Análise e aplicação de tecnologia de alta e baixa temperatura para gerador de vapor

1, definição de núcleo e base termodinâmica de parâmetros de alta e baixa temperatura

A divisão de alta e baixa temperatura dos geradores de vapor não é um valor absoluto, mas um consenso da indústria formado com base em princípios termodinâmicos e práticas de engenharia. Sua base principal é a teoria do ciclo de Carnot - a maior eficiência de uma máquina térmica é determinada pela diferença de temperatura entre a fonte de calor e a fonte fria. Quanto maior a diferença de temperatura, maior será a eficiência de conversão de energia térmica em energia elétrica.

(1) Definição e características dos parâmetros de alta temperatura

No campo industrial, a principal temperatura do vapor dos geradores de vapor de alta-temperatura é geralmente definida como 500 graus ou mais, e a pressão de suporte está principalmente na faixa de 10MPa-30MPa. Algumas unidades ultra supercríticas podem atingir até acima de 600 graus ou 25 MPa. O objetivo principal desta faixa de parâmetros é maximizar a diferença de temperatura e promover a eficiência térmica para exceder 40%, ou mesmo atingir mais de 45%. A implementação de parâmetros-de alta temperatura depende da combustão de fontes de energia-de alto nível (como carvão e gás natural) ou de reações nucleares. A água é aquecida a alta-temperatura e vapor de alta pressão através de caldeiras ou reatores e depois girada em alta velocidade para gerar eletricidade.

(2) Definição e características dos parâmetros de baixa temperatura

A principal temperatura do vapor dos geradores de vapor de baixa-temperatura é geralmente inferior a 300 graus, e alguns sistemas de recuperação de calor residual podem até reduzi-la para 80 graus -250 graus, com pressões geralmente abaixo de 2,5 MPa. A lógica central de tais sistemas não é buscar a eficiência máxima, mas usar energia térmica de baixa qualidade (como calor residual industrial, energia solar, energia geotérmica) para conseguir "transformar resíduos em tesouro". Embora sua eficiência térmica esteja geralmente entre 10% -25%, eles podem converter o calor originalmente desperdiçado em energia elétrica, o que traz economia-de energia e valor ambiental. A implementação de parâmetros-de baixa temperatura não depende do consumo de energia de alta intensidade, mas se adapta às características de temperatura de fontes de calor de baixo grau por meio de fluidos de trabalho especiais ou tecnologias de circulação.

2, Diferenças nos caminhos técnicos dos geradores de vapor de alta e baixa temperatura

A diferença nos parâmetros de temperatura leva diretamente a diferenças significativas nos componentes principais, modos de ciclo e projeto do sistema de geradores de vapor, formando dois caminhos técnicos completamente diferentes.

(1) Gerador de vapor de alta temperatura: busca tecnológica pela máxima eficiência

Os geradores de vapor de alta temperatura, representados pelas tradicionais usinas térmicas e nucleares, possuem o núcleo técnico de "resistência a altas temperaturas e resistência a altas pressões" e alcançam geração eficiente de energia por meio de atualizações de materiais e otimização do sistema. Nos componentes principais, equipamentos importantes, como pás de turbinas e tubulações de caldeiras, precisam usar materiais especiais, como ligas à base de níquel e aço-resistente ao calor para resistir à oxidação, corrosão e fadiga em ambientes de alta temperatura e alta pressão; Em termos de circulação, o ciclo Rankine é comumente usado, que gera vapor de alta-temperatura e alta-pressão através de uma caldeira. Depois que a turbina a vapor funciona, o vapor de exaustão é resfriado em água por um condensador e, em seguida, pressurizado por uma bomba de alimentação e enviado de volta à caldeira para formar um ciclo fechado; No projeto do sistema, são necessários dispositivos complexos de controle de temperatura e redução de pressão para garantir parâmetros de vapor estáveis ​​e evitar danos ao equipamento devido a flutuações de temperatura.

3, Cenários panorâmicos de aplicação de geradores de vapor de alta e baixa temperatura

As características dos parâmetros de temperatura determinam que os cenários de aplicação de dois tipos de geradores de vapor tenham limites claros, cobrindo dois campos principais: fornecimento de energia centralizado em grande-escala e recuperação distribuída de calor residual.

(1) Gerador de vapor de alta temperatura: a principal força para o fornecimento de energia centralizado em grande-escala

Os geradores de vapor de alta temperatura, com suas vantagens de alta potência e eficiência, tornaram-se a principal escolha para fornecimento de energia centralizado em grande-escala. Em termos de cenários de aplicação, as grandes centrais térmicas estão distribuídas principalmente em áreas ricas em carvão ou centros de carga, satisfazendo as necessidades de electricidade da produção industrial regional e da vida residencial através da geração de energia térmica, com uma capacidade unitária de até um milhão de quilowatts; As centrais nucleares dependem da elevada densidade energética do combustível nuclear e estão localizadas em áreas com elevada procura de energia e requisitos ambientais, fornecendo eletricidade de carga de base estável para a região e com emissões de carbono próximas de zero.

Além disso, geradores de vapor de alta-temperatura também são adequados para grandes usinas de energia industriais próprias, como grandes empresas dos setores siderúrgico, químico e outros. Eles geram eletricidade queimando combustíveis-produzidos por eles próprios ou utilizando calor residual do processo (seção de alta-temperatura) para atender às suas próprias necessidades de produção de eletricidade e reduzir a dependência de compras externas de energia.

4, Tendência de Desenvolvimento da Indústria: Evolução Colaborativa de Caminhos de Alta e Baixa Temperatura

Impulsionados pela transição energética e pelo objetivo do "carbono duplo", os geradores de vapor de alta-temperatura e de baixa-temperatura não são mutuamente substituíveis, mas mostram uma tendência de desenvolvimento coordenada de "atualização de alto-e expansão de baixo-fim".

(1) Caminho de alta temperatura: atualização para processos ultra supercríticos e limpos

Os geradores de vapor de alta temperatura continuarão a evoluir em direção a emissões ultra-supercríticas e próximas de zero. Por um lado, através de avanços na tecnologia de materiais, a temperatura e a pressão do vapor principal podem ser aumentadas ainda mais, promovendo a melhoria contínua da eficiência térmica e reduzindo o consumo de energia e as emissões de carbono por unidade de geração de eletricidade; Por outro lado, ao combinar a tecnologia de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS), podem ser alcançadas emissões quase nulas da energia térmica, permitindo-lhe ainda desempenhar um papel estabilizador na carga de base da electricidade na estrutura energética com uma proporção crescente de nova energia.

(2) Caminho de baixa temperatura: expansão em direção à escala e alta adaptabilidade

Os geradores de vapor de baixa temperatura darão início a uma oportunidade dupla de aplicação em-grande escala e atualização tecnológica. Em termos de escala de aplicação, com o endurecimento das políticas industriais de{2}}economia de energia e a crescente conscientização sobre a recuperação de calor residual, os geradores ORC de baixa-temperatura serão popularizados em mais indústrias, formando um mercado de geração de energia de calor residual em grande-escala; Em termos de atualização tecnológica, nos concentraremos na pesquisa e no desenvolvimento de fluidos de trabalho novos e eficientes, na melhoria da eficiência da troca de calor e no controle inteligente de sistemas, reduzindo o custo da geração de energia térmica residual em baixa-temperatura, melhorando a adaptabilidade a recursos de calor residual de diferentes temperaturas e escalas e expandindo o limite de utilização de calor residual de temperatura ultra{6}}baixa (60 graus -80 graus).