AFR-100钠冷快堆超临界CO2循环结构布置与性能分析

本文以先进钠冷快堆(AFR-100)作为热源对象开展超临界CO2循环系统的结构布置与性能分析.利用热力计算程序分析了简单回热循环、再压缩循环和部分冷却循环下的超临界CO2循环热力系统,获得了设定参数条件下最佳的热效率以及各主设备运行参数.再压缩、部分冷却循环较简单回热循环均能有效提高系统 热效率约2％,分别可达37.8...     

集成小型堆和可再生能源的超临界CO2循环发电系统

  [目的]  小型模块化压水堆(小型堆)核电站由于温度参数低,其发电效率不到30%,为了提高小型堆的核能利用效率,可将小型堆与可再生能源组合,并以先进的超临界CO₂循环作为热能转换为电能的装置。  [方法]  基于简单回热模式的超临界CO₂循环,并在此基础上增加一次间冷和一次再热,将小型堆与太阳能、生物质能热源集成为新型混合发电系统,对其发电效率进行了分析。  [结果]  结果表明:对于高压透平入口温度390 ℃的系统,发电效率34.13%,对于高压透平入口温度550 ℃的系统,发电效率41.22%。此外,对系统的安全性分析表明:CO₂本身是具备核安全属性的工质,并且超临界CO₂循环还可以作为反应堆的非能动余热排出系统,确保在严重事故工况下,反应堆持续排出衰变热。  [结论]  集成小型堆和可再生能源的超临界CO₂循环发电系统具备良好的发电效率和核安全性。     

基于超临界CO2循环的地热与太阳能混合系统研究

超临界CO₂循环可以耦合较低温度的地热和较高温度的太阳能热组成混合热源发电系统。相比能量分析方法,火用分析方法更便于分析混合系统对提高能量利用率的作用,以及识别造成可用能损失的设备和过程。115℃地热和200℃地热分别与采用槽式聚光集热技术的太阳能热组成混合热源,构成简单回热超临界CO₂循环。分析结果表明：混合系统的火用效率比单纯太阳能热的循环系统提高了5% ~ 10%;太阳能聚光集热器的?损失最大,占80%以上,其次是除预冷器以外的各类换热器以及透平;相比之下,压缩机和预冷器的火用损失较小。减少?损失的关键是提高太阳能聚光集热器和换热器的性能,包括提高集热管运行温度,以及提高换热器效能。     

基于超临界CO2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CO₂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CO₂朗肯循环的太阳能光热发电提供参考。     

超临界CO2透平主流道及间隙流动特性分析

以超临界CO₂为工质的闭式布雷顿循环系统具有结构紧凑、效率高等特征优势,符合可持续发展的需求。利用计算流体力学软件对某超临界CO₂轴流透平的气动性能和流动特性进行数值模拟,对比了主流道及考虑气封间隙后的流动特性差异。结果表明：超临界CO₂透平通流部分级等熵焓降和气流出口马赫数较低,不利于透平效率的提高;端壁二次流对于主流影响较大,末级出口的气流角仍有较大范围受端壁二次流影响;考虑气封间隙后,泄漏量占比非常大,第1级隔板气封处的泄漏量达到了总流量的7.4%,透平总静效率也下降了7.27%。该研究结果可为超临界CO₂机组的设计提供参考和借鉴。     

超临界CO2循环性能评价指标体系研究展望

超临界二氧化碳循环发电技术因其高效率、结构紧凑、低成本等优势受到越来越多的关注。然而其正处于产业发展初期,亟需建立完整的性能指标评价体系。本文从CO₂工质品质、材料、关键设备性能、循环系统等方面梳理了超临界循环CO₂的国内外研究进展,重点分析了性能评价体系需要考虑的性能指标,并进一步总结了现有研究的不足之处。研究结果为后续超临界二氧化碳循环发电系统性能评价指标建立提供了参考。     

超临界CO2发电系统循环参数优化设计方法

基于超临界二氧化碳简单循环发电系统热力学模型,对在多工艺参数综合影响下循环效率的变化规律进行研究。结果表明：当系统最高压力低于临界值时,循环效率随入口压力的增加而降低,随入口温度的增加先增加后降低;当系统最高压力大于临界值时,循环效率随入口压力的增加先增加后降低,随入口温度的增加而降低。通过分析循环效率随压缩机入口参数变化规律发生转变的原因,提出循环最高压力临界值的计算方法,提出并验证一种超临界二氧化碳简单循环参数优化设计方法,可显著提高循环参数寻优效率。     

TSR炉喷吹CO2热力学分析及工业试验

从热力学角度对CO₂用于不锈钢冶炼可行性进行了分析,通过热力学计算研究,发现在C含量不低于0.25%时,将CO₂用于不锈钢冶炼是可行的。建立了喷吹CO₂冶炼410S不锈钢工艺模型,该模型能够较好拟合实际应用CO₂冶炼过程。并通过70 t TSR炉工业试验结果进行验证。试验结果表明：CO₂用于不锈钢冶炼具有强化脱碳及减少铬烧损的效果,与原工艺相比,同期C含量降低0.011%,Cr含量提高0.144%。     

钙基吸收剂循环吸收CO2特性的研究进展

采用钙基吸收剂循环吸收CO2是目前理论比较成熟,前景比较好的零排放技术。通过对钙基吸收剂吸收CO2现状技术和改善其吸收特性方法的总结,探讨了钙基吸收剂的选择、吸收CO2的效率、循环吸收效率下降的原因和循环流化床吸收CO2系统,为CO2的捕集和吸收提供了有益参考,同时提出了以后研究需要改进的内容,为后期的实验研究指明了方向。     

严寒条件CO2跨临界循环热泵优化技术

以严寒条件CO₂跨临界循环热泵系统为研究对象,采用涡流管技术与二级压缩技术对其进行优化,采用工程方程求解器(EES)软件建立四个热力学模型(单级循环、单级涡流管循环、二级循环、二级涡流管循环),模拟分析了性能系数(COP)、排气温度等参数随气冷压力、蒸发温度、过热度、级间压力的变化规律。研究表明气冷压力变化对严寒条件下优化系统的性能影响最大,在设定的压力变化范围内(7 MPa～12 MPa),单级循环、单级涡流管循环、二级循环、二级涡流管循环的COP变化幅度分别为74.40%、60.46%、110.38%、90.94%;涡流管技术在低压缩比条件下优化效果更佳,一定条件下,单级涡流管循环较单级循环COP可提高11.2%;二级压缩技术在高压缩比条件下优化效果更好,在最优气冷压力条件下,二级循环相较单级循环COP可提高18.2%,同时二级压缩技术可降低压缩机排气温度,使压缩机保持较高的等熵效率,且存在最优级间压力使得COP达到最大值。结果表明,当总压缩比不大、级间压力处于较低水平或者需要获取更高的第一级压缩出口温度时,通过改变涡流管参数调节过热度效果更好,与二级压缩技术...     

跨临界CO2循环的研究进展及应用

近年来,跨临界CO_2循环制冷系统的研究发展非常迅速,已经成为国内外学者竞相研究的热点.综述了跨临界CO_2循环的国内外研究现状以及跨临界CO_2循环的商业应用研究和发展前景.经分析发现,跨临界CO_2循环系统的研究方向主要集中在提高循环性能、充注量对系统性能的影响和跨临界CO_2毛细管节流这三个方面.总结了跨临界CO_2循环应用于热泵热水器、汽车空调和超市冷冻冷藏领域的研究状况.总之,CO_2是一种非常具有发展潜力的制冷剂,在超临界CO_2制冷方面还需要进行更多的研究,逐步解决生产技术、运行效率、安全等方面的问题.     

松木锯屑在N2和CO2气氛下的热解特性研究

对松木锯屑在N2和CO2气氛下的热解反应进行了分析,分别运用Ozawa法和Coats-Redfern法求得松木锯屑在N2气氛下的反应活化能与适合的机理函数。试验结果表明:在CO2和N2气氛下,松木锯屑热解过程分为干燥、热解预热、热解和高温煅烧4个阶段。随着升温速率的提高,热解曲线向高温一侧移动;较之在N2气氛下的热解过程,松木锯屑在CO2气氛下热解完成后的残余质量更少,由此可推断:CO2气氛有利于热解产生更多的气体产物。     

跨临界CO2制冷循环火用分析

基于热力学第二定律,对跨临界CO2制冷循环过程的损失及火用效率进行理论分析,发现节流过程火用损失最大,循环火用效率为25%。提高蒸发温度和降低冷却终了温度是提高循环火用效率的有效途径;升高冷却压力,可以降低节流过程火用损失,但是对循环火用效率影响不大。     

CO2/O2环境对柴油着火及燃烧特性的影响

为研究CO₂/O₂环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO₂/O₂环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO₂体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO₂物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明：在CO₂体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO₂体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO₂体积分数在50%～60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO₂的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO₂的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO     

发电厂减排CO2的技术选择及对比分析

以(2005～2020)大连地区电力需求为例,通过技术经济分析对比,提供未来电厂类型选择参考,对各种类型电厂的初期投入资本进行比较,并计算出建各种电厂需要为CO2付出的减排成本,为环境政策的实行,提供进一步的分析依据.     

O2/CO2气氛下石灰石脱硫特性的研究

在沉降炉中进行了石灰石的脱硫特性研究.表明用20%O2+80%CO2的混合气体作助燃气时比用空气作助燃气时有较好的脱硫效果,并能减少NOx的排放,是一种新的能同时控制CO2,SO2和NOx三种污染物的好方法.图8参8     

CO2掺混比例对于O2+CO2混合喷吹氧枪射流特性的影响

二氧化碳应用于转炉顶吹,既是对二氧化碳的资源化利用,缓解钢厂减排任务,又可以提高转炉脱磷率,降低火点区温度,减少粉尘产生和排放,降低终渣TFe,有利于减少钢铁料消耗,降低成本。使用Ansys Fluent软件对六孔氧枪喷头射流进行数值模拟分析,设置二氧化碳混合比例分别为0,30%,50%,100%,分析不同掺混比例对六孔氧枪喷头射流特性的影响。结果显示,掺混比例提高会降低喷头出口速度,但速度衰减减缓,流股掺混减弱,射流动压上升,冲击能力增大。本研究结果可为转炉顶吹二氧化碳的工艺提供理论参考。     

不同粒径准东煤CO2强化水洗脱钠及燃烧特性研究

为探究不同粒径准东煤经过CO₂强化水洗后的Na脱除率以及燃烧特性的变化,利用连续式水洗装置,以高纯CO₂作为酸源对0.5～1 mm、>1～3 mm、>3～5 mm 3种粒径区间的准东煤样分别进行CO₂强化水洗1 h和6 h,使用X射线荧光光谱仪对试验样品的灰样进行分析,通过实验数据计算获得不同粒径准东煤CO₂强化水洗后的Na脱除率,并结合X-射线衍射分析结果得出其变化规律;然后采用扫描电镜和热重分析仪研究粒径>3～5 mm的煤样和原煤样的燃烧特性。结果表明：经CO₂强化水洗时间越长且粒径越小的准东煤,其Na脱除率就越高;经过CO₂强化水洗后煤样的着火温度和燃尽温度均略低于原煤样,燃烧特性有所提高。     

初参数对超临界CO2塔式光热发电系统■效率的影响

初参数对塔式光热发电系统热力性能有着重要影响。基于国内外研究现状,文章建立了超临界二氧化碳(S-CO₂)再压缩塔式光热发电系统,研究了不同辐射强度下,该系统不同设备、各子系统和整个系统的(火用)效率,以及吸热器散热损失随透平进口温度和进口压力的变化情况。研究表明：透平进口温度从500℃上升到800℃时,低温回热器(火用)效率最大值为90.21%,对应温度560℃;当辐射强度从95%THA增加到105%THA时,集热子系统(火用)效率最大值点往温度升高的方向偏移且最大值增大,最大为27.88%,对应温度700℃。透平进口压力从20 MPa增加到34 MPa时,循环子系统(火用)效率先增后减,当辐射强度从95%THA增加到105%THA时,其最大值点往压力升高的方向偏移且最大值减小,最大为74.9%,对应压力24 MPa。透平进口压力对吸热器散热损失的影响较小,而进口温度对其影响较大。研究结果可为S-CO₂塔式光热发电系统优化设计提供参考。     

煅烧气氛对石灰石循环分离CO2过程特性的影响

在热重分析仪上研究了煅烧气氛对石灰石循环分离CO2特性的影响。结果表明:煅烧气氛中CO2体积分数和循环次数的增加皆导致化学反应控制阶段提前结束,致使产物层扩散控制阶段提前,最终导致CaO最终转化率随CO2体积分数和循环次数的增加而降低。CaO活性随循环次数的增加而降低主要发生在化学反应控制阶段,相同循环次数下煅烧气氛中CO2体积分数越大CaO活性越低。