超临界二氧化碳再热再压缩循环高级㶲分析

超临界二氧化碳循环传统㶲分析存在不能提供有关㶲损失全面信息的缺点,该文采用高级㶲分析方法揭示双回路超临界二氧化碳再热再压缩循环每个系统组件的内源、外源、可避免、不可避免、内源可避免、内源不可避免、外源可避免和外源不可避免㶲损失。结果表明:在真实、理想和不可避免工况下,系统的热效率分别为48.61%、58.81%和55.07%;总㶲效率分别为67.60%、83.76%和77.95%。系统总的可避免㶲损失为27.37 MW,约占总㶲损失的47%。在可避免㶲损失中,38.62%是内源性的,61.38%是外源性的。在提升系统整体性能方面,传统㶲分析获得的组件性能提升优先顺序与高级㶲分析并不相同。前者建议优先顺序为预冷器、高温回热器、预热器和再热器,而后者建议优先顺序为预冷器、主压缩机、再压缩机和低温回热器。尽管高温回热器、预热器和再热器的㶲损失较大,但其自身改进潜力较小。

核反应堆超临界二氧化碳再压缩循环优化研究

针对应用于第四代气冷堆的超临界二氧化碳再压缩循环系统进行了优化研究。通过建立完善的热力学及㶲经济性模型,并根据核电模块化的需求引入空间紧凑性指标,从热力学性能、空间紧凑性、㶲经济性能等多个维度对超临界二氧化碳再压缩循环系统开展研究,分析了关键参数对超临界二氧化碳再压缩循环系统性能的影响,并进一步开展了多目标优化以提高系统的适用性。结果表明:通过多目标优化研究,循环的综合性能得到提升,多目标优化得到的最优点的㶲效率、单位功率成本率和单位功率换热面积分别为71.5%、3.11美分/(kW·h)和0.191 m^(2)/kW。

500kW超临界CO_(2)再压缩循环热力性能分析及优化

为研究分析超临界二氧化碳(CO_(2))再压缩循环发电系统循环的特性和规律,建立了500 kW超临界CO_(2)再压缩循环计算模型,研究了各循环参数对热效率和分流比的影响,并以达到最高热效率为目标对各参数进行优化。计算结果表明:最低压力、最低温度、最高压力、分流比均存在使循环热效率达到最高的最佳值;热效率随着最高温度的升高而升高。对各循环参数进行优化后,工质质量流量减少了0.92 kg/s,热效率从39.51%提高到43.85%。

超临界二氧化碳再压缩循环发电系统安全控制试验研究

为了获得超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide power,S-CO_(2))再压缩发电系统运行特性和安全保护规律,该文对一个基于膨胀–发电–压缩一体化高速发电机组的300kW超临界二氧化碳再压缩循环发电系统开展了安全保护控制的试验研究。结果表明,通过对高低压侧联通阀开度的控制、0~10%的小流量范围内水流量的精确调节可实现两台并联压缩机的安全稳定运行。启动过程中机组推力随着系统压力的提高快速升高,引起机组安全运行风险;通过调节叶片背腔压力,降低转速、旁通阀开度和压缩机入口温度可以实现推力水平的有效控制。紧急停车过程中,控制主压缩机入口压力的升高幅度是控制机组推力升高幅度的关键。试验结果表明,所提出的安全保护策略的有效性,对于再压缩循环系统的安全保护策略设计具有参考意义。

再压缩S-CO_(2)布雷顿循环性能分析及多目标优化

结合储热的太阳能热发电技术输出稳定、调峰能力强,引入超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环可进一步提升热电转换效率。既有研究大多采用单一指标对S-CO_(2)循环进行性能评估,结果相对片面,因而有必要开展多指标综合性能评价以客观反映循环性能状况。建立了35 MW再压缩式S-CO_(2)循环的热力学和经济性模型,考察了关键参数对循环性能的影响。构建了反向传播神经网络结合遗传算法的优化方法(BP-GA),对循环性能进行多目标优化。结果表明,回热器总热导率的增加可提升循环效率,但存在上限;透平入口温度、循环最低和最高压力、分流比与循环性能分别存在显著的非单调作用关系,优化后的设计值依次为639.14℃、8.10 MPa、29.74 MPa和0.70。与初始设计值下的循环性能相比,优化后的循环系统度电成本降低了11.1%,循环热效率和比功分别提高了5.1%和27.6%。

SCO_(2)再压缩循环的非设计性能及控制策略研究

SCO_(2)循环的部件性能随系统负载降低会发生显著变化。因此,本文首先建立了10 MW输出功率的SCO_(2)再压缩循环。然后分别在库存控制和涡轮旁通控制下研究了系统的非设计性能。结果表明,当系统负载减小到10%时,库存控制的热效率降至21.04%,再压气机趋向失速;涡轮旁通控制的热效率至13.56%,压气机发生堵塞。基于此,提出了库存–旁通混合控制策略。该混合策略的使用改善了两单一策略下的压气机运行状态,且系统性能介于两单一策略的之间。

非纯净超临界CO_(2)再压缩布雷顿循环的热力学分析

针对实际超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))发电系统中CO_(2)为非纯净这一问题,以S-CO_(2)再压缩循环为研究对象,基于热力学第一定律建立了再压缩循环的数学模型,纯CO_(2)和非纯净CO_(2)的热物性采用NIST物性数据库,研究了CO_(2)纯度对系统热力学性能的影响。结果表明,在近临界压力区,空气质量分数对密度、焓值的影响较大,远离临界压力区影响较小。主压缩机和透平入口参数对系统热效率影响较大。空气质量分数越大,循环热效率越小。在计算工况内,非纯CO_(2)系统循环热效率较纯CO_(2)系统减小约1~6百分点。研究结果对实际S-CO_(2)循环设计提供一定的理论指导,具有重要的工程意义。

超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环性能分析及优化设计方法研究

为发展工程适用的超临界二氧化碳布雷顿循环优化设计方法,研究了关键参数对超临界二氧化碳再压缩循环性能的影响规律,阐述了循环优化设计的必要性,并基于粒子群算法发展了一种再压缩循环优化设计方法。该方法以最低循环压力、循环增压比和分流因子为优化变量,以循环热效率为目标,以合流三通进口温差为约束条件。参数影响规律分析结果表明:循环效率随最低温度的增大持续降低,而随最高温度的增加单调上升;存在最优最低压力和最优增压比使得循环效率最高,且分别受最低温度和最高温度不同程度的影响;将更少的流量分配给再压缩压气机有利于循环效率,且存在最优分流因子使循环效率最高;合流三通进口温差受分流因子影响显著,该参数有必要作为循环设计的限制条件。此外,该循环优化设计方法能有效完成不同温差限制下的循环优化设计,设计结果表明:1℃最大温差下循环效率可达47.77%,而10℃和20℃最大温差下循环效率可达47.83%。

再压缩式超临界二氧化碳布雷顿循环的特性研究

为研究再压缩式S-CO_2布雷顿循环的性能,建立了该循环的分析模型,分析了主压缩机入口温度和压力、透平入口温度和压力、设备效率等对循环效率的影响,并阐述了其影响机理,对再压缩式S-CO_2布雷顿循环的最佳工况点进行了优化设计。结果表明:循环效率随透平入口温度和压力的提高而单调增大,随主压缩机入口温度的提高而单调减小;主压缩机存在一个使循环效率达到最高的最佳入口压力;循环效率与循环中各设备的效率有关,其中透平的等熵效率和高温回热器的传热效率对循环效率的影响最明显。

EBSILON与MATLAB仿真在超临界二氧化碳循环设计应用

与同等功率级别的常规蒸汽朗肯循环效率相比,超临界二氧化碳简单回热循环效率并未体现优势,只有35.91%。经过分析,由于回热器冷端温升较大冷端的高压流体比热容远大于热端流体,冷端流体的温升明显小于热端流体的温降,使得工质没有被预热到一个尽可能高的温度,导致所需投入的加热量依然很大,回热器效率较低;且由于冷热两端温度变化差值较大,简单回热循环易发生回热器“夹点”问题,导致传热发生恶化,进一步影响整个循环效率。为此,采用再压缩循环代替简单回热循环,研究分流比、透平入口温度、主压缩机入口压力和温度、主压缩机出口压力对再压缩循环效率的影响。结果显示:在系统输入参数确定的情况下,存在一个最佳分流比使得循环效率达到最大值,较简单回热循环效率提升15.65%,透平入口温度和主压缩机入口温度、压力及出口压力与分流比具有一定的耦合关系,对循环效率都有影响。

船用烟气余热S-CO_(2)布雷顿循环发电系统性能分析

开展船舶主机不同负荷工况下的S-CO_(2)布雷顿循环余热系统热力学特性和效能分析是其实现工程应用的必要环节。本文通过性能分析确定系统热力学参数对净输出功率和平准化能源成本的影响变化趋势,最佳运行参数范围以及系统关键热力学参数。通过主机典型负荷工况下的效能评估,分析集成S-CO_(2)再压缩布雷顿循环余热发电系统后的船舶节能减排效益。结果表明:主压缩机入口压力和压比对整个余热发电系统热力学性能和经济性影响最为显著,可调节这2个关键热力学参数以确保系统在船舶主机不同负荷下获得良好系统性能;集成该余热发电系统后,MAN8S90ME-C10.2型主机系统热效率最高可提高0.91%,燃油消耗量平均每年可减少51 t,NO_(2)和CO_(2)的排放量每年可分别减少2.28 t和760 t。

预压缩式超临界二氧化碳布雷顿循环的特性研究

为了分析预压缩式超临界CO_2(S-CO_2)布雷顿循环的性能,建立了预压缩式S-CO_2布雷顿循环的分析模型,分析了系统关键参数对再循环效率的影响并阐述了具体影响机理,对循环的最佳压比及最佳预压缩压力进行了计算,并开展了预压缩循环与再压缩循环的对比分析。结果表明:预压缩循环的效率与预压缩压力有关,且存在一个最佳预压缩压力使得循环效率达到最高;预压缩循环的效率随着循环最低温度的升高而降低,随着循环最高温度以及最高压力的升高而提高;在相同条件下,预压缩循环的效率较再压缩循环稍高,但优势不明显。

SCO2布雷顿循环耦合海水淡化系统的优化

超临界二氧化碳布雷顿循环由于其紧凑的系统布置和较高的热电转换效率,是非常有前景的新型核动力系统热电转换装置的技术方案。在传统的布雷顿循环中,超临界二氧化碳在进入压缩机前需要冷却,因此在系统中存在废热。本文研究用于小型铅冷快堆的能量转换系统,将海水淡化装置与超临界二氧化碳布雷顿循环耦合,进行废热利用,扩展能量转换系统的多用途应用方向,实现淡水生产,提高系统总体的效率。

1000MW超临界二氧化碳动力循环燃煤发电机组变工况特性研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))燃煤发电技术被视为可替代蒸汽朗肯循环的新型发电技术。该文针对1000MW的32MPa/620℃S-CO_(2)动力循环燃煤发电机组,进行S-CO_(2)锅炉创新构型设计,可实现锅炉效率94.6%,发电标准煤耗245.6g/(kW·h)。为更好的研究机组变工况下的运行性能,基于Aspen Plus平台,建立1000MW级S-CO_(2)动力循环燃煤发电机组变工况模型。结果表明:在变负荷过程中,低压透平的工质体积流量受影响较大;机组的全厂热效率会随着负荷的降低而降低;主工质温度和和再热工质温度偏差是影响机组热经济性的主要原因。研究结果对未来建设S-CO_(2)动力循环燃煤发电机组具有指导意义。

基于CO_(2)混合工质动力循环的塔式太阳能热发电系统四季性能分析

为高效转换塔式太阳能系统的聚光热量,将混合工质(CO_(2)/R290、CO_(2)/R600a和CO_(2)/R601a)应用于再压缩动力循环,建立塔式太阳能热发电系统的热力模型,并基于典型日(春分、夏至、秋分、冬至)的辐照条件对系统热力性能进行分析比较。结果表明:在混合工质不可燃的质量分数范围内,随着CO_(2)质量分数的增加,3种混合工质的系统热效率、效率和发电量均先升高后降低,最优质量分数分别为0.7/0.3、0.8/0.2和0.8/0.2。在3种混合工质中,CO_(2)/R290(0.7/0.3)的系统性能最佳,春分的系统热效率为18.99%,发电量为17.1 MWh。在不同典型日下,夏至系统热效率和效率略低于冬至,但其发电量最高。基于3种混合工质探究透平进口温度、循环最低温度、高温熔盐温度和分流比对系统性能的影响,结果表明,系统存在最佳分流比使热效率和发电量最高,相应分流比的范围为0.70~0.75。

超临界二氧化碳布雷顿循环的参数优化

本文通过建立二氧化碳布雷顿再压缩循环模型,研究了各参数对循环效率的影响及各参数间的关系,并对循环参数进行优化,阐述二氧化碳循环高效能量转换的机理。结果表明,超临界二氧化碳再压缩循环是一种较为理想的能量转换方式,适宜为出口温度较低的反应堆做能量转换。

超临界二氧化碳布雷顿循环塔式光热系统及光伏-光热混合系统运行性能分析

本文对超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环塔式光热系统及光伏-光热混合系统在典型天气下的运行性能进行了研究。探究光热电站通过灵活调控出力,从而辅助间歇性出力的光伏电站发电并网的能力;分析光伏电站的接入对光热电站运行性能的影响;对比S-CO2布雷顿再压缩和部分冷却循环所组成的光热电站在不同运行场景下的热力性能。研究结果表明:光热电站可与光伏电站良好地配合,实现混合电站高效发电并网;光伏电站的接入会导致光热电站的运行效率降低,如晴天时,为辅助光伏电站并网,再压缩循环光热电站的运行效率由20.23%降至18.34%;在光热电站独立发电的运行场景下,再压缩循环光热电站性能更优,而在混合电站联合发电的运行场景下,部分冷却循环光热电站性能更优。

钠冷快堆耦合超临界二氧化碳布雷顿循环中的PCHE研究进展

本文首先介绍了超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环的特点,包括临界点的重要性、回热器“夹点”问题、冷却器冷却工质问题等。然后,针对钠冷快堆(SFR),总结了国内外应用于SFR耦合布雷顿循环系统中的印刷电路板换热器(PCHE)的相关研究,包括在Na/CO2换热器、回热器、冷却器中运行的重要工质——S-CO2的流动换热性能,以及影响PCHE自身性能的流道结构优化设计。结果表明,针对具体的SFR应用,目前仍无明确结论认为哪种流道结构更为优越,需要针对具体应用场景进行相应的数值分析或实验研究。

船用低速机烟气余热回收SCRBC参数多算法优化

针对船用低速机烟气余热回收(WHR)的超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩布雷顿循环(SCRBC)参数优化,利用低速机台架的试验数据,建立了再压缩布雷顿循环一维仿真模型,基于神经网络模型拟合得到循环参数增压比、分流比与循环效率和净回收功的关系,通过多目标遗传算法优化(MOGA)和多准则决策方法(TOPSIS)确定低速机不同负荷下的最佳循环参数组合,提高了循环效率和净回收功.结果表明:在低速机100%负荷、分流比为0.117及增压比为1.804时,净回收功达到178.14 kW,布雷顿循环效率达到19.22%,此时,系统总效率提升了1.68%,燃油消耗率降低了6.43 g/(kW·h).通过对系统进行火用分析,冷却器火用损失最大为85 kW,火用损失效率为11.44%;换热器的火用损失为32 kW,火用损失效率为3.44%.完成了船舶低速机烟气余热S-CO_(2)再压缩布雷顿循环性能优化方法的研究,并可推广到其他低速机.

超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环系统动态特性研究

超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环因其环保性与高热电转换效率而被视为核能发电未来发展的重要方向。借助Simulink软件平台,建立了S-CO_(2)再压缩布雷顿循环闭环动态仿真系统,通过模拟结果与Sandia实验数据的比较,验证了系统模型的有效性。研究搭建的超临界CO_(2)再压缩布雷顿循环系统在稳态设计点条件下的预测热效率为31.85%,此外,还获得了热源功率和流量扰动条件下系统热力学参数的响应特征,发现热源功率的变化促使系统效率单调提升或降低,而改变系统流量未呈现类似变化趋势;扰动施加过程中,循环系统的参数对热源功率的变化非常敏感,热源功率减小15.00%,循环效率从31.85%降低到22.00%。最终基于仿真结果,获得多参量耦合关联下的变化规律与调控策略,可为S-CO_(2)再压缩布雷顿工程应用奠定基础。