Сверхкритический парогенератор

Сверхкритический парогенератор — это тип котла , работающий при сверхкритическом давлении и температуре, часто используемый при производстве электроэнергии .

В отличие от докритического котла, в котором образуются пузырьки пара, сверхкритический парогенератор работает при давлении выше критического — 22 мегапаскаля (3200 фунтов на квадратный дюйм ) и температуре 374 °C (705 °F). В этих условиях плотность жидкой воды снижается плавно, без фазового перехода, становясь неотличимой от пара . Температура воды падает ниже критической точки, поскольку она работает в турбине генератора высокого давления и поступает в конденсатор , что приводит к немного меньшему расходу топлива. КПД электростанций со сверхкритическими парогенераторами выше, чем с докритическими парогенераторами, поскольку термодинамический КПД напрямую связан с величиной перепада их температуры. При сверхкритическом давлении пар более высокой температуры более эффективно преобразуется в механическую энергию в турбине (как следует из теоремы Карно ).

Технически термин «котел» не следует использовать для обозначения парогенератора сверхкритического давления, поскольку кипения не происходит.

История генерации сверхкритического пара

Современные сверхкритические парогенераторы иногда называют котлами Бенсона. ^{[ 1 ]} В 1922 году Марк Бенсон получил патент на котел, предназначенный для преобразования воды в пар под высоким давлением.

Безопасность была главной заботой концепции Бенсона. Ранее парогенераторы были рассчитаны на относительно низкое давление, примерно до 100 бар (10 МПа ; 1450 фунтов на квадратный дюйм ), что соответствовало современному уровню развития паровых турбин того времени. Одной из их отличительных технических характеристик был клепаный барабан водопароотделителя. В этих барабанах заканчивались трубы, наполненные водой, после прохождения через топку котла.

Эти коллекторные барабаны предназначались для частичного заполнения водой, а над водой было пространство, заполненное перегородкой, где собирались пар котла и водяной пар. Захваченные капли воды собирались перегородками и возвращались в поддон для воды. В основном сухой пар выводился из барабана как отдельный выход пара из котла. Эти бочки часто становились источником взрывов котлов , обычно с катастрофическими последствиями.

Однако этот барабан можно было бы полностью исключить, если бы вообще избежать процесса испарительного разделения. Это произошло бы, если бы вода поступала в котел под давлением выше критического давления (3206 фунтов на квадратный дюйм, 22,10 МПа); нагревался до температуры выше критической температуры (706 °F, 374 °C), а затем расширялся (через простое сопло) до сухого пара при несколько более низком докритическом давлении. Этого можно добиться с помощью дроссельного клапана, расположенного после испарительной секции котла.

По мере продолжения разработки технологии Бенсона конструкция котла вскоре отошла от первоначальной концепции, представленной Марком Бенсоном. В 1929 году на ТЭЦ Гартенфельд в Берлине впервые в подкритическом режиме с полностью открытым дроссельным клапаном начал работать испытательный котел, построенный в 1927 году. Второй котел Бенсона начал работу в 1930 году без нагнетательного клапана при давлении от 40 до 180 бар (от 4 до 18 МПа; от 580 до 2611 фунтов на квадратный дюйм) на Берлинском кабельном заводе. Это приложение ознаменовало рождение современного котла Benson с переменным давлением. После этой разработки оригинальный патент больше не использовался. Однако название «Котел Бенсона» было сохранено.

1957: Шестой энергоблок электростанции Фило в Фило, штат Огайо, стал первым в мире коммерческим сверхкритическим пароэлектрическим энергоблоком. ^{[ 2 ]} и он может работать краткосрочно на ультра-сверхкритических уровнях. ^{[ 3 ]} Лишь в 2012 году в США была открыта первая угольная электростанция, рассчитанная на работу при ультра-сверхкритических температурах, — угольная электростанция имени Джона В. Тёрка-младшего в Арканзасе . ^{[ 4 ]}

Планируется, что две инновации позволят улучшить прямоточные парогенераторы. ^{[ нужна ссылка ]}:

Новый тип парогенератора-утилизатора на базе котла Бенсона успешно работает на парогазовой электростанции Коттам в центральной Англии.
Вертикальные трубы в стенках камеры сгорания угольных парогенераторов сочетают в себе эксплуатационные преимущества системы Бенсона с конструктивными преимуществами котла барабанного типа. Строительство первой эталонной электростанции Яомэн в Китае началось в 2001 году.

3 июня 2014 года исследовательская организация правительства Австралии CSIRO объявила, что им удалось создать «сверхкритический пар» при давлении 23,5 МПа (3410 фунтов на квадратный дюйм) и 570 ° C (1060 ° F), что, по ее утверждению, является мировым рекордом для солнечной тепловой энергии. энергия. ^{[ 5 ]}

Определения

Эти определения относительно производства пара были найдены в отчете о добыче угля в Китае, исследованном Центром американского прогресса . ^{[ 6 ]}

Докритический — до 705 °F (374 °C ) и 3208 фунтов на квадратный дюйм (221,2 бар ) ( критическая точка воды)
Сверхкритический – до 1000–1050 °F (538–566 °C ); требуются современные материалы
Сверхкритический — до 1400 °F (760 °C ) и давления до 5000 фунтов на квадратный дюйм (340 бар ) (дополнительные инновации, не указанные, позволят повысить эффективность)

Пар атомных электростанций обычно поступает в турбины при докритических значениях - для парогенераторов с U-образной трубкой 77 бар (1117 фунтов на квадратный дюйм) и 294 ° C (561 ° F), с сопоставимой температурой и давлением для парогенераторов прямоточного типа. ^{[ 7 ]}

Термин «усовершенствованная сверхсверхкритическая технология» (AUSC) или «технология 700 ° C» иногда используется для описания генераторов, в которых температура воды превышает 700 ° C (1292 ° F). ^{[ 8 ]}

Термин «высокая эффективность с низким уровнем выбросов » («HELE») использовался в угольной промышленности для описания производства сверхкритического и ультрасверхкритического угля. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Ведущая в отрасли (по состоянию на 2019 год) компания Mitsubishi Hitachi Power Systems оценивает эффективность выработки электроэнергии в газовой турбине в комбинированном цикле ( низкая теплота сгорания ) на уровне значительно ниже 55% при температуре на входе в газовую турбину 1250 ° C (2282 ° F), что примерно 56% для 1400. ° C (2552 ° F), около 58% для 1500 ° C (2732 ° F) и 64% для 1600 ° C (2912 ° F), что значительно превышает (из-за эффективности Карно) пороговые значения для AUSC или сверхкритической технологии, которые все еще ограничены температурой пара. ^{[ 11 ]}

См. также

Примечания

^ «Котлы BENSON для максимальной экономической эффективности» (PDF) . Решения для паровой электростанции/котел Бенсона . 2001 . Проверено 15 декабря 2016 г.
^ «Пароэлектрогенераторная установка Фило 6» . АСМЭ . Проверено 12 февраля 2018 г.
^ «Первая в США ультрасверхкритическая электростанция в эксплуатации» . Журнал СИЛА . 01.02.2013 . Проверено 12 февраля 2018 г.
^ «Первая в США ультрасверхкритическая электростанция в эксплуатации» . Журнал СИЛА . 01.02.2013 . Проверено 12 февраля 2018 г.
^ Джеффри, Колин (3 июня 2014 г.). «CSIRO устанавливает мировой рекорд по производству «сверхкритического» пара с использованием солнечной энергии» . gizmag.com . Проверено 9 июня 2014 г.
^ «Все, что вы знаете об угле в Китае, неверно» . Архивировано из оригинала 15 мая 2021 г. Проверено 10 февраля 2018 г.
^ «Парогенераторы атомные» .
^ Никол, Кайл (декабрь 2013 г.). Состояние передовой ультрасверхкритической технологии пылевидного угля (PDF) (Отчет). Международное энергетическое агентство – через Энергетическую ассоциацию США .
^ Представление к расследованию вывода из эксплуатации угольных электростанций . Совет по минералам Австралии. п. 12.
^ Вятрос-Мотика, Малгожата. Обзор внедрения технологии HELE в парке угольных электростанций Китая, ЕС, Японии и США . Центр чистого угля МЭА. п. 9.
^ «Газовые турбины» .

Внешние ссылки

Термопедия, "Котел Бенсона"

[1] «Котлы BENSON для максимальной экономической эффективности» (PDF) . Решения для паровой электростанции/котел Бенсона . 2001 . Проверено 15 декабря 2016 г.

[2] «Пароэлектрогенераторная установка Фило 6» . АСМЭ . Проверено 12 февраля 2018 г.

[3] «Первая в США ультрасверхкритическая электростанция в эксплуатации» . Журнал СИЛА . 01.02.2013 . Проверено 12 февраля 2018 г.

[4] «Первая в США ультрасверхкритическая электростанция в эксплуатации» . Журнал СИЛА . 01.02.2013 . Проверено 12 февраля 2018 г.

[gizmag-5] Джеффри, Колин (3 июня 2014 г.). «CSIRO устанавливает мировой рекорд по производству «сверхкритического» пара с использованием солнечной энергии» . gizmag.com . Проверено 9 июня 2014 г.

[6] «Все, что вы знаете об угле в Китае, неверно» . Архивировано из оригинала 15 мая 2021 г. Проверено 10 февраля 2018 г.

[7] «Парогенераторы атомные» .

[8] Никол, Кайл (декабрь 2013 г.). Состояние передовой ультрасверхкритической технологии пылевидного угля (PDF) (Отчет). Международное энергетическое агентство – через Энергетическую ассоциацию США .

[9] Представление к расследованию вывода из эксплуатации угольных электростанций . Совет по минералам Австралии. п. 12.

[10] Вятрос-Мотика, Малгожата. Обзор внедрения технологии HELE в парке угольных электростанций Китая, ЕС, Японии и США . Центр чистого угля МЭА. п. 9.

[11] «Газовые турбины» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]