Генератор сверхкритического пара - Supercritical steam generator

Основная статья: Котел (парогенератор)
Вода в сверхкритическом состоянии существует при температуре выше 374 ° C и давлении выше 220 атмосфер.
Схема сверхкритического водоохлаждаемого реактора

А сверхкритический парогенератор это тип котел который работает в сверхкритический давление, часто используемое при производстве электроэнергия.

В отличие от докритического котла, в котором могут образовываться пузырьки, сверхкритический парогенератор работает при давлениях выше критическое давление  – 22 мегапаскали (3,200 psi ). Следовательно, жидкая вода сразу становится неотличимым от пар. Вода проходит ниже критической точки, так как работает под высоким давлением. турбина и входит в генератор конденсатор, что приводит к несколько меньшему расходу топлива. КПД электростанций со сверхкритическим парогенератором выше, чем с докритическим паром. Только с паром высокого давления высокотемпературный пар может более эффективно преобразовываться в механическую энергию в турбине в соответствии с Теорема Карно.

Технически термин «бойлер» не следует использовать для парогенератора сверхкритического давления, поскольку в устройстве фактически не происходит «кипения».

История создания сверхкритического пара

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

Безопасность была главной заботой концепции Бенсона. Раньше парогенераторы были рассчитаны на относительно низкое давление до примерно 100бар (10 МПа; 1,450 psi ), что соответствовало современному уровню развития паровых турбин того времени. Одной из их отличительных технических характеристик был клепаный барабан сепаратора воды / пара. В этих барабанах заканчивались трубы, заполненные водой, после прохождения через топку котла.

Эти коллекторные барабаны предназначались для частичного заполнения водой, а над водой находилось пространство, заполненное перегородкой, где собирались пар и водяной пар котла. Унесенные капельки воды собирались перегородками и возвращались в поддон для воды. В основном сухой пар выводился из барабана как отдельный выход пара из котла. Эти барабаны часто были источником взрывы котлов, обычно с катастрофическими последствиями.

Однако этот барабан можно было бы полностью исключить, если бы полностью исключить процесс испарительного разделения. Это произойдет, если вода попадет в котел под давлением выше критического (3 206 фунтов на квадратный дюйм, 22,10 МПа); нагревали до температуры выше критической (706 ° F, 374 ° C), а затем расширяли (через простую форсунку) для осушения пара при некотором более низком докритическом давлении. Это может быть достигнуто с помощью дроссельной заслонки, расположенной за испарительной частью котла.

По мере развития технологии Benson, конструкция котла вскоре отошла от первоначальной концепции, предложенной Марком Бенсоном. В 1929 году испытательный котел, построенный в 1927 году, начал работать на ТЭЦ Гартенфельд в г. Берлин впервые в докритическом режиме с полностью открытой дроссельной заслонкой. Второй котел Benson начал работать в 1930 году без нагнетательного клапана при давлении от 40 до 180 бар (от 4 до 18 МПа; от 580 до 2611 фунтов на кв. Дюйм) на Берлинском кабельном заводе. Это приложение стало рождением современного котла Benson переменного давления. После этой разработки оригинальный патент больше не использовался. Однако название «котел Бенсона» было сохранено.

1957: Блок 6 на Фило Электростанция в Фило, Огайо первая в мире промышленная сверхкритическая парогенераторная установка,[2] и он может кратковременно работать на сверхсверхкритических уровнях.[3] Только в 2012 году была открыта первая угольная электростанция в США, предназначенная для работы при сверхкритических температурах. Угольный завод Джона У. Терк-младшего в Арканзас.[4]

Две текущие инновации имеют хорошие шансы получить признание на конкурентном рынке для прямоточные парогенераторы[нужна цитата ]:

  • Новый тип парогенератора-утилизатора на базе котла Бенсона, успешно отработавший на Коттэм парогазовая электростанция в центральной части Англии,
  • Вертикальный трубопровод в стенках камеры сгорания угольных парогенераторов, который сочетает в себе эксплуатационные преимущества системы Benson с конструктивными преимуществами барабанного котла. Строительство первой эталонной электростанции Яомэн в г. Китай, начата в 2001 году.

3 июня 2014 г. исследовательская организация правительства Австралии CSIRO объявила, что они генерировали «сверхкритический пар» под давлением 23,5 МПа (3410 фунтов на кв. дюйм) и 570 ° C (1060 ° F), что, по ее утверждению, является мировым рекордом для солнечной тепловой энергии.[5]

Определения

Эти определения относительно производства пара были найдены в отчет по добыче угля в Китае расследуется Центр американского прогресса.

  • Докритический - до 705° F (374 ° C ) и 3 208psi (221.2 бар ) ( критическая точка воды)
  • Сверхкритический - до 1000–1 050° F (538–566 ° C ); скорость турбины резко увеличивается, требуется передовые материалы
  • Ультра-сверхкритические - до 1400° F (760 ° C ) и уровнями давления 5000psi (340 бар ) (дополнительные нововведения, не указанные, позволят повысить эффективность)

Пар атомных электростанций обычно поступает в турбины при докритических значениях - для Один раз через парогенераторы 153 бар и 330 C, более низкая температура, но такое же давление для парогенераторов с U-образной трубкой.[6]

Термин «усовершенствованная сверхсверхкритическая» (AUSC) или «технология 700 ° C» иногда используется для описания генераторов, в которых температура воды превышает 700 ° C.[7]

Период, термин Высокая эффективность, низкий уровень выбросов («HELE») использовалось в угольной промышленности для описания сверхкритического и сверхсверхкритического угля.[8][9]

Лидирующая в отрасли (по состоянию на 2019 год) компания Mitsubishi Hitachi Power Systems составляет комбинированный цикл газовой турбины КПД выработки электроэнергии (низкая теплотворная способность ) при температуре значительно ниже 55% для температуры на входе турбины (пара) 1250 ° C, примерно 56% для 1400 ° C, около 58% для 1500 ° C и 64% для 1600 ° C, все из которых намного превышают пороговые значения для AUSC. или Ультра-сверхкритическая технология.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ «Котлы BENSON для максимальной рентабельности» (PDF). решения для паровых электростанций / котел Бенсона. 2001. Получено 15 декабря 2016.
  2. ^ «Пароэлектростанция Philo 6». КАК Я. Получено 12 февраля 2018.
  3. ^ «Первая в США сверхсверхкритическая электростанция в эксплуатации». Журнал POWER. 2013-02-01. Получено 2018-02-12.
  4. ^ «Первая в США сверхсверхкритическая электростанция в эксплуатации». Журнал POWER. 2013-02-01. Получено 2018-02-12.
  5. ^ Джеффри, Колин (3 июня 2014 г.). «CSIRO устанавливает мировой рекорд по выработке« сверхкритического »пара с использованием солнечной энергии». gizmag.com. Получено 2014-06-09.
  6. ^ http://www.thermopedia.com/content/1149/
  7. ^ Николь, Кайл. «Состояние передовой технологии сверхсверхкритического пылеугольного топлива» (PDF). Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  8. ^ Представление на запрос о выводе из эксплуатации угольных электростанций. Совет по минералам Австралии. п. 12.
  9. ^ Вятрос-Мотыка, Малгожата. Обзор внедрения технологии HELE в парках угольных электростанций Китая, ЕС, Японии и США.. Центр чистого угля МЭА. п. 9.

внешняя ссылка