超临界二氧化碳动力循环研究进展及展望

超临界二氧化碳(S-CO2)动力循环具有效率高、系统紧凑及灵活性高等优点,未来可取代或部分取代水蒸气朗肯循环,实现高效热功转换。本文从能量传递转换机理、关键部件研发以及系统设计等角度,总结了国内外研究进展。已有研究表明,目前已成功展示小型径流式透平S-CO2循环系统,但CO2泄漏等导致系统性能降低,大型轴流式透平系统可能不会出现小型系统类似问题。综述了我国在S-CO2循环方面的研究进展。围绕大型S-CO2燃煤发电系统能量传递转换机理及系统概念设计,提出了锅炉模块化设计,将锅炉压降降低到与水蒸气锅炉相当甚至更低的水平;提出了顶/底复合循环,彻底解决了锅炉烟气热量全温区吸收问题。建立了高温高压CO2传热实验系统,获得了宽广参数范围内的实验数据,引入超临界类沸腾概念并提出超临界沸腾数及K数,获得了高精度预测超临界传热恶化及传热系数的广义关联式,提出了控制壁温的S-CO2锅炉概念设计等。在此基础上,提出了需加强的研究方向,包括适合不同热源(核能、太阳能、化石能源)的S-CO2循环构建,回热器、压气机及透平等关键部件设计及制造技术,关键部件及全系统的控制运行技术,以及不同功率等级的S-CO2循环的示范系统等,为S-CO2发电的商业应用奠定理论和技术基础。

S-CO_(2)布雷顿循环转化效率分析

以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象,以核电站为应用背景,详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法,并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响,分析结果表明,循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异,其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效,需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO_(2)系统的优化设计。