Phân tích và ứng dụng công nghệ nhiệt độ cao và thấp cho máy tạo hơi nước
1, Định nghĩa cốt lõi và cơ sở nhiệt động của các thông số nhiệt độ cao và thấp
Sự phân chia nhiệt độ cao và thấp của máy tạo hơi nước không phải là một giá trị tuyệt đối mà là sự đồng thuận trong ngành được hình thành dựa trên các nguyên tắc nhiệt động lực học và thực tiễn kỹ thuật. Cơ sở cốt lõi của nó là lý thuyết chu trình Carnot - hiệu suất cao nhất của động cơ nhiệt được xác định bởi chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và nguồn lạnh. Chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì hiệu suất chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện càng cao.
(1) Định nghĩa và đặc điểm của các thông số nhiệt độ cao
Trong lĩnh vực công nghiệp, nhiệt độ hơi chính của máy tạo hơi nước nhiệt độ cao-thường được xác định là 500 độ trở lên và áp suất hỗ trợ hầu hết nằm trong khoảng 10MPa{11}}30MPa. Một số thiết bị siêu tới hạn thậm chí có thể đạt tới trên 600 độ hoặc 25MPa. Mục tiêu cốt lõi của phạm vi thông số này là tối đa hóa chênh lệch nhiệt độ và thúc đẩy hiệu suất nhiệt vượt quá 40%, thậm chí đạt trên 45%. Việc triển khai các thông số nhiệt độ cao{12}}phụ thuộc vào quá trình đốt cháy các nguồn năng lượng cấp cao (chẳng hạn như than đá và khí tự nhiên) hoặc phản ứng hạt nhân. Nước được làm nóng đến nhiệt độ{15}}cao và hơi nước áp suất cao thông qua nồi hơi hoặc lò phản ứng, sau đó được điều khiển để quay ở tốc độ cao để tạo ra điện.
(2) Định nghĩa và đặc điểm của các thông số nhiệt độ thấp
Nhiệt độ hơi chính của máy tạo hơi nước ở nhiệt độ-thấp thường dưới 300 độ và một số hệ thống thu hồi nhiệt thải thậm chí có thể hạ nhiệt độ xuống 80 độ -250 độ, với áp suất thường dưới 2,5MPa. Logic cốt lõi của những hệ thống như vậy không phải là theo đuổi hiệu quả tối đa mà là sử dụng năng lượng nhiệt cấp thấp (chẳng hạn như nhiệt thải công nghiệp, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt) để đạt được mục tiêu "biến rác thải thành kho báu". Mặc dù hiệu suất nhiệt của chúng thường nằm trong khoảng 10% -25% nhưng chúng có thể chuyển nhiệt lượng lãng phí ban đầu thành năng lượng điện, vừa tiết kiệm năng lượng vừa có giá trị cho môi trường. Việc triển khai các thông số nhiệt độ thấp không dựa vào mức tiêu thụ năng lượng cường độ cao mà thích ứng với đặc tính nhiệt độ của các nguồn nhiệt cấp thấp thông qua chất lỏng làm việc đặc biệt hoặc công nghệ tuần hoàn.
2, Sự khác biệt về đường dẫn kỹ thuật của máy tạo hơi nước nhiệt độ cao và thấp
Sự khác biệt về thông số nhiệt độ trực tiếp dẫn đến sự khác biệt đáng kể về các thành phần cốt lõi, chế độ chu trình và thiết kế hệ thống của máy tạo hơi nước, tạo thành hai đường dẫn kỹ thuật hoàn toàn khác nhau.
(1) Máy tạo hơi nước nhiệt độ cao: theo đuổi công nghệ đạt hiệu quả cao nhất
Máy tạo hơi nước nhiệt độ cao, điển hình là các nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân truyền thống, có cốt lõi kỹ thuật là "chịu nhiệt độ cao và chịu áp suất cao", đồng thời đạt được khả năng phát điện hiệu quả thông qua nâng cấp vật liệu và tối ưu hóa hệ thống. Trên các bộ phận cốt lõi, các thiết bị chính như cánh tuabin và đường ống nồi hơi cần sử dụng các vật liệu đặc biệt như hợp kim gốc niken và thép chịu nhiệt-để chống lại quá trình oxy hóa, ăn mòn và mỏi trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao; Về mặt tuần hoàn, chu trình Rankine được sử dụng phổ biến, tạo ra hơi nước có nhiệt độ-và áp suất cao-cao thông qua nồi hơi. Sau khi tua bin hơi hoạt động, hơi thải được làm mát thành nước bằng thiết bị ngưng tụ, sau đó được điều áp bằng bơm cấp liệu và đưa trở lại lò hơi để tạo thành một chu trình khép kín; Trong thiết kế hệ thống cần có các thiết bị điều khiển nhiệt độ và giảm áp suất phức tạp để đảm bảo thông số hơi ổn định và tránh hư hỏng thiết bị do biến động nhiệt độ.
3, Kịch bản ứng dụng toàn cảnh của máy tạo hơi nước nhiệt độ cao và thấp
Các đặc điểm của thông số nhiệt độ xác định rằng các kịch bản ứng dụng của hai loại máy tạo hơi nước có ranh giới rõ ràng, bao gồm hai lĩnh vực chính: cung cấp điện tập trung-quy mô lớn và thu hồi nhiệt thải phân tán.
(1) Máy tạo hơi nước nhiệt độ cao: nguồn lực chính để cung cấp điện tập trung-quy mô lớn
Máy tạo hơi nước ở nhiệt độ cao, với ưu điểm là công suất và hiệu suất cao, đã trở thành lựa chọn cốt lõi cho nguồn cung cấp điện tập trung{0}}quy mô lớn. Về kịch bản ứng dụng, các nhà máy nhiệt điện lớn chủ yếu phân bố ở các khu vực giàu than hoặc trung tâm phụ tải, đáp ứng nhu cầu điện cho sản xuất công nghiệp và đời sống dân cư trong khu vực thông qua sản xuất nhiệt điện, có công suất một tổ máy lên tới một triệu kilowatt; Các nhà máy điện hạt nhân dựa vào mật độ năng lượng cao của nhiên liệu hạt nhân và được đặt tại các khu vực có nhu cầu năng lượng và yêu cầu về môi trường cao, cung cấp điện phụ tải ổn định cho khu vực và đạt mức phát thải carbon bằng không.
Ngoài ra, máy tạo hơi nước ở nhiệt độ-cao cũng phù hợp với các nhà máy điện công nghiệp lớn do chính công ty sở hữu, chẳng hạn như các doanh nghiệp lớn trong ngành thép, hóa chất và các ngành công nghiệp khác. Họ tạo ra điện bằng cách đốt nhiên liệu-tự sản xuất hoặc tận dụng nhiệt thải của quy trình (phần-nhiệt độ cao) để đáp ứng nhu cầu điện sản xuất của chính họ và giảm sự phụ thuộc vào việc mua điện bên ngoài.
4, Xu hướng phát triển ngành: Sự phát triển hợp tác của các con đường nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp
Được thúc đẩy bởi quá trình chuyển đổi năng lượng và mục tiêu "cacbon kép", các máy tạo hơi nước ở nhiệt độ-cao và nhiệt độ-thấp không thể thay thế lẫn nhau nhưng đang thể hiện xu hướng phát triển phối hợp là "nâng cấp-cao cấp và mở rộng-cấp thấp".
(1) Con đường nhiệt độ cao: nâng cấp theo hướng siêu tới hạn và quy trình sạch
Máy tạo hơi nước nhiệt độ cao sẽ tiếp tục phát triển theo hướng siêu tới hạn và lượng khí thải gần như bằng không. Một mặt, thông qua những đột phá trong công nghệ vật liệu, nhiệt độ và áp suất hơi chính có thể được tăng thêm, thúc đẩy cải tiến liên tục về hiệu suất nhiệt và giảm mức tiêu thụ năng lượng cũng như lượng khí thải carbon trên mỗi đơn vị sản xuất điện; Mặt khác, bằng cách kết hợp công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS), có thể đạt được lượng khí thải từ nhiệt điện gần như bằng 0, cho phép nhiệt điện vẫn đóng vai trò ổn định trong điện phụ tải cơ bản trong cơ cấu năng lượng với tỷ lệ năng lượng mới ngày càng tăng.
(2) Con đường nhiệt độ thấp: mở rộng theo hướng quy mô và khả năng thích ứng cao
Máy tạo hơi nước ở nhiệt độ thấp sẽ mở ra cơ hội kép cho-ứng dụng quy mô lớn và nâng cấp công nghệ. Về quy mô ứng dụng, với việc thắt chặt các chính sách tiết kiệm năng lượng-công nghiệp và nhận thức ngày càng tăng về việc thu hồi nhiệt thải, máy tạo nhiệt độ-thấp ORC sẽ được phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp hơn, hình thành nên một-thị trường sản xuất điện nhiệt thải quy mô lớn; Về nâng cấp công nghệ, chúng tôi sẽ tập trung vào nghiên cứu và phát triển các chất lỏng làm việc mới và hiệu quả, cải thiện hiệu suất trao đổi nhiệt và điều khiển thông minh các hệ thống, giảm chi phí sản xuất nhiệt thải ở nhiệt độ-thấp, cải thiện khả năng thích ứng với các nguồn nhiệt thải ở nhiệt độ và quy mô khác nhau, đồng thời mở rộng ranh giới sử dụng nhiệt thải ở nhiệt độ cực thấp (60 độ -80 độ).
