化石蒸汽发电厂兰金循环亚临界蒸汽

郎肯循环(或蒸汽蒸汽循环)代表的基本能量转换周期提供70%的电力美国经济。从根本上说,这是水转化为蒸汽,其次是提取的工作,今天通常是通过转换成电能(或热电联产的情况下,蒸汽工业过程)。第一个设计是在1712年代末开发的,产生的循环效率低于2%。花了近300年达成效率超过40%,当前先进的化石蒸汽的植物。今天的设施运营与蒸汽温度在亚临界工厂从537°C / 1000°F到565°C / 1050°F。

在美国,50%的发电使用煤炭作为主要的能源,释放约1吨二氧化碳/兆瓦时。从煤炭中提取的能量转化为热量,将水转化为蒸汽,送入汽轮机旋转。的亚临界机组整体效率(运营远低于3200 psig)是10000 Btu /千瓦小时,约33%(甚至更少如果燃料包含大量的水被发现在一些煤炭如褐煤或粉河盆地煤)。

10.4.1.1兰金循环(超临界)

增加蒸汽压力和温度增加和蒸汽携带的能量,和更多的能量可以提取的汽轮机。在超临界条件下(3200 psig以上),循环效率可以增加一个额外的5%(根据工厂规模、复杂性和燃料)。

超临界蒸汽单元操作更有效,如果燃料成本很高,他们很可能是热力系统的首选。第一个商业超临界植物在美国是在1957年投入使用(由AEP),第二个1961年在费城。单位都是相对较小的以今天的标准,125年和325年分别兆瓦。以任何标准来衡量,这些单位是开创性的,早期和开拓性,不是没有问题。

到1960年代中期,美国大约一半的单位在超临界,表明最初的初期问题与新技术已经在很大程度上解决了。材料相关的一些关键问题,导致决定减免的单位来提高可靠性。在1986年,15%的美国舰队在超临界蒸汽条件。

在日本和欧洲,超临界机组不断建立在1980年代及以后。之前花了年之后第一波问题材料,启动,可控性和可靠性可以解决。在美国大部分的超临界蒸汽化石建设停了下来在1980年代在一定程度上,由于核能发电的引入,部分是由于国内煤炭的低成本没有要求更苛刻的工作条件。

到2001年,新一波的超临界蒸汽化石植物开始建设。几乎所有的新发电厂正在考虑将超临界(即上面操作蒸汽)的关键条件。在世界范围内,超过400超临界植物操作。

10.4.1.2超超临界

操作蒸汽和燃气轮机在更高的压力和温度可以提高工作效率。推动热装置操作条件超出5000 psig和700°C可能允许操作效率接近50% +,比当前商业超临界电厂高出约10%。有极端材料挑战需要克服金属削弱在高温和压力提出了(也许高达4000 - 5000 psig)。研究的另一个方面是努力寻找材料长期在这些条件下操作的能力。

一旦金属温度超过620°C (1150°F)阈值,大幅铁组成的钢(铁素体)必须取代更多的异国情调的,昂贵的,难焊接和机器镍基合金。一些材料提出了这些非凡的条件不传热以及那些在不太严重的条件下(即使用。条件发现,当今最先进的锅炉和汽轮机生产)。在一些极端条件下的(接近700°C / 1290°F),非常昂贵的合金,如铬镍铁合金或Hastelloy可能是必需的。这将需要高压蒸汽管道,蒸汽涡轮叶片,叶片,和套管材料来处理这些情况,制作的材料也很贵。

特种材料需要超高效率植物仍在图纸上,和高的效率需要如果化石植物必须采用能源密集型燃烧后排放控制碳捕获。所有已知的碳捕获流程大幅降低单元性能。因此,它是至关重要的,推动核心电站的效率最大,这样效率损失抵消一次额外的控制到位。如果没有抵消效率上的损失,它将需要一个更大的设施,消费更多bet雷竞技 生产同样的能源生产作为一个单元没有控制。从不同的角度考虑:如果我们使用现有建立锅炉技术,这需要开采和消耗更多的煤炭,因为能量的一个重要组成部分燃料需要碳捕捉系统运作。

我们显然有工具模型,设计,甚至构建设施可以产生电能,同时提取二氧化碳。对功率和效率的影响,并最终消费者的成本,还没有得到解决。这就是为什么提高工厂效率(每吨二氧化碳增加MWh)或使用低碳燃料(bet雷竞技 )提供了一个方便的短期解决方案非常具有挑战性的问题。选择NGCC选项的一个主要好处是一个实现低排放二氧化碳的速度和提高效率,明显高于任何竞争技术。这个好处可以快速通过添加源排放控制,已经失去了展品大幅降低二氧化碳排放资料相比其他化石燃料发电。天然气的选择只有长期生存能力是否健壮的天然气供应。幸运的是,这似乎是如此。非常规天然气(页岩天然气的供应煤层甲烷)和离岸供应天然气的选择更加可行。尽管美国似乎引领世界的“非常规天然气扩张,”这些地质结构不是北美独有的,可以发现在几乎每一个大陆,这一个长期全球的选择。因此所学解决问题在美国可以轻易地适应其他主要经济体面临同样的问题。

10.4.1.3联合循环

结合兰金和布雷顿循环产量最大的效率一步增加在过去几十年里。在蒸汽周期已经超过了40 - 45%的范围,和空气循环接近,结合两个周期能产生一个总体循环效率的55 - 60%。因为绝大多数的这些单位使用天然气作为主要燃料,循环效率和燃料的混合碳含量的主要原因是二氧化碳排放水平达到0.3 - -0.35吨/兆瓦时。达到这些性能水平还需要数十年的研究和发展。在1970年代为燃气轮机组件操作温度限制在760°C,效率在28 - 30%的范围。使用最先进的材料、设计方法和冷却策略,现在操作温度范围1300 - 1400°C。这个进化了近40年的时间,这一过程仍在继续。

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