Anàlisi i aplicació de tecnologia d'alta i baixa temperatura per al generador de vapor

1, definició del nucli i base termodinàmica dels paràmetres de temperatura alta i baixa

La divisió d'alta i baixa temperatura dels generadors de vapor no és un valor absolut, sinó un consens de la indústria basat en principis termodinàmics i pràctiques d'enginyeria. La seva base bàsica és la teoria del cicle de Carnot - la màxima eficiència d'un motor tèrmic està determinada per la diferència de temperatura entre la font de calor i la font freda. Com més gran sigui la diferència de temperatura, més gran serà l'eficiència de convertir l'energia tèrmica en energia elèctrica.

(1) Definició i característiques dels paràmetres d'alta temperatura

En l'àmbit industrial, la temperatura principal del vapor dels generadors de vapor d'alta -temperatura es defineix normalment com a 500 graus o més, i la pressió de suport es troba principalment en el rang de 10MPa-30MPa. Algunes unitats ultra supercrítiques fins i tot poden arribar a superar els 600 graus o 25 MPa. L'objectiu principal d'aquest rang de paràmetres és maximitzar la diferència de temperatura i promoure que l'eficiència tèrmica superi el 40%, o fins i tot arribi al 45%. La implementació de paràmetres d'alta-temperatura depèn de la combustió de fonts d'energia-de gran qualitat (com el carbó i el gas natural) o de reaccions nuclears. L'aigua s'escalfa a alta-temperatura i vapor d'alta pressió a través de calderes o reactors, i després es fa girar a gran velocitat per generar electricitat.

(2) Definició i característiques dels paràmetres de baixa temperatura

La temperatura principal del vapor dels generadors de vapor de baixa-temperatura sol ser inferior als 300 graus, i alguns sistemes de recuperació de calor residual poden fins i tot reduir-la a 80 graus -250 graus, amb pressions sovint inferiors a 2,5 MPa. La lògica bàsica d'aquests sistemes no és perseguir l'eficiència màxima, sinó utilitzar energia tèrmica de baix grau (com ara la calor residual industrial, l'energia solar, l'energia geotèrmica) per aconseguir "convertir els residus en un tresor". Tot i que la seva eficiència tèrmica se situa generalment entre el 10 % -25%, poden convertir la calor malgastada originalment en energia elèctrica, que té tant un estalvi-energètic com un valor ambiental. La implementació de paràmetres de baixa-temperatura no es basa en un consum d'energia d'alta intensitat, sinó que s'adapta a les característiques de temperatura de les fonts de calor de baix grau mitjançant fluids de treball especials o tecnologies de circulació.

2, Diferències en els camins tècnics dels generadors de vapor d'alta i baixa temperatura

La diferència en els paràmetres de temperatura condueix directament a diferències significatives en els components bàsics, els modes de cicle i el disseny del sistema dels generadors de vapor, formant dues vies tècniques completament diferents.

(1) Generador de vapor d'alta temperatura: recerca tecnològica de la màxima eficiència

Els generadors de vapor d'alta temperatura, representats per les centrals tèrmiques i nuclears tradicionals, tenen el nucli tècnic de "resistència a alta temperatura i resistència a alta pressió" i aconsegueixen una generació d'energia eficient mitjançant actualitzacions de materials i optimització del sistema. Als components bàsics, els equips clau, com ara les pales de la turbina i les canonades de les calderes, han d'utilitzar materials especials com ara aliatges a base de níquel i acer resistent a la calor-per resistir l'oxidació, la corrosió i la fatiga en entorns d'alta temperatura i alta pressió; Pel que fa a la circulació, s'utilitza habitualment el cicle Rankine, que genera vapor d'alta-temperatura i alta-pressió a través d'una caldera. Després que la turbina de vapor funcioni, el vapor d'escapament es refreda a l'aigua mitjançant un condensador, i després es pressuritza mitjançant una bomba d'alimentació i es torna a enviar a la caldera per formar un cicle tancat; En el disseny del sistema, es requereixen dispositius complexos de control de temperatura i reducció de pressió per garantir paràmetres de vapor estables i evitar danys a l'equip a causa de les fluctuacions de temperatura.

3, Escenaris d'aplicació panoràmica de generadors de vapor d'alta i baixa temperatura

Les característiques dels paràmetres de temperatura determinen que els escenaris d'aplicació de dos tipus de generadors de vapor tinguin límits clars, que cobreixen dos camps principals: el subministrament d'energia centralitzat a gran-escala i la recuperació distribuïda de calor residual.

(1) Generador de vapor d'alta temperatura: la força principal per a la font d'energia centralitzada a gran-escala

Els generadors de vapor d'alta temperatura, amb els seus avantatges d'alta potència i eficiència, s'han convertit en l'opció bàsica per al subministrament d'energia centralitzat a gran-escala. Pel que fa als escenaris d'aplicació, les grans centrals tèrmiques es distribueixen principalment en zones riques en carbó o centres de càrrega, satisfent les necessitats d'electricitat de la producció industrial regional i la vida residencial a través de la generació d'energia tèrmica, amb una capacitat d'unitat única de fins a un milió de quilowatts; Les centrals nuclears es basen en l'alta densitat energètica del combustible nuclear i es troben en zones amb una gran demanda d'energia i requisits ambientals, proporcionant electricitat de càrrega base estable per a la regió i apropant-se a zero emissions de carboni.

A més, els generadors de vapor d'alta-temperatura també són adequats per a grans centrals elèctriques industrials pròpies, com ara grans empreses de la siderúrgia, la química i altres indústries. Generen electricitat cremant-combustibles de producció pròpia o utilitzant la calor residual del procés (secció d'alta-temperatura) per satisfer les seves pròpies necessitats d'electricitat de producció i reduir la dependència de les compres externes d'energia.

4, Tendència de desenvolupament de la indústria: evolució col·laborativa de camins d'alta i baixa temperatura

Impulsats per la transició energètica i l'objectiu del "doble carboni", els generadors de vapor d'alta-temperatura i de baixa-temperatura no es poden substituir mútuament, però mostren una tendència de desenvolupament coordinada d'"actualització-de gamma alta i expansió de-baixa".

(1) Via d'alta temperatura: actualització cap a processos ultra supercrítics i nets

Els generadors de vapor d'alta temperatura continuaran desenvolupant-se cap a emissions ultra supercrítiques i gairebé zero. D'una banda, a través dels avenços en la tecnologia dels materials, es pot augmentar encara més la temperatura i la pressió del vapor principal, promovent la millora contínua de l'eficiència tèrmica i reduint el consum d'energia i les emissions de carboni per unitat de generació d'electricitat; D'altra banda, combinant la tecnologia de captura, utilització i emmagatzematge de carboni (CCUS), es poden aconseguir emissions gairebé zero de l'energia tèrmica, cosa que li permet encara jugar un paper estabilitzador en l'electricitat de càrrega base a l'estructura energètica amb una proporció creixent de nova energia.

(2) Via de baixa temperatura: expansió cap a escala i alta adaptabilitat

Els generadors de vapor de baixa temperatura donaran lloc a una doble oportunitat d'aplicació-a gran escala i d'actualització tecnològica. Pel que fa a l'escala d'aplicació, amb l'enduriment de les polítiques d'estalvi d'energia industrial-i la creixent consciència de la recuperació de calor residual, els generadors de baixa-temperatura ORC es popularitzaran en més indústries, formant un mercat de generació d'energia de calor residual a gran-escala; Pel que fa a l'actualització tecnològica, ens centrarem en la investigació i el desenvolupament de fluids de treball nous i eficients, la millora de l'eficiència de l'intercanvi de calor i el control intel·ligent dels sistemes, reduint el cost de la generació d'energia de calor residual a baixa -temperatura, millorant l'adaptabilitat als recursos calorífics residuals de diferents temperatures i escales i ampliant el límit d'utilització de la calor ultra baixa.