Анализ и применение технологий высоких и низких температур для парогенератора

1. Определение ядра и термодинамическая основа параметров высоких и низких температур.

Разделение парогенераторов на высоко- и низкотемпературные — это не абсолютная величина, а отраслевой консенсус, сформированный на основе термодинамических принципов и инженерной практики. Его основной основой является теория цикла Карно -. Наивысший КПД теплового двигателя определяется разницей температур между источником тепла и источником холода. Чем больше разница температур, тем выше эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую.

(1) Определение и характеристики высокотемпературных параметров.

В промышленной сфере основная температура пара-высокотемпературных парогенераторов обычно определяется как 500 градусов или выше, а поддерживающее давление обычно находится в диапазоне 10 МПа-30 МПа. Некоторые ультрасверхкритические агрегаты могут даже достигать температуры выше 600 градусов или 25 МПа. Основная цель этого диапазона параметров — максимизировать разницу температур и обеспечить тепловой КПД, превышающий 40 % или даже превышающий 45 %. Реализация высоких-температурных параметров зависит от сгорания-высококачественных источников энергии (таких как уголь и природный газ) или ядерных реакций. Вода нагревается до высокой-температуры и пара под высоким давлением в котлах или реакторах, а затем приводится во вращение на высокой скорости для выработки электроэнергии.

(2) Определение и характеристики низкотемпературных параметров.

Основная температура пара низкотемпературных парогенераторов обычно ниже 300 градусов, а некоторые системы рекуперации отработанного тепла могут даже снизить ее до 80 градусов -250 градусов, при этом давление часто ниже 2,5 МПа. Основная логика таких систем заключается не в достижении максимальной эффективности, а в использовании низкосортной тепловой энергии (например, промышленных отходов, солнечной энергии, геотермальной энергии) для достижения «превращения отходов в сокровища». Хотя их тепловой КПД обычно составляет от 10 % до 25 %, они могут преобразовывать первоначально потраченное впустую тепло в электрическую энергию, что имеет как энергосберегающую, так и экологическую ценность. Реализация низко-температурных параметров опирается не на высокоинтенсивное энергопотребление, а на адаптацию к температурным характеристикам источников низкопотенциального тепла за счет специальных рабочих жидкостей или циркуляционных технологий.

2. Различия в технических путях высоко- и низкотемпературных парогенераторов.

Разница температурных параметров напрямую приводит к существенным различиям в основных компонентах, режимах цикла и конструкции систем парогенераторов, образуя два совершенно разных технических пути.

(1) Высокотемпературный парогенератор: технологическое стремление к максимальной эффективности

Высокотемпературные парогенераторы, представленные традиционными тепловыми и атомными электростанциями, имеют техническую основу «стойкость к высоким температурам и высокому давлению» и обеспечивают эффективное производство электроэнергии за счет модернизации материалов и оптимизации системы. В основных компонентах ключевого оборудования, такого как лопатки турбин и трубопроводы котлов, должны использоваться специальные материалы, такие как сплавы на основе никеля и жаростойкая-сталь, чтобы противостоять окислению, коррозии и усталости в условиях высоких температур и высокого давления; Что касается циркуляции, обычно используется цикл Ренкина, который генерирует пар с высокой-температурой и высоким-давлением через котел. После того, как паровая турбина работает, отработанный пар охлаждается в воду с помощью конденсатора, затем создается давление питательным насосом и отправляется обратно в котел, образуя замкнутый цикл; При проектировании системы необходимы сложные устройства контроля температуры и снижения давления, позволяющие обеспечить стабильные параметры пара и избежать повреждения оборудования из-за колебаний температуры.

3. Панорамные сценарии применения парогенераторов высокой и низкой температуры.

Характеристики температурных параметров определяют, что сценарии применения двух типов парогенераторов имеют четкие границы и охватывают две основные области: крупномасштабное централизованное электроснабжение и распределенную утилизацию отработанного тепла.

(1) Высокотемпературный парогенератор: основная сила крупномасштабного централизованного энергоснабжения.

Высокотемпературные парогенераторы с их преимуществами высокой мощности и эффективности стали основным выбором для крупномасштабного централизованного энергоснабжения. Что касается сценариев применения, крупные тепловые электростанции в основном расположены в богатых углем районах или центрах нагрузки, удовлетворяя потребности в электроэнергии регионального промышленного производства и жилой жизни за счет производства тепловой энергии, с единичной мощностью до одного миллиона киловатт; Атомные электростанции полагаются на высокую плотность энергии ядерного топлива и расположены в районах с высоким спросом на энергию и экологическими требованиями, обеспечивая стабильную базовую нагрузку электроэнергией для региона и приближаясь к нулевым выбросам углекислого газа.

Кроме того,-высокотемпературные парогенераторы также подходят для крупных промышленных электростанций, таких как крупные предприятия сталелитейной, химической и других отраслей промышленности. Они производят электроэнергию путем сжигания-добытого самостоятельно топлива или использования технологического тепла (высоко-температурной секции) для удовлетворения собственных производственных потребностей в электроэнергии и снижения зависимости от внешних закупок электроэнергии.

4. Тенденция развития отрасли: совместная эволюция путей высоких и низких температур.

Благодаря энергетическому переходу и цели «двойного углерода», высоко-и низкотемпературные-парогенераторы не являются взаимозаменяемыми, но демонстрируют скоординированную тенденцию развития «высоко-модернизации и низкочастотного-расширения».

(1) Высокотемпературный путь: переход к сверхкритическим и чистым процессам.

Высокотемпературные парогенераторы будут продолжать развиваться в направлении сверхкритических и близких к нулевым выбросам выбросов. С одной стороны, благодаря прорывам в технологии материалов можно еще больше повысить температуру и давление основного пара, что будет способствовать постоянному повышению тепловой эффективности и снижению энергопотребления и выбросов углерода на единицу выработанной электроэнергии; С другой стороны, путем комбинирования технологии улавливания, использования и хранения углерода (CCUS) можно достичь практически нулевых выбросов от тепловой энергии, что позволит ей по-прежнему играть стабилизирующую роль в электроэнергии базовой нагрузки в энергетической структуре с увеличением доли новой энергии.

(2) Низкотемпературный путь: расширение в сторону масштабирования и высокой адаптируемости.

Низкотемпературные парогенераторы откроют двойную возможность: крупномасштабного применения и технологической модернизации. С точки зрения масштаба применения, с ужесточением промышленной политики энергосбережения-и ростом осведомленности об утилизации отработанного тепла, низкотемпературные генераторы ORC-будут популяризироваться в большем количестве отраслей, образуя крупномасштабный-рынок производства электроэнергии из отработанного тепла; В рамках технологической модернизации мы сосредоточимся на исследованиях и разработке новых и эффективных рабочих жидкостей, повышении эффективности теплообмена и интеллектуальном управлении системами, снижении затрат на производство низкотемпературной отработанной тепловой энергии, улучшении адаптации к ресурсам отработанного тепла различных температур и масштабов, а также расширении границ использования ультра-отбросного тепла (60–80 градусов).