หน่วยดักจับคาร์บอน: การนำความร้อนกลับคืนมา การระบายความร้อนของก๊าซไอเสีย และการเลือกอุปกรณ์

หน่วยที่ใช้เชื้อเพลิงถ่านหินขนาด 250 เมกะวัตต์พร้อมระบบดักจับหลังการเผาไหม้สามารถส่งก๊าซไอเสียได้ 1.2 ถึง 1.6 ล้านตันผ่านตัวดูดซับทุกปี ตัวดูดซับเองมักจะไม่ใช่สิ่งของจำกัด ปัญหาที่ยากกว่านั้นคือความร้อน: ทำให้ก๊าซไอเสียเย็นลงจาก 140°C เป็นประมาณ 45°C โดยจ่ายไอน้ำแรงดันต่ำ 100 ถึง 150 ตันต่อชั่วโมงไปยังหม้อต้มซ้ำ และรักษาพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนให้สะอาดและทนทานต่อการกัดกร่อนตลอดระยะเวลา 20 ปี

นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงควรระบุหน่วยดักจับคาร์บอนให้เป็นระบบนำความร้อนกลับคืนมาแบบรวม ไม่ใช่เป็นคอลัมน์เดี่ยวๆ บวกกับแพ็คเกจตัวทำละลาย อุปกรณ์ที่จัดการการระบายความร้อนด้วยก๊าซไอเสีย การทำความร้อนแบบควบแน่น และการสร้างไอน้ำจากหม้อต้มซ้ำจะกำหนดว่าโรงงานดักจับบรรลุเป้าหมายการลดพลังงานหรือใช้ไอน้ำอย่างเงียบๆ มากกว่ากรณีการออกแบบที่สัญญาไว้หรือไม่ บทความนี้จะอธิบายว่าหน้าที่การระบายความร้อนอยู่ที่ใด ส่วนประกอบใดบ้างที่มีหน้าที่ขนส่ง และสิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนออกใบสั่งซื้อ

เหตุใดหน่วยดักจับคาร์บอนจึงต้องมีระบบระบายความร้อนเป็นอันดับแรก

หน่วยดักจับคาร์บอนที่ทำงานส่วนใหญ่ใช้ตัวทำละลายเอมีนที่เป็นน้ำ ขั้นตอนการฟื้นฟูคือภาระความร้อนต่อเนื่องที่ใหญ่ที่สุด ขึ้นอยู่กับสูตรตัวทำละลาย การโหลด CO2 และแรงดันของผู้เปลื่อง หม้อต้มซ้ำใช้ประมาณ 2.8 ถึง 3.6 GJ ต่อตันของ CO2 ที่จับได้ สำหรับโรงงานดักจับ 1 ล้านตันต่อปี ซึ่งแปลงเป็นไอน้ำอิ่มตัว 100 ถึง 150 ตันต่อชั่วโมง ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ 0.3 ถึง 0.5 MPa ถ้าไอน้ำมาจากวงจรกังหันที่มีอยู่ จะลดกำลังไฟฟ้าสุทธิ หากมาจากหม้อต้มเสริม มันจะเพิ่มค่าเชื้อเพลิงและการปล่อยมลพิษ

หน้าที่ด้านความร้อนสามประการมีอิทธิพลต่อความสมดุลของพืช:

• การระบายความร้อนด้วยก๊าซไอเสียและการกำจัดน้ำก่อนตัวดูดซับ โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิตั้งแต่ 120–160°C ไปจนถึง 40–50°C
• การจ่ายไอน้ำจากหม้อต้มซ้ำที่ความดันและอุณหภูมิคงที่ โดยมีความเสี่ยงในการเคลื่อนตัวต่ำ
• การแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยตัวทำละลายแบบ Lean/rich และการระบายความร้อนของผลิตภัณฑ์ CO2 ซึ่งส่งผลต่อการย่อยสลายตัวทำละลายและพลังงานการบีบอัด

แต่ละหน้าที่ก็มีคำตอบอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน ประเด็นทั่วไปก็คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่พื้นผิวแบบขยายและหม้อต้มนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่สามารถนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งหากไม่เช่นนั้นจะถูกปฏิเสธไม่ให้น้ำหล่อเย็นหรือปล่อง การนำกลับมาใช้ใหม่จะชดเชยความต้องการไอน้ำของโรงงานดักจับโดยตรง

การระบายความร้อนด้วยก๊าซไอเสียและการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่

เครื่องประหยัดสำหรับก๊าซไอเสียหางของหม้อไอน้ำ อุณหภูมิก๊าซไอเสียทางเข้า | 120-200°C | | อุณหภูมิก๊าซไอเสียทางออก | 100-150°C | | อุณหภูมิน้ำป้อนเข้า | 80-120°C | | อุณหภูมิน้ำป้อนออก | 150-20... ดูผลิตภัณฑ์ →

ที่ทางเข้าไปยังชุดดักจับ ก๊าซไอเสียร้อนเกินไปและเปียกเกินไปสำหรับตัวดูดซับเอมีนส่วนใหญ่ การดับด้วยน้ำโดยตรงนั้นทำได้ง่าย แต่ต้องใช้น้ำที่ผ่านการบำบัดและส่งความร้อนกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทางอ้อมนำความร้อนสัมผัสกลับคืนมาในขณะที่ระบายความร้อนของก๊าซไปยังหน้าต่างตัวดูดซับ ความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่สามารถอุ่นน้ำป้อนของหม้อไอน้ำ น้ำที่ให้ความร้อนแบบรวมศูนย์ หรืออากาศที่เผาไหม้ได้

สำหรับหน่วยที่ใช้ถ่านหินและชีวมวล ส่วนการระบายความร้อนของก๊าซไอเสียมักจะดูเหมือนเครื่องประหยัดอุณหภูมิต่ำ ความท้าทายในการออกแบบไม่ใช่ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน เป็นจุดน้ำค้างของกรด เมื่อผนังท่อลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้างของกรดซัลฟิวริก จะเกิดการควบแน่นและการกัดกร่อนเริ่มขึ้น วิธีแก้ไขในทางปฏิบัติคือการรักษาอุณหภูมิของโลหะให้สูงกว่าจุดน้ำค้างในระหว่างการทำงานปกติ หรือระบุวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็ก ND, Corten หรือสแตนเลส ซึ่งหน้าที่นี้ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการควบแน่นได้

เครื่องประหยัดก๊าซไอเสียส่วนท้ายเป็นตัวเลือกที่ใช้กันทั่วไป เนื่องจากสามารถรวมเข้ากับส่วนท้ายของเครื่องอุ่นอากาศล่วงหน้าที่มีอยู่ได้ โดยใช้ความร้อนที่จับได้เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของน้ำป้อนหรือเพื่อสร้างไอน้ำแรงดันต่ำ หน่วยเดียวกันสามารถลดภาระการทำความเย็นบนเครื่องทำความเย็นแบบสัมผัสโดยตรง ซึ่งช่วยลดการใช้น้ำและการจ่ายสารเคมี ในการปรับปรุงระบบดักจับ วิธีนี้มักจะเป็นวิธีที่ต้นทุนต่ำสุดในการเรียกคืนค่าปรับด้านพลังงานบางส่วน

การจัดหาไอน้ำเพื่อการฟื้นฟู: บทบาทของ HRSG และหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง

หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งอุตสาหกรรม ปริมาณก๊าซไอเสีย |320,000 Nm³/h| | อุณหภูมิก๊าซไอเสียขาเข้า |450°C| | อุณหภูมิก๊าซไอเสียทางออก |100°C| | อัตราการระเหยของไอน้ำ |3.8-54.5 ตัน/ชม.| | แรงดันไอน้ำ |0.... ดูผลิตภัณฑ์ →

หน่วยดักจับคาร์บอนต้องการไอน้ำ และต้องการไอน้ำจากหม้อต้มซ้ำที่เชื่อถือได้ ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม เครื่องกำเนิดไอน้ำนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ (HRSG) สามารถจ่ายไอน้ำสกัดจากแรงดันปานกลางได้ ในโรงงานอุตสาหกรรม หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งสามารถนำความร้อนกลับมาจากไอเสียจากเตาเผา ประมวลผลก๊าซนอก หรือไอเสียจากกังหันก๊าซเพื่อผลิตไอน้ำที่ต้องการ คำถามสำคัญในการเลือกคือ แหล่งไอน้ำสามารถติดตามโปรไฟล์โหลดของโรงงานดักจับได้หรือไม่ โดยไม่กระทบกระเทือนต่อกระบวนการโฮสต์

หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งที่ออกแบบมาสำหรับบริการดักจับต้องรองรับโหมดการทำงานสองโหมด: การดำเนินการดักจับปกติและบายพาสดักจับ ในระหว่างการบายพาส หม้อไอน้ำอาจเห็นอุณหภูมิของก๊าซไอเสียสูงขึ้นหรือมีอัตราการไหลที่แตกต่างกัน ระบบควบคุม ขนาดของถัง และพื้นผิวเครื่องทำความร้อนยิ่งยวดหรือเครื่องระเหยต้องทนต่อทั้งสองอย่าง หากหม้อต้มซ้ำต้องการไอน้ำอิ่มตัว ควรกำหนดหม้อต้มโดยมีพื้นที่ไอน้ำเพียงพอและประสิทธิภาพการแยกตัวเพื่อหลีกเลี่ยงการขนย้าย ซึ่งอาจทำให้ตัวทำละลายเหม็นและสร้างความเสียหายให้กับเครื่องปอกได้

ในกรณีที่โรงงานโฮสต์มี HRSG อยู่แล้ว หน่วยดักจับอาจใช้ไอน้ำแรงดันต่ำจากถังแรงดันต่ำหรือการสกัดได้ ซึ่งมักจะถูกกว่าหม้อต้มน้ำใหม่ แต่ก็ไม่ได้ฟรี เนื่องจากไอน้ำได้ผ่านขั้นตอนกังหันแล้ว ดังนั้นการใช้เพื่อการฟื้นฟูจะช่วยลดการผลิตไฟฟ้า หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งเฉพาะบางครั้งสามารถนำความร้อนกลับมาจากกระแสที่อาจจะถูกระบายออก โดยเปลี่ยนกระแสของเสียให้กลายเป็นหน้าที่ของหม้อต้มซ้ำ

การเลือกส่วนประกอบ: ท่อแบบครีบ วัสดุ และการทำความสะอาด

ท่อครีบชนิด H Tube OD 25-65mm ความหนาของผนังท่อ ≥3mm ขนาดครีบ 70mm×70mm, 75mm×75mm, 95mm×89mm ฯลฯ ความหนาของครีบ 0.3-0.4mm Fin pitch 3-10mm วัสดุ: เหล็กกล้าคาร์บอน, สแตนเลส... ดูผลิตภัณฑ์ →

ภายในเครื่องทำความเย็นก๊าซไอเสีย เครื่องประหยัด และเครื่องอุ่นน้ำป้อนล่วงหน้าของหม้อต้มกลับคืน พื้นผิวท่อทำงานได้ พื้นผิวที่ขยายออกจะเพิ่มพื้นที่ด้านก๊าซโดยไม่เพิ่มเปลือกแรงดัน ทางเลือกระหว่างท่อครีบชนิด H ท่อครีบเกลียว และท่อเรียบส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน การเปรอะเปื้อน และกลยุทธ์การทำความสะอาด

การเลือกวัสดุเป็นไปตามตรรกะเดียวกัน เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถยอมรับได้เหนือจุดน้ำค้างของกรด สำหรับอุณหภูมิโลหะที่ต่ำกว่า ให้พิจารณาเกรดที่ทนต่อการกัดกร่อนหรือการเคลือบป้องกัน ข้อต่อระหว่างท่อกับส่วนหัวเป็นรอยเชื่อมที่สำคัญ: จะต้องมีการรั่วซึมภายใต้วงจรความร้อน เนื่องจากแม้แต่การรั่วไหลเพียงเล็กน้อยก็สามารถปนเปื้อนในวงจรตัวทำละลายหรือสร้างจุดเย็นที่เร่งการกัดกร่อนได้

การเข้าถึงการเปรอะเปื้อนและการทำความสะอาดควรได้รับการตัดสินใจในขั้นตอนเค้าโครง อุปกรณ์ดักจับที่ดูมีประสิทธิภาพในด้านความสมดุลของความร้อนและมวลสามารถสูญเสียประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้ 10–15% ภายในเวลาไม่กี่เดือน หากช่องทางที่พัดเขม่าถูกปิดกั้นหรือระยะห่างของท่อแน่นเกินไปสำหรับการโหลดเถ้าที่คาดหวัง ท่อครีบชนิด H มักถูกเลือกใช้สำหรับก๊าซไอเสียที่ได้มาจากถ่านหิน เนื่องจากช่องตรงของท่อดังกล่าวทำความสะอาดได้ง่ายกว่าครีบเกลียวที่มีความหนาแน่นสูง

การตรวจสอบความเสี่ยงด้านการจัดซื้อและวิศวกรรม

ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งในหน่วยดักจับคาร์บอนเป็นส่วนแรงดัน โดยจะต้องได้รับการออกแบบ เชื่อม ตรวจสอบ และจัดทำเอกสารให้เป็นรหัสที่ได้รับการยอมรับ ในโครงการระหว่างประเทศส่วนใหญ่ จะใช้รหัส ASME Boiler และ Pressure Vessel มาตรา I หรือมาตรา VIII ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบและเขตอำนาจศาล ISO 9001 และ ISO 3834-2 จัดให้มีการจัดการคุณภาพและกรอบงานการผลิตงานเชื่อม สำหรับรายการตรวจสอบเชิงปฏิบัติเกี่ยวกับการปฏิบัติตามข้อกำหนดของชิ้นส่วนรับแรงดัน โปรดดูที่นี่ คู่มือการปฏิบัติตามข้อกำหนดชิ้นส่วนแรงดัน ASME สำหรับวิศวกร .

ก่อนที่จะตัดสินสัญญา ให้ถามคำถามสามข้อ:

1. ซัพพลายเออร์สามารถดำเนินการจัดอันดับความร้อนและการออกแบบกลไกร่วมกันได้หรือไม่ หรือพวกเขาจะส่งเอกสารข้อมูลไปยังผู้ผลิตหรือไม่ หน่วยดักจับมักจะมีพื้นที่จำกัดและมีสภาพก๊าซไอเสียที่แปรผัน ซัพพลายเออร์ที่สามารถตรวจสอบอินพุตความร้อนและแปลงแบบร่างโครงการเป็นแบบร่างการผลิตจะช่วยลดความเสี่ยงของอินเทอร์เฟซ
2. แผนการเชื่อมและการตรวจสอบคืออะไร? เส้นเชื่อมอัตโนมัติพร้อมการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์หรือเอ็กซ์เรย์แบบเรียลไทม์ไม่ใช่รายละเอียดทางการตลาด โดยจะตรวจสอบว่าการเชื่อมระหว่างท่อถึงส่วนหัวผ่านการทดสอบการรั่วของฮีเลียมและรอดจากการหมุนเวียนด้วยความร้อนหรือไม่
3. หลักฐานการส่งมอบและกำลังการผลิตคืออะไร? โครงการ EPC ขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีการมองเห็นที่ชัดเจน ผู้ผลิตที่มีผลผลิตต่อปีมากกว่า 20,000 ตันและมีประสบการณ์ในด้านพลังงาน ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมหนักมักจะสามารถรับการเปลี่ยนแปลงกำหนดการได้ดีกว่าการประชุมเชิงปฏิบัติการขนาดเล็ก

นอกจากนี้ยังช่วยตรวจสอบประวัติทางวิศวกรรมของผู้ผลิตและประสบการณ์การส่งออกก่อนการชี้แจงการประมูลทางเทคนิค สำหรับโครงการในหลายเขตอำนาจศาล แพ็คเกจเอกสาร การตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุ และการประสานงานการตรวจสอบโดยบุคคลที่สามมีความสำคัญพอๆ กับการออกแบบการระบายความร้อน ซัพพลายเออร์ที่จัดส่งไปยังมากกว่า 50 ประเทศมีแนวโน้มที่จะมีขั้นตอนสำหรับข้อกำหนดเหล่านั้นอยู่แล้ว คุณสามารถตรวจสอบได้ พื้นหลังด้านวิศวกรรมและการประดิษฐ์ของผู้ผลิต ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการคัดเลือกเบื้องต้น

หน่วยดักจับคาร์บอนสำเร็จหรือล้มเหลวในการรวมความร้อน ตัวดูดซับและตัวทำละลายได้รับความสนใจเป็นส่วนใหญ่ แต่ตัวทำความเย็นก๊าซไอเสีย เครื่องประหยัด หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง และพื้นผิวท่อครีบจะตัดสินใจว่าหม้อต้มซ้ำต้องการไอน้ำมากเพียงใด และค่าปรับด้านพลังงานของโรงงานจะสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้มากเพียงใด เริ่มข้อกำหนดด้านความร้อนตั้งแต่เนิ่นๆ โดยคงจุดน้ำค้างของกรดและขอบคราบสกปรกไว้ในโครงร่าง และเลือกซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนรับแรงดันที่สามารถแสดงให้เห็นถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนด คุณภาพการเชื่อม และความสามารถในการจัดส่ง EPC ขนาดใหญ่ ทำได้ดี อุปกรณ์การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ไม่ใช่ส่วนเสริมสำหรับยูนิตดักจับ มันเป็นส่วนที่ทำให้หน่วยดักจับมีความยั่งยืนทางเศรษฐกิจ