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用于显热源发电的超临界二氧化碳动力循环流程研究进展

本站小编 Free考研/2020-05-30

超临界二氧化碳动力循环(supercritical carbon dioxide power cycle, sCO2 power cycle)因其较高的发电效率、紧凑的设备尺寸等优势,被视为具有革命性意义的下一代发电技术,近年来受到了广泛的研究和关注。当sCO2循环用于以烟气为代表的显热源发电时,常规sCO2循环流程因其高度回热的特点,吸热温度窗口较窄,无法适应显热源较宽的放热温度区间,造成显热源最终放热温度较高,热回收效率下降。针对上述问题,能源动力研究中心的研究人员开展了用于显热源发电的sCO2循环流程研究,用于确定适宜的sCO2循环流程。
  首先,研究人员广泛调研了文献中多种sCO2循环流程,最终选择出了14种不同的sCO2循环流程。为公平比较各sCO2循环流程的效率潜力,计算比较时均采用某典型F级燃气轮机的排气作为显热源;每种循环流程均经过参数优化(如循环压比、物流分流比、回热器的出口温度等),以获得各循环流程的最高效率。各循环流程在Aspen Plus中建立相应的模型,参数优化在Aspen Plus和Isight集成环境中进行。
  研究计算结果表明,Echogen公司提出的双路循环(dual rail cycle)是所调研的循环流程中效率最高的sCO2循环流程,具体的循环流程如下图所示。双路循环效率较高的原因主要有两个方面:一是在压缩机出口就分流出一股高压低温的CO2去吸收烟气余热,而不再是回热后才吸热,降低了工质吸热起始温度,从而可充分回收烟气余热;二是通过工质的分流和汇合,三个加热器和两个回热器中CO2的质量流量不断变化,CO2比热大的地方,CO2的质量流量较小,CO2比热小的地方,CO2的质量流量较大,这一措施充分照顾了CO2的比热变化,使加热器和回热器内部的换热匹配都比较理想,减小了换热过程的不可逆损失,从而提高了效率。研究计算结果还表明,典型的简单回热循环和再压缩循环,因为热回收效率低,并不适用于显热源发电。

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