Análisis y aplicación de tecnología de alta y baja temperatura para generadores de vapor.
1, definición central y base termodinámica de parámetros de alta y baja temperatura.
La división de generadores de vapor de alta y baja temperatura no es un valor absoluto, sino un consenso de la industria formado sobre la base de principios termodinámicos y prácticas de ingeniería. Su base central es la teoría del ciclo de Carnot - la mayor eficiencia de un motor térmico está determinada por la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y la fuente de frío. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será la eficiencia a la hora de convertir la energía térmica en energía eléctrica.
(1) Definición y características de los parámetros de alta temperatura
En el campo industrial, la temperatura principal del vapor de los generadores de vapor de alta-temperatura generalmente se define como 500 grados o más, y la presión de soporte se encuentra principalmente en el rango de 10 MPa-30 MPa. Algunas unidades ultrasupercríticas pueden incluso alcanzar más de 600 grados o 25 MPa. El objetivo principal de este rango de parámetros es maximizar la diferencia de temperatura y promover que la eficiencia térmica supere el 40%, o incluso supere el 45%. La implementación de parámetros de alta-temperatura depende de la combustión de fuentes de energía de alto-grado (como carbón y gas natural) o reacciones nucleares. El agua se calienta a alta-temperatura y vapor a alta presión a través de calderas o reactores, y luego se hace girar a alta velocidad para generar electricidad.
(2) Definición y características de los parámetros de baja temperatura
La temperatura del vapor principal de los generadores de vapor de baja-temperatura suele ser inferior a 300 grados, y algunos sistemas de recuperación de calor residual pueden incluso reducirla a 80 grados -250 grados, con presiones a menudo inferiores a 2,5 MPa. La lógica central de estos sistemas no es buscar la máxima eficiencia, sino utilizar energía térmica de bajo-grado (como el calor residual industrial, la energía solar y la energía geotérmica) para lograr "convertir los residuos en tesoros". Aunque su eficiencia térmica generalmente está entre el 10% -25%, pueden convertir el calor originalmente desperdiciado en energía eléctrica, lo que tiene un ahorro de energía-y valor ambiental. La implementación de parámetros de baja-temperatura no depende de un consumo de energía de alta intensidad, sino que se adapta a las características de temperatura de fuentes de calor de baja calidad a través de fluidos de trabajo especiales o tecnologías de circulación.
2, Diferencias en las rutas técnicas de los generadores de vapor de alta y baja temperatura
La diferencia en los parámetros de temperatura conduce directamente a diferencias significativas en los componentes centrales, los modos de ciclo y el diseño del sistema de los generadores de vapor, formando dos caminos técnicos completamente diferentes.
(1) Generador de vapor de alta temperatura: búsqueda tecnológica de la máxima eficiencia
Los generadores de vapor de alta temperatura, representados por las centrales térmicas y nucleares tradicionales, tienen el núcleo técnico de "resistencia a altas temperaturas y resistencia a altas presiones" y logran una generación de energía eficiente mediante mejoras de materiales y optimización del sistema. En los componentes principales, los equipos clave, como los álabes de las turbinas y las tuberías de las calderas, deben utilizar materiales especiales, como aleaciones a base de níquel y acero resistente al calor-para resistir la oxidación, la corrosión y la fatiga en entornos de alta temperatura y alta presión; En términos de circulación, se utiliza comúnmente el ciclo Rankine, que genera vapor a alta-temperatura y alta-presión a través de una caldera. Una vez que la turbina de vapor funciona, el vapor de escape se enfría en agua mediante un condensador y luego se presuriza mediante una bomba de alimentación y se envía de regreso a la caldera para formar un ciclo cerrado; En el diseño del sistema, se requieren dispositivos complejos de control de temperatura y reducción de presión para garantizar parámetros de vapor estables y evitar daños al equipo debido a fluctuaciones de temperatura.
3, escenarios de aplicación panorámicos de generadores de vapor de alta y baja temperatura.
Las características de los parámetros de temperatura determinan que los escenarios de aplicación de dos tipos de generadores de vapor tengan límites claros y abarquen dos campos principales: suministro de energía centralizado a gran-escala y recuperación distribuida de calor residual.
(1) Generador de vapor de alta temperatura: la fuerza principal para el suministro de energía centralizado a gran-escala
Los generadores de vapor de alta temperatura, con sus ventajas de alta potencia y eficiencia, se han convertido en la opción principal para el suministro de energía centralizado a gran-escala. En términos de escenarios de aplicación, las grandes centrales térmicas se distribuyen principalmente en áreas ricas en carbón o centros de carga, cubriendo las necesidades eléctricas de la producción industrial regional y la vida residencial mediante la generación de energía térmica, con una capacidad unitaria de hasta un millón de kilovatios; Las centrales nucleares dependen de la alta densidad energética del combustible nuclear y están ubicadas en áreas con alta demanda de energía y requisitos ambientales, proporcionando electricidad de carga base estable para la región y acercándose a cero emisiones de carbono.
Además, los generadores de vapor de alta-temperatura también son adecuados para grandes centrales eléctricas industriales propias, como grandes empresas de las industrias siderúrgica y química, entre otras. Generan electricidad quemando-combustibles de producción propia o utilizando el calor residual del proceso (sección de alta-temperatura) para satisfacer sus propias necesidades de producción de electricidad y reducir la dependencia de las compras de energía externa.
4, Tendencia de desarrollo de la industria: evolución colaborativa de rutas de alta y baja temperatura
Impulsados por la transición energética y el objetivo del "carbono dual", los generadores de vapor de alta-temperatura y baja-temperatura no son mutuamente sustituibles, pero están mostrando una tendencia de desarrollo coordinada de "actualización de alto-gama y expansión de baja-gama".
(1) Vía de alta temperatura: modernización hacia procesos ultrasupercríticos y limpios
Los generadores de vapor de alta temperatura seguirán desarrollándose hacia niveles ultrasupercríticos y de emisiones casi nulas. Por un lado, a través de avances en la tecnología de materiales, la temperatura y presión del vapor principal se pueden aumentar aún más, promoviendo la mejora continua de la eficiencia térmica y reduciendo el consumo de energía y las emisiones de carbono por unidad de generación de electricidad; Por otro lado, al combinar la tecnología de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS), se pueden lograr emisiones casi nulas de la energía térmica, lo que le permitirá seguir desempeñando un papel estabilizador en la carga base de electricidad en la estructura energética con una proporción cada vez mayor de energía nueva.
(2) Vía de baja temperatura: expansión hacia escala y alta adaptabilidad
Los generadores de vapor de baja temperatura brindarán una doble oportunidad de aplicación a gran-escala y actualización tecnológica. En términos de escala de aplicación, con el endurecimiento de las políticas de ahorro de energía-industrial y la creciente conciencia sobre la recuperación de calor residual, los generadores ORC de baja-temperatura se popularizarán en más industrias, formando un mercado de generación de energía de calor residual a gran-escala; En términos de actualización tecnológica, nos centraremos en la investigación y el desarrollo de fluidos de trabajo nuevos y eficientes, la mejora de la eficiencia del intercambio de calor y el control inteligente de los sistemas, reduciendo el costo de la generación de energía de calor residual a baja-temperatura, mejorando la adaptabilidad a los recursos de calor residual de diferentes temperaturas y escalas, y ampliando el límite de utilización del calor residual de temperatura ultra-(60 grados -80 grados).
