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Multi-objective optimization and evaluation of supercritical CO_(2) Brayton cycle for nuclear power generation
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作者 Guo-Peng Yu Yong-Feng Cheng +1 位作者 Na Zhang Ping-Jian Ming 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期183-209,共27页
The supercritical CO_(2) Brayton cycle is considered a promising energy conversion system for Generation IV reactors for its simple layout,compact structure,and high cycle efficiency.Mathematical models of four Brayto... The supercritical CO_(2) Brayton cycle is considered a promising energy conversion system for Generation IV reactors for its simple layout,compact structure,and high cycle efficiency.Mathematical models of four Brayton cycle layouts are developed in this study for different reactors to reduce the cost and increase the thermohydraulic performance of nuclear power generation to promote the commercialization of nuclear energy.Parametric analysis,multi-objective optimizations,and four decision-making methods are applied to obtain each Brayton scheme’s optimal thermohydraulic and economic indexes.Results show that for the same design thermal power scale of reactors,the higher the core’s exit temperature,the better the Brayton cycle’s thermo-economic performance.Among the four-cycle layouts,the recompression cycle(RC)has the best overall performance,followed by the simple recuperation cycle(SR)and the intercooling cycle(IC),and the worst is the reheating cycle(RH).However,RH has the lowest total cost of investment(C_(tot))of$1619.85 million,and IC has the lowest levelized cost of energy(LCOE)of 0.012$/(kWh).The nuclear Brayton cycle system’s overall performance has been improved due to optimization.The performance of the molten salt reactor combined with the intercooling cycle(MSR-IC)scheme has the greatest improvement,with the net output power(W_(net)),thermal efficiencyη_(t),and exergy efficiency(η_(e))improved by 8.58%,8.58%,and 11.21%,respectively.The performance of the lead-cooled fast reactor combined with the simple recuperation cycle scheme was optimized to increase C_(tot) by 27.78%.In comparison,the internal rate of return(IRR)increased by only 7.8%,which is not friendly to investors with limited funds.For the nuclear Brayton cycle,the molten salt reactor combined with the recompression cycle scheme should receive priority,and the gas-cooled fast reactor combined with the reheating cycle scheme should be considered carefully. 展开更多
关键词 supercritical co_(2)Brayton cycle Nuclear power generation Thermo-economic analysis Multi-objective optimization Decision-making methods
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Demonstration of a small‐scale power generator using supercritical CO_(2)
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作者 Ligeng Li Hua Tian +7 位作者 Xin Lin Xianyu Zeng Yurong Wang Weilin Zhuge Lingfeng Shi Xuan Wang Xingyu Liang Gequn Shu 《Carbon Energy》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期269-290,共22页
The supercritical CO_(2)(sCO_(2))power cycle could improve efficiencies for a wide range of thermal power plants.The sCO_(2)turbine generator plays an important role in the sCO_(2)power cycle by directly converting th... The supercritical CO_(2)(sCO_(2))power cycle could improve efficiencies for a wide range of thermal power plants.The sCO_(2)turbine generator plays an important role in the sCO_(2)power cycle by directly converting thermal energy into mechanical work and electric power.The operation of the generator encounters challenges,including high temperature,high pressure,high rotational speed,and other engineering problems,such as leakage.Experimental studies of sCO_(2)turbines are insufficient because of the significant difficulties in turbine manufacturing and system construction.Unlike most experimental investigations that primarily focus on 100 kW‐or MW‐scale power generation systems,we consider,for the first time,a small‐scale power generator using sCO_(2).A partial admission axial turbine was designed and manufactured with a rated rotational speed of 40,000 rpm,and a CO_(2)transcritical power cycle test loop was constructed to validate the performance of our manufactured generator.A resistant gas was proposed in the constructed turbine expander to solve the leakage issue.Both dynamic and steady performances were investigated.The results indicated that a peak electric power of 11.55 kW was achieved at 29,369 rpm.The maximum total efficiency of the turbo‐generator was 58.98%,which was affected by both the turbine rotational speed and pressure ratio,according to the proposed performance map. 展开更多
关键词 GENERATOR performance map power generation supercritical co_(2) TURBINE
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多种构型超临界CO_(2)循环热力学解构分析与参数优化
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作者 张斌 刘嘉楷 +1 位作者 张逸飞 辛团团 《节能技术》 CAS 2024年第2期143-149,共7页
新型超临界CO_(2)(S-CO_(2))循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S-CO_(2)循环解构为若干热功转换过程,建立各解... 新型超临界CO_(2)(S-CO_(2))循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S-CO_(2)循环解构为若干热功转换过程,建立各解构过程与循环效率之间的关联方程,进而开展流程参数优化。研究结果表明,预压缩、后压缩和再压缩方案均是通过增加压缩耗功,减少吸热量实现循环效率提升,其中再压缩方案效果最优,再压缩流量优化后循环效率提高5.1%;采用部分间冷方案,可有效降低压缩功耗,同时避免高品位热量贬值,间冷压力优化后循环效率提高2.2%;再热方案在不改变压缩耗功的前提下,增加透平出功,再热压力优化后循环效率提高1.9%;最后,循环联用再压缩、间冷和再热三种节能措施,可使效率提高9.3%。 展开更多
关键词 超临界co_(2)循环 流程改良 热力学优化 过程解构分析 热功等效转换
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基于过程拆分的半闭式超临界CO_(2)循环热力学分析及流程优化
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作者 于良 辛团团 +1 位作者 张逸飞 许诚 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期991-1000,共10页
面对日益紧迫的减碳降耗需求,发展高效低碳的先进热力循环愈发重要。提出了一种基于天然气的零碳排放的半闭式超临界CO_(2)循环,并通过工质拆分,将半闭式循环拆解为开式循环和闭式循环,以阐明循环热功转化的过程;进一步采用循环拆分法... 面对日益紧迫的减碳降耗需求,发展高效低碳的先进热力循环愈发重要。提出了一种基于天然气的零碳排放的半闭式超临界CO_(2)循环,并通过工质拆分,将半闭式循环拆解为开式循环和闭式循环,以阐明循环热功转化的过程;进一步采用循环拆分法将复杂重构循环拆解为若干简单循环,建立不同流程重构措施的热力学评价模型,直观地揭示不同循环构型的节能机理;通过参数敏感性分析获得各个流程改良措施关键参数的最优点。结果表明:再热、分流再压缩、中间冷却、部分冷却等多种循环流程改良措施均可有效提高循环效率,其效率增益为1.79~5.59个百分点;多种流程改良措施集成优化后,系统净发电效率较基础循环提高10.18个百分点。 展开更多
关键词 超临界co_(2)循环 碳捕集 循环拆分法 半闭式循环
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面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环高级[火用]分析
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作者 姜悦茂 王顺森 +2 位作者 吴杰鹏 颜晓江 宋立明 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期43-55,共13页
针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力... 针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力学、经济与紧凑性3个角度对回热式循环余热回收系统进行了多目标优化,进行了热经济与常规[火用]分析;继而,将每个部件的[火用]损细分为内源可避免、内源不可避免、外源可避免与外源不可避免4部分,进行了高级[火用]分析;最后,比较了常规[火用]与高级[火用]分析结果,揭示了常规[火用]分析方法的局限性。结果表明,经优化后系统净发电量、平准化度电成本与单位功率面积分别为6.24 MW、4.48美分/(kW·h)与0.19 m^(2)/kW;回热器总[火用]损率最高,约为36.7%。由于关键设备技术限制,系统极限[火用]效率相比理想工况低约7%,系统总[火用]损主要由部件自身不可逆性产生,其中有42.9%可通过部件改进而减少。在不同燃机工况下,透平具有最高的内源可避免[火用]损率。 展开更多
关键词 余热回收 超临界co_(2)动力循环 多目标优化 热经济分析 高级[火用]分析
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新型超临界CO_(2)光火互补发电系统多目标优化
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作者 佟勇婧 郝迎鹏 +3 位作者 王军 梁严 池立勋 段立强 《油气与新能源》 2024年第3期86-94,共9页
光热发电与常规火电联合运行有利于改善出力情况,为最优化联合运行,提出了一种新型超临界CO_(2)光火互补发电系统,大比例提高了太阳能输入占比,同时针对太阳倍数和储热容量提出了一种经济-环境优化方法,并对系统最佳参数进行了敏感性分... 光热发电与常规火电联合运行有利于改善出力情况,为最优化联合运行,提出了一种新型超临界CO_(2)光火互补发电系统,大比例提高了太阳能输入占比,同时针对太阳倍数和储热容量提出了一种经济-环境优化方法,并对系统最佳参数进行了敏感性分析。结果表明,随着太阳倍数和储热容量增大,互补系统的CO_(2)排放率下降,而净现值存在最佳点。经济-环境优化方法可进行经济性和环境性能的同步优化,有利于提高系统全生命周期的净现值,降低CO_(2)排放,为光火互补电站的系统设计提供了重要的参考依据。此外,敏感性分析表明,降低镜场和储热成本,提高光热电价,有利于互补发电系统的发展。 展开更多
关键词 塔式太阳能 超临界二氧化碳 布雷顿循环 多目标优化
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Supercritical CO_(2) Cycles for Nuclear-Powered Marine Propulsion:Preliminary Conceptual Design and Off-Design Performance Assessment
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作者 LI Zhaozhi SHI Mingzhu +1 位作者 SHAO Yingjuan ZHONG Wenqi 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CSCD 2024年第1期328-347,共20页
Using the efficient,space-saving,and flexible supercritical carbon dioxide(sCO_(2)) Brayton cycle is a promising approach for improving the performance of nuclear-powered ships.The purpose of this paper is to design a... Using the efficient,space-saving,and flexible supercritical carbon dioxide(sCO_(2)) Brayton cycle is a promising approach for improving the performance of nuclear-powered ships.The purpose of this paper is to design and compare sCO_(2) cycle power systems suitable for nuclear-powered ships.Considering the characteristics of nuclear-powered ships,this paper uses different indicators to comprehensively evaluate the efficiency,cost,volume,and partial load performance of several nuclear-powered sCO_(2) cycles.Four load-following strategies are also designed and compared.The results show that the partial cooling cycle is most suitable for nuclear-powered ships because it offers both high thermal efficiency and low volume and cost,and can maintain relatively high thermal efficiency at partial loads.Additionally,the new load-following strategy that adjusts the turbine speed can keep the compressor away from the surge line,making the cycle more flexible and efficient compared to traditional inventory and turbine bypass strategies. 展开更多
关键词 supercritical co_(2)cycle NUCLEAR marine propulsion off-design performance
原文传递
压缩机透平分轴布置的超临界CO_(2)简单回热循环动态特性
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作者 张一帆 李红智 +4 位作者 刘岗 杨玉 李凯伦 周毓佳 雷贤良 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期4116-4126,共11页
超临界CO_(2)布雷顿循环发电系统配合高温颗粒储热系统,被认为是新一代光热发电机组的重要技术路线之一。深入研究超临界CO_(2)布雷顿循环动态特性,是实现新一代光热发电机组高效、灵活设计和运行的重要基础。该文以西安热工研究院有限... 超临界CO_(2)布雷顿循环发电系统配合高温颗粒储热系统,被认为是新一代光热发电机组的重要技术路线之一。深入研究超临界CO_(2)布雷顿循环动态特性,是实现新一代光热发电机组高效、灵活设计和运行的重要基础。该文以西安热工研究院有限公司耦合颗粒换热器的超临界CO_(2)布雷顿循环机组为对象,构建了动态仿真模型,并进行动态仿真计算。该机组采用透平压缩机分轴布置的形式。结果显示:相对于颗粒/循环冷却水入口温度阶跃变化的工况,系统在颗粒/循环冷却水流量阶跃变化工况中响应更快、能够更快地达到新的稳定状态。压缩机转速扰动对系统流量影响迅速且明显,压缩机转速调节可以作为系统流量控制的重要手段。透平在不同流量下最优转速不同,当透平转速变化后更接近最优转速时机组循环净效率增高,反之降低。 展开更多
关键词 超临界co_(2) 太阳能热发电 动态仿真模型 阶跃扰动 动态特性
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超临界CO_(2)腐蚀对耐热材料力学性能影响研究进展
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作者 王梦瑶 梁志远 +3 位作者 桂雍 郭亭山 邵怀爽 赵钦新 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第17期6709-6717,共9页
超临界二氧化碳循环系统为清洁能源发展提供了新途径,但高温与含碳环境对耐热材料力学性能和抗腐蚀性能等提出了新的挑战。温度过高时,结构材料在抗氧化性和结构完整性等方面性能要更优异,超临界CO_(2)环境下腐蚀与渗碳综合作用会使耐... 超临界二氧化碳循环系统为清洁能源发展提供了新途径,但高温与含碳环境对耐热材料力学性能和抗腐蚀性能等提出了新的挑战。温度过高时,结构材料在抗氧化性和结构完整性等方面性能要更优异,超临界CO_(2)环境下腐蚀与渗碳综合作用会使耐热钢形成碳化物,造成其抗氧化性和力学性能降低。因此,建立安全稳定超临界CO_(2)循环发电系统的前提是明确在超临界CO_(2)环境中候选材料的最高长时使用温度,以及确定腐蚀与渗碳的综合作用对候选材料的蠕变性能与抗渗碳能力的影响。该文总结国内外关于超临界二氧化碳腐蚀对耐热钢、镍基合金等耐热材料力学性能影响的研究现状,分析合金成分、温度、压力、杂质等因素对耐热材料力学性能的影响规律,讨论渗碳对于裂纹生长以及裂纹扩展等的影响机理,并提出目前实验以及分析的不足之处及未来的发展方向。 展开更多
关键词 超临界co_(2)动力系统 腐蚀 力学性能 耐热钢 蠕变
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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
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作者 张学镭 王高锋 张卓远 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期7173-7183,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 co_(2)捕集 燃煤电厂 Sco_(2)循环 能量集成 ?分析
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太阳能热发电中超临界压力CO_(2)在渐扩变截面圆管内冷却传热强化机理 被引量:1
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作者 何吉祥 朱兵国 +1 位作者 彭斌 党兴武 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期249-256,共8页
采用SST k-ω湍流模型对冷却条件下超临界压力CO_(2)(S-CO_(2))在等截面圆管、水平渐扩管以及不同倾斜角的渐扩管内的传热特性进行数值模拟。模拟结果表明,在相同换热面积下,相比较于等截面圆管,水平渐扩管的总传热系数提高了32.33%,30&... 采用SST k-ω湍流模型对冷却条件下超临界压力CO_(2)(S-CO_(2))在等截面圆管、水平渐扩管以及不同倾斜角的渐扩管内的传热特性进行数值模拟。模拟结果表明,在相同换热面积下,相比较于等截面圆管,水平渐扩管的总传热系数提高了32.33%,30°倾斜渐扩管提高了33.12%;水平渐扩管的压降降低了53.87%,30°渐扩管降低了9.86%。采用综合性能评价准则PEC,得到水平渐扩管的综合性能最优。基于S-CO_(2)在拟临界温度Tpc处发生“类相变”的假设,获得了类液膜厚度沿管长方向的分布规律,在同一截面处,30°渐扩管的类液膜厚度最小,等截面圆管的类液膜厚度最大,从超临界态类两相的角度解释了强化传热。 展开更多
关键词 太阳能热发电 超临界压力co_(2) 数值模拟 布雷顿循环 传热强化 渐扩管
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复杂微小通道内超临界CO_(2)-水换热特性试验研究
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作者 金峰 陈德奇 +1 位作者 胡练 黄彦平 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1750-1760,共11页
印刷电路板式换热器(PCHE)作为超临界CO_(2)布雷顿循环的重要候选设备,其性能对新一代核反应堆安全性及经济性具有十分重要的意义。为探索超临界CO_(2)布雷顿循环Z字形PCHE预冷器通道内的换热性能,本文针对Z字形微小通道内的超临界CO_(... 印刷电路板式换热器(PCHE)作为超临界CO_(2)布雷顿循环的重要候选设备,其性能对新一代核反应堆安全性及经济性具有十分重要的意义。为探索超临界CO_(2)布雷顿循环Z字形PCHE预冷器通道内的换热性能,本文针对Z字形微小通道内的超临界CO_(2)-水换热开展了试验研究。超临界CO_(2)试验条件如下:压力7.5~9.0 MPa、温度50~90℃、流量300~600 kg/(m^(2)·s);试验本体直径2.0 mm、节距7.24 mm、弯折角40°。通过布置多个温度测点,获得复杂微小通道内沿程温度分布数据,研究了不同工况参数对沿程对数平均温差及整体换热系数的影响,并进一步评估了整体法与分段法对计算结果的影响。结果表明,整体换热系数在拟临界区附近呈现较高水平。在给定工况下,提高CO_(2)入口温度对换热器整体换热系数的影响较小;随着入口压力的提高,整体换热系数峰值降低;增大入口质量流速可明显提高换热器的整体换热能力。另外,在靠近拟临界的换热工况中,整体法与分段法的整体换热系数计算结果偏差明显,而在跨拟临界的换热工况中,计算结果偏差明显减小。 展开更多
关键词 超临界co_(2) 布雷顿循环 印刷电路板式换热器 Z字形通道
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PR状态方程+基团贡献模型预测CO_(2)+HFC二元混合物的气液相平衡性质
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作者 吴子睿 石凌峰 +3 位作者 孙瑞 田华 王轩 舒歌群 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期52-59,I0008,共9页
由于良好的性能和环保性,CO_(2)+HFC二元混合物被认为是冷电联合循环系统中良好的替代工作流体。气液相平衡特性是计算混合物焓和熵的关键,这冷电联合循环系统的热力学分析至关重要。为了准确预测CO_(2)和HFC(R23,R32,R41,R125,R134a,R1... 由于良好的性能和环保性,CO_(2)+HFC二元混合物被认为是冷电联合循环系统中良好的替代工作流体。气液相平衡特性是计算混合物焓和熵的关键,这冷电联合循环系统的热力学分析至关重要。为了准确预测CO_(2)和HFC(R23,R32,R41,R125,R134a,R143a,R152a,R161,R227ea)二元混合物的气液平衡性质,本文建立了基于吉布斯自由能混合规则的群贡献模型(PR+MHV1+UNIFAC和PR+LCVM+UNIFAC)。通过CO_(2)和HFC制冷剂的气液相平衡实验获得了-CO_(2)、-烷烃、-CHF和-CHF3等基团之间的相互作用参数,这些基团参数对于预测其气液相平衡性质(压力和气相摩尔分数)至关重要。PR+LCVM+UNIFAC模型计算的AARDp值为5.53%,AADy1值为0.0132,PR+MHV1+UNIFAC模型的AARDp值和AADy1值分别为7.40%和0.0229。然而,对于CO_(2)+R32系统,PR+MHV+UNIFAC预测模型的预测精度较高,AARDp和AADy1的值分别为1.53%和0.0045。综上所述,对于CO_(2)+HFC二元混合物,PR+LCVM+UNIFAC预测模型预测精度较高,但对于CO_(2)+R32二元混合物,PR+MHV1+UNIFAC模型也具有独特的优势。根据基团贡献模型的预测结果,与之前系统使用的PR+MHV1+UNIFAC模型相比,PR+LCVM+UNIFAC模型的计算进度显著提高。 展开更多
关键词 冷电联合循环 co_(2)+HFC二元混合物 气液相平衡 基团贡献模型 PR+MHV1+UNIFAC模型 PR+LCVM+UNIFAC模型
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115 t量子电弧炉CO_(2)喷吹工艺的影响研究
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作者 李层 李欣 +3 位作者 魏光升 朱荣 李挺 孟令辉 《炼钢》 CAS 北大核心 2023年第6期1-7,22,共8页
为降低全废钢量子电弧炉出钢氮含量、优化电弧炉冶炼性能、减少电弧炉冶炼碳排放量,通过对量子电弧炉喷吹工艺进行优化改进,采用CO_(2)喷吹工艺替代原始喷吹工艺以实现上述目标。在115 t量子电弧炉上进行了大量CO_(2)喷吹工艺试验,分别... 为降低全废钢量子电弧炉出钢氮含量、优化电弧炉冶炼性能、减少电弧炉冶炼碳排放量,通过对量子电弧炉喷吹工艺进行优化改进,采用CO_(2)喷吹工艺替代原始喷吹工艺以实现上述目标。在115 t量子电弧炉上进行了大量CO_(2)喷吹工艺试验,分别对比了改进工艺前后的电弧炉出钢氮含量、冶炼电耗、冶炼周期、碳排放等性能指标的变化趋势。试验结果表明:使用CO_(2)喷吹工艺后,电弧炉出钢氮质量分数降低30.6×10^(-6)、冶炼电耗降低5.6 kWh/t、冶炼周期缩短3.2 min、平均出钢碳氧积降低了4.4×10^(-4)、渣中FeO质量分数降低了4.5百分点、碳排放降低8.4%。通过将CO_(2)载气喷吹碳粉工艺与Ar+CO_(2)动态混合底吹工艺结合应用于电弧炉炼钢中能够有效降低钢水出钢氮含量、冶炼电耗、碳排放量等性能指标,优化量子电弧炉喷吹工艺。 展开更多
关键词 氮含量 冶炼电耗 冶炼周期 co_(2)喷吹工艺 碳排放
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基于S-CO_(2)的燃气机余热回收系统研究
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作者 方振昌 董新宇 +4 位作者 唐新程 吕钊 乔信起 王林涛 孙春华 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期543-551,共9页
为进一步提高天然气发动机的燃料利用率,利用S-CO_(2)(超临界CO_(2))动力循环回收发动机余热,提出了基于分流膨胀循环的余热回收系统.研究了分流膨胀循环操作变量对性能的影响,进行热力学和经济性多目标优化,将优化结果与传统再压缩循... 为进一步提高天然气发动机的燃料利用率,利用S-CO_(2)(超临界CO_(2))动力循环回收发动机余热,提出了基于分流膨胀循环的余热回收系统.研究了分流膨胀循环操作变量对性能的影响,进行热力学和经济性多目标优化,将优化结果与传统再压缩循环做了比较.结果表明:分流膨胀循环具有余热深度利用、效率高的优点,比传统再压缩循环更具优越性.应用余热回收系统后,1MW天然气发动机的燃料利用率提升了14.9%,净功率与热回收率分别为174.2 kW和58%. 展开更多
关键词 超临界co_(2)动力循环 燃气发动机 经济性分析 多目标优化
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内燃机余热驱动的超临界CO_(2)循环非设计工况性能分析
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作者 张旭伟 郭子岗 +3 位作者 王鑫华 张一帆 蒋世希 顾正萌 《电力科技与环保》 2023年第6期484-489,共6页
超临界二氧化碳动力循环是一种回收内燃机排气余热的重要方式。为了揭示回收内燃机余热的超临界二氧化碳动力循环在非设计工况下的运行特性,基于热力学第一定律,建立了压缩机、透平、换热器、阀门等系统关键设备的非设计工况热力计算模... 超临界二氧化碳动力循环是一种回收内燃机排气余热的重要方式。为了揭示回收内燃机余热的超临界二氧化碳动力循环在非设计工况下的运行特性,基于热力学第一定律,建立了压缩机、透平、换热器、阀门等系统关键设备的非设计工况热力计算模型,进而构建了整个循环的非设计工况计算模型,并对非设计工况下循环热力学性能进行了分析。结果表明:设计工况下,循环热效率和输出净功率分别为45.00%和200 kW;相比于设计工况,当主压缩机入口温度升高到40℃时,循环热效率和净功率分别降低到11.54%和24.50 kW;当透平入口温度降低到450℃时,循环热效率和净功率分别降低到39.00%和162.43kW;当主调阀阻力增加到6.84 MPa时,循环热效率和净功率分别降低到37.18%和116.97 kW;针对两种系统负荷调节方式,当负荷率由100%降低到60%时,转速控制方式和阀门控制方式下,循环热效率分别降低至44.25%和38.00%。总体上,主压缩机入口温度的升高、透平入口温度的降低和主调阀阻力的增大均会导致循环性能降低;其中,主压缩机入口温度变化对循环性能影响剧烈,故应尽可能维持在设计温度运行;转速控制方式调节系统负荷时,系统循环性能变化较小,具有较高的热经济性。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 动力循环 内燃机 余热回收 非设计工况
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基于神经网络的燃气–超临界CO_(2)联合循环变工况特性快速预测及优化
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作者 曹越 陈然璟 +2 位作者 展君 陈祎璠 司风琪 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期4178-4189,共12页
燃气–超临界CO_(2)联合循环清洁高效、结构紧凑,因系统部件中间容积较小,变负荷调节速率较高,具有良好的灵活性,通过其快速变负荷运行有利于大规模消纳可再生能源电量。该联合循环采用具有超–跨串级结构的超临界CO_(2)底循环实现燃机... 燃气–超临界CO_(2)联合循环清洁高效、结构紧凑,因系统部件中间容积较小,变负荷调节速率较高,具有良好的灵活性,通过其快速变负荷运行有利于大规模消纳可再生能源电量。该联合循环采用具有超–跨串级结构的超临界CO_(2)底循环实现燃机余热梯级利用。为解决其快速变负荷中循环特性快速预测及优化问题,该文提出基于面心立方设计和反向传播神经网络的变工况特性求解方法。采用粒子群优化算法确定该联合循环变负荷过程的最优滑压运行策略。结果表明:基于神经网络的循环变工况特性预测方法具有良好的精度,并有效缩短仿真计算时间。与流量比例调节法对比,最优滑压运行策略使循环变工况过程具有更优的循环效率及可行运行区间,可以快速准确地为燃气–超临界CO_(2)联合循环提供变工况运行参考。 展开更多
关键词 超临界co_(2)循环 变工况特性 反向传播神经网络 快速预测 运行优化
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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
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作者 梁娅冉 蔺新星 +2 位作者 苏文 欧少端 邢令利 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期257-263,共7页
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。... 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。 展开更多
关键词 塔式太阳能热发电系统 co_(2)混合工质 再压缩动力循环 热力性能
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超临界CO_(2)再热再压缩布雷顿循环火力发电系统[火用]分析
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作者 刘国浩 余廷芳 《南昌大学学报(工科版)》 CAS 2023年第4期385-391,共7页
建立了超临界CO_(2)一次再热再压缩布雷顿循环火力发电系统模型,深入分析了各关键参数对系统性能的影响,研究了分流比对换热器夹点的影响规律,得到了对应的最佳分流比,同时分析了各部件火用损率的大小。结果表明:随着再热压力的升高,系... 建立了超临界CO_(2)一次再热再压缩布雷顿循环火力发电系统模型,深入分析了各关键参数对系统性能的影响,研究了分流比对换热器夹点的影响规律,得到了对应的最佳分流比,同时分析了各部件火用损率的大小。结果表明:随着再热压力的升高,系统火用效率先上升后下降,存在最佳再热压力;对整个发电系统,锅炉是火用损最大的设备,而对热力循环,回热换热器是火用损影响最大的环节;由于分流的存在,系统火用效率受主压缩机出口压力和入口温度的影响并非单调变化;分流比的选取应综合考虑其对高温回热器和低温回热器回热度的影响,以使整体系统达到最优。 展开更多
关键词 超临界co_(2) 布雷顿循环 再热循环 分流比 [火用]效率
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小容量燃煤S-CO_(2)发电系统热力学构建路径分析
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作者 王兆福 徐进良 +1 位作者 孙恩慧 郭源东 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期4092-4103,共12页
超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))循环具有灵活、紧凑的特点,小容量燃煤S-CO_(2)电厂可作为分布式能源系统的调节电源。该文以小容量燃煤S-CO_(2)发电系统热力学构建为目标,从循环结构和主汽温压参数的选择出发,... 超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))循环具有灵活、紧凑的特点,小容量燃煤S-CO_(2)电厂可作为分布式能源系统的调节电源。该文以小容量燃煤S-CO_(2)发电系统热力学构建为目标,从循环结构和主汽温压参数的选择出发,提出以下系统构建路径:1)结合燃煤热源特点,从系统高效和技术经济性出发选取循环结构;2)通过主汽压力对循环热效率的敏感性分析,选取最优压力;3)从材料高温强度的角度出发,避免S-CO_(2)锅炉受热面超温过热,进而在材料边界条件下,选取主汽温度。基于此路径,提出更适合于燃煤热源的三压缩末级部分压缩循环(tri-compressions with last-stage partial compression,PTC),并且增加一次再热(reheating,RH)措施,推荐PTC+RH为小容量机组基本循环,选取25MPa/605℃为小容量机组主汽温压参数,最终完成了50MW耦合锅炉模型的燃煤S-CO_(2)系统设计,系统发电效率达到41.15%。该研究结果对小容量S-CO_(2)系统构建具有一定指导意义。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 燃煤发电 小容量机组 末级部分压缩 高温强度
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