超临界CO_2印刷电路板式换热器实验研究及费用评估

目前,超临界CO_2印刷电路板换热器研究主要以数值模拟为主。实验研究较少,部分实验运行温度和压力远低于超临界CO_2布雷顿循环发电系统实际工况。此外,基于实验结果的超临界CO_2换热器费用评估未见报道。为此,采用印刷电路板式换热器作为超临界CO_2布雷顿循环发电系统回热器和冷却器,在全温全压实验条件下测试质量流量对换热器缩比样机的热导、效能、换热量和摩擦因子的影响规律,并依据实验数据对1MW超临界CO_2发电系统用回热器和冷却器费用进行分析。结果表明,不同质量流量条件下回热器和冷却器的热导、效能、换热量和摩擦因子变化幅度较大,从而对换热器的费用产生影响。研究结果为MW级超临界CO_2布雷顿循环发电系统回热器和冷却器的研发提供技术支撑。     

钠冷快堆耦合超临界二氧化碳布雷顿循环中的PCHE研究进展

本文首先介绍了超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环的特点,包括临界点的重要性、回热器“夹点”问题、冷却器冷却工质问题等。然后,针对钠冷快堆（SFR）,总结了国内外应用于SFR耦合布雷顿循环系统中的印刷电路板换热器（PCHE）的相关研究,包括在Na/CO₂换热器、回热器、冷却器中运行的重要工质——S-CO₂的流动换热性能,以及影响PCHE自身性能的流道结构优化设计。结果表明,针对具体的SFR应用,目前仍无明确结论认为哪种流道结构更为优越,需要针对具体应用场景进行相应的数值分析或实验研究。     

新型超临界二氧化碳分流再压缩一次再热燃煤发电系统设计优化

基于基准300 MW 超临界二氧化碳（S-CO2）分流再压缩一次再热布雷顿循环,提出了 一种利用冷却器工质余热预热空气的新型S-CO2布雷顿循环系统。通过计算新系统与基准系统的能耗分布,揭示了新系统煤耗降低的原因,并进行了初步经济性分析。结果表明:新系统附加煤耗中锅炉占比最大,达81.72%,其次为冷却器;与基准系统相比,新系统可有效降低发电标准煤耗率,当空气预热器入口温度加热至80 ℃时,新系统可节煤4.53 g/(kW·h),且静态投资回收期为6.98年,新系统发电标准煤耗率降低主要是由于冷却器和锅炉附加煤耗减少。     

恒温热源实际闭式燃气轮机回热循环性能的有限时间热力学分析

用有限时间热力学方法分析实际循环性能,计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失,压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失和管路系统中的压力损失,导出恒温热源实际闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式。优化换热器和回热器间的热导率或传热面积分配可得循环最优特性。给出了详细的数值算例,分析了回热器、换热器的有效度,压气机、涡轮机内效率,压力恢复系数和高、低温热源温比对循环功率和效率的影响。有关结果具有工程实用意义,并有助于建立不可逆热机理论模型。图６参２４     

基于多级压缩回热过程的半闭式S-CO_(2)循环回热优化研究EI北大核心CSCD

在单回热半闭式超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))循环中,CO_(2)在不同温度和压力下的比热容差异较大,导致回热器两侧工质的温度匹配性较差,不可逆损失较大。构建多级压缩回热过程是改善单回热循环回热性能的有效方法。该文在单回热循环的基础上,通过添加分流再压缩过程,提出再压缩半闭式S-CO_(2)循环,并获得6.63%的效率提升,同时从数学公式中证明效率提高的原因是叠加了净功。进一步构建三压缩循环时,发现回热器两侧工质流量的不匹配使得回热器内部出现温度交叉,体现出半闭式S-CO_(2)循环存在多种质量流耦合匹配问题,可通过对燃料、氧气和回流CO_(2)在回热器中进行流量匹配来解决。结果表明,三压缩循环相比再压缩循环的效率可进一步提高1.47%。通过构建多级压缩回热过程,充分挖掘了半闭式S-CO_(2)循环的效率潜力,可获得较好的性能。     

全回热超临界二氧化碳布雷顿联合循环特性及(火用)经济性分析

大量的废热损失和在中低热源应用下的低效率是影响超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO₂)布雷顿循环在可再生能源应用的重大挑战。为实现能量的高效利用，提出并分析了一种具有较好热源适应性的布雷顿联合循环系统。该系统通过集成预冷-锅炉耦合模块和吸收式发电/制冷耦合模块代替常规预冷器，可以完全回收预冷器的余热，通过多种工作模式，保证系统性能不受环境温度和季节变化的影响。研究结果表明：透平2入口温度、余热回热器1出口过热度和热端温差对系统分流比、能量输出和模块间耦合关系有显著影响；此外，由于不可逆性的改善和(火用)损失的减少，中间换热器、透平1和发生器(含精馏塔)的(火用)损失分别占比56.1%、6.9%和5.2%；优化后的热效率、(火用)效率、产品(火用)流成本和净输出功分别达到84.2%、74.1%、9.48美元/GJ和397.4 MW。     

热阻和内不可逆性对闭式回热式布雷顿热泵循环性能的影响

用有限时间热力学方法分析实际热泵循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压缩机和膨胀机中的不可逆损失，和管路系统中的压力损失，导出恒温和变温热源条件下实际闭式回热式布雷顿热泵循环的供热率、供热系数与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明各不可逆损失对循环特性的影响     

超临界二氧化碳布雷顿循环效率分析

以带回热的简单超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环为研究对象,详细阐述了循环效率的分析计算方法和过程,讨论了透平入口温度和压力、压缩机入口温度和压比、透平和压缩机效率、回热器效率、压损等因素对循环效率的影响。进一步对于再压缩循环的分析表明,再压缩循环可解决"夹点"问题,从而显著提高循环效率。     

二氧化碳动力循环在太阳能热利用的应用分析

在太阳能热利用领域,以二氧化碳为工质的动力循环主要有跨临界朗肯循环和超临界布雷顿循环。在太阳能集热器温度为200~1000℃和二氧化碳工质压力在10~40 MPa的范围内,采用MATLAB软件编程,计算和比较这两种循环的热效率。在较高温度下,随工质压力升高,两种循环热效率均增大;但在较低温度下,两种循环热效率的变化却相反;并且在一定温度以上,超临界布雷顿循环热效率总是高于跨临界朗肯循环。通过拟合得到两种循环热效率相等的关联式。结合实际条件,太阳能集热器温度为350℃以上时应采用超临界布雷顿循环;而在350℃以下,宜采用跨临界朗肯循环。     

超临界二氧化碳闭式布雷顿循环特点与应用

以超临界二氧化碳闭式布雷顿循环为研究对象,分析该循环方式的工质特性、循环特点及优势,表明超临界二氧化碳闭式布雷顿循环在燃煤电站、核能发电、聚光式太阳能发电及余热利用等领域应用前景广阔。     

300MW超临界二氧化碳锅炉气动力特性及壁温分布

超临界二氧化碳布雷顿循环有着全流量回热、回热量大的特点,使得其进入热源的工质温度远高于同参数的蒸汽朗肯循环。与以水为工质的传统超临界锅炉相比,超临界二氧化碳锅炉具备入口工质温度高,再热气吸热比例较高,锅侧流体远离大比热区等特点。因此,深入研究超临界二氧化碳锅炉气动力特性(对应水工质锅炉的水动力特性)对煤基超临界二氧化碳发电技术的发展意义重大。以300MW,600℃等级的超临界二氧化碳锅炉为例,通过数值模拟和气动力建模计算相结合的方法,对垂直管圈气冷壁和再热气冷壁的气动力特性进行了详细计算和分析,获得了相应的流量分配规律以及气温和壁温分布特点。     

基于矩阵法的660MW机组回热系统(火用)损分析

根据某660 MW机组回热系统结构及参数,给出了(火用)损分布矩阵方程.选取100%、75%、50%、30%负荷工况点,对回热加热器(火用)损和(火用)效率进行了定量计算与分析.结果表明,当传热量及加热器结构一定时,为了降低换热温差,则必须设法增大换热系数,如减小阀门阻力、提高工质流速等.     

内可逆卡诺和布雷顿热泵循环性能比较

研究定常态恒温热源热泵循环的有限时间热力学性能，导出内可逆卡诺热泵和布雷顿热泵的最佳供热率和供热系数关系，并对这两种热泵循环的最优性能进行了比较。理论分析表明，只有当工质的热容率趋于无穷大时，布雷顿循环才能达到卡诺循环的性能。数值计算显示，当布雷顿循环的工质热容率为高、低温侧换热器的热导率总量的１．５倍时，布雷顿循环的供热率已为卡诺循环供热量的９９％以上     

不可逆闭式布雷顿循环有限时间热力学性能的解析公式

在作者原先工作的基础上，导出恒温和变温热源条件下不可逆闭式布雷顿循环的功率输出、热效率与压比间的解析公式，由此可导出最大功率和最大效率对应的最佳压比，及在一定压比下获得最佳功率和效率的热导率最佳分配和工质与热源间热容率的最佳匹配．     

300MW S-CO_2一次再热燃煤锅炉炉膛结构设计优化

基于300MW一次再热分流再压缩超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环,优化锅炉受热面布置方式,为解决工质压降大和炉膛管壁温度高问题,对S-CO_2锅炉炉膛进行结构设计优化,提出S-CO_2锅炉炉膛可采用单炉膛双切圆、垂直管屏的结构布置方式。建立系统性能分析模型并计算了膛侧工质压降和管壁温度并与原始方案进行了比较。结果表明:设计负荷下,优化方案过热气冷壁压降和再热气冷壁压降明显降低。优化后因工质压力损失的减小,从而使系统的发电效率上升、发电标准煤耗降低,在设计负荷下,系统标准发电煤耗减少2.8g/(kW×h)。沿炉膛高度方向,优化方案气冷壁的管外壁最高温度显著低于原始方案,优化方案有更宽的安全裕度,从而保证机组的安全运行。     

热阻和内不可逆性对实际闭式燃气轮机回热循环性能的影响(续)

用有限时间热力学方法分析实际热机循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压气机和涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，和管路系统中的压力损失，导出变温热源条件下实际闭式燃气轮机回热循环的功率、热效率与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明外不可逆性（热阻）和各内不可逆性对循环特性的影响     

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EI北大核心CSCD

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。     

不可逆闭式布雷顿循环有限时间热力学最优化

本文研究恒温和变温热源条件下不可逆闭式布雷顿热机循环的有限时间热力学性能，导出其最佳功率输出与效率问的关系，并讨论工质与热源间的最佳匹配和非共沸工质动力循环的优化问题。所得结果对实际动力工程有一定指导意义．     

(火用)分析应用初探

介绍一种新的热力过程分析方法——(火用)分析法,并对(火用)的数学表达式进行推导.同时以江油发电厂330MW机组的~#7高压加热器和~#4低压加热器为例分析它们的(火用)损失.(火用)分析法不仅考察热力过程能的“量”的变化,而且注重能的“质”,用(火用)来衡量系统的热力学完善程度可准确反映热功转换薄弱环节.     

非对称紧凑式换热器内超临界二氧化碳与液态铅铋合金耦合换热特性研究

超临界二氧化碳布雷顿循环与铅冷快堆的结合被认为是最为理想的动力循环之一，系统通过中间换热器传递热量，其性能影响着整个发电系统的高效与安全运行。由于超临界二氧化碳和液态铅铋合金（LBE）物理性质和热输运性质差异显著，对称式结构无法匹配两侧工质的换热要求，构建了1种非对称式紧凑式耦合换热器，采用数值模拟方法研究了超临界二氧化碳与液态铅铋合金耦合换热特性。结果表明：提升冷侧流体入口速度会显著增强换热；增加热侧LBE入口速度时，总换热系数先降低后增加；提升换热器冷热流体入口温度，换热器的换热系数先减小后增大，存在最优值；在拟临界区内，强浮力作用会大幅提升冷侧换热，而加速效应则抑制换热。