超临界二氧化碳火力发电系统比较研究

利用Aspen plus对煤基超临界二氧化碳布雷顿循环分流再压缩常规、二次再热和多级压缩火力发电系统建立了工程化系统模型,并以600MW机组为基础,研究了在相同压缩分流系数、压缩机入/出口压力、再热透平入口压力、主压缩机入口温度、高压透平和再热透平入口温度对系统循环效率和回热器换热效率的影响并进行比较,总的来说,在该系统布置状态下,压缩机分流系数、压缩机入/出口压力与主压缩机入口温度对系统性能和回热器换热效率影响显著,其他因素影响并不明显。二次再热系统性能优于原始循环系统和多级压缩系统,二次再热系统能达到最佳的系统效率,多级压缩系统并未对系统效率有效提升。     

间接式超临界二氧化碳塔式太阳能热发电系统仿真优化

本文建立了间接式超临界二氧化碳塔式太阳能热发电系统数学模型,对该系统在不同的透平入口温度、主压缩机出口压力以及循环压比下进行仿真,分析了全厂热效率的变化规律。结果表明:随着透平入口温度的升高,全厂热效率出现先增大后减小的规律,在750℃附近存在最佳透平入口温度;随着循环压比的增大,全厂热效率出现先增大后减小的规律,对于不同的主压缩机出口压力和透平出口温度均存在最佳循环压比。最后提出了该系统的2种参数优化方案,并给出主压缩机入口压力20～35 MPa、透平入口温度500～850℃范围内的参数优化值。     

超临界二氧化碳600 MW燃煤发电系统热力学性能仿真研究

本文采用Ebsilon软件对超临界二氧化碳布雷顿循环600 MW燃煤发电系统进行仿真研究,分析该系统主压缩机入口/出口压力、再热透平入口压力、压缩分流系数以及主/再热气温对其热力学性能的影响。研究结果表明:系统发电功率和循环效率随主/再热气温的提升而升高;主压缩机入口和出口压力存在最佳值;系统循环效率受压缩分流系数的影响较大,压缩机的总耗功量随压缩分流系数的升高而增大,导致系统发电功率降低;再热透平入口压力对系统循环效率影响较小。通过遗传算法对发电系统多参数进行优化可得,当主压缩机入口及出口压力分别为7.94、30.94 MPa,再热透平入口压力和压缩分流系数分别为17.88 MPa和0.30时,系统循环效率最高可达48.89%。     

超临界二氧化碳部分冷却布雷顿循环参数优化

针对一级再热超临界二氧化碳部分冷却布雷顿循环建立循环热力学模型,分析循环关键参数对循环热效率的影响。结果表明:最佳再热压力的最佳值约为第一级透平的0.5倍;在给定条件下,使压缩机入口参数接近于临界值、减小夹点温差、提高透平入口温度、提高压缩机效率和透平效率都可以提高循环热效率;透平效率对循环热效率的影响大于压缩机效率对循环热效率的影响。     

超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环多目标优化

建立超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环多目标优化模型,研究分流系数、循环压比、主压缩机吸气压力和膨胀机入口温度对系统性能的影响规律,并进行综合评价.结果表明:随着分流系数的增大,多目标函数先增大后减小,同时分流系数具有最优值;随着主压缩机吸气压力的增加,多目标函数和系统热效率均降低;膨胀机入口温度越高,多目标函数越小;4个...     

1000MW超临界二氧化碳动力循环燃煤发电机组变工况特性研究EI北大核心CSCD

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))燃煤发电技术被视为可替代蒸汽朗肯循环的新型发电技术。该文针对1000MW的32MPa/620℃S-CO_(2)动力循环燃煤发电机组,进行S-CO_(2)锅炉创新构型设计,可实现锅炉效率94.6%,发电标准煤耗245.6g/(kW·h)。为更好的研究机组变工况下的运行性能,基于Aspen Plus平台,建立1000MW级S-CO_(2)动力循环燃煤发电机组变工况模型。结果表明:在变负荷过程中,低压透平的工质体积流量受影响较大;机组的全厂热效率会随着负荷的降低而降低;主工质温度和和再热工质温度偏差是影响机组热经济性的主要原因。研究结果对未来建设S-CO_(2)动力循环燃煤发电机组具有指导意义。     

100 MW超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统热力性能研究

使用EBSILON软件对100 MW超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统进行仿真研究,选择以分流再压缩与再热耦合作为循环方式,讨论了关键参数包括压缩机入口压力、压缩机出口压力、再热透平入口压力、压缩机分流比对系统循环效率的影响.研究结果表明:主压缩入口压力、主压缩机出口压力、分流比、再热压力对系统循环效率有较大影响.最后使用遗传算法进行全局优化,找到了最高循环效率点的最佳关键参数.     

集成超临界二氧化碳储能循环燃煤发电系统热力学分析

为提升燃煤机组运行灵活性，提出了燃煤发电集成超临界二氧化碳(S-CO₂)储能循环的热力系统，并基于热力学?分析方法，研究了运行参数对系统不可逆损失的影响。研究结果表明：该系统储能效率可达56.14%,S-CO₂流量及S-CO₂压缩机/透平压比对系统?效率影响较大；当S-CO₂流量在50 kg/s至70 kg/s间增大，系统?效率从44.0%增大至61.0%；当压缩机/透平压比在3.0至6.0间增大，系统?效率从27.5%增大至52.5%。本文提出的方法为提升燃煤机组运行灵活性提供了理论参考，并为可再生能源大规模并网提供了思路。     

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。     

1000MW超临界二氧化碳燃煤发电系统热力学性能分析

超临界二氧化碳循环在燃煤发电领域具有广阔的应用前景。本文采用EBSILON Professional软件对某1 000 MW超临界二氧化碳（S-CO2）燃煤发电系统进行建模,并在此基础上分析了系统能流和?损分布等热力学特性,讨论了关键参数包括透平入口温度、压缩机分流比等对系统热力学性能的影响。结果表明:在给定的参数下,该1 000 MW燃煤S-CO2发电系统的发电效率和?效率分别可达到47.32%和46.11%,较典型朗肯循环分别可提高1.21%和1.17%;系统的?损中锅炉占比74.55%,其设备?效率为59.83%;透平入口温度由500 ℃提高到660 ℃,可使系统发电效率提高7.98%,发电标准煤耗率降低43.03 g/(kW·h);压缩机分流比的增大会使系统总发电量和压缩机整体耗功增加,因此其存在最佳分流比,在该1 000 MW燃煤S-CO2发电系统中,当分流比为28%时,系统发电效率最高,为47.65%。     

太阳光热发电-超临界二氧化碳循环系统经济性分析与优化

在太阳能光热发电（CSP）系统中,采用超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环相较于传统蒸汽朗肯循环可获得更高的发电效率。本文建立了塔式CSP-S-CO2布雷顿循环集成电站系统的数学模型,以最小化电站平准化度电成本（LCOE）为目标,采用联立方程法对集成系统进行了参数优化,并对循环的关键参数进行了敏感性分析。将模型应用于50 MW级塔式CSP-S-CO2布雷顿循环电站的优化设计,结果表明:当蓄热时长为8 h、透平入口温度520.85 ℃、透平和压缩机入口压力分别为25 MPa和8.63 MPa时,可将系统LCOE降低至0.817元/(kW·h),较塔式CSP-蒸汽朗肯循环（0.994元/(kW·h)）降低17.81%;蓄热时长越长,系统LCOE越小;存在最优的透平入口温度、分流比和压比,使系统LCOE最小;提升透平与压缩机的等熵效率可显著降低系统LCOE。     

用于水下航行器的铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统热力学及动态特性分析EI北大核心CSCD

将铅铋堆与超临界二氧化碳(supercriticalcarbon dioxidecycle,S-CO_(2))循环相结合的发电系统可为水下航行器稳定、高效供能。然而,目前缺乏水下航行器与铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统的匹配设计研究,其热力学分析仍不完善。因此,该文分别构建其热力学模型和动态模型,通过模拟仿真,开展发电系统与4种动力循环形式的匹配研究,发现简单回热循环与铅铋合金的温度匹配性较好,系统热效率在压缩机和透平入口压力分别为7.6和25MPa时达到26.81%,满足系统设计要求。进一步探讨循环关键运行参数对系统热力学性能的影响规律,结果表明,增大循环最高压力和最高温度有利于系统效率的提升。基于此,进行系统关键换热部件的设计,揭示发电系统在温度阶跃扰动条件下的动态响应特性。可知,当堆芯铅铋温度从410℃降至390℃时,循环效率在大约8s内下降1.69%。该文可为应用于水下航行器的铅铋堆超临界二氧化碳循环发电系统设计提供参考。     

超临界二氧化碳循环系统工艺参数设计研究

利用Ebsilon软件建立超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环系统计算模型,完成百kW功率等级系统的工艺参数设计计算,通过对计算结果的分析,深入探究系统工艺参数对系统发电效率、低温回热器和高温回热器换热系数与换热面积乘积(KA)的影响。主压缩机入口温度和入口压力存在合理组合范围,以保证发电效率较高且低温/高温回热器KA较小。主压缩机入口温度增加,适宜选取的主压缩机入口压力也增加。研究发现,在上述组合范围内,主压缩机入口温度一定时,不同主压缩机入口压力下发电效率随分流系数变化的曲线存在近似相交点,当分流系数小于该交点值,主压缩机入口压力越接近临界压力,发电效率越高;当分流系数大于该交点值,主压缩机入口压力越远离临界压力,发电效率越高;该分流系数随透平入口温度增大而增大。相同分流系数(小于上述分流系数交点值)时,发电效率变化幅度与主压缩机入口压力的关联程度随主压缩机入口温度的增大而逐渐减小。主压缩机入口压力一定时,低温回热器KA随分流系数增加的变化趋势与主压缩机入口压力本身取值有关,高温回热器KA随分流系数的增加而增加。分流系数一定时,主压缩机入口压力越大,低温/高温回热器KA越大。     

超临界二氧化碳再压缩循环发电系统安全控制试验研究EI北大核心CSCD

为了获得超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide power,S-CO_(2))再压缩发电系统运行特性和安全保护规律,该文对一个基于膨胀–发电–压缩一体化高速发电机组的300kW超临界二氧化碳再压缩循环发电系统开展了安全保护控制的试验研究。结果表明,通过对高低压侧联通阀开度的控制、0~10%的小流量范围内水流量的精确调节可实现两台并联压缩机的安全稳定运行。启动过程中机组推力随着系统压力的提高快速升高,引起机组安全运行风险;通过调节叶片背腔压力,降低转速、旁通阀开度和压缩机入口温度可以实现推力水平的有效控制。紧急停车过程中,控制主压缩机入口压力的升高幅度是控制机组推力升高幅度的关键。试验结果表明,所提出的安全保护策略的有效性,对于再压缩循环系统的安全保护策略设计具有参考意义。     

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℃。     

超临界二氧化碳火力发电系统模拟研究

采用Aspen plus软件建立了超临界二氧化碳布雷顿循环600 MW火力发电系统数学模型,计算分析了压缩分流系数、汽轮机分流系数、压缩机压比、汽轮机和主压缩机入口温度对循环效率的影响。结果表明:压缩分流系数、压缩机压比、汽轮机和主压缩机入口温度对系统循环效率的影响显著,而汽轮机分流系数对系统循环效率几乎无影响;压缩机压比与压缩分流系数之间存在最优耦合值,使得该系统的循环效率最高;系统循环效率随着汽轮机入口温度的增加而增加,随着主压缩机入口温度的增加而降低。     

小容量燃煤S-CO_(2)发电系统热力学构建路径分析EI北大核心CSCD

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。     

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。     

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-CO₂)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?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、?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?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?效率,有部分冷却的循环对参数变化敏感度相对较低。     

超临界二氧化碳闭式循环性能仿真研究及应用

为了研究超临界二氧化碳闭式循环动力系统的稳态性能,本文通过整合压缩机、透平、换热器、管道等动力系统主要部件的数学模型,形成各部件共同工作需要满足的非线性方 程组,发展出了超临界二氧化碳闭式循环系统级模型。采用建立的系统级模型对比分析了10 MW等级简单循环和再压缩循环系统在设计状态和非设计状态的性能。结果表明:在设计状态下,再压缩循环的热效率高于简单循环;在非设计状态下,如果不优化分流比,再压缩循环的性能下降速率更快。