Analyse et application de la technologie haute et basse température pour générateur de vapeur

1, définition de base et base thermodynamique des paramètres de haute et basse température

La division haute et basse température des générateurs de vapeur n'est pas une valeur absolue, mais un consensus industriel formé sur la base de principes thermodynamiques et de pratiques d'ingénierie. Sa base principale est la théorie du cycle de Carnot - le rendement le plus élevé d'un moteur thermique est déterminé par la différence de température entre la source de chaleur et la source de froid. Plus la différence de température est grande, plus l'efficacité de la conversion de l'énergie thermique en énergie électrique est élevée.

(1) Définition et caractéristiques des paramètres à haute température

Dans le domaine industriel, la température de vapeur principale des générateurs de vapeur à haute température-est généralement définie comme étant de 500 degrés ou plus, et la pression de support est généralement de l'ordre de 10 MPa-30 MPa. Certaines unités ultra supercritiques peuvent même atteindre plus de 600 degrés ou 25 MPa. L'objectif principal de cette plage de paramètres est de maximiser la différence de température et de promouvoir une efficacité thermique supérieure à 40 %, voire supérieure à 45 %. La mise en œuvre de paramètres de température élevée-repose sur la combustion de sources d'énergie de haute-sources d'énergie (telles que le charbon et le gaz naturel) ou sur des réactions nucléaires. L'eau est chauffée à de la vapeur à haute température et à haute pression dans des chaudières ou des réacteurs, puis entraînée en rotation à grande vitesse pour produire de l'électricité.

(2) Définition et caractéristiques des paramètres de basse température

La température principale de la vapeur des générateurs de vapeur à basse température-est généralement inférieure à 300 degrés, et certains systèmes de récupération de chaleur résiduelle peuvent même l'abaisser à 80 degrés -250 degrés, avec des pressions souvent inférieures à 2,5 MPa. La logique fondamentale de tels systèmes n'est pas de rechercher l'efficacité ultime, mais d'utiliser une énergie thermique de faible qualité (telle que la chaleur résiduelle industrielle, l'énergie solaire, l'énergie géothermique) pour parvenir à « transformer les déchets en trésor ». Bien que leur efficacité thermique soit généralement comprise entre 10 % -25 %, ils peuvent convertir la chaleur initialement perdue en énergie électrique, ce qui présente à la fois une économie d'énergie-et une valeur environnementale. La mise en œuvre de paramètres de basse -température ne repose pas sur une consommation d'énergie de haute intensité, mais s'adapte plutôt aux caractéristiques de température des sources de chaleur de faible qualité grâce à des fluides de travail spéciaux ou à des technologies de circulation.

2, Différences dans les chemins techniques des générateurs de vapeur haute et basse température

La différence dans les paramètres de température entraîne directement des différences significatives dans les composants centraux, les modes de cycle et la conception du système des générateurs de vapeur, formant deux voies techniques complètement différentes.

(1) Générateur de vapeur haute température : recherche technologique d’une efficacité ultime

Les générateurs de vapeur à haute température, représentés par les centrales thermiques et nucléaires traditionnelles, possèdent le noyau technique de « résistance aux températures élevées et à la pression élevée » et permettent une production d'énergie efficace grâce à la mise à niveau des matériaux et à l'optimisation du système. Concernant les composants de base, les équipements clés tels que les aubes de turbine et les canalisations de chaudières doivent utiliser des matériaux spéciaux tels que des alliages à base de nickel et de l'acier résistant à la chaleur-pour résister à l'oxydation, à la corrosion et à la fatigue dans des environnements à haute température et haute pression ; En termes de circulation, le cycle Rankine est couramment utilisé, qui génère de la vapeur à haute-température et haute-pression à travers une chaudière. Une fois que la turbine à vapeur fonctionne, la vapeur d'échappement est refroidie en eau par un condenseur, puis mise sous pression par une pompe d'alimentation et renvoyée à la chaudière pour former un cycle fermé ; Dans la conception du système, des dispositifs complexes de contrôle de la température et de réduction de pression sont nécessaires pour garantir des paramètres de vapeur stables et éviter les dommages aux équipements dus aux fluctuations de température.

3, scénarios d'application panoramiques des générateurs de vapeur haute et basse température

Les caractéristiques des paramètres de température déterminent que les scénarios d'application de deux types de générateurs de vapeur ont des limites claires, couvrant deux domaines principaux : l'alimentation électrique centralisée à grande échelle et la récupération distribuée de la chaleur perdue.

(1) Générateur de vapeur à haute température : la force principale de l'alimentation électrique centralisée à grande échelle

Les générateurs de vapeur à haute température, avec leurs avantages de puissance et d'efficacité élevées, sont devenus le choix de base pour une alimentation électrique centralisée à grande échelle. En termes de scénarios d'application, les grandes centrales thermiques sont principalement réparties dans des zones riches en charbon ou des centres de charge, répondant aux besoins en électricité de la production industrielle régionale et de la vie résidentielle grâce à la production d'énergie thermique, avec une capacité unitaire unique allant jusqu'à un million de kilowatts ; Les centrales nucléaires s'appuient sur la haute densité énergétique du combustible nucléaire et sont situées dans des zones à forte demande énergétique et exigences environnementales, fournissant une électricité de base stable à la région et proche de zéro émission de carbone.

En outre, les générateurs de vapeur-à haute température conviennent également aux grandes centrales électriques industrielles autonomes, telles que les grandes entreprises des secteurs de l'acier, de la chimie et autres. Ils produisent de l'électricité en brûlant des combustibles autoproduits ou en utilisant la chaleur résiduelle du processus (section à haute température) pour répondre à leurs propres besoins en électricité de production et réduire leur dépendance à l'égard des achats d'électricité externes.

4, Tendance de développement de l’industrie : évolution collaborative des chemins à haute et basse température

Poussés par la transition énergétique et l'objectif du « double carbone », les générateurs de vapeur à haute-température-ne sont pas mutuellement substituables, mais affichent une tendance de développement coordonnée de « mise à niveau haut de gamme et d'expansion bas de gamme ».

(1) Voie haute température : évolution vers des procédés ultra supercritiques et propres

Les générateurs de vapeur à haute température continueront à évoluer vers des émissions ultra supercritiques et proches de zéro. D'une part, grâce à des percées dans la technologie des matériaux, la température et la pression de la vapeur principale peuvent être encore augmentées, favorisant ainsi une amélioration continue de l'efficacité thermique et réduisant la consommation d'énergie et les émissions de carbone par unité de production d'électricité ; D’un autre côté, en combinant la technologie de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS), il est possible d’obtenir des émissions proches de zéro provenant de l’énergie thermique, ce qui lui permet de continuer à jouer un rôle stabilisateur dans la charge de base de l’électricité dans la structure énergétique avec une proportion croissante d’énergie nouvelle.

(2) Voie basse température : expansion vers une échelle et une adaptabilité élevée

Les générateurs de vapeur à basse température offriront une double opportunité d'application à grande échelle et de mise à niveau technologique. En termes d'échelle d'application, avec le renforcement des politiques industrielles d'économie d'énergie-et la prise de conscience croissante de la récupération de la chaleur résiduelle, les générateurs ORC à basse température-seront popularisés dans davantage d'industries, formant un marché de production d'énergie thermique à grande échelle- ; En termes de mise à niveau technologique, nous nous concentrerons sur la recherche et le développement de fluides de travail nouveaux et efficaces, l'amélioration de l'efficacité des échanges thermiques et le contrôle intelligent des systèmes, en réduisant le coût de la production d'énergie thermique résiduelle à basse -température, en améliorant l'adaptabilité aux ressources thermiques résiduelles de différentes températures et échelles et en élargissant les limites d'utilisation de la chaleur résiduelle à ultra-chaleur résiduelle à très basse température (60 degrés -80 degrés).