Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основная статья: Котел (парогенератор)
Вода в сверхкритическом состоянии существует при температуре выше 374 ° C и давлении выше 220 атмосфер.
Схема сверхкритического водоохлаждаемого реактора

Генератор сверхкритического пара представляет собой тип котла , который работает при сверхкритическом давлении, часто используемом в производстве электроэнергии .

В отличие от подкритического котла, в котором могут образовываться пузырьки, сверхкритический парогенератор работает при давлениях выше критического  - 22 мегапаскаля (3200  фунтов на квадратный дюйм ). Поэтому жидкая вода сразу становится неотличима от пара . Вода проходит ниже критической точки, поскольку она действительно работает в турбине высокого давления, и попадает в конденсатор генератора , что приводит к немного 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 сТеорема Карно .

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

История создания сверхкритического пара [ править ]

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 проектировались для относительно низких давлений примерно до 100 бар (10  МПа ; 1450  фунтов на квадратный дюйм ), что соответствовало уровню  техники в области разработки 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 становились источником взрывов 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, впервые начал работать на ТЭЦ в Гартенфельде в Берлине 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 электростанции Фило в Фило, штат Огайо, был первым в мире коммерческим сверхкритическим пароэлектрическим генерирующим блоком [2], и он мог кратковременно работать на сверхкритических уровнях. [3] Только в 2012 году была открыта первая в США угольная электростанция, предназначенная для работы при сверхсверхкритических температурах, угольная фабрика Джона У. Терк-младшего в Арканзасе . [4]

Две текущие инновации имеют хорошие шансы завоевать признание на конкурентном рынке прямоточных парогенераторов [ необходима цитата ] :

  • Новый тип парогенератора-утилизатора на базе котла Benson, который успешно работает на парогазовой электростанции Коттам 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, электростанции Yaomeng в Китае , началось в 2001 году.

3 июня 2014 года исследовательская организация CSIRO при правительстве Австралии объявила, что они создали «сверхкритический пар» при давлении 23,5 МПа (3410 фунтов на кв. Дюйм) и 570 ° C (1060 ° F), что, по ее утверждению, является мировым рекордом для солнечной тепловой энергии. энергия. [5]

Определения [ править ]

Эти определения, касающиеся производства пара, были найдены в отчете о добыче угля в Китае, исследованном Центром американского прогресса .

  • Докритический - до 705  ° F (374  ° C ) и 3208  фунтов на кв. Дюйм (221,2  бар ) ( критическая точка воды)
  • Сверхкритический - до 1000–1  050 ° F (538–566  ° C ); скорость турбины резко возрастает, требуются современные материалы
  • Ультра-сверхкритический - до 1400  ° F (760  ° C ) и уровни давления до 5000  фунтов на квадратный дюйм (340  бар ) (дополнительные нововведения, не указанные, позволят повысить эффективность)

Пар атомных электростанций обычно поступает в турбины при докритических значениях - для парогенераторов с прямоточным паром 153 бар и 330 ° C, более низкая температура, но такое же давление для парогенераторов U-образного типа. [6]

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

Термин « высокая эффективность, низкий уровень выбросов» («HELE») использовался в угольной промышленности для обозначения сверхкритического и сверхсверхкритического угля. [8] [9]

Ведущая в отрасли (по состоянию на 2019 год) компания Mitsubishi Hitachi Power Systems оценивает эффективность выработки электроэнергии в комбинированном цикле ( более низкая теплотворная способность ) своей газотурбинной установки на уровне 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 сверхсверхкритической технологии.

См. Также [ править ]

  • Реактор со сверхкритической водой
  • Котел

Примечания [ править ]

  1. ^ "Котлы BENSON для максимальной рентабельности" (PDF) . решения для паровых электростанций / котел Бенсон . 2001 . Проверено 15 декабря 2016 .
  2. ^ "Philo 6 Пароэлектрический генераторный агрегат" . ASME . Проверено 12 февраля 2018 .
  3. ^ "Первая в США сверхсверхкритическая электростанция в эксплуатации" . Журнал POWER . 2013-02-01 . Проверено 12 февраля 2018 .
  4. ^ "Первая в США сверхсверхкритическая электростанция в эксплуатации" . Журнал POWER . 2013-02-01 . Проверено 12 февраля 2018 .
  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 .
  6. ^ http://www.thermopedia.com/content/1149/
  7. ^ Никол, Кайл. «Состояние передовой сверхсверхкритической технологии измельчения угля» (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  8. ↑ Представление в расследовании вывода из эксплуатации угольных электростанций . Совет по минералам Австралии. п. 12.
  9. ^ Wiatros-Motyka, Malgorzata. Обзор внедрения технологии HELE на угольных электростанциях Китая, ЕС, Японии и США . Центр чистого угля МЭА. п. 9.

Внешние ссылки [ править ]

  • Термопедия, "Бенсон котел"