Analyse en toepassing van hoge- en lagetemperatuurtechnologie voor stoomgeneratoren

1, Kerndefinitie en thermodynamische basis van hoge en lage temperatuurparameters

De hoge- en lagetemperatuurverdeling van stoomgeneratoren is geen absolute waarde, maar een consensus binnen de industrie die is gevormd op basis van thermodynamische principes en technische praktijk. De kern ervan is de Carnot-cyclustheorie. - Het hoogste rendement van een warmtemotor wordt bepaald door het temperatuurverschil tussen de warmtebron en de koudebron. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe hoger de efficiëntie van het omzetten van thermische energie in elektrische energie.

(1) Definitie en kenmerken van parameters voor hoge temperaturen

Op industrieel gebied wordt de belangrijkste stoomtemperatuur van hoge-stoomgeneratoren gewoonlijk gedefinieerd als 500 graden of hoger, en ligt de ondersteunende druk meestal in het bereik van 10 MPa-30 MPa. Sommige ultra-superkritische eenheden kunnen zelfs boven de 600 graden of 25 MPa komen. Het kerndoel van dit parameterbereik is het maximaliseren van het temperatuurverschil en het bevorderen van de thermische efficiëntie tot boven de 40%, of zelfs boven de 45%. De implementatie van hoge-temperatuurparameters is afhankelijk van de verbranding van hoogwaardige-energiebronnen (zoals steenkool en aardgas) of kernreacties. Water wordt via ketels of reactoren verwarmd tot hoge- temperatuur en stoom onder hoge druk, en vervolgens met hoge snelheid rondgedraaid om elektriciteit op te wekken.

(2) Definitie en kenmerken van lage temperatuurparameters

De belangrijkste stoomtemperatuur van stoomgeneratoren met lage{0}}temperatuur ligt gewoonlijk onder de 300 graden, en sommige systemen voor de terugwinning van restwarmte kunnen deze zelfs verlagen tot 80 graden -250 graden, met drukken die vaak lager zijn dan 2,5 MPa. De kernlogica van dergelijke systemen is niet het nastreven van ultieme efficiëntie, maar het gebruik van thermische energie van lage-kwaliteit (zoals industriële restwarmte, zonne-energie, geothermische energie) om 'afval in schatten om te zetten'. Hoewel hun thermische efficiëntie over het algemeen tussen de 10% en 25% ligt, kunnen ze de oorspronkelijk verspilde warmte omzetten in elektrische energie, wat zowel energiebesparende als ecologische waarde heeft. De implementatie van lage-temperatuurparameters is niet afhankelijk van energieverbruik met hoge intensiteit, maar past zich eerder aan de temperatuurkenmerken van laagwaardige warmtebronnen aan via speciale werkvloeistoffen of circulatietechnologieën.

2, Verschillen in technische paden van stoomgeneratoren met hoge en lage temperatuur

Het verschil in temperatuurparameters leidt direct tot significante verschillen in de kerncomponenten, cyclusmodi en systeemontwerp van stoomgeneratoren, waardoor twee totaal verschillende technische paden ontstaan.

(1) Stoomgenerator op hoge temperatuur: technologisch streven naar ultieme efficiëntie

Stoomgeneratoren op hoge temperatuur, vertegenwoordigd door traditionele thermische en kerncentrales, hebben de technische kern van "weerstand tegen hoge temperaturen en hoge druk", en bereiken een efficiënte energieopwekking door middel van materiaalupgrades en systeemoptimalisatie. Wat de kerncomponenten betreft, moeten belangrijke apparatuur, zoals turbinebladen en ketelpijpleidingen, gebruik maken van speciale materialen zoals legeringen op nikkelbasis en hitte-bestendig staal om weerstand te bieden aan oxidatie, corrosie en vermoeidheid bij omgevingen met hoge temperaturen en hoge druk; Wat de circulatie betreft, wordt doorgaans de Rankine-cyclus gebruikt, waarbij door een ketel stoom op hoge- temperatuur en hoge- druk wordt gegenereerd. Nadat de stoomturbine werkt, wordt de uitlaatstoom door een condensor tot water gekoeld, vervolgens door een voedingspomp onder druk gezet en teruggestuurd naar de ketel om een ​​gesloten cyclus te vormen; Bij het systeemontwerp zijn complexe temperatuurregelings- en drukreductieapparaten vereist om stabiele stoomparameters te garanderen en schade aan apparatuur als gevolg van temperatuurschommelingen te voorkomen.

3, Panoramische toepassingsscenario's van stoomgeneratoren op hoge en lage temperatuur

De kenmerken van temperatuurparameters bepalen dat de toepassingsscenario's van twee typen stoomgeneratoren duidelijke grenzen hebben en twee belangrijke gebieden bestrijken: grootschalige-gecentraliseerde energievoorziening en gedistribueerde terugwinning van afvalwarmte.

(1) Stoomgenerator op hoge temperatuur: de belangrijkste kracht voor grootschalige gecentraliseerde stroomvoorziening-

Stoomgeneratoren voor hoge temperaturen, met hun voordelen van hoog vermogen en efficiëntie, zijn de belangrijkste keuze geworden voor grootschalige, gecentraliseerde stroomvoorziening. In termen van toepassingsscenario's worden grote thermische energiecentrales voornamelijk gedistribueerd in steenkoolrijke gebieden of laadcentra, en voorzien ze in de elektriciteitsbehoeften van de regionale industriële productie en het residentiële leven door middel van thermische energieopwekking, met een capaciteit per eenheid van maximaal één miljoen kilowatt; Kerncentrales zijn afhankelijk van de hoge energiedichtheid van splijtstof en bevinden zich in gebieden met een hoge vraag naar energie en hoge milieueisen. Ze leveren stabiele basislastelektriciteit voor de regio en naderen een nul-koolstofuitstoot.

Bovendien zijn stoomgeneratoren met hoge temperatuur- ook geschikt voor grote industriële elektriciteitscentrales in eigen beheer, zoals grote ondernemingen in de staal-, chemische en andere industrieën. Ze wekken elektriciteit op door zelf-geproduceerde brandstoffen te verbranden of restwarmte uit het proces (hoge- temperatuursectie) te gebruiken om in hun eigen elektriciteitsbehoeften te voorzien en de afhankelijkheid van externe stroomaankopen te verminderen.

4, Trend in industriële ontwikkeling: gezamenlijke evolutie van hoge en lage temperatuurpaden

Gedreven door de energietransitie en het 'dual carbon'-doel zijn stoomgeneratoren op hoge- en lage- temperatuur niet onderling vervangbaar, maar vertonen ze een gecoördineerde ontwikkelingstrend van 'high--upgrades en low--uitbreidingen'.

(1) Hogetemperatuurtraject: opwaardering naar ultra-superkritische en schone processen

Stoomgeneratoren op hoge temperatuur zullen zich blijven ontwikkelen in de richting van ultra-superkritisch en bijna geen uitstoot. Aan de ene kant kunnen door doorbraken in de materiaaltechnologie de belangrijkste stoomtemperatuur en -druk verder worden verhoogd, waardoor een voortdurende verbetering van de thermische efficiëntie wordt bevorderd en het energieverbruik en de koolstofemissies per eenheid elektriciteitsopwekking worden verminderd; Aan de andere kant kan door het combineren van CCUS-technologie (koolstofafvang, -gebruik en -opslag) de uitstoot van thermische energie bijna nul worden bereikt, waardoor thermische energie nog steeds een stabiliserende rol kan spelen in de basislastelektriciteit in de energiestructuur met een toenemend aandeel nieuwe energie.

(2) Lage temperatuurtraject: uitbreiden naar schaal en hoog aanpassingsvermogen

Stoomgeneratoren op lage temperatuur zullen een dubbele mogelijkheid van grootschalige toepassing en technologische modernisering inluiden. In termen van toepassingsschaal zullen ORC-generatoren met lage- lage temperatuur, met de aanscherping van het beleid voor industriële energiebesparing- en het toenemende bewustzijn van de terugwinning van restwarmte, in meer industrieën worden gepopulariseerd, waardoor een grootschalige- markt voor de opwekking van afvalwarmte-energie zal ontstaan; In termen van technologische modernisering zullen we ons concentreren op het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe en efficiënte werkvloeistoffen, de verbetering van de efficiëntie van de warmtewisseling en de intelligente besturing van systemen, waardoor de kosten van de opwekking van afvalwarmte bij lage- temperatuur worden verlaagd, het aanpassingsvermogen aan afvalwarmtebronnen van verschillende temperaturen en schalen wordt verbeterd, en de gebruiksgrens van afvalwarmte op ultra- lage temperatuur (60 graden -80 graden) wordt verlegd.