國(guó)電南寧電廠一號(hào)發(fā)電機(jī)（660MW）CCS&U系統(tǒng)項(xiàng)目報(bào)告ProjectreportfortheCCS&UsystemofNanningPowerPlant團(tuán)隊(duì)：廣西大學(xué)綠城之星設(shè)計(jì)組指導(dǎo)老師：童張法、韋藤幼、潘遠(yuǎn)鳳團(tuán)隊(duì)（Team）工藝設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)核算

ProcessDesign

&EconomicEvaluation吳煉設(shè)備選型計(jì)算

EquipmentDesign&Calculation廠區(qū)及車間布置、3dsmax

PlantandWorkshopLayout&3dsmaxAspen流程模擬

AspenProcessSimulation馮琦陳燕萌丁泳鋒CAD工藝流程圖及自動(dòng)控制CADFlowChart&AutomaticControl潘映霞內(nèi)容簡(jiǎn)介（Introduction）概述（Overview)1工藝設(shè)計(jì)（ProcessDesign）

2Aspen流程模擬（AspenProcessSimulation）3設(shè)備計(jì)算與選型（EquipmentDesign&Calculation）5廠區(qū)及車間布置（PlantandWorkshopLayout）

6工藝流程圖及自動(dòng)控制4（FlowChart&AutomaticControl）經(jīng)濟(jì)分析與項(xiàng)目總結(jié)7（EconomicAnalysisandProjectSummary

）1、概述（Overview）該系統(tǒng)按照競(jìng)賽要求，CO2捕集率達(dá)到了80%以上項(xiàng)目建設(shè)總投資2.28億元，年平均費(fèi)用為1.2億元，占電廠年產(chǎn)值的7.5%。發(fā)電成本上浮率小于30%

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煙氣脫硫除塵工段desulphurizationanddustremovalCO2分離捕集工段

CO2separationandcaptureCO2封存與資源化利用工段CO2sequestrationandutilization1.1前言（preface）南寧電廠CCS&U系統(tǒng)CCS&USYSTEM1、概述（Overview）1.2項(xiàng)目特色(Specialfeatures)采用膜分離與膜吸收串聯(lián)新型工藝，大大降低了分離捕集工段能耗及成本

采用廣西豐富的低品位錳礦作為煙氣脫硫吸收劑，同時(shí)副產(chǎn)硫酸錳產(chǎn)品，充分利用了低品位礦產(chǎn)資源，而且成本低利用綠色植物光合作用吸收CO2

，將CO2作為氣態(tài)碳肥產(chǎn)品，在封存的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源化利用。利用煙氣為原料生產(chǎn)食品級(jí)液態(tài)CO2煙氣脫硫除塵工段desulphurizationanddustremovalCO2分離捕集工段CO2separationandcaptureCO2封存與資源化利用CO2sequestrationandutilization2、工藝設(shè)計(jì)

（Processdesign）

2.1煙氣脫硫工藝方案選擇(FGDprocessplanselection)石灰石-石膏煙氣脫硫Limestone–gypsumfluegasdesulfurization海水煙氣脫硫法SeawaterFGD循環(huán)流化床干法煙氣脫硫CFBdryfluegasdesulfurization氧化錳法煙氣脫硫Manganeseoxidefluegasdesulfurization工藝技術(shù)成熟運(yùn)行可靠

經(jīng)濟(jì)效益低產(chǎn)生一定的廢水工藝簡(jiǎn)單投資和運(yùn)行費(fèi)用低沒有廢棄副產(chǎn)物不適用于內(nèi)陸地區(qū)的火電站

設(shè)備投資較低工藝流程簡(jiǎn)單吸收劑利用率高脫硫效率較高技術(shù)不成熟脫硫效率高可充分利用低品位錳礦資源脫硫產(chǎn)物具有較高經(jīng)濟(jì)效益

廣西錳礦資源豐富√2、工藝設(shè)計(jì)

（Processdesign）2.2CO2分離捕集工藝方案選擇CO2separation

andcaptureprocessselection項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)胺化合物吸收法工藝技術(shù)成熟操作簡(jiǎn)單吸收劑使用量大吸收劑再生能耗較大鈣基吸收劑法吸收劑儲(chǔ)量豐富、運(yùn)行成本低吸收劑在循環(huán)過程中會(huì)燒結(jié)影響熱穩(wěn)定性金屬氧化物法單位體積吸收劑吸收容量較大吸收劑成本較高ECO2技術(shù)再生所需能耗量少成本高，工藝尚不成熟膜分離工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便對(duì)原料氣要求較高壓縮能耗高膜基吸收法吸收效率高吸收劑再生能耗高吸收劑損耗大變壓吸附法技術(shù)較為成熟，操作過程程序化能耗較高設(shè)備投資較高單獨(dú)使用各種分離捕集法，均不能很好的滿足本項(xiàng)目工藝要求！??！2、工藝設(shè)計(jì)

（Processdesign）2.2CO2分離捕集工藝方案選擇CO2separation

andcaptureprocessselection前述各CO2捕集工藝均存在較大缺點(diǎn)膜分離與膜基吸收串聯(lián)工藝適合大規(guī)模的CO2分離和捕集大大減小了設(shè)備投資極大降低了氣體壓縮能耗及吸收劑再生能耗工藝特色2、工藝設(shè)計(jì)

（Processdesign）2.3CO2封存工藝方案選擇(CO2sequestrationprocessselection)地質(zhì)封存Geologicalstorage海洋封存Oceanstorage將CO2固化成無(wú)機(jī)碳酸鹽法Solidifiedintoinorganiccarbonate

陸地固碳（綠色植物吸收法）

Terrestrialstorage主要包括：EOR、ECBR、地下深部含鹽水層埋存三種方法

受到地質(zhì)情況分布制約，封存能力有限包括：液態(tài)封存法和固態(tài)封存法技術(shù)不成熟不適用于內(nèi)陸地區(qū)的火電站自然條件下反應(yīng)率很低需要大量的礦石和反應(yīng)所需能量技術(shù)不成熟尚無(wú)工業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展可降低CO2分離捕集操作的成本封存的同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源化利用√3、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation流程模擬說明ProcessSimulationCaption

物料衡算MaterialBalance熱量利用UtilizationofHeat3.1流程模擬說明(ProcessSimulationCaption)

本流程的全局物性方法是：ELECNRTL局部物性方法是：SOLIDS過程選用的模型：Mixer、Flash2、ESP、RStoic、RadFrac、Heater、Sep2、HeatX、pr3、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation3.1流程模擬說明(ProcessSimulationCaption)

脫硫工段模型：RStoic、Flash2靜電除塵與多級(jí)壓縮其中靜電除塵的物性方法為：SOLIDS多級(jí)壓縮的物性方法則和以前一樣使用的模型：RStoic、pr膜分離與膜吸收工段使用模型：RadFrac、Sep2、Flash2、Mixer、HeatX3、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation3.2物料衡算(MaterialBalance)

脫硫噴淋塔物料衡算表SpraytowerMaterialBalance電廠煙氣量的1/33、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation3.2物料衡算(MaterialBalance)

膜分離物料平衡MaterialBalanceofMembraneseparation氣態(tài)碳肥3、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation3.3熱量利用(UtilizationofHeat)熱的回收利用3、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation3.3熱量利用(UtilizationofHeat)閃蒸罐進(jìn)料預(yù)熱器衡算表

HeatbalanceofFlashtankPreheater

3、Aspen流程模擬

AspenProcessSimulation4、工藝流程圖及自動(dòng)控制

flowchart&Automaticcontrol4.1總工藝流程圖(PFD)煙氣脫硫工段特點(diǎn)：軟錳礦作為SO2吸收劑硫酸錳生產(chǎn)工段特點(diǎn)高溫高壓結(jié)晶4、工藝流程圖及自動(dòng)控制

flowchart&AutomaticcontrolCO2分離捕集工段特點(diǎn)膜分離與膜基吸收串聯(lián)工藝4、工藝流程圖及自動(dòng)控制

flowchart&Automaticcontrol食品級(jí)CO2生產(chǎn)工段4、工藝流程圖及自動(dòng)控制

flowchart&Automaticcontrol4、工藝流程圖及自動(dòng)控制

flowchart&Automaticcontrol4.4自動(dòng)控制(Automaticcontrol)煙氣脫硫噴淋塔自動(dòng)控制Automaticcontroloffluegasdesulfurizationspraytower硫酸錳結(jié)晶罐自動(dòng)控制Automaticcontrolof

Crystallizer二氧化碳解吸塔自動(dòng)控制AutomaticcontrolofCO2desorptiontower通過ASPEN模擬解吸塔塔徑：D=3000mm5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&Calculation5.1CO2解吸塔設(shè)計(jì)(CO2desorptiontowerdesign)CO2解吸塔理論塔板數(shù)的確定通過ASPENPLUS中的ModelanalysisTools對(duì)塔頂CO2組成X與塔板數(shù)作圖5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&CalculationNT=10塊5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&Calculation焓

-775540

-40961.44-730010kJ/sec壓強(qiáng)/kPa

152

101.3

101.3溫度/K

385

372

375.7汽化率01

0質(zhì)量流量248464.6511464.65237000kg/hHeatduty

kJ/sec再沸器冷凝器18251.044

-13680.454

本CO2解吸塔采用浮閥塔，通過aspen模擬，得到塔徑為3000mm，理論板數(shù)NT=10塊。物流進(jìn)出吸收液貧液解吸氣chargeCondenserreturnlineReboilerreturnlinedischargeSteamoutlet解吸塔工藝參數(shù)CO2解吸塔板形式及塔板布置5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&Calculation弓形降液管寬度：Wd=338mm

1塔板中心降液管寬度Wd’=280mm2邊緣區(qū)寬度?。篧c=0.06m，兩邊安定區(qū)寬度取Ws=0.10m3閥孔采用正三角形叉排，取孔心距t=75mm

4塔板開孔數(shù)883，塔板開孔率14.9%5雙溢流型塔板5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&Calculation5.2換熱器計(jì)算選型(HeatExchangerSelection

)

根據(jù)工藝條件，假設(shè)傳熱系數(shù)，估算傳熱面積.換熱器類型列管規(guī)格，排列方式，對(duì)流方式，封頭，法蘭的選擇.設(shè)計(jì)管長(zhǎng)，殼體，折流板，和其他詳細(xì)參數(shù).由Aspen對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行核算，并和工藝比較.確定最終型號(hào)5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&Calculation5.2換熱器計(jì)算選型HeatExchangerSelection本項(xiàng)目主要選用管殼式換熱器，材料主要用20R合金鋼。

傳熱面積210.5m2管/殼程數(shù)1/1傳熱管規(guī)格φ25設(shè)計(jì)溫度150工作溫度106.8/95.867.3/92

（進(jìn)/出）℃工作壓力0.1Mpa0.85Mpa介質(zhì)解吸氣

吸收液（富液）參數(shù)名稱殼程管程設(shè)計(jì)壓力0.11Mpa0.94Mpa試驗(yàn)壓力0.11Mpa0.94Mpa由aspen模擬得:本項(xiàng)目膜分離工段煙氣處理量大，需壓縮煙氣量為1860000m3/h5.3壓縮機(jī)的選型CompressorSelection

5、設(shè)備計(jì)算選型

Equipmentdesign&Calculation

2MCL607型離心壓縮機(jī)

改裝出口壓力：600kPa壓縮級(jí)數(shù):兩級(jí)

進(jìn)口流量:3940m3/min6.1廠址選擇(siteselection)

本項(xiàng)目是為現(xiàn)有燃煤電廠設(shè)計(jì)一套燃燒后CCS&U系統(tǒng)，廠址的選擇受到電廠地理位置的限制，同時(shí)需考慮原料供應(yīng)、運(yùn)輸條件、氣候條件等多方面要求6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout

6.1廠址選擇(siteselection)地理位置優(yōu)越，處于中國(guó)華南、西南和東南亞經(jīng)濟(jì)圈的結(jié)合部，有得天獨(dú)厚之優(yōu)勢(shì)6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout

氣候溫和，長(zhǎng)年陽(yáng)光充足，雨量充沛，雨季與熱季重疊，利于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)森林資源豐富，林業(yè)用地面積占土地總面積的55.4%，大力發(fā)展農(nóng)林產(chǎn)業(yè)，為CO2的封存提供了充足的空間水陸交通便捷發(fā)達(dá)，具有兩沿特點(diǎn)，一是沿鐵路線，多條鐵路在此交匯，二是沿江，沿邕江可達(dá)廣州香港等地脫硫工段所使用的低品位錳礦含量豐富，原料和運(yùn)輸成本較低6.2廠區(qū)布置(plantlayout)

本項(xiàng)目按照生產(chǎn)功能，全廠規(guī)劃為三個(gè)區(qū)域，分別為生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)（包括主生產(chǎn)區(qū)和輔助生產(chǎn)區(qū)）以及儲(chǔ)運(yùn)區(qū)。各區(qū)域具體分布情況如下圖所示：6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout6.2廠區(qū)布置(plantlayout)生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)區(qū)自成一體，但又緊密結(jié)合，既保證了生活區(qū)環(huán)境清靜，也保證了生產(chǎn)安全6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout主生產(chǎn)區(qū)與輔生產(chǎn)區(qū)平行排布，相互靠近，生產(chǎn)管理不滯后，控制檢修機(jī)動(dòng)靈活廠區(qū)內(nèi)交通道路寬敞，職工上下班、原料和產(chǎn)品進(jìn)出各有其專用道及專用進(jìn)出口，避免了倒車、錯(cuò)車、不安全因素的存在充分利用廠區(qū)內(nèi)的空地、死角，在節(jié)約用地基礎(chǔ)上最大程度增加綠化面積6.2廠區(qū)布置(plantlayout)3dsmax軟件模擬的廠區(qū)立體圖：6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout6.3車間布置(workshoplayout)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)CCS&U系統(tǒng)三個(gè)工段主要包括脫硫除塵車間、硫酸錳生產(chǎn)車間、CO2分離捕集車間、食品級(jí)液態(tài)CO2生產(chǎn)車間等，下圖為車間布置圖。6、廠址選擇、廠區(qū)及車間布置

Siteselectionplantandworkshoplayout6.3車間布置(workshoplayout)

根據(jù)工藝流程方向車間主要采用長(zhǎng)方形半露天布置，設(shè)備布置靈活，節(jié)約建筑面積和基建投資，減少土建施工工程量，降低廠房造價(jià)，對(duì)廠房的擴(kuò)建改建具有較大的靈活性管道綜合布置首先要保證安全、正常生產(chǎn)及便利操作和檢修，其次應(yīng)節(jié)約材料及投資，經(jīng)濟(jì)合理地選擇管材，合理布置，盡量整齊、美觀，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境7、經(jīng)濟(jì)分析

EconomicAnalysis建設(shè)期投資估算Projectinvest