sCO_(2)循环部分负荷运行特性研究

超临界二氧化碳(supercritical CO_(2), sCO_(2))循环发电系统结构紧凑,具有灵活高效的特点.本文以300 MW级s CO_(2)循环发电系统为研究对象,基于存储控制(inventory control)运行方式构建了耦合部件非设计(off-design)计算的系统部分负荷模型.部分负荷运行时,回热器和涡轮机械运行参数都会发生变化,且变化规律不同,为剖析系统性能损伤机理,设置了两种不同研究方案:(1)涡轮机械主要运行参数(主气压力和等熵效率)不变,研究回热器对系统热效率的影响;(2)涡轮机械和回热器参数均发生变化.不同研究方案结果表明,随负荷率减小回热器效率增加,压降减小,对系统性能产生正效应.部分负荷运行时主气压力的减小对透平做功影响较大,同时透平效率降低明显,对系统产生负效应.标准存储控制条件下,系统热效率随负荷率呈抛物线变化. 100%~75%负荷时,系统中正效应大于负效应,热效率大于设计热效率,在85%负荷时系统热效率达到最大值49.82%. 75%~30%负荷时,系统中正效应小于负效应,热效率小于设计热效率.研究结果可为sCO_(2)循环系统的变负荷运行提供指导,并可为系统动态调控过程提供目标值.

燃煤火力发电机组与钙基CO_(2)捕集系统的一体化设计与分析

燃煤机组捕集CO_(2)对于我国“双碳”目标的实现至关重要。将燃煤发电机组和钙基碳捕集系统进行一体化集成,改造锅炉受热面布置与热力系统的配置,可提升系统能量集成度;分别构建基于蒸汽朗肯循环(steam rankine cycle,SRC)和SCO_(2)-蒸汽联合循环(SCO_(2)-steamcombinedcycle,CSCC)的发电、碳捕集一体化系统,利用?方法和热效率法计算其热力性能,基于平准化发电成本和碳捕集成本评价其经济性。结果表明,CSCC一体化系统?效率为39.05%,捕集CO_(2)造成的?效率损失为3.91%;利用SCO_(2)替代水蒸汽回收碳捕集系统余热能够减少?损失,使得CSCC一体化系统性能优于SRC一体化系统;CSCC一体化系统的平准化发电成本为654.9元/(MW·h),碳捕集成本为135.1元/t CO_(2)。一体化系统可实现燃料化学能和碳捕集余热的一体化协同转化和高效利用,并能降低碳捕集成本。

两种烟气热量全温区吸收方式对三压缩sCO_(2)燃煤发电系统性能影响分析

超临界二氧化碳(supercritical CO_(2),sCO_(2))三压缩循环(tri-compression,TC)与再压缩循环(recompression cycle,RC)相比有较大的效率提升,为进一步提升燃煤sCO_(2)发电系统效率,有必要构建TC燃煤发电系统.烟气热量全温区吸收是超临界二氧化碳循环应用于燃煤热源时会面临的关键问题之一,目前主要有两种解决方法,分别为基于能量复叠利用原理构建复合循环(overlap energy utilization,OEU)和尾部烟道添加烟气冷却器(flue gas cooler,FGC).本文以三压缩+再热(tri-compression plus reheating,TC+RH)为基本循环,耦合锅炉水动力模型,基于两种烟气热量全温区吸收方法,构建了OEU和FGC两个燃煤发电系统,针对烟气中低温区余热吸收性能进行对比分析.研究发现,由于FGC系统中温区工质吸热能力不足,并且受限于尾部受热面30°C夹点温差,锅炉排烟温度高达172.6°C,锅炉效率仅为90.64%.对于OEU系统,锅炉排烟温度可降低至126.0°C,对应的锅炉效率为92.85%,满足系统性能的要求.另外,FGC系统烟气中温区和低温区的传热?损均高于OEU系统,说明OEU系统锅炉中低温区的烟气与工质能级更加匹配.

燃煤超临界CO_(2)发电系统锅炉换热面布置及优化

超临界二氧化碳(sCO_(2))循环用于燃煤发电系统时,由于循环流量大,锅炉内将产生超大压降,大幅降低循环效率.本团队前期提出的基于1/8减阻原理的分流流动模式能够解决以上问题,同时使锅炉换热面成为模块化设计.当对锅炉换热面模块进行布置时,存在两个核心难点,一是由于sCO_(2)入炉温度高,换热系数低,炉膛内冷却壁极易超温;二是sCO_(2)循环热效率对压降敏感,需兼顾压降惩罚.基于此,本文以1000 MWe一次再热燃煤sCO_(2)发电系统为研究对象,耦合热力学循环计算及锅炉热力与冷却壁流动传热计算,以降低冷却壁壁温为目标,兼顾循环热效率,对模块化锅炉的换热面进行了布置及优化.本文提出了烟道内对流换热面的"再分流"设计,可大幅降低压降;提出了一种炉膛冷却壁包含四个模块的创新布置方案("4-Part"方案),与冷却壁包含三个模块的布置方案("3-Part"方案)相比,"4-Part"方案使锅炉内主流、再热的低温工质全部进入冷却壁,可显著降低壁温,同时使循环热效率升高;发现随冷却壁再热模块出口温度的改变,"4-Part"方案存在最优设计工况,最优工况下冷却壁危险点壁温比"3-Part"方案降低18.66°C,达到628.64°C,可使现有材料在现有炉型下满足设计要求.本文提出的一次再热燃煤sCO_(2)锅炉换热面布置方案,为后续燃煤锅炉的研究提供了新的思路及参考.