300 MW超临界二氧化碳燃煤发电机组热经济性分析

针对300 MW超临界二氧化碳(SCO_(2))部分冷却循环和部分冷却再热循环燃煤发电系统,建立了热经济性数学模型,以循环热效率η_(t)、系统㶲效率η_(ex)及平准化度电成本C_(LCOE)为评价指标,对不同系统和不同关键参数进行热经济性对比分析。结果表明:在设计工况下,与部分冷却循环系统相比,在部分冷却再热循环下η_(t)高0.33%,η_(ex)高0.35%;在相同参数条件下,2个发电机组燃煤消耗成本占比均超过70%,锅炉成本远高于其他设备成本;存在最优的主压缩机入口压力,使得η_(t)、η_(ex)达到最大,同时C_(LCOE)达到最小;随着主压缩机入口温度的增大,η_(t)、η_(ex)逐渐减小,C_(LCOE)则逐渐增大;η_(t)、η_(ex)随着透平入口温度的增大线性提升,C_(LCOE)则先减小后增大。

超临界二氧化碳燃煤发电系统热力性能分析

基于热力学第一、第二定律,针对超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩循环、再压缩再热循环、部分冷却循环、部分冷却再热循环燃煤发电系统,采用MATLAB软件分别进行参数计算与分析。随后分别讨论了分流系数,主压缩机出口、入口压力对系统循环效率、各设备及系统[火用]效率的影响,并对4种循环系统进行了对比分析。结果表明:不同循环布局下或同一循环布局,不同运行参数下,循环效率随相同参数的变化规律不同;分流系数存在使循环效率、[火用]效率达到最高的最优值,主压缩机出口、入口压力与分流系数对循环效率的影响存在耦合关系;对于不同参数变化,系统[火用]效率主要受不同设备?效率的影响;再热可提高系统循环效率和[火用]效率,有部分冷却的循环对参数变化敏感度相对较低。

部分冷却二氧化碳循环燃煤发电系统热力学性能分析

再压缩二氧化碳布雷顿循环具有结构简单、循环效率高的优点。然而,再压缩循环应用于燃煤电站时面临锅炉压降大、冷却壁温高和余热利用难的问题。部分冷却二氧化碳循环凭借其本身的循环特点,在与燃煤锅炉集成时可有效缓解以上问题。利用MATLAB软件编写了600 MW部分冷却二氧化碳循环燃煤发电系统的热力计算程序。首先研究了单一参数变化时系统循环效率的变化情况。结果表明:主压缩机入口压力和温度在临界点附近约7.8 MPa/32℃时循环效率达到最大值;预压缩机工作在临界点附近时系统效率突降;分流系数和再热压力分别在0.35和17 MPa时系统效率达到最高。随后,应用粒子群算法对部分冷却循环进行参数优化,结果表明部分冷却循环在合适的设计参数条件下,可以实现接近于再压缩循环的效率。相比于再压缩循环,部分冷却循环的质量流量下降了17.46%,锅炉入口温度从462.45℃降低到429.39℃。

基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明:通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO_(2)质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.3085时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90~115 kPa、二级闪蒸压力在25~35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO_(2)流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO_(2)透平进口压力的增大而增加,随S-CO_(2)透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。

二次再热燃煤-捕碳-制甲醇系统集成设计与优化

针对碳捕集电厂的高能耗及CO_(2)的后续利用问题,设计了一种二次再热燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统。以某1000 MW超超临界二次再热机组为例,采用动态自适应粒子群优化算法对所提系统参数进行优化计算,分析了碳捕集率和光电制氢成本等因素对系统性能的影响。结果表明:当碳捕集率为90%时,一体化系统的热效率相比燃煤-捕碳机组提高了6.62%,CO_(2)排放强度降低了4.45 g/(kW·h),净收益提高了33.42亿元;当碳捕集率在40%~90%内变化时,一体化系统的热效率能够稳定保持在49%以上;随着未来光电制氢成本的下降,一体化系统的净收益将显著提升。

太阳能辅助的燃气富氧燃烧脱碳发电系统的热力性能研究

提出了燃气富氧燃烧脱碳发电系统(方案1)、耦合余热回收技术的燃气富氧燃烧脱碳发电系统(方案2)和太阳能辅助的燃气富氧燃烧脱碳发电系统(方案3)3种方案,通过研究三者的热经济指标及经济性,确定方案3为最优碳捕集方案,并讨论了方案3的逐时热力性能。结果表明:方案2和方案3在增加机组建设成本前提下,均可改善机组的热力性能;与方案2相比,方案3可使机组每年多发电91047.06 MW,节省燃料成本3003万元;随环境温度和太阳能法向直接辐射量的提高,方案3的燃气轮机发电量下降,但集成系统的净发电量和净发电效率大幅提高。

集成碳捕集及太阳能系统的燃煤发电机组的㶲环境评估

采用Eco-Indicator 99方法作为环境指标评价方法,对传统燃煤机组(方案一)、燃煤碳捕集发电系统(方案二)及太阳能辅助燃煤碳捕集发电系统(方案三)进行了㶲环境分析及全生命周期评估,并对比了3种方案的㶲环境指标。结果表明:3种方案中系统㶲效率大小为方案三>方案一>方案二;因碳捕集与封存(CCS)系统对功率产生了惩罚,而太阳能对机组功率有所补偿,使得电力比环境影响排序为方案二>方案一>方案三;CCS系统的电耗导致系统净功率有所下降,因此3种方案生产1 kW·h电力产生的环境影响为方案二>方案三>方案一;㶲环境指标分析中,只有锅炉产生污染物且在环境影响中占主导地位,可通过降低污染物产生来减少环境影响,而对于锅炉、小汽轮机等设备,还可通过提高㶲效率来降低环境影响。

“双碳”目标下新型医疗废物气化多联产系统3E分析

基于传统医疗废物气化多联产机组(常规方案),提出了2种耦合碳捕集与封存(CCS)的低碳方案1和方案2。从能量、[火用]和经济性(3E)角度对3种方案进行对比。针对最优的方案2开展[火用]流分析,并讨论了烟气再循环比对系统性能的影响。结果表明:相较于常规方案,方案2在净发电效率降低15.38%的情形下,整体[火用]效率提高了7.18%;低碳方案2的动态回收期比方案1的减少3.12a,净现值增加590.60万元;方案2在保证机组良好性能的同时可实现低碳排放的目标,且具有较高的经济收益;增大烟气再循环比可提高集成系统的经济收益。

需求响应激励下耦合电转气、碳捕集设备的综合能源系统优化

为了充分调动用户侧柔性负荷资源,发挥氢能的低碳特性,本文提出了一种需求响应激励下耦合两阶段电转气和碳捕集设备的综合能源系统优化方法。首先,构建两阶段电转气、碳捕集、氢燃料电池和储氢罐等设备组成的氢基综合能源系统。其次,结合负荷能源转换间耦合关系与调节特性,引入阶梯型需求响应激励机制并对补偿基价、区间长度、价格增长率3个参数进行自适应优化。最后,设置多种场景,用多目标灰狼算法对系统的供能侧、需求侧和阶梯型需求响应激励机制进行优化求解。结果表明,基于此方法系统运行的总成本和CO_(2)排放量都有所降低。

污泥秸秆共混水热碳化固体炭产物的燃烧及NO_(x)生成特性

选取市政污泥和玉米秸秆为原料,在不同质量掺混比和反应温度条件下进行水热碳化,通过分析炭产物的燃料性质、燃烧失重和NOx生成规律,探究了共混水热碳化条件对炭产物燃料性质及燃烧NOx生成特性的影响。结果表明:共混水热碳化可得到干基高位发热量(HHV)为15.89 MJ/kg的炭产物,同时脱除原料中的部分氨基氮和无机氮,并将挥发分中的氮转化为热稳定性较强的焦炭氮;水热碳化过程中,蛋白质与木质纤维组分间的交互反应会表现出固氮作用,随着原料中秸秆掺混比的增加,水热炭中吡咯氮、吡啶氮和季氮的质量分数增加,但其NO兆焦生成量降低;当污泥秸秆掺混比为1∶1、水热反应温度为220℃时,水热炭的NO兆焦生成量达到最低,为209.8 mg/MJ。

绿氢制储运用技术及配套基础设施建设综述与建议

绿氢能赋能新型电力系统,促进能源结构转型。通过文献调研的方式,从技术概况、技术优势和应用三个维度分析了天然气与绿氢产业融合、氢蓄混合储能、可逆固体氧化物电池以及地下储氢这四种技术的发展现状及趋势。研究表明,在基础设施、民用产品等领域可出台适氢化补贴政策;需加强对绿氢使用技术链中较为薄弱环节的研究;天然气管道掺氢可作为当前满足运氢需求的过渡手段,逐渐探索提高氢气比例的方法,最终做到纯氢输送;未来多技术融合即组合优化空间巨大,并提出建设三种多技术融合系统的建议;目前,我国在可逆固体氧化物电池技术及其产业化、商业化方面仍处于追赶阶段,与发达国家存在一定差距。

3种制氢技术路线的经济性分析

为分析不同制氢技术路线的成本,选取了天然气制氢、石油制氢、电解水制氢3种制氢方式来测算制氢成本。其中,天然气的制氢成本最低,石油制氢的成本最高。分析了3种制氢方式的成本组成,发现制氢成本的主要部分都是原料/电力成本。讨论了原料/电力成本、设备投资、碳税税率3个变量对氢气价格的影响,得出原料/电力成本对氢气价格的影响远大于设备投资、碳税税率的结论。

超临界二氧化碳离心压缩机设计及性能预测

离心压缩机是超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环系统中的关键部件之一,对系统的效率和稳定运行起决定性作用。区别于传统空气工质压缩机,S-CO_(2)工质的独特物性使得压缩机内部流场更为复杂;基于空气物性特点建立的损失模型也需要做针对性的修正以满足S-CO_(2)离心压缩机的性能预测要求,因此需要数值模拟研究探明压缩机内部流场特性,以此对压缩机性能预测方法做相应的改进。首先开展压缩机一维气动参数设计,并在一维设计参数的基础上建立三维模型,分析压缩机内部流场特点,发现分流叶片对内部流场有较大影响,同时变工况下叶轮内部流场发生改变也会引起出口气流角的变化,基于此,对压缩机非设计工况下滑移因子和计算叶片数进行修正,同时改进表面摩擦系数以预测压缩机的非设计工况性能。数值模拟结果表明,改进后模型的预测误差显著降低,非设计工况下平均效率误差从2.03%下降到0.16%。

超临界二氧化碳组合型干气密封性能分析

为了提高在超临界二氧化碳(SCO_(2))临界点附近干气密封的综合性能,依据叠加组合原理,设计一种由宽螺旋槽与窄螺旋槽叠加而成的组合型螺旋槽。在考虑实际气体效应、惯性效应和湍流效应的情况下,改变组合螺旋槽的几何参数并建立相应的数学模型,计算得到端面气膜压力分布。结果表明:在离心效应、惯性效应和黏性泵送的影响下,组合型螺旋槽的密封性能随着槽长和槽数的增加而提高,随着槽深、螺旋角和气膜厚度的增大而降低;槽长为69 mm、槽深为5μm、槽数为12、螺旋角为15°、气膜厚度为2.05μm时干气密封的刚漏比最大,密封综合性能最好。

660 MW燃煤发电机组的碳捕集系统余热利用和集成系统性能评估

碳捕集与封存(CCS)技术能有效捕获燃煤电厂排放的CO_(2)但再生能耗大且效率低。为提高燃煤电厂能源利用效率,提出集成有机朗肯循环(ORC)与CCS的太阳能-燃煤发电系统,利用热力学、[火用]和经济性分析模型对集成系统进行参数敏感性分析。基于外部燃料[火用]矩阵模型,分析再沸器所需热量中CO_(2)压缩过程和太阳能集热器的热量占比及集成ORC系统对外部燃料[火用]贡献度的影响。研究表明:当热源比θ=0.4时的集成系统热经济性能最优且具有较合理的不可逆性;集成ORC系统后锅炉燃煤[火用]、一、二次再热燃煤[火用]对系统产品的贡献度均有所提高;随着θ增加,锅炉燃煤[火用]和一、二次再热燃煤[火用]对碳捕集系统产品的贡献度逐渐降低;压缩余热[火用]和太阳能[火用]的贡献度逐渐增加。

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。

基于碳捕集系统半闭式S-CO_(2)布雷顿循环性能分析

针对高温钙基碳捕集技术回收储存过程中未利用CO_(2)的超临界、流量大等特点的问题,采用半闭式超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环系统取代传统CO_(2)回收系统,以降低由于碳捕集系统所造成的热量损失。利用Aspen Plus软件搭建耦合钙循环碳捕集的燃气轮机发电模型,在其CO_(2)回收系统中耦合S-CO_(2)布雷顿循环系统和跨临界二氧化碳(T-CO_(2))布雷顿循环系统,使用精准度更高的REFPROR物性方法研究主压缩机出口压力、透平入口温度、透平入口压力及分流系数对循环系统净做功的影响。结果表明:CO_(2)回收系统中耦合S-CO_(2)布雷顿循环系统可以使全厂热效率提升1.7%,全厂[火用]效率为26.98%;采用分流纯净烟气的方法作为S-CO_(2)布雷顿循环系统的热源,可使同一热源的热效率提升6.7%。

集成ORC的太阳能辅助燃煤碳捕集发电系统全生命周期分析

基于SimaPro软件,采用ReCiPe Midpoint(H)V1.13方法对传统燃煤机组(方案一)和集成有机朗肯循环(ORC)与太阳能的燃煤碳捕集发电系统(方案二)进行生命周期评价,分析了碳捕集系统再生能耗及碳捕集率对环境影响的敏感性。结果表明:在功能单元所有选定类别的影响得分中,气候变化潜势(CCP)得分最高,臭氧损耗潜势(ODP)得分最低;除CCP外,对于其他影响类别得分,方案二>方案一;对于人体毒性潜势(HTP)得分,煤炭开采和运输阶段贡献最大,而其他影响类别中系统运行阶段的贡献最突出;随着碳捕集率增大,单位电量CCP得分减小,其他环境指标得分增大;随着再生能耗增加,集成系统所有环境影响类别得分均增大。

熔盐与亚临界汽/水在管壳换热器中传热特性实验研究

以太阳盐(Solar Salt)为工质,实验研究熔盐与过热蒸汽/亚临界水在管壳式换热器中的流动传热特性,并开展管侧及壳侧流量、入口温度、压强等参数对熔盐流动传热的敏感性研究。实验结果表明,熔盐入口温度对其传热规律影响较大。根据传热相似原理,获得熔盐与单相汽、水传热的修正关联式,其与实验值的最大偏差分别为±10%,-15%。

超临界二氧化碳燃煤热电联产系统热力性能及灵活性分析

为研究超临界二氧化碳(SCO_(2))燃煤热电联产系统的性能特点,并指出系统性能提升的方向,通过Ebsilon软件建立SCO_(2)燃煤热电联产系统的仿真模型,对系统的热力性能及灵活性进行分析,并研究设计条件变化对系统性能的影响。结果表明:设计工况下,该系统的能量效率和[火用]效率分别为89.74%和44.03%;该系统的运行域面积为11.40 m^(2),相比于传统系统提高了93.55%;当压缩机入口压力选为7.6 MPa时,系统具有较高的[火用]效率和较好的灵活性,当压缩机入口压力选为11.2 MPa时,系统具有较高的能量效率和较好的灵活性;在供热分流系数小于1的非设计工况下,降低预冷器出口温度可提高系统的热力性能;在系统灵活性提升方面,优先选择提高系统允许的最大流量。