien toimittajat, jotka pystyvät osoittamaan koodin noudattamisen, hitsauksen laadun ja kapasiteetin suuria EPC-toimituksia varten. Hyvin tehtynä lämmöntalteenottolaitteisto ei ole lisäosa talteenottoyksikköön; se on osa, joka tekee talteenottoyksiköstä taloudellisesti kestävän.
