「文献笔记」太阳能热发电超临界二氧化碳布雷顿循环

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。

直接S-CO2 循环以CO2 为冷却剂吸收热源能量,间接S-CO2 循环则通过中间换热器吸收热源能量。直接式发电效率高,但太阳能吸热器温度高,热应力大,吸热器安全问题严重;间接式通过中间换热器吸收热源热量,热损较多,效率较低。S-CO2 循环可用于回收燃气轮机余热,余热温度在500~600 ℃,Echogen(美国)建造了7.3 MWe余热发电厂。

小功率透平和压气机的动静间隙存在严重泄漏、鼓风损失、动静摩擦和气流激振等问题,小机组存在的问题在大机组上可得到缓解,并不是成比例放大。S-CO2 循环流量比水蒸气朗肯循环大6~8。锅炉热源与S-CO2 循环耦合的能量梯级利用原理。

1. 引入类沸腾概念处理超临界附近对流传热,无量纲参数 K 表示蒸发动量力与惯性力的比值,制约气泡脱离壁面的难易程度,K 越大,气泡越难脱离壁面。

2. 新型传热关联式,其误差远小于文献中广泛的引用公式,且适用于不同工质、管径、正常传热和传热恶化。

中国科学院工程热物理研究所建成了S-CO2 换热器综合试验测试平台,可进行S-CO2印刷电路板换热器性能测试,最高设计压力32 MPa、温度823K,自主研制的高效紧凑式回热器效率高达98%,压降不超过50 kPa。

参考文献:徐进良等.超临界二氧化碳动力循环研究进展及展望.热力发电,2020。

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