小容量超临界二氧化碳燃煤发电系统的一维设计及回热器紧凑性分析

超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环因其高效、紧凑、灵活的优势,有望成为新一代发电动力循环。选用三压缩末级部分压缩的循环结构,将其应用到20 MW S-CO_(2)燃煤发电系统中,并对发电系统的关键部件进行一维设计。设计结果表明,透平和压缩机尺寸整体较小,尺寸优势明显,相比水机组具备明显的竞争力;基于不同容量锅炉的体积变化规律,合理推断由于炉内CO_(2)工质换热系数较小,使得S-CO_(2)锅炉相比水机组锅炉体积有所增加;基于印刷电路板换热器的回热系统占地较大,在本文设计条件下回热器总体积约为18.95 m^(3),远超现有水机组回热器总体积,问题显著。因此,进一步从回热器换热效果角度探究了回热系统特性,讨论了现有技术面临的困难与瓶颈,发现循环热效率与回热系统体积存在着较强的制约关系,进而对回热系统进行了成本分析,在考虑基础建设费及人工费后,回热系统的投资成本约为9347.47万元,初始投资成本较高。同时发现,印刷电路板换热器在缩小回热系统体积方面的潜力有限,因此仍需研发新的换热器形式,实现换热系数的量级性提升。最后,针对回热系统体积问题,提出了S-CO_(2)燃煤发电系统的一体化布置方案,通过空间布置的优化实现了系统的整体紧凑性。我国正在推进中等容量S-CO_(2)燃煤发电系统示范,此项研究为示范电站建设提供了新的技术思路。