基于燃机余热和LNG冷能的sCO_(2)朗肯循环系统构建

构建了以燃气轮机烟气为热源、LNG气化热为冷源的超临界二氧化碳(sCO_(2))朗肯循环与天然气直接膨胀耦合的余热发电系统。针对300万t/a LNG气化站,开展了循环参数对热力学性能的敏感性分析以及优化计算。结果表明:该系统的总出力可达528.57 MW,可匹配约342 MW等级燃机,LNG贡献电能为0.095 7 MJ/kg,联合系统燃料热效率达到63.54%;相比传统的燃气蒸汽联合循环,系统净功提高3.5%,燃料热效率提升2.15个百分点。

LNG冷能用于CO_2跨临界朗肯循环和CO_2液化回收

提出了一种利用LNG冷能的新方案。一方面,采用CO2作为工质,利用燃气轮机的排放废气作为高温热源和LNG作为低温冷源来实现CO2的跨临界朗肯循环。由于高低温热源温差较大,循环能够顺利进行;另一方面,从燃气轮机排放的CO2废气在朗肯循环中放出热量后经LNG进一步冷却成液态产品。这样,不但利用了LNG冷能,而且天然气燃烧生成的大部分CO2也得以回收。计算分析了相关参数对跨临界循环特性的影响,包括循环最高温度和压力对系统的比功和火用效率的影响,并分析了回收的液态CO2的质量流量的变化情况。结果表明,这种新的LNG冷能利用方案是一种环境友好的高效方案。

LNG冷能用于朗肯循环和CO2液化新工艺

针对CO2 排放过量的问题,提出了两种利用液化天然气冷能进行朗肯循环发电和液化CO2 的新工艺流程。流程1在常规朗肯循环的基础上增加了再热循环和回热循环;流程2在保证预冷和液化CO2 所需冷能不变的情况下,在流程1的基础上集成了氮气液化系统,目的是降低蒸发器内冷热物流的品位差,提高蒸发器的火用效率。分析了烟气温度、循环工质压力和流量对流程比功和火用效率的影响。模拟计算得到,流程1、流程2的火用效率分别可达到49.70%和49.80%,对应比功分别为237.70kJ/kgLNG和235.20kJ/kgLNG,CO2 的液化率为0.60kg/kgLNG。结合具体实例进行计算,证明新流程具有良好的经济效益和环境效益。

基于超临界CO2布雷顿循环的有机朗肯联合循环特性研究

使用ASPEN通用流程系统设计软件,在超临界CO2布雷顿循环(SCO2)和有机朗肯循环(ORC)的循环特性研究的基础上,进一步探究了SCO2-ORC联合循环的影响因素和影响结果。研究表明,联合循环中SCO2透平出口压力、ORC透平入口压力和压气机入口温度对循环系统的热效率均有着重要影响。对比不同工质可以发现,最大效率排序为R22>R32>R125>R134a>R115。此外,通过统计分析发现,在变ORC系统参数和变SCO2系统参数时,联合循环热效率与ORC功率占比分别表现出一次线性关系和二次抛物线关系。为进一步使用和推广SCO2-ORC太阳能光热发电技术提供了理论支持和设计基础。

超临界CO_(2)布雷顿循环余热回收系统性能分析与优化

为了经济高效地回收超临界CO_(2)布雷顿循环(SCBC)的余热,分别采用卡琳娜循环(KC)和有机朗肯循环(ORC)作为底循环,设计了SCBC/KC及SCBC/ORC这2种系统方案.对2种方案系统进行参数分析并利用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对联合循环系统进行多目标优化计算,将优化结果与SCBC系统性能进行比较,突出联合循环系统的性能优势.参数分析结果表明:2种联合循环系统热力性能均存在最佳压比;升高底循环膨胀比有助于提升系统热力性能;提高底循环涡轮机进口温度有助于改善系统[火用]经济性能.对比结果表明:优化后的SCBC/KC系统热效率和?效率较优化前SCBC系统分别升高了9.27%和8.69%,[火用]经济成本仅升高了0.92%;SCBC/ORC系统热效率和?效率较优化前SCBC系统分别升高10.73%和10.08%,?经济成本升高了1.87%.通过比较分析可知,SCBC/KC系统更经济,而SCBC/ORC系统更节能.

基于超临界CO_(2)朗肯循环的太阳能光热发电系统分析

基于太阳能光热发电原理,提出加装回热系统的发电系统模型,结合朗肯循环,以超临界CO_(2)作为工质,系统分析进气温度、进气压力对发电系统效率的影响,研究回热系统的热经济性。结果表明:低压状态下进气压力对发电系统循环效率的影响较大,高压状态下进气温度对发电系统循环效率的影响较大;压力增大时,发电系统效率先增后减,温度增加时,发电系统效率保持增加;与无回热系统相比,加装回热系统能够明显提升发电系统循环效率;发电系统的不可逆损失随着压力的升高而降低,随着温度的升高而升高,为基于超临界CO_(2)朗肯循环的太阳能光热发电提供参考。

一种冷热电联供和CO_(2)捕集的联合动力循环

针对液化天然气(LNG)的冷能利用、天然气燃烧生成烟气的余热回收和烟气中CO_(2)的捕集问题,提出了一种冷热电联供的CO_(2)回热朗肯循环和三级有机朗肯循环联合动力循环(CO_(2)RRC-TORC)。采用Aspen HYSYS软件对系统进行模拟,分析了CO_(2)回热朗肯循环透平入口压力、三级ORC透平入口温度和压缩机出口压力对热力学性能的影响。结果表明:在CO_(2)质量流量为3.2 kg/s,透平等熵效率为75%时,系统净输出功可达2425.57 kW,热效率为64.76%,冷[火用]回收率为44.78%,[火用]效率为42.57%,年度净资产为3503736.70美元。相较于CO_(2)回热朗肯循环和单级有机朗肯循环联合动力循环(CO_(2)RRC-SORC),CO_(2)RRC-TORC系统在热力学和经济性方面均具有更大优势。

集成有机朗肯循环与碳捕集的太阳能-燃煤发电系统的变工况热力性能研究

构建了集成有机朗肯循环(organicRankinecycle,ORC)与碳捕获和封存(carboncaptureandstorage,CCS)的660MW太阳能-燃煤发电系统,利用凝结水回收CO_(2)压缩过程的余热、后经太阳能集热场气化、为再沸器提供能量,同时利用中压缸抽汽作为再沸器热源,再沸器冷凝水的经ORC回收余热后返回至H9低压加热器出口。分析了该系统的经济指标及变工况时热力性能、㶲性能,研究了ORC和CCS中参数变化和太阳能系统运行特性对集成系统热力性能的影响。研究表明:该系统的热力性能及经济性均优于目前常见的抽汽式燃煤碳捕集机组。随λ(中压缸抽汽热量占再沸器所需热量之比)增大,机组热力性能有所下降,汽轮机㶲效率增加。随负荷降低,汽轮机㶲效率有所升高。再沸器冷凝水经ORC回收余热后,可以在变工况时更好的匹配凝结水的温度,减少能量损失,且返回H9低压加热器出口时,ORC循环热效率最高,机组热力性能也较好。在春分、夏至、秋分时,太阳辐射强度(directnormalirradiance,DNI)稳定后系统能以较低λ运行,机组热力性能有较大提升;在冬至,DNI波动较大,此时只能保持较高λ运行,机组热力性能提升较为有限。

二氧化碳及其混合工质跨临界朗肯循环热力学研究

利用热力学仿真的方法,研究纯CO2及其与R32,R1270,R290,R161,R152a,R1234yf和R1234ze共7种有机工质组成的二元混合工质下循环的热效率和㶲效率。研究结果表明:有机工质添加比上限为70%,超过该比例时回热器热侧出口温度过高,导致循环变为朗肯循环;大部分混合工质热效率随一级透平入口压力p4增大而升高,其最佳再热入口压力p5在10~13 MPa范围内;研究工质中,CO2-R152a的回热再热循环热效率和㶲效率最高,较纯CO2循环分别提升16.16%和28.46%,这是因为其临界温度最高、临界压力最低导致系统做功更多、热损更少。

带低温蓄热的高温太阳能S-CO_2与ORC联合循环

超临界CO2布雷顿循环（S-CO2）被认为是未来太阳能发电最具潜力的热循环形式,但较高的透平入口温度对蓄热提出了很高要求。该文提出了一种S-CO2循环与有机朗肯循环（ORC）结合的发电系统。白天利用S-CO2循环发电,并将排出的废热储存,夜间将储存的热量释放用于ORC部分发电,在实现系统昼夜连续发电的同时又避免了高温蓄热遇到的困难。仿真计算表明,在联合循环中硅油类工质循环性能较好,当ORC最高温度达到220-230℃时ORC发电量即可达到总发电量的50%,并且此时整体效率可保持在38%以上。研究结果表明,S-CO2与ORC联合循环有能力在保持较高系统整体效率的同时,即实现了昼夜连续发电又避免了高温蓄热。

超临界CO2分流循环及联合循环的热力学分析

针对一台设计工况下输出功为1MW的CO_2透平,在不同的超临界CO_2循环模式下进行计算分析,发现带回热循环的性能大大优于简单循环,效率相对于简单循环提高了一倍多。并发现引入分流在一定分流比范围内能够提高系统的循环热效率,而当分流比过小时反而会使系统循环性能恶化。为了更好地利用有机朗肯循环（organic Ranking cycle,ORC）吸收CO_2循环的余热,还对ORC的优化运行模式进行了研究,分析了过热度和热源出口温度的影响。最后,将CO_2循环和ORC进行耦合,分析了不同分流比下联合循环和单一循环的性能差异,发现联合循环能在单一循环的基础上提升效率至少2%,并且当ORC窄点在耦合换热器预热段之间时,联合循环对系统性能有更大的提升。

综合利用低品位余热与LNG冷能的复合循环系统

提出了一种可以实现低品位热能与液化天然气(LNG)冷能综合利用的复合式循环系统,以实现不同温度区间的循环匹配及热能梯级利用,并运用热力学定律对循环系统各部分性能进行热力性能分析,研究了复合循环系统各部分关键参数对系统性能的影响。结果表明:在给定工作条件下,系统的净发电效率和可用能效率分别达到了39.4%和47.33%;系统性能受循环工质状态参数和质量流量变化的共同影响,两者的综合作用效果决定了系统的优化方向。

CO_2近零排放固体氧化物燃料电池冷热电联供系统的性能分析

为了提高SOFC联供系统的综合利用效率和降低CO_2捕集能耗,提出一种基于SOFC循环的CO_2近零排放冷热电联供系统。建立了系统数学模型,给出了设计工况下各点的热力参数值,分析了燃料利用率、空燃比、燃料电池入口温度与工作压力变化对系统性能的影响。结果显示,在设计工况下,SOFC发电效率、联供系统净发电效率和一次能源利用率分别为51.59%、53.84%和72.01%,与没有CO_2捕集的联供系统相比,净发电量降低了3.66%,一次能源利用率降低了2.05%。变参数研究结果显示,随着工作压力的增加,SOFC的发电效率增大,而系统净发电效率和一次能源利用率减小;另外,增加空燃比会降低SOFC发电效率、系统净发电效率和一次能源利用率,所以在保证SOFC在正常工作情况下应选择较小的空燃比。在燃料利用率和阴极入口温度变化中,SOFC的输出功率和输出电压先增加后减少,而阳极入口温度变化对SOFC性能影响较小。

CO_2跨临界热泵循环与朗肯循环耦合系统性能分析

提出跨临界CO2热泵和朗肯循环耦合实现凝汽器余热回收的方式。分别对郎肯循环、再热循环及跨临界CO2热泵和朗肯循环的耦合循环进行了热力学分析,分析表明:随着主蒸汽温度增加或乏汽温度降低,3种循环的效率均增加,朗肯循环平均效率为31.5%,耦合循环平均效率为35.5%,再热循环平均效率为33.5%;随着主蒸汽压力增加或乏汽压力降低,3种循环的效率均呈增加趋势。相同对比条件下,耦合循环效率最高,朗肯循环效率最低,再热循环介于二者之间。

CPGS国内外研究现状及发电应用进展

CPGS结合了CO_(2)地质封存和深部地热开发2种技术的优势,在实现地热能开采的同时,也对CO_(2)进行了地质封存,从而实现了温室气体减排和可再生能源利用技术的结合,CO_(2)的排放在最大限度上减少。介绍了增强型地热系统和CO_(2)羽流地热系统,对比分析了水和CO_(2)作为传热工质的优缺点,同时详细地介绍了CO_(2)羽流地热系统的国内外研究现状以及研究需要改进之处。最后介绍了3种CO_(2)羽流地热系统发电应用技术,即热伏发电、有机朗肯循环发电技术、基于以太阳能为辅助热源的CPGS-sCO_(2)布雷顿联合循环发电技术。

增强型CO_(2)跨临界冷电联产系统性能分析

二氧化碳(CO_(2))作为一种天然制冷剂,越来越受到人们的重视,但CO_(2)制冷循环效率低,限制了其应用范围。为提高CO_(2)制冷循环效率,提出了一种增强型CO_(2)跨临界冷电联产系统。该系统以有机朗肯循环(ORC)回收CO_(2)跨临界循环的部分冷凝热,将其转换成电能,达到提高系统COP的目的。在不同蒸发温度、CO_(2)冷凝压力和CO_(2)过热度条件下,分别对比分析了增强型CO_(2)跨临界循环和传统CO_(2)跨临界循环COP变化。结果表明:增强型CO_(2)跨临界循环可以有效提高系统COP,在分析范围内,最大提高率为22%。此外,分析了ORC循环部分使用6种不同有机工质条件下系统COP变化,结果表明:采用R227ea时,系统整体COP值较高。

一种烧结余热复合循环发电系统的构建与分析

烧结余热竖罐式回收是一种极具发展前景的烧结矿余热回收方式,其技术关键在于烧结矿的取热技术和能量转换技术。以空气闭式循环为取热方式,以CO2跨临界循环和R123有机朗肯循环为能量转换方式,创新地构建烧结竖罐余热复合循环发电系统,并确定工艺流程中各个节点的热工参数。此外,从发电量和效率等方面,探究循环工质的蒸发压力和蒸发温度对系统性能的影响。结果表明:在一定条件下,吨矿发电量为43.03 kW·h,效率为55.66%;同时,适当提高蒸发压力和蒸发温度可以提高系统吨矿发电量和系统效率。

CO_2与R41跨临界朗肯循环低温发电系统比较分析

本文以R41为工质的跨临界朗肯循环低温发电系统进行了热力性能分析,并与CO_2跨临界发电系统进行比较,结果表明:R41和CO_2系统均存在一个最优进口压力使得热效率在相同的膨胀机进口温度下达到最大值,且膨胀机进口温度越高,对应的最优压力也越大。同热效率一样,系统均存在一个最优进口压力使得净功在相同的膨胀机进口温度下达到最大值,且R41系统比CO_2系统所作的最大净功平均提高52.6%,最优进口压力平均降低41.6%,系统火用效率平均提高24.8%。

一种捕集CO_2工艺系统的构建及能效分析

基于辽宁省大石桥地区菱镁矿熔炼烟气中CO_2的粗放式利用现状,提出了一种集菱镁矿熔炼煅烧烟气中余热回收和CO_2捕集于一体的直接膨胀-有机朗肯循环一体化工艺流程。根据烟气余热和CO_2物性特点,结合冷源气化过程中物理火用释放特性,确定了工艺流程中各个节点的热工参数,藉此开展了工艺流程的热力学分析。研究表明:一体化工艺流程符合热力学基本定律,具有理论可行性;在一体化系统中,冷能利用的火用效率为16.76%,每生产一吨CO_2的发电量为12.52 k Wh,CO_2的捕集量为218 kg/h;主要的火用损失集中于各个换热器上,占系统总火用损失的92.61%。