증기발생기의 고온 및 저온 기술 분석 및 응용

1, 고온 및 저온 매개변수의 핵심 정의 및 열역학적 기초

증기발생기의 고온과 저온 구분은 절대적인 값이 아니라 열역학적 원리와 공학적 실무를 바탕으로 형성된 업계의 합의입니다. 그 핵심 기반은 카르노 사이클 이론입니다. - 열기관의 최고 효율은 열원과 냉원 사이의 온도 차이에 의해 결정됩니다. 온도차가 클수록 열에너지를 전기에너지로 변환하는 효율이 높아집니다.

(1) 고온 매개변수의 정의 및 특성

산업 현장에서는 고온 증기 발생기의 주증기 온도를-일반적으로 500도 이상으로 정의하고, 지지 압력은 대부분 10MPa{11}}30MPa 범위에 있습니다. 일부 초초임계 장치는 600도 또는 25MPa 이상에 도달할 수도 있습니다. 이 매개변수 범위의 핵심 목표는 온도 차이를 최대화하고 열 효율을 40%를 초과하거나 심지어 45%를 초과하도록 촉진하는 것입니다. 고온-온도 매개변수의 구현은 고급 에너지원(예: 석탄 및 천연가스)의 연소 또는 핵반응에 의존합니다.- 물을 보일러나 원자로를 통해 고온, 고압의 증기로 가열한 후 고속으로 회전시켜 전기를 생산합니다.

(2) 저온 매개변수의 정의 및 특성

저온-증기 발생기의 주 증기 온도는 일반적으로 300도 미만이며, 일부 폐열 회수 시스템은 심지어 압력이 2.5MPa 미만인 80도 -250도까지 낮출 수도 있습니다. 이러한 시스템의 핵심 논리는 궁극적인 효율성을 추구하는 것이 아니라{10}}낮은 등급의 열 에너지(예: 산업 폐열, 태양 에너지, 지열 에너지)를 사용하여 '폐기물을 보물로 전환'하는 것입니다. 열 효율은 일반적으로 10% -25% 사이이지만 원래 낭비되는 열을 전기 에너지로 변환할 수 있어 에너지 절약과 환경적 가치가 모두 있습니다.- 저온-온도 매개변수의 구현은 고강도 에너지 소비에 의존하지 않고 특수 작동 유체 또는 순환 기술을 통해 저급 열원의 온도 특성에 적응합니다.

2. 고온증기발생기와 저온증기발생기 기술경로의 차이

온도 매개변수의 차이는 증기 발생기의 핵심 구성 요소, 사이클 모드 및 시스템 설계에 큰 차이를 가져오며 완전히 다른 두 가지 기술 경로를 형성합니다.

(1) 고온증기발생기 : 궁극의 효율을 추구하는 기술

전통적인 화력발전소와 원자력발전소로 대표되는 고온증기발생기는 '고온저항·고압저항'이라는 기술적 핵심을 갖고 있으며, 재료 업그레이드와 시스템 최적화를 통해 효율적인 발전을 달성한다. 핵심 구성 요소인 터빈 블레이드 및 보일러 파이프라인과 같은 주요 장비는 니켈 기반 합금 및 내열강과 같은 특수 재료를 사용하여 고온 및 고압 환경에서 산화, 부식 및 피로에 저항해야 합니다. 순환 측면에서는 보일러를 통해 고온-온도, 고압{3}}증기를 생성하는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)이 일반적으로 사용됩니다. 증기 터빈이 작동한 후 배기 증기는 응축기에 의해 물로 냉각된 다음 공급 펌프에 의해 가압되어 보일러로 다시 보내져 폐쇄 사이클을 형성합니다. 시스템 설계에서는 안정적인 증기 매개변수를 보장하고 온도 변동으로 인한 장비 손상을 방지하기 위해 복잡한 온도 제어 및 압력 감소 장치가 필요합니다.

3, 고온 및 저온 증기 발생기의 파노라마 적용 시나리오

온도 매개변수의 특성은 두 가지 유형의 증기 발생기 적용 시나리오가 두 가지 주요 분야, 즉 대규모 중앙 집중식 전원 공급 장치와 분산 폐열 회수를 포괄하는 명확한 경계를 가지고 있음을 결정합니다.

(1) 고온 증기 발생기: 대규모-중앙 집중식 전원 공급 장치의 주력

높은 출력과 효율성이라는 장점을 지닌 고온 증기 발생기는 대규모 중앙 집중식 전원 공급 장치의 핵심 선택이 되었습니다.- 적용 시나리오 측면에서 대형 화력 발전소는 주로 석탄이 풍부한 지역이나 부하 센터에 분산되어 화력 발전을 통해 지역 산업 생산 및 주거 생활의 전력 수요를 충족하며 단일 단위 용량은 최대 100만 킬로와트입니다. 원자력 발전소는 핵연료의 높은 에너지 밀도에 의존하며 에너지 수요와 환경 요구 사항이 높은 지역에 위치하여 해당 지역에 안정적인 기저 부하 전력을 공급하고 탄소 배출 제로에 가까워집니다.

또한 고온-증기 발생기는 철강, 화학 및 기타 산업 분야의 대기업과 같은 대규모 산업 자체 소유 발전소에도 적합합니다. 자체 생산 전력 수요를 충족하고 외부 전력 구매에 대한 의존도를 줄이기 위해 자체 생산 연료를 연소하거나 공정 폐열(고{3}}온도 구간)을 활용하여 전기를 생산합니다.

4, 산업 발전 동향: 고온 및 저온 경로의 공동 진화

에너지 전환과 '이중 탄소' 목표에 힘입어 고온-온도와 저온-온도 증기발생기는 상호 대체가 불가능하지만 '고급-고급 업그레이드와 저가형-확장'의 조화로운 발전 추세를 보이고 있습니다.

(1) 고온 경로: 초초임계 및 청정 공정으로 업그레이드

고온 증기 발생기는 초초임계 및 배출 제로에 가까운 방향으로 계속 발전할 것입니다. 한편으로는 재료 기술의 획기적인 발전을 통해 주 증기 온도와 압력을 더욱 높일 수 있어 열효율의 지속적인 개선을 촉진하고 단위 발전당 에너지 소비와 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 한편, CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술을 결합하면 화력 발전에서 배출이 거의 0에 가까워질 수 있으며, 신에너지 비율이 증가하는 에너지 구조에서 기본 부하 전기의 안정화 역할을 계속할 수 있습니다.

(2) 저온 경로: 규모 확장 및 높은 적응성

저온 증기 발생기는 대규모 적용 및 기술 업그레이드라는 두 가지 기회를 제공할 것입니다.- 적용 규모 측면에서 산업 에너지 절약 정책이 강화되고 폐열 회수에 대한 인식이 높아짐에 따라 ORC 저온-발전기는 더 많은 산업 분야에서 대중화되어 대규모 폐열 발전 시장을 형성할 것입니다.- 기술 업그레이드 측면에서 우리는 새롭고 효율적인 작동 유체의 연구 개발, 열 교환 효율 향상, 시스템의 지능적 제어에 중점을 두고 저온 폐열 발전 비용을 절감하고 다양한 온도와 규모의 폐열 자원에 대한 적응성을 향상시키며 초저온 폐열(60도 -80도)의 활용 범위를 확장합니다.