再压缩与部分冷却二氧化碳布雷顿循环热效率对比分析

超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环变工况特性分析杨映麟;张尧立;赵英汝;郭奇勋【摘要】超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环是高效紧凑的能量转换方式.目前许多研究在分析循环的特性时,常假设压缩机和透平的效率为恒定,该假设与实际情况差别很大.本文使用MODELICA作为工具,建立了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环模型.对于压缩机和透平,加入了真实压缩机和透平的特性曲线模型.通过模拟计算发现,循环输入功率和循环流量的改变将对循环(火用)效率和各组件的(火用)损产生影响.循环偏离设计工况时,适当控制输入功率和循环流量可调节循环输出功率和(火用)效率.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)009【总页数】10页(P1625-1634)【关键词】超临界二氧化碳;再压缩;特性曲线;(火用)效率;偏离设计工况【作者】杨映麟;张尧立;赵英汝;郭奇勋【作者单位】厦门大学能源学院,福建厦门 361102;厦门大学能源学院,福建厦门361102;厦门大学能源学院,福建厦门 361102;厦门大学能源学院,福建厦门361102【正文语种】中文【中图分类】TL343超临界二氧化碳布雷顿循环(SBC)在20世纪40年代就已被提出[1-2]，而由于循环所需各器件制造技术的不完善，对其的研究工作一度中止。

作为第4代核能论坛推荐的动力循环系统，近年来，由于技术的进步，其在核电以及太阳能、火电等方面的应用得到了国内外研究机构的广泛关注[3-9]。

美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories，SNL)搭建了小型超临界二氧化碳布雷顿循环系统并进行了相关数值模拟分析[10]；美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory, ANL)研究了超临界二氧化碳布雷顿循环于铅冷快堆、钠冷快堆中的应用[11]。

超临界二氧化碳布雷顿循环可采用多种布置形式，其中，闭式再压缩布雷顿循环(SRBC)不仅具备系统设备小、结构紧凑的优点，还进一步提升了循环的发电效率[12]，并解决了回热器的“夹点”问题[13]。

收稿日期:２０２２－１２－３０ꎮ作者简介:刘国浩(１９９５ )ꎬ男ꎬ硕士生ꎬ研究方向为火电厂热力系统节能优化ꎮ㊀∗通信作者:余廷芳(１９７４ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向为洁净煤燃烧技术ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｙｕｔｉｎｇｆａｎｇ＠ｎｃｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ刘国浩ꎬ余廷芳.超临界ＣＯ２再热再压缩布雷顿循环火力发电系统火用分析[Ｊ].南昌大学学报(工科版)ꎬ２０２３ꎬ４５(４):３８５－３９１.ＬＩＵＧＨꎬＹＵＴＦ.Ｅｘｅｒｇｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｆｏｓｓｉｌ－ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｒｅｈｅａｔｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＢｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)ꎬ２０２３ꎬ４５(４):３８５－３９１.超临界ＣＯ２再热再压缩布雷顿循环火力发电系统分析刘国浩ꎬ余廷芳∗(南昌大学先进制造学院ꎬ江西南昌３３００３１)㊀㊀摘要:建立了超临界ＣＯ２一次再热再压缩布雷顿循环火力发电系统模型ꎬ深入分析了各关键参数对系统性能的影响ꎬ研究了分流比对换热器夹点的影响规律ꎬ得到了对应的最佳分流比ꎬ同时分析了各部件火用损率的大小ꎮ结果表明:随着再热压力的升高ꎬ系统火用效率先上升后下降ꎬ存在最佳再热压力ꎻ对整个发电系统ꎬ锅炉是火用损最大的设备ꎬ而对热力循环ꎬ回热换热器是火用损影响最大的环节ꎻ由于分流的存在ꎬ系统火用效率受主压缩机出口压力和入口温度的影响并非单调变化ꎻ分流比的选取应综合考虑其对高温回热器和低温回热器回热度的影响ꎬ以使整体系统达到最优ꎮ关键词:超临界ＣＯ２ꎻ布雷顿循环ꎻ再热循环ꎻ分流比ꎻ火用效率中图分类号:ＴＫ１２２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００６－０４５６(２０２３)０４－０３８５－０７Ｅｘｅｒｇｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｆｏｓｓｉｌ￣ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｒｅｈｅａｔｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＢｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅＬＩＵＧｕｏｈａｏꎬＹＵＴｉｎｇｆａｎｇ∗(ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｃｈａｎｇ３３００３１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｆｏｓｓｉｌ￣ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｒｅｈｅａｔｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＢｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄꎬｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｄｅｅｐｌｙａｎａｌｙｚｅｄꎬｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｓｐｌｉｔｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｐｉｎｃｈｐｏｉｎｔｏｆｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒａｎｄｔｈｅｅｘｅｒｇｙｌｏｓｓｒａｔｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗａｓｓｔｕｄｉｅｄꎬｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｐｌｉｔｒａｔｉｏｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔꎬａｓｒｅ￣ｈｅａｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄꎬｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｅｎｔｕｐｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｗｅｎｔｄｏｗｎꎬｉｎｄｉｃａｔｉｎｇａｎｏｐｔｉｍａｌｒｅｈｅａｔｐｒｅｓｓｕｒｅ.Ｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｂｏｉｌｅｒｉｓｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｇｒｅａｔｅｓｔｅｘｅｒｇｙｌｏｓｓꎬｗｈｉｌｅｆｏｒｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅꎬｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｓｔｈｅｌｉｎｋｗｉｔｈｔｈｅｇｒｅａｔｅｓｔｅｘｅｒｇｙｌｏｓｓ.Ｄｕｅｔｏｔｈｅｓｈｕｎｔꎬｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｎｏｔｍｏｎｏｔｏｎｉｃａｌｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘｉｔｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｉｎｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｐｌｉｔｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｈｅａｔｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｉｎｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｌｉｔｒａｔｉｏ.ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ꎻＢｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅꎻｒｅｈｅａｔｃｙｃｌｅꎻｓｐｌｉｔｒａｔｉｏꎻｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ㊀㊀能源问题是当前世界关注的焦点问题ꎬ超临界ＣＯ２(ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅꎬＳＣＯ２)布雷顿循环因其诸多优点ꎬ具有巨大的发展前景[１]ꎬ在太阳能发电[２]㊁核能发电[３]㊁余热发电[４]等领域受到国内外学者的广泛关注ꎮＳＣＯ２布雷顿循环由Ｓｕｌｚｅｒ在２０世纪４０年代最先提出ꎬ２０世纪６０年代Ａｎｇｅｌｉｎｏ[５]和Ｆｅｈｅｒ[６]开始关于ＳＣＯ２发电技术的研究ꎮ直到２００４年Ｄｏｓｔａｌ[７]提出再压缩布雷顿循环ꎬ并且与传统的朗肯循环相比ꎬＳＣＯ２布雷顿循环不仅能在较低的涡轮进口温度(５５０ħ)下达到较高的热效率(４５.３％)ꎬ而且具有体积小ꎬ结构紧凑ꎬ可以降低发电厂的成本等优势ꎬＳＣＯ２发电技术才被学者所重视ꎮ目前ꎬ在简单布雷顿循环的基础上ꎬＳＣＯ２循环已经演变出４２种独立循环模式和３８种联合循环模式[８]ꎬ其中代表性的有:１)日本东京工业大学提出的用于气冷快堆和热反应堆的部分冷却循环ꎬ可以减少热量的损失ꎬ在６５０ħ的中等温度条件下达到较高的热效率[９]ꎻ第４５卷第４期２０２３年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀南昌大学学报(工科版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)Ｖｏｌ.４５Ｎｏ.４Ｄｅｃ.２０２３㊀２)美国爱达荷国家实验室和麻省理工学院联合开发的用于铅 铋合金冷却反应堆的ＳＣＯ２循环ꎬ增加了中间换热器ꎬ有利于热量交换[１０]ꎮ郑开云对ＳＣＯ２循环的冷端温度进行优化[１１]ꎬ同时研究发现ꎬ相比于再压缩循环ꎬ部分冷却循环与锅炉集成时能有效解决工质进入锅炉温度高ꎬ吸热温度区间窄ꎬ流量大的问题[１２]ꎮ周昊等[１３]建立了ＳＣＯ２布雷顿再压缩循环塔式太阳能光热系统ꎬ并对影响系统性能的关键参数进行优化ꎮ张一帆等[１４]利用Ｆｏｒｔｒａｎ语言建立ＳＣＯ２布雷顿循环火力发电系统的计算模型ꎬ并对影响系统性能的关键参数进行了分析ꎮ可以看出ꎬ国内外对ＳＣＯ２布雷顿循环的研究主要集中在对再压缩布雷顿循环的热力分析ꎬ对含有再热的布雷顿循环研究较少ꎮ而与无再热的布雷顿循环相比ꎬ有再热的布雷顿循环的热效率普遍高出１~２个百分点ꎬ再热温度升高可提高循环效率ꎬ但再热温度的提高受到透平和入口管材料的限制ꎬ通常会选择高压透平的入口温度为再热温度[１５]ꎮ此外ꎬ以往学者的研究大多是针对太阳能㊁核能㊁余热利用等领域ꎬ而对火电系统的ＳＣＯ２布雷顿循环研究鲜有报道ꎮ㊀㊀火用分析方法以热力学第二定律为分析基础ꎬ相比于热效率分析法ꎬ能更全面揭示能量损失的环节及其损失的原因ꎬ为提高能量利用率指明方向ꎮ因而本文建立了ＳＣＯ２一次再热再压缩布雷顿循环火力发电系统性能计算及火用分析模型ꎬ深入分析了系统的火用损分布及各关键参数对循环性能的影响ꎬ指出了系统的火用损关键环节ꎬ为系统的参数优化及性能改进提供参考ꎮ１㊀ＳＣＯ２一次再热再压缩布雷顿循环㊀㊀ＳＣＯ２一次再热再压缩布雷顿循环示意图如图１所示ꎮ循环流程主要为:从低温回热器(ｌｏｗｔｅｍ￣ｐｅｒｕｔｕｒｅｒｅｈｅａｔｅｒꎬＬＴＲ)中定压放热(１０ң１１)出来的工质进行分流ꎬ一部分工质直接进入再压缩机压缩(１１ң１２)ꎬ另一部分工质经过预冷器冷却(１１ң１)ꎬ状态参数略高于临界状态(３１.１ħꎬ７.３８ＭＰａ)ꎬ然后进入主压缩机进行压缩(１ң２)ꎬ后进入低温回热器吸热(２ң３)ꎬ再与直接被再压缩机压缩的工质混合进入到高温回热器(ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒｕｔｕｒｅｒｅｈｅａｔｅｒꎬＨＴＲ)中加热(４ң５)ꎬ之后工质在锅炉中吸热(５ң６)ꎬ一次工质进入到高压膨胀机中做功(６ң７)ꎬ做功完成的二次工质再次进入到锅炉中进行加热(７ң８)温度升高到高压膨胀机的进口温度ꎬ随后进入低压透平中做功(８ң９)并带动发电机工作ꎬ做功完成的乏汽回到高温回热器中放热(９ң１０)ꎬ再进入低温回热器中进行热交换(１０ң１１)ꎬ最终完成闭式布雷顿循环ꎮ２㊀数学模型２.１㊀模型的建立为了简化热力学计算模型ꎬ作如下假设:１)系统处于稳定流动状态ꎻ２)循环过程不考虑压降ꎻ３)忽略工质的动能和位能ꎻ４)系统各部件绝热ꎮ循环的数学模型如式(１)~式(１５)所示ꎮ锅炉高温回热器低温回热器发电机低压透平高压透平再压缩机主压缩机预冷器876121025439111图１㊀超临界二氧化碳一次再热再压缩布雷顿循环Ｆｉｇ.１㊀ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｒｅｈｅａｔｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＢｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅ６８３ 南昌大学学报(工科版)２０２３年㊀㊀㊀吸热量Ｑ＝ｑｍ[(ｈ６－ｈ５)＋(ｈ８－ｈ７)](１)㊀㊀输入火用Ｅｉｎ＝Ｑ/ηｒ(２)㊀㊀透平输出功Ｗｔ＝ｑｍ[(ｈ６－ｈ７)＋(ｈ８－ｈ９)](３)㊀㊀主压缩机耗功Ｗｃ１＝ｘｑｍ(ｈ２－ｈ１)[](４)㊀㊀再压缩机耗功Ｗｃ２＝(１－ｘ)ｑｍ(ｈ１２－ｈ１１)[](５)㊀㊀各状态点的火用ｅｉ＝(ｈｉ－ｈ０)－Ｔ０(ｓｉ－ｓ０)(６)㊀㊀锅炉火用损率Ｉｒ＝{ｑｍ[(ｅ５－ｅ６)＋(ｅ７－ｅ８)]＋Ｅｉｎ}/Ｅｉｎ(７)㊀㊀透平火用损率Ｉｔ＝{ｑｍ[(ｅ６－ｅ７)＋(ｅ８－ｅ９)]－Ｗｔ}/Ｅｉｎ(８)㊀㊀高温回热器火用损率ＩＨＴＲ＝ｑｍ[(ｅ９－ｅ１０)－(ｅ５－ｅ４)]/Ｅｉｎ(９)㊀㊀低温回热器火用损率ＩＬＴＲ＝{ｑｍ[(ｅ１０－ｅ１１)－ｘｑｍ(ｅ３－ｅ２)]}/Ｅｉｎ(１０)㊀㊀主压缩机火用损率Ｉｃ１＝[Ｗｃ１－ｘｑｍ(ｅ２－ｅ１)]/Ｅｉｎ(１１)㊀㊀再压缩机火用损率Ｉｃ２＝[Ｗｃ２－(１－ｘ)ｑｍ(ｅ１２－ｅ１１)]/Ｅｉｎ(１２)㊀㊀预冷器火用损率Ｉｐ＝[ｘｑｍ(ｅ１１－ｅ１)]/Ｅｉｎ(１３)㊀㊀发电机火用损率Ｉｅ＝(Ｗｔ－Ｗｃ１－Ｗｃ２)(１－ηｅ)/Ｅｉｎ(１４)㊀㊀系统火用效率η＝(Ｗｔ－Ｗｃ１－Ｗｃ２)ηｅ/Ｅｉｎ(１５)式(１)~式(１５)中:ｑｍ为工质的质量流量ꎬ单位为ｋｇ ｓ－１ꎻｘ为分流比ꎬ流经主压缩机的质量流量与总质量流量的比值ꎻＱ为热量ꎬ单位为ｋＪ ｓ－１ꎻＥｉｎ为系统输入火用ꎬ单位为ｋＪ ｓ－１ꎻｈ为比焓ꎬ单位为ｋＪ ｋｇ－１ꎻｓ为比熵ꎬ单位为ｋＪ (ｋｇ Ｋ)－１ꎻｅ为比火用ꎬ单位为ｋＪ ｋｇ－１ꎻＴ０为环境温度ꎬ单位为Ｋꎻｈ０和ｓ０为环境的比焓和比熵ꎻη为效率ꎻＩ为火用损率ꎻＷ为功率ꎬ单位为ｋＷꎮ下角标ꎬｉ表示各状态点ꎬｔ表示透平ｃ１表示主压缩机ꎬｃ２表示再压缩机ꎬｒ表示锅炉ꎬｐ表示预冷器ꎬｅ表示发电机ꎬＨＴＲ表示高温回热器ꎬＬＴＲ表示低温回热器ꎮＳＣＯ２各点的状态参数利用ＭＡＴＬＡＢ调用ＲＥＦＰＲＯＰ数据库获得ꎮ２.２㊀计算模型的验证为了验证计算模型ꎬ选用文献[１６]中再热模型的实验数据进行验证ꎮ参照文献中系统部件的参数设置ꎬ将压缩机和透平的效率设为０.９２和０.９４ꎬ发电机效率设为０.９５ꎬ质量流量设为１３９５ｋｇ ｓ－１ꎬ分流比设为０.７３ꎬ夹点温差设为５ħꎮ计算结果与文献[１６]中的实验数据对比如表１和表２所示ꎮ表１㊀计算结果与实验数据对比Ｔａｂ.１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ状态点压力/ＭＰａ温度/ħ实验值模拟值实验值模拟值相对误差/％１７.６２１７.６２１３２.８０３２.８００２２０.００２０.００８４.３０８４.７１０.４９３１９.９６１９.９６１６６.８０１６６.８００４１９.９６１９.９６１７０.９０１７０.９００５１９.９４１９.９４３２０.４０３２０.７４０.１１６１９.９０１９.９０３９９.４０３９９.４００７１２.４３５１２.４３５３４５.６０３４５.５５－０.０１８１２.３６１１２.３６１４１５.１０４１５.１００９７.７３２７.７３２３６１.９０３６２.０６０.０４１０７.６８７７.６８７１８７.９０１８７.６８－０.１２１１７.６２４７.６２４８９.４０８９.７１０.３５１２１９.９６１９.９６１８２.５０１８２.６３０.０７表２㊀设备功率与实验数据对比Ｔａｂ.２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｐｏｗｅｒａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ参数文献数据模拟值相对误差/％透平功率/ＭＷ１５０.００１５０.８６０.５７ＨＴＲ功率/ＭＷ２７４.３０２７５.１２０.３０ＬＴＲ功率/ＭＷ１６５.３０１６４.３９－０.５５主压缩机功率/ＭＷ２９.００２８.２０－２.７６再压缩机功率/ＭＷ２５.１０２４.２４－３.４３预冷器功率/ＭＷ１５０.７０１５０.９５０.１６吸热功率/ＭＷ２５０.００２４９.５８－０.１７发电机功率/ＭＷ９０.６０９３.５１３.２１系统效率/％３６.２０３７.４７３.５１３㊀计算结果及分析３.１㊀系统设计参数系统对应的主要基准参数如表３所示ꎮ３.２㊀分流比对火用效率的影响采用分流再压缩ꎬ一方面可以减少进入预冷器工质的质量流量ꎬ减少放热量ꎬ另一方面可平衡低温回热器两侧的温升ꎬ提高低温回热器的回热度ꎬ故分流比是影响循环性能的关键参数ꎮ图２是分流比对系统火用效率的影响ꎬ随着分流比的增大火用效率先增７８３ 第４期㊀㊀㊀㊀㊀刘国浩等:超临界ＣＯ２再热再压缩布雷顿循环火力发电系统分析表３㊀系统主要基准参数Ｔａｂ.３㊀Ｍａｊｏｒｓｙｓｔｅｍｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ参数取值环境温度/ħ２５环境压力/ＭＰａ０.１夹点温差/ħ８高压透平进口温度/ħ６００高压透平进口压力/ＭＰａ２０再热温度/ħ６００再热压力/ＭＰａ１２.３主压缩机进口温度/ħ３２主压缩机进口压力/ＭＰａ７.６透平和压缩机定熵效率０.９锅炉效率０.９发电机效率０.９８4642383430η/%0.90.80.70.60.50.40.3 1.0P 6=20MPa P 6=23MPa P 6=25MPa P 6=28MPaｘ图２㊀分流比对火用效率的影响Ｆｉｇ.２㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈｕｎｔｒａｔｉｏｏｎｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ加后减少ꎬ存在一个最佳分流比ꎬ此时循环的火用效率达到最大值ꎮ这是因为回热器的回热度对循环的火用效率影响较大ꎬ当分流比取最佳值时ꎬ回热器的回热度α最高ꎮ回热度α的计算式如下:α＝Ｔｈｉｎ－ＴｈｏｕｔＴｈｉｎ－Ｔｃｉｎ(１６)式中:Ｔｈｉｎ为回热器高温侧入口温度ꎬ单位为ＫꎻＴｈｏｕｔ为回热器高温侧出口温度ꎬ单位为ＫꎻＴｃｉｎ为回热器低温侧入口温度ꎬ单位为Ｋꎮ以图２中透平入口压力Ｐ６＝２０ＭＰａ为例ꎬ回热器的回热度随分流比的变化如表４所示ꎮ从表４的数据可以看出ꎬ当分流比小于０.５９９时ꎬ随着分流比的增大高温回热器和低温回热的回热度都增加ꎬ因此循环的火用效率增加ꎮ当分流比大于０.５９９时ꎬ随着分流比的增加ꎬ低温回热器的回热度(αＬＴＲ)从０.９２５增加到０.９５５ꎬ增幅为３.２４％ꎮ高温回热器的回热度(αＨＴＲ)从０.９７６减少至０.７８５ꎬ减幅为１９.５７％ꎮ高温回热器回热度的减幅大于低温回热器回热度的增幅ꎬ因此系统的火用效率下降ꎮ分流比０.５９９为该组工况下的最佳分流比ꎮ表４㊀不同分流比下回热器的回热度及火用效率Ｔａｂ.４㊀ＲｅｃｕｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈｕｎｔｒａｔｉｏｓｘαＨＴＲαＬＴＲη/％０.３２３０.９６３０.４５５３２.８４０.４１５０.９７４０.６３６４０.６３０.５９９０.９７６０.９２５４４.５８０.６９１０.９３１０.９３５４２.１６０.９９００.７８５０.９５５３６.４９㊀㊀以往的有关研究[３ꎬ１７－１８]认为低温回热器的内部出现夹点会使其回热度降低ꎬ影响循环性能ꎬ因此相关学者的研究都是基于夹点位于低温回热器高温侧的出口进行的ꎮ图３(Ｐ６＝２０ＭＰａ)为低温回热器的夹点位置随分流比的变化情况ꎬ图中ＴＪ表示夹点ꎮ回热器的夹点先位于低温回热器高温侧的进口ꎬ当分流比为０.５９９~０.６２２之间时ꎬ夹点位于低温回热器的内部ꎬ最后夹点位于低温回热高温侧的出口ꎮ从本文结论来看ꎬ夹点位于低温回热器的内部时循环的火用效率最高ꎬ因此要使循环达到真正的最优工况ꎬ应综合考虑高温回热器和低温回热器回热度对循环性能的影响ꎮ由图２可知ꎬ不同透平入口压力下系统的最佳分流比也不同ꎮ透平入口压力为２０㊁２３㊁２５㊁２８ＭＰａ时ꎬ最佳分流比分别为０.５９９㊁０.６１５㊁０.６２２㊁０.６４５ꎬ透平入口压力越高ꎬ最佳分流比越大ꎮ这主要是因为在不同的压力下ꎬ二氧化碳的物性不同ꎬ当回器的回热度最大时ꎬ低温回热器冷㊁热流体的比例不同ꎬ即最佳分流比不同ꎮT /K 0.90.80.70.60.50.40.3 1.0T 10T 11T J650600550500450400350300ｘ图３㊀分流比对夹点位置的影响Ｆｉｇ.３㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈｕｎｔｒａｔｉｏｏｎｐｉｎｃｈｐｏｉｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎ３.３㊀分流比对各部件火用损分布的影响表５为不同分流比下部件火用损分布及火用效率ꎬ８８３ 南昌大学学报(工科版)２０２３年㊀图４为系统各部件的火用损率随分流比的变化ꎮ可见ꎬ锅炉㊁回热器㊁预冷器的火用损率受分流比的影响最大ꎮ随着分流比的增加锅炉的火用损率显著增加ꎬ这是因为分流比的增加使工质进入预冷器的质量流量增加ꎬ系统放热量增多ꎬ一次工质进入锅炉中的吸热温度降低ꎬ从而导致工质与热源间的温差加大ꎮ另外ꎬ一次工质温度下降意味其在锅炉中的吸热量更多ꎬ燃煤的质量流量也随之增加ꎬ这就导致了燃料燃烧时的不可逆火用损失加大ꎮ从表５及图４还可以看出ꎬ锅炉的火用损占据了整个系统火用损的绝大部分ꎬ这也是因为燃烧是典型的不可逆反应ꎬ燃烧过程中会有大量的火用损失ꎮ对于回热器ꎬ高温回热器的火用损率也是一直增加ꎬ这是因为高温回热器内工质间的温差不断增大ꎬ使其火用损增加ꎮ而低温回热器内夹点随着分流比的增加从高温侧的进口向出口移动ꎬ内部温差先减少后增加ꎬ低温回热器的火用损率也呈现相同的变化趋势ꎮ对于预冷器ꎬ工质与冷源之间的温差先减少后不变ꎬ但预冷器的质量流量一直增加ꎬ因此火用损系数先减少后缓慢增加ꎮ20151050I /%0.90.80.70.60.50.40.3 1.0透平高温回热器低温回热器主压缩机再压缩机预冷器发电机444342I r /%右轴：左轴：锅炉ｘ图４㊀分流比对火用损率的影响Ｆｉｇ.４㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈｕｎｔｒａｔｉｏｏｎｅｘｅｒｇｙｌｏｓｓｒａｔｅ㊀㊀分流比对透平㊁压缩机和发电机火用损率的影响并不显著ꎮ分流比增加ꎬ系统输入火用增加ꎬ而透平做功与分流比无关ꎬ因此透平的火用损率减少ꎮ对于压缩机ꎬ随着分流比的变化ꎬ工质进入主压缩机和再压缩机的质量流量不同ꎬ其火用损率也呈现出不同的变化趋势ꎮ３.４㊀再热参数对火用效率的影响含有再热的布雷顿循环ꎬ再热参数会对循环性能产生直接的影响ꎮ图５给出了不同再热温度下ꎬ火用效率随再热压力Ｐｒ的变化规律ꎮ数值模拟结果表明ꎬ再热压力增加ꎬ系统的火用效率先增加后减少ꎬ存在一个最佳的再热压力ꎮ再热温度为５６０㊁５８０㊁６００㊁６２０ħ时ꎬ对应的最佳再热压力分别为１０.８㊁１１.７㊁１２.３㊁１３.５ＭＰａꎬ随着再热温度的升高ꎬ最佳再热压力也随之升高ꎮ这是因为再热温度升高ꎬ二次工质的品质提高ꎬ做功能力加强ꎮ此时ꎬ增加再热压力ꎬ适当的减少高压透平压降在透平总压降的比例ꎬ有助于提高系统的火用效率ꎬ即在系统最低压力不变时ꎬ适当的提高再热压力可以提高系统的火用效率ꎮ表５㊀不同分流比下的火用损分布和火用效率Ｔａｂ.５㊀Ｅｘｅｒｇｙｌｏｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈｕｎｔｒａｔｉｏｓｘ＝０.３２３ｘ＝０.５９９ｘ＝０.９２１项目占比/％项目占比/％项目占比/％火用效率㊀３２.８４㊀火用效率㊀４４.５０火用效率㊀３７.５７锅炉火用损４２.０５锅炉火用损４２.４０锅炉火用损４３.３７透平火用损２.９９透平火用损２.５１透平火用损１.８９ＨＴＲ火用损１.０９ＨＴＲ火用损４.９０ＨＴＲ火用损８.７３ＬＴＲ火用损９.４０ＬＴＲ火用损１.２１ＬＴＲ火用损４.３６预冷火用损８.８４预冷火用损２.２８预冷火用损２.６４主压火用损０.３１主压火用损０.４８主压火用损０.５７再压火用损１.８１再压火用损０.７０再压火用损０.１０电机火用损０.６７电机火用损０.９１电机火用损０.７７总计１００总计１００总计１００45444342η/%1714131211109181615560℃580℃600℃620℃Ｐｒ/ＭＰａ图５㊀再热参数对火用效率的影响(ｘ＝０.５９９)Ｆｉｇ.５㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｈｅａｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ(ｘ＝０.５９９)３.５㊀主压缩机出口压力对火用效率的影响主压缩机的出口压力是循环过程中的最高压力ꎬ对系统火用效率会产生重要的影响ꎮ对含分流再压缩的布雷顿循环而言ꎬ系统的火用效率并不会像简单布雷顿循环那样随着循环最高压力的提高而一直上升ꎮ这是因为循环的最高压力和分流比会互相约束ꎬ只有两者都取合适的值时ꎬ系统的火用效率才能达到最高ꎮ图６给出了不同分流比下ꎬ主压缩机出口压力Ｐ２对系统火用效率的影响ꎮ由图６可知ꎬ当分流比较９８３ 第４期㊀㊀㊀㊀㊀刘国浩等:超临界ＣＯ２再热再压缩布雷顿循环火力发电系统分析大时(分流比等于０.６９９或０.７９９)ꎬ系统的火用效率受主压缩机出口压力的影响较大ꎬ火用效率随出口压力的增加而增大ꎬ这与简单布雷顿循环的变化规律一致ꎮ当分流比变小时ꎬ主压缩机出口压力对系统火用效率的影响也随之减少ꎬ出口压力变大ꎬ火用效率并不是单调递增ꎬ而是先增加后减少ꎮ这是因为:以分流比等于０.５９９为例ꎬ主压缩机出口压力小于２０ＭＰａ时ꎬ主压缩机出口压力提高ꎬ工质参数提升ꎬ系统效率也随之升高ꎬ且此时的分流比接近最佳分流比(循环最高压力２０ＭＰａꎬ最佳分流比为０.５９９)ꎻ主压缩机出口压力继续升高ꎬ最佳分流比增大ꎬ诺分流比继续保持为０.５９９ꎬ会使系统的火用效率降低ꎬ且降低的幅度大于工质参数提升所带来的系统火用效率提升的幅度ꎮ因此ꎬ当主压缩机出口压力继续升高时ꎬ会使系统的火用效率下降ꎮ46444240383634η/%252015300.4990.5990.6990.799Ｐ２/ＭＰａ图６㊀主压缩机出口压力对火用效率的影响Ｆｉｇ.６㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｉｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｍａｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｏｎｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ45444342414039η/%38363432400.5990.6990.799ｔ１/ħ图７㊀主压缩机入口温度对火用效率的影响Ｆｉｇ.７㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍａｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｉｎｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ３.６㊀主压缩机入口温度对火用效率的影响为了确保工质在整个循环过程中都处于超临界状态ꎬ本文仅讨论主压缩机入口温度ｔ１大于等于３２ħ的工况ꎮ图７为不同分流比下ꎬ主压缩机入口温度ｔ１对火用效率的影响ꎮ从图７可以看出ꎬ当分流比等于０.５９９时ꎬ系统的火用效率随主压缩机入口温度的升高而下降ꎮ这是因为当分流比等于最佳分流比(０.５９９)时ꎬ回热器的回热度最高ꎬ升高主压缩机入口温度ꎬ会使回热器冷侧工质温度升高ꎬ工质的物性也随之改变ꎬ回热器的回热度下降ꎬ系统的火用效率下降ꎮ当分流比不等于最佳分流比时ꎬ系统的火用效率随主压缩机入口温度的升高ꎬ先上升后下降ꎮ表７给出了分流比为０.６９９时ꎬ不同主压缩机入口温度对应的回热器的回热度和火用效率ꎮ当ｔ１从３２ħ升高至３６ħ时ꎬ高温回热器回热度上升ꎬ低温回热器回热度下降ꎬ回热器的总回热度上升ꎬ此时系统的火用效率随ｔ１的升高而上升ꎮ当ｔ１从３６ħ升高至４０ħ时ꎬ高温回热器的回热度基本保持不变ꎬ低温回热器的回热度下降ꎬ回热器的总回热度下降ꎬ此时系统的火用效率随ｔ１的上升而下降ꎮ表６㊀不同主压缩机入口温度下回热器回热度和火用效率Ｔａｂ.６㊀Ｅｘｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｆｍａｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｔ１/ħαＨＴＲαＬＴＲη/％３２０.９２８０.９３６４１.９７３３０.９５３０.９３３４２.８８３４０.９６４０.９３２４３.０５３５０.９７００.９３１４３.０９３６０.９７５０.９３０４３.１０３７０.９７５０.９１９４２.７６３８０.９７５０.９０９４２.４２３９０.９７５０.９００４２.１１４００.９７４０.８９３４１.８２４㊀结论㊀㊀１)对含分流的布雷顿循环发电系统ꎬ分流比对性能的影响至关重要ꎮ分流比对系统的火用效率㊁回热器的回热度㊁各部件的火用损都会产生显著的影响ꎮ因此ꎬ选择合适的分流比是系统达到最佳工况的关键ꎮ２)整个发电系统中ꎬ火用损率最大的部件为锅炉和回热器ꎮ对锅炉环节ꎬ提高工质平均吸热温度是提高该环节火用效率的有效手段ꎻ对回热器ꎬ强化换热㊁减小换热端差是提高系统循环性能的关键ꎮ３)系统火用效率随着再热压力的升高ꎬ先上升后下降ꎬ存在最佳再热压力ꎮ最佳再热压力与再热温０９３ 南昌大学学报(工科版)２０２３年㊀度有关ꎬ再热温度升高ꎬ最佳再热压力变大ꎮ４)由于分流的存在ꎬ系统火用效率受主压缩机出口压力和入口温度的影响并非单调变化ꎮ主压缩机出口压力㊁入口温度和分流比达到合理的耦合ꎬ系统才会达到最高的火用效率ꎮ参考文献:[１]㊀晋文超ꎬ葛宋.国外超临界二氧化碳循环发电技术发展及应用前景[Ｊ].舰船科学技术ꎬ２０１８ꎬ４０(１１):６－９. 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浅析布雷顿循环（火用）方法分析本文通过对燃气动力装置的燃气轮机装置各个设备的进行（火用）效率进行分析，通过分析得到燃气轮机装置效率的影响因素，进而提出可用来提高燃气轮机效率的措施。

标签：燃气轮机；布雷顿循环；（火用）方法分析1 燃气轮机装置介绍及应用范围燃气轮机装置选用的工质是空气和燃气，该装置在运行过程中将燃气燃烧产生的热能通过膨胀转换为转子的旋转机械能。

燃气燃烧过程是定压过程，装置的主要设备包括压气机、燃烧室以及燃气轮机三个部分，由于装置的尾气排向大气，因此该装置是开式的、不可逆的循环。

在当前的生产生活中，燃气轮机装置应用广泛，涉及到诸多领域，具体包括航空器动力装置、机车动力装置、舰船动力装置、电力等。

2 燃气轮机装置运行时遵循的热力学基础2.1 理想定压加热循环引用空气标准假设，本文将燃气轮机三个装置运行过程中的四个工作环节简化成为由四个可逆热力过程组成的理想动力循环。

如图1所示，理想热力循环的四个理想过程包括在压气机中进行的绝热压缩过程1-2；在燃烧室中进行的定压加热过程2-3；在燃气轮机中进行的绝热膨胀过程3-4；排气过程由定压放热过程4-1表示。

該循环又称为布雷顿循环。

2.2 实际定压加热循环在实际的生产工艺过程中，由于设备过程存在不可逆的因素，燃气轮机装置各个过程很难达到绝热，根据热力学知识，由于工质在压气过程中气流流速很高，过程中工质由设备向外散热可以忽略不计，本文将气体在设备压气机中的压缩过程和气体在燃气轮机中的膨胀过程记为熵增过程，即两个过程都是不可逆过程。

3 实际过程燃气（火用）计算及（火用）分析本文在对燃气轮机循环装置进行（火用）分析时，将实际工作过程的燃气看成是由干空气和理论燃气组成的理想气体混合物。

因此在计算过程中工质可运用理想气体的相关性质计算。

理论燃气是指1mol燃料和在所需要的理论空气量下完全燃烧所得到的产物，当燃料中只含有C、H、O、N、S时，其产物由CO2、H2O、SO2、和N2′等组成，其中N2′是指空气中除了氧气以外其他气体的合称。

超临界CO2及其混合工质布雷顿循环的热力学分析摘要：本文运用热力学第一、第二定律对分流、预压缩、改进再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环进行了热力学分析，重点讨论了压缩机入口工况、透平入口工况对循环热力学性能的影响。

并进一步，以改进再压缩循环为基础，提出以CO2为基底的混合工质布雷顿循环，分析了气体种类及加入量对混合工质布雷顿循环热力学性能的影响。

结果表明：入口工况对不同形式循环的热效率与㶲效率影响方向及大小不同；膨胀比对循环效率的影响大于入口温度对循环效率的影响；在CO2质量分数不小于50%的情况下，加入氙气与氪气均可提高循环热效率，增幅最大分别为1.44%和3.04%，对应氙气与氪气质量分数分别为50%和26%；加入氮气反而使循环效率降低。

关键词：超临界二氧化碳；布雷顿循环；热力学性能；混合工质0 引言为了追求更高的经济效益，电力机组的参数向着高温高压方向发展已成趋势，然而，当透平入口温度超过550℃时，超超临界蒸汽朗肯循环的效率难以进一步提高[1]。

因此，探寻新型的热力循环形式，对进一步提高循环效率与系统安全性有着重要意义。

近年来，无毒、无味、不自燃、来源广泛且成本低廉的CO2作为热力循环工质受到广泛关注，其中以超临界二氧化碳（Supercritical CO2，S-CO2）为工质的布雷顿循环尤其受到重视。

Feher[2]于1968年在美国设计了第一个S-CO2热力循环，虽然他所设计的循环保证了各热力学点均位于超临界区域内，但是由于受到当时动力设备机械设计技术的限制，压缩机只适用于液态工质的压缩，限制了S-CO2循环的研究和工业上的推广应用。

随着技术的革新，透平机械技术与紧凑式换热器得到了快速发展，使得S-CO2循环重新成为研究热点。

目前已经提出了简单回热、再压缩、中间冷却、预压缩、分流形式的循环以及在此基础上的改进循环。

国内外学者围绕这些循环形式已经开展了一些研究。

例如，Angelino等[3]提出了加入回热与再压缩过程的改进形式S-CO2布雷顿循环，并分析了循环的性能，指出压缩机工作于液态的再压缩循环具有更高的效率。

工程热力学布雷顿循环的循环热效率计算方法工程热力学中，布雷顿循环是一种常用的热能转换循环，广泛应用于燃煤电厂、核电站和燃气轮机等能源领域。

为了评估布雷顿循环的热能利用效率，需要计算循环热效率。

本文将介绍布雷顿循环的基本原理，并提供一种计算循环热效率的方法。

布雷顿循环是由贝尔克热力公司的查尔斯·布雷顿于1932年创造的。

循环由四个主要步骤组成：压缩、加热、膨胀和冷却。

循环通过流体（通常是蒸汽）的不同压力和温度状态来实现热能的转换。

在布雷顿循环中，循环热效率是评估其热能利用效率的重要指标。

循环热效率定义为工作流体（如蒸汽）的净功输出与输入热量之比。

即：η = W_net / Q_in其中，η代表循环热效率，W_net为净功输出，Q_in为循环输入热量。

为了计算循环热效率，我们首先需要计算净功输出和输入热量。

同时，我们还需要考虑布雷顿循环中的损失和效率。

计算净功输出可以使用以下公式：W_net = W_turbine - W_pump其中，W_turbine表示在膨胀过程中从涡轮机获得的功，W_pump 表示在压缩过程中输入到泵中的功。

这些功可以通过流体的工质性质和循环的参数来计算。

计算输入热量可以使用以下公式：Q_in = Q_heat - Q_blowdown其中，Q_heat表示加热器中的输入热量，Q_blowdown表示冷凝器中的排放热量。

这些热量可以通过循环中的热交换器和液相排放器来计算。

在计算循环热效率时，需要考虑循环中的损失和效率。

循环中的主要损失可包括泵和涡轮机的内部损失、管道和热交换器的传热损失以及泄漏损失等。

每个损失都可以通过相应的效率来考虑，从而得到准确的循环热效率。

因此，计算布雷顿循环的循环热效率需要考虑净功输出、输入热量以及循环中的损失和效率。

通过合理选取循环参数和流体性质，并结合准确的计算方法，可以获得布雷顿循环的热能利用效率。

综上所述，布雷顿循环是一种常用的热能转换循环，在计算循环热效率时需要考虑净功输出、输入热量和循环中的损失和效率。

气体液化基本循环我们知道，只有当气态物质温度降低到其临界温度以下才能液化。

所有低温工质的临界温度远比环境低，要使这些气体液化，必须应用人工制冷的方法制造低温。

气体液化循环由一系列的热力过程组成，起作用就在于使气态工质冷却到液化所需的低温，并补偿系统的冷量损失，从而获得液化气体。

气体液化循环是开式循环，气态低温工质（如空分行业中的空气）在循环过程中既起制冷剂的作用，本身又被液化，部分或全部作为液态产品从低温装置中输出。

任何气体液化循环都是利用低温工质进行状态循环变化过程，通过它的作用使气体在低温时放出的热量转移到环境介质中去。

这一过程是非自发的，必须消耗一定的能量。

空气液化循环有四种基本类型：节流液化循环、带膨胀机的液化循环、利用气体制冷剂的液化循环及复叠式液化循环。

前两种液化循环目前应用最为广泛，这里也主要介绍这两种循环。

一林德循环1 理论循环基本原理节流液化循环是低温技术中最常用的循环之一。

由于节流液化循环装置结构简单，且运转可靠，这就在一定程度上抵消了节流膨胀过程不可逆损失大带来的缺点。

1985年德国林德和英国汉普孙分别独立提出了一次节流液化循环，因此也常称之为简单林德（或汉普孙）循环。

林德循环系统由制冷压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四大部件构成。

四大件由联接管道串联成一个闭合循环系统，内注制冷工质。

图1 林德循环T-s图及循环流程图如图1所示，常温、常压（p1）下的空气（点1’），经压缩机A压缩至高压p2,温度升高，并经由冷却器B等压冷却至常温T（点2）。

上述过程可近似认为压缩与冷却两过程同时进行，是一个等温压缩压缩过程。

此后，高压空气在换热器C中被节流后的返流空气（5点）冷却至温度T3（3点），这是等压冷却过程。

然后高压空气（p2）经节流阀节流阀节流膨胀至常压p1，节流过程会使空气温度降低，降低到p1压力下的饱和温度，同时有部分空气液化。

节流后产生的液体空气从气液分离器D导出作为产品，而气体部分引出返流经换热器C，来冷却节流前的高压空气，在理想情况下自身被加热至常温T（点1）。

二氧化碳超临界布雷顿循环发电循环布雷顿循环是一种经典的热力循环，常用于传统火力发电站中的蒸汽循环系统。

但是，布雷顿循环在传统火力发电中有较低的发电效率，且会产生大量的二氧化碳排放，对环境造成不良影响。

为了解决这一问题，科学家们提出了二氧化碳超临界布雷顿循环发电技术。

二氧化碳超临界布雷顿循环发电是利用二氧化碳在超临界状态（高压、高温）下的独特性质，将其作为工质来替代传统蒸汽循环中的水蒸汽。

具体的循环流程如下：1. 压缩: 二氧化碳从环境中吸入循环系统，经过压缩机进行高压压缩，使其达到超临界状态。

2. 加热: 经过高压泵将高压的二氧化碳送入加热系统，通过燃烧燃料（如煤、天然气等）产生的热能将二氧化碳加热至高温高压状态。

3. 膨胀: 加热后的超临界二氧化碳进入膨胀机，通过二氧化碳的膨胀来驱动涡轮发电机产生电能。

4. 冷却: 膨胀后的二氧化碳进入冷却系统，通过散热器将其冷却至合适温度，以便重新进入压缩机进行循环。

与传统的蒸汽循环相比，二氧化碳超临界布雷顿循环发电具有以下优势：1. 高效率: 二氧化碳超临界态具有更高的热传导性能和扩散性能，从而可以提高循环系统的热效率和发电效率。

2. 低碳排放: 二氧化碳超临界布雷顿循环发电中，将二氧化碳作为工质，可实现零排放或低排放，对环境影响较小。

3. 较小体积: 二氧化碳在超临界状态时密度较大，相比于水蒸汽，需要较小的回路体积，节省了布局空间。

4. 兼容性: 二氧化碳超临界布雷顿循环发电可以与现有的火力发电站烟气净化系统结合，对现有设备进行改造升级，降低了技术实施难度。

因此，二氧化碳超临界布雷顿循环发电技术被认为是一种可持续发展的高效、低碳的发电技术，对于减少二氧化碳排放、应对气候变化具有重要意义。

但其仍需要进一步的研发和实践验证，以提高其商业化应用的可行性和经济性。

超临界CO2部分冷却布雷顿循环分析方立军;杨雪;张桂英;郭峰;孙立超【摘要】为了确定部分冷却布雷顿循环各设备节能潜力,得出应用于聚光太阳能技术(Concentrating Solar Power,CSP)的最优可能工作参数,为以后建设超临界CO2(Supercritical Carbon Dioxide:S-CO2)布雷顿循环太阳能热电站提供参考依据,使用EES(Engineering Equation Solver)对应用于CSP的具有一级再热的100 MW S-CO2部分冷却布雷顿循环进行效率和损系数分析,主要分析在不同透平入口温度,再热压力以及循环压比比对循环效率的影响,同时分析各设备损系数的大小.得出冷凝器损最大,因此后续可通过增加底循环来利用冷凝器的.最大效率的最优工作参数为透平入口温度700 ℃,再热压力为9.5 MPa,循环压比比为0.4,此时循环效率为33.73%,循环热效率为50.90%.%In order to determine the energy-saving potential of the equipments that apply to the partial cooling brayton cycle, the optimal working parameters that are applied to concentrated solar thermal power plants (CSP) are summarized which could provide some references for the solar thermal power plants of the construction of supercritical CO2(S-CO2) brayton cycle.The engineering equation solver (EES) is used to carry out the exergy analysis of a 100 MW S-CO2 partial cooling brayton cycle which is used in CSP.By analyzing the influence of the turbine inlet temperature and cycle pressure ratio on the circulating exergy efficiency and the influence of the different turbine inlet temperature on the exergy loss coefficient of each equipment, the result that the maximum exergy loss exists in condensers compared with other equipments is obtained.Therefore, by taking advantage of the usefulexergy of the condensers, the bottom cycles can be greatly bettered.When the turbine inlet temperature is 700 ℃, the reheat pressure is 9.5 MPa, and the cyclic pressure ratio is 0.4, and the circulating exergy efficiency is 33.73% and cycle thermal efficiency is 50.90%.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】6页(P43-48)【关键词】集中式太阳能热电站;超临界CO2;部分冷却布雷顿循环;效率;损系数【作者】方立军;杨雪;张桂英;郭峰;孙立超【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003;国核电力规划设计研究院,北京100095;国核电力规划设计研究院,北京 100095;国核电力规划设计研究院,北京100095;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TK123太阳能聚热技术已被证实是完全可以与传统化石能源竞争的可再生能源技术。