تجزیه و تحلیل و استفاده از فناوری دمای بالا و پایین برای ژنراتور بخار

1، تعریف اصلی و پایه ترمودینامیکی پارامترهای دمای بالا و پایین

تقسیم دمای بالا و پایین ژنراتورهای بخار یک مقدار مطلق نیست، بلکه یک توافق صنعتی است که بر اساس اصول ترمودینامیکی و عملکرد مهندسی شکل گرفته است. اساس اصلی آن تئوری چرخه کارنو است - بالاترین راندمان یک موتور حرارتی توسط اختلاف دما بین منبع گرما و منبع سرد تعیین می شود. هر چه اختلاف دما بیشتر باشد، راندمان تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی بیشتر است.

(1) تعریف و ویژگی های پارامترهای دمای بالا

در زمینه صنعتی، دمای بخار اصلی مولدهای بخار با دمای{0}بالا معمولاً 500 درجه یا بالاتر تعریف می‌شود و فشار پشتیبان عمدتاً در محدوده 10MPa-30MPa است. برخی از واحدهای فوق بحرانی حتی می توانند به بالای 600 درجه یا 25 مگا پاسکال برسند. هدف اصلی این محدوده پارامتر، به حداکثر رساندن اختلاف دما و ارتقای بازده حرارتی به بیش از 40٪ یا حتی رسیدن به بیش از 45٪ است. اجرای پارامترهای دمای بالا به احتراق منابع انرژی با درجه بالا (مانند زغال سنگ و گاز طبیعی) یا واکنش‌های هسته‌ای متکی است. آب از طریق دیگ‌ها یا راکتورها به دمای{15} و بخار با فشار بالا گرم می‌شود و سپس برای تولید برق با سرعت بالا به چرخش در می‌آید.

(2) تعریف و ویژگی های پارامترهای دمای پایین

دمای بخار اصلی مولدهای بخار با دمای پایین{0} معمولاً کمتر از 300 درجه است و برخی از سیستم‌های بازیابی گرمای اتلاف حتی می‌توانند آن را تا 80 درجه -250 درجه کاهش دهند، با فشار اغلب کمتر از 2.5 مگاپاسکال. منطق اصلی چنین سیستم‌هایی دنبال بهره‌وری نهایی نیست، بلکه استفاده از انرژی حرارتی درجه پایین (مانند گرمای زباله‌های صنعتی، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی) برای دستیابی به "تبدیل زباله به گنج" است. اگرچه راندمان حرارتی آنها معمولاً بین 10٪ -25٪ است، آنها می توانند گرمای هدر رفته اولیه را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند که هم ارزش انرژی- و هم ارزش زیست محیطی دارد. اجرای پارامترهای دمای پایین{14}به مصرف انرژی با شدت بالا متکی نیست، بلکه از طریق سیالات کاری خاص یا فناوری‌های گردش با ویژگی‌های دمایی منابع گرمای درجه پایین سازگار است.

2، تفاوت در مسیرهای فنی ژنراتورهای بخار با دمای بالا و پایین

تفاوت در پارامترهای دما به طور مستقیم به تفاوت های قابل توجهی در اجزای هسته، حالت چرخه و طراحی سیستم ژنراتورهای بخار منجر می شود و دو مسیر فنی کاملاً متفاوت را تشکیل می دهد.

(1) ژنراتور بخار با دمای بالا: پیگیری فن آوری بهره وری نهایی

ژنراتورهای بخار با دمای بالا، که توسط نیروگاه‌های حرارتی و هسته‌ای سنتی نشان داده می‌شوند، دارای هسته فنی «مقاومت در دمای بالا و مقاومت در برابر فشار بالا» هستند و از طریق ارتقاء مواد و بهینه‌سازی سیستم به تولید برق کارآمد می‌رسند. در اجزای اصلی، تجهیزات کلیدی مانند پره های توربین و خطوط لوله دیگ باید از مواد خاصی مانند آلیاژهای مبتنی بر نیکل و فولاد مقاوم{1}}برای مقاومت در برابر اکسیداسیون، خوردگی و خستگی در محیط های با دمای بالا و فشار بالا استفاده کنند. از نظر گردش خون، معمولاً از چرخه Rankine استفاده می شود که بخار-در حرارت و فشار بالا- را از طریق دیگ بخار تولید می کند. پس از اینکه توربین بخار کار کرد، بخار خروجی توسط یک کندانسور به آب خنک می‌شود و سپس توسط یک پمپ تغذیه تحت فشار قرار می‌گیرد و به دیگ بخار فرستاده می‌شود تا یک چرخه بسته تشکیل شود. در طراحی سیستم، دستگاه های پیچیده کنترل دما و کاهش فشار برای اطمینان از پارامترهای بخار پایدار و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات به دلیل نوسانات دما مورد نیاز است.

3، سناریوهای کاربردی پانوراما ژنراتورهای بخار با دمای بالا و پایین

ویژگی‌های پارامترهای دما مشخص می‌کند که سناریوهای کاربردی دو نوع مولد بخار دارای مرزهای واضحی هستند که دو زمینه اصلی را پوشش می‌دهند: منبع تغذیه متمرکز در مقیاس بزرگ و بازیابی گرمای اتلاف توزیع شده.

(1) مولد بخار با دمای بالا: نیروی اصلی برای-منبع تغذیه متمرکز در مقیاس بزرگ

ژنراتورهای بخار با دمای بالا، با مزایای قدرت و راندمان بالا، به انتخاب اصلی برای منبع تغذیه متمرکز-در مقیاس بزرگ تبدیل شده‌اند. از نظر سناریوهای کاربردی، نیروگاه های حرارتی بزرگ عمدتاً در مناطق غنی از زغال سنگ یا مراکز بار توزیع می شوند و نیازهای برق تولید صنعتی منطقه ای و زندگی مسکونی را از طریق تولید برق حرارتی با ظرفیت واحد تا یک میلیون کیلووات تامین می کنند. نیروگاه‌های هسته‌ای به چگالی انرژی بالای سوخت هسته‌ای متکی هستند و در مناطقی با تقاضای انرژی بالا و نیازمندی‌های زیست‌محیطی واقع شده‌اند و برق بار پایه پایدار را برای منطقه فراهم می‌کنند و به انتشار کربن صفر نزدیک می‌شوند.

علاوه بر این، مولدهای بخار با دمای{0} بالا برای نیروگاه‌های صنعتی بزرگ مانند شرکت‌های بزرگ در صنایع فولاد، شیمیایی و سایر صنایع نیز مناسب هستند. آنها با سوزاندن سوخت{2}}خود تولید شده یا استفاده از گرمای اتلاف فرآیند (بخش دمای بالا) برای برآوردن نیازهای برق تولیدی خود و کاهش وابستگی به خرید نیروی خارجی، برق تولید می‌کنند.

4، روند توسعه صنعت: تکامل مشترک مسیرهای دمای بالا و پایین

با توجه به انتقال انرژی و هدف "کربن دوگانه"، مولدهای بخار با درجه حرارت بالا و دمای پایین{1} قابل تعویض نیستند، اما روند توسعه هماهنگ "-به روز رسانی بالا و{3}}گسترش پایین{3}} را نشان می دهند.

(1) مسیر دمای بالا: ارتقا به سمت فرآیندهای فوق بحرانی و تمیز

ژنراتورهای بخار با دمای بالا به سمت تولید گازهای گلخانه ای فوق بحرانی و نزدیک به صفر توسعه خواهند یافت. از یک طرف، از طریق پیشرفت در فناوری مواد، دما و فشار اصلی بخار را می توان بیشتر افزایش داد، که باعث بهبود مستمر در بازده حرارتی و کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن در واحد تولید برق می شود. از سوی دیگر، با ترکیب فناوری جذب، استفاده و ذخیره کربن (CCUS)، می‌توان به انتشار نزدیک به صفر از نیروی حرارتی دست یافت، که این امکان را به آن می‌دهد تا همچنان نقش تثبیت‌کننده‌ای در الکتریسیته بار پایه در ساختار انرژی با نسبت فزاینده‌ای از انرژی جدید داشته باشد.

(2) مسیر دمای پایین: گسترش به سمت مقیاس و سازگاری بالا

ژنراتورهای بخار با دمای پایین فرصتی دوگانه برای کاربرد-در مقیاس بزرگ و ارتقاء تکنولوژیکی ایجاد خواهند کرد. از نظر مقیاس کاربرد، با تشدید سیاست‌های صرفه‌جویی در انرژی صنعتی-و افزایش آگاهی از بازیابی گرمای اتلاف، مولدهای دمای پایین{3} ORC در صنایع بیشتری متداول خواهند شد و بازار تولید انرژی حرارتی زباله در مقیاس بزرگ را تشکیل می‌دهند. از نظر ارتقای تکنولوژیکی، ما بر تحقیق و توسعه سیالات کاری جدید و کارآمد، بهبود راندمان تبادل حرارت و کنترل هوشمند سیستم‌ها، کاهش هزینه تولید انرژی حرارتی اتلاف در دمای پایین، بهبود سازگاری با منابع گرمایی اتلاف در دماها و مقیاس‌های مختلف، و گسترش استفاده از دمای فوق‌العاده پایین{0} درجه).