Một tổ máy đốt than có công suất 250 MW với khả năng thu hồi sau đốt có thể gửi 1,2 đến 1,6 triệu tấn khí thải qua thiết bị hấp thụ mỗi năm. Bản thân chất hấp thụ thường không phải là vật phẩm hạn chế. Các vấn đề khó khăn hơn là về nhiệt: làm mát khí thải từ 140°C xuống khoảng 45°C, cung cấp 100 đến 150 tấn hơi áp suất thấp mỗi giờ cho nồi hơi lại và giữ cho bề mặt trao đổi nhiệt sạch sẽ và chống ăn mòn trong thời gian 20 năm.
Đó là lý do tại sao thiết bị thu hồi cacbon phải được chỉ định là hệ thống thu hồi nhiệt tích hợp chứ không phải là cột độc lập cộng với gói dung môi. Thiết bị xử lý việc làm mát khí thải, gia nhiệt ngưng tụ và tạo hơi nước trong lò đun lại xác định liệu nhà máy thu hồi có đáp ứng mục tiêu giảm năng lượng hay âm thầm tiêu thụ nhiều hơi hơn so với trường hợp thiết kế đã hứa. Bài viết này giải thích vị trí của các nhiệm vụ nhiệt đó, thành phần nào mang chúng và những gì cần kiểm tra trước khi đưa ra đơn đặt hàng.
Tại sao các đơn vị thu giữ carbon lại là hệ thống nhiệt đầu tiên
Hầu hết các thiết bị thu hồi cacbon đang hoạt động đều sử dụng dung môi nước amin. Bước tái sinh là bước tải nhiệt liên tục lớn nhất. Tùy thuộc vào công thức dung môi, lượng CO2 nạp vào và áp suất của bộ thoát khí, nồi hơi lại tiêu thụ khoảng 2,8 đến 3,6 GJ cho mỗi tấn CO2 thu được. Đối với một nhà máy thu gom công suất 1 triệu tấn mỗi năm, điều đó tương đương với 100 đến 150 tấn hơi bão hòa mỗi giờ, thường ở mức 0,3 đến 0,5 MPa. Nếu hơi nước đến từ chu trình tua-bin hiện có, nó sẽ làm giảm sản lượng điện ròng; nếu nó đến từ nồi hơi phụ, nó sẽ làm tăng thêm chi phí nhiên liệu và lượng khí thải.
Ba nhiệm vụ về nhiệt chi phối sự cân bằng của cây:
- Làm mát khí thải và loại bỏ nước trước thiết bị hấp thụ, thường từ 120–160°C xuống còn 40–50°C.
- Cung cấp hơi cho nồi hơi lại ở áp suất và nhiệt độ ổn định, có rủi ro nhiễm chéo thấp.
- Trao đổi nhiệt dung môi nghèo/giàu và làm mát sản phẩm CO2, ảnh hưởng đến sự phân hủy dung môi và năng lượng nén.
Mỗi nhiệm vụ có một câu trả lời thiết bị khác nhau. Điểm chung là các bộ trao đổi nhiệt bề mặt mở rộng và nồi hơi thu hồi nhiệt thải có thể thu hồi năng lượng mà lẽ ra sẽ bị loại bỏ khỏi nước làm mát hoặc ống khói. Sự phục hồi đó trực tiếp bù đắp cho nhu cầu hơi nước của nhà máy thu gom.
Làm mát khí thải và thu hồi nhiệt
Bộ tiết kiệm khí thải đuôi nồi hơi Nhiệt độ khí thải đầu vào | 120-200°C | | Nhiệt độ khí thải đầu ra | 100-150°C | | Nhiệt độ nước cấp đầu vào | 80-120°C | | Nhiệt độ nước cấp đầu ra | 150-20... Xem sản phẩm → Ở đầu vào của thiết bị thu hồi, khí thải quá nóng và quá ẩm đối với hầu hết các thiết bị hấp thụ amin. Làm nguội trực tiếp bằng nước rất đơn giản, nhưng nó tiêu thụ nước đã qua xử lý và truyền nhiệt thu được vào khí quyển. Bộ trao đổi nhiệt gián tiếp thu hồi nhiệt hiện tại trong khi làm mát khí tới cửa sổ hấp thụ. Nhiệt thu hồi có thể làm nóng sơ bộ nước cấp lò hơi, nước hồi lưu khu vực hoặc không khí đốt.
Đối với các tổ máy đốt than và sinh khối, phần làm mát khí thải thường trông giống như một bộ phận tiết kiệm nhiệt độ thấp. Thách thức trong thiết kế không phải là hệ số truyền nhiệt; đó là điểm sương axit. Khi thành ống giảm xuống dưới điểm sương của axit sulfuric, hình thức ngưng tụ và ăn mòn bắt đầu. Giải pháp thực tế là giữ nhiệt độ kim loại trên điểm sương trong quá trình hoạt động bình thường hoặc chỉ định các vật liệu chống ăn mòn như thép ND, Corten hoặc thép không gỉ trong đó nhiệm vụ không thể tránh được sự ngưng tụ.
Bộ tiết kiệm khí thải ở cuối ống khói là một lựa chọn phổ biến vì nó có thể được tích hợp ở cuối bộ sấy sơ bộ không khí hiện có, sử dụng nhiệt thu được để tăng nhiệt độ nước cấp hoặc tạo ra hơi áp suất thấp. Cùng một thiết bị có thể giảm tải làm mát trên bộ làm mát tiếp xúc trực tiếp, giúp giảm mức tiêu thụ nước và liều lượng hóa chất. Trong quá trình trang bị thêm cho việc thu giữ, đây thường là cách có chi phí thấp nhất để lấy lại một phần năng lượng bị phạt.
Cung cấp hơi nước để tái sinh: Vai trò của HRSG và nồi hơi nhiệt thải
Nồi hơi nhiệt thải công nghiệp Thể tích khí thải |320.000 Nm³/h| | Nhiệt độ khí thải đầu vào |450°C| | Nhiệt độ khí thải đầu ra |100°C| | Tốc độ bay hơi |3,8-54,5 t/h| | Áp suất hơi |0.... Xem sản phẩm → Các bộ phận thu hồi carbon cần hơi nước và chúng cần hơi nước một cách ổn định ở lò hơi. Trong các nhà máy điện chu trình hỗn hợp, máy tạo hơi thu hồi nhiệt (HRSG) có thể cung cấp hơi chiết từ giai đoạn áp suất trung gian. Trong các khu công nghiệp, nồi hơi nhiệt thải có thể thu hồi nhiệt từ khí thải lò nung, xử lý khí thải hoặc khí thải tuabin khí để tạo ra hơi nước cần thiết. Câu hỏi lựa chọn quan trọng là liệu nguồn hơi có thể tuân theo đặc tính tải của nhà máy thu gom mà không làm ảnh hưởng đến quy trình chủ hay không.
Nồi hơi nhiệt thải được thiết kế cho dịch vụ thu nhiệt phải xử lý hai chế độ vận hành: vận hành thu nhiệt thông thường và thu khí bỏ qua. Trong quá trình chạy vòng, lò hơi có thể thấy nhiệt độ khí thải cao hơn hoặc tốc độ dòng chảy khác nhau. Hệ thống điều khiển, kích thước trống và bề mặt bộ quá nhiệt hoặc thiết bị bay hơi phải chịu được cả hai. Nếu nồi hơi yêu cầu hơi bão hòa, nồi hơi phải được chỉ định có không gian chứa hơi và hiệu suất tách thích hợp để tránh mang theo, có thể làm bẩn dung môi và làm hỏng bộ thoát y.
Trong trường hợp nhà máy chủ đã có HRSG, thiết bị thu giữ có thể sử dụng hơi áp suất thấp từ trống áp suất thấp hoặc thiết bị chiết. Điều này thường rẻ hơn so với nồi hơi mới, nhưng không miễn phí: hơi nước đã đi qua giai đoạn tuabin, do đó việc sử dụng nó để tái tạo sẽ làm giảm sản lượng điện. Một nồi hơi nhiệt thải chuyên dụng đôi khi có thể thu hồi nhiệt từ dòng lẽ ra được thông hơi, biến dòng thải thành nhiệm vụ của nồi hơi lại.
Lựa chọn thành phần: Ống có vây, Vật liệu và Làm sạch
Ống vây loại H Ống OD 25-65mm Độ dày thành ống ≥3mm Kích thước vây 70mm×70mm, 75mm×75mm, 95mm×89mm, v.v. Độ dày vây 0,3-0,4mm Bước vây 3-10mm Chất liệu: Thép carbon, thép không gỉ... Xem sản phẩm → Bên trong bộ làm mát khí thải, bộ tiết kiệm và bộ làm nóng sơ bộ nước cấp của bộ thu hồi, bề mặt ống thực hiện công việc. Các bề mặt mở rộng làm tăng diện tích phía khí mà không làm tăng đường bao áp suất. Sự lựa chọn giữa ống vây loại H, ống vây xoắn ốc và ống trơn ảnh hưởng đến chiến lược truyền nhiệt, bám bẩn và làm sạch.
| tham số | Ống vây loại H | Ống vây xoắn ốc | Ống mịn |
|---|---|---|---|
| Diện tích truyền nhiệt trên một đơn vị chiều dài | Trung bình đến cao | Cao | Thấp |
| Khả năng chống bám bẩn trong khí chứa tro | Tốt; kênh mở chống lại việc bắc cầu | Vừa phải; khoảng trống vây có thể cắm | Tốt nhưng dấu chân lớn |
| Phương pháp làm sạch | Máy thổi bồ hóng, rửa nước | Máy thổi bồ hóng, rửa nước cẩn thận | Máy thổi bồ hóng, làm sạch cơ học |
| Sự phù hợp điển hình trong đơn vị chụp | Bộ làm mát, tiết kiệm khí thải | Khí sạch hoặc mức độ bám bẩn thấp | Cao-temperature or abrasive duty |
Việc lựa chọn vật liệu cũng tuân theo logic tương tự. Thép carbon được chấp nhận trên điểm sương axit. Đối với nhiệt độ kim loại thấp hơn, hãy xem xét các loại chống ăn mòn hoặc lớp phủ bảo vệ. Mối nối ống với đầu là một mối hàn quan trọng: nó phải kín khít trong chu trình nhiệt, vì ngay cả một rò rỉ nhỏ cũng có thể làm nhiễm bẩn vòng dung môi hoặc tạo ra điểm lạnh làm tăng tốc độ ăn mòn.
Việc tiếp cận làm bẩn và làm sạch phải được quyết định ở giai đoạn bố trí. Một thiết bị thu giữ có vẻ hiệu quả về mặt cân bằng nhiệt và khối lượng có thể mất 10–15% hiệu suất truyền nhiệt trong vòng vài tháng nếu các đường thổi bồ hóng bị chặn hoặc bước ống quá chật so với lượng tro dự kiến. Các ống có vây loại H thường được chọn cho khí thải có nguồn gốc từ than vì các kênh thẳng của chúng dễ làm sạch hơn các vây xoắn ốc dày đặc.
Kiểm tra rủi ro kỹ thuật và mua sắm
Bộ trao đổi nhiệt và nồi hơi nhiệt thải trong thiết bị thu giữ cacbon là các bộ phận chịu áp suất. Chúng phải được thiết kế, hàn, kiểm tra và ghi lại theo mã được công nhận. Trong hầu hết các dự án quốc tế, Bộ luật nồi hơi và bình chịu áp lực ASME Phần I hoặc Phần VIII được áp dụng, tùy thuộc vào thành phần và khu vực pháp lý. ISO 9001 và ISO 3834-2 cung cấp khuôn khổ quản lý chất lượng và chế tạo hàn. Để biết danh sách kiểm tra thực tế về việc tuân thủ bộ phận áp suất, hãy xem phần này Hướng dẫn tuân thủ bộ phận áp suất ASME dành cho kỹ sư .
Trước khi trao hợp đồng, hãy hỏi ba câu hỏi:
- Nhà cung cấp có thể thực hiện đánh giá nhiệt và thiết kế cơ khí cùng nhau hay họ đang chuyển biểu dữ liệu cho nhà chế tạo? Các thiết bị thu hồi thường có không gian lô đất chật hẹp và điều kiện khí thải thay đổi. Một nhà cung cấp có thể thực hiện kiểm tra nhiệt đầu vào và chuyển bản vẽ dự án thành bản vẽ chế tạo sẽ giảm thiểu rủi ro về giao diện.
- Kế hoạch hàn và kiểm tra là gì? Dây chuyền hàn tự động cộng với hình ảnh thời gian thực bằng tia X hoặc tia X không phải là chi tiết tiếp thị; họ xác định xem các mối hàn từ ống đến đầu có vượt qua bài kiểm tra rò rỉ khí heli và tồn tại trong chu trình nhiệt hay không.
- Bằng chứng giao hàng và năng lực là gì? Các dự án EPC lớn cần có khả năng hiển thị trọng tải. Một nhà chế tạo có sản lượng hàng năm trên 20.000 tấn và có kinh nghiệm trong lĩnh vực điện, hóa dầu và công nghiệp nặng thường có thể tiếp thu những thay đổi về tiến độ tốt hơn một xưởng nhỏ.
Nó cũng giúp xem xét nền tảng kỹ thuật và kinh nghiệm xuất khẩu của nhà sản xuất trước khi làm rõ hồ sơ dự thầu về mặt kỹ thuật. Đối với các dự án ở nhiều khu vực pháp lý, các gói tài liệu, khả năng truy xuất nguồn gốc vật liệu và sự phối hợp kiểm tra của bên thứ ba cũng quan trọng như thiết kế tản nhiệt. Một nhà cung cấp đã giao hàng đến hơn 50 quốc gia có nhiều khả năng đã có sẵn các thủ tục đáp ứng các yêu cầu đó. Bạn có thể xem lại nền tảng kỹ thuật và chế tạo của nhà sản xuất như một phần của quá trình sơ tuyển.
Các bộ phận thu giữ carbon thành công hay thất bại trong việc tích hợp nhiệt. Chất hấp thụ và dung môi được chú ý nhiều nhất, nhưng bộ làm mát khí thải, bộ tiết kiệm, lò hơi nhiệt thải và bề mặt ống vây quyết định lượng hơi mà lò đun lại thực sự cần và mức năng lượng bị phạt của nhà máy có thể được phục hồi. Bắt đầu sớm thông số kỹ thuật về nhiệt, giữ cho điểm sương axit và lề tắc nghẽn hiển thị trong sơ đồ, đồng thời chọn nhà cung cấp bộ phận áp suất có thể chứng minh sự tuân thủ quy tắc, chất lượng hàn và năng lực cung cấp EPC lớn. Hoàn thành tốt, thiết bị thu hồi nhiệt không phải là thiết bị bổ sung cho bộ phận thu hồi nhiệt; nó là bộ phận giúp thiết bị chụp bền vững về mặt kinh tế.
