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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. [２]ＷＡＮＧＸＨꎬＬＩＵＱꎬＢＡＩＺꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｉｎｖｅｓｔｉ￣ｇａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｎｄｂｉｏｍａｓｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＥｎｅｒｇｙꎬ２０１８ꎬ２２７:１０８－１１８. [３]ＧＵＯＺＰꎬＺＨＡＯＹꎬＺＨＵＹＸꎬｅｔａｌ.Ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｓｕ￣ｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｐｏｗｅｒｃｙｃｌｅｆｏｒｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＮｕｃｌｅａｒＥｎｅｒ￣ｇｙꎬ２０１８ꎬ１０８:１１１－１２１.[４]陶志强ꎬ赵庆ꎬ唐豪杰ꎬ等.应用于工业余热的超临界二氧化碳布雷顿循环系统的热力学和火用分析[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１９ꎬ３９(２３):６９４４－６９５１. [５]ＡＮＧＥＬＩＮＯＧ.Ｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｃｙｃｌｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒＰｏｗｅｒꎬ１９６８ꎬ９０(３):２８７－２９５.[６]ＦＥＨＥＲＥＧ.Ｔｈｅｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｏｗｅｒｃｙｃｌｅ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ１９６８ꎬ８(２):８５－９０. [７]ＤＯＳＴＡＬＶ.Ａｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃｙｃｌｅｆｏｒｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｎｕｃｌｅａｒｒｅａｃｔｏｒｓ[Ｊ].ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００４ꎬ１５４(３):２６５－２８２.[８]ＣＲＥＳＰＩＦꎬＧＡＶＡＧＮＩＮＧꎬＳＡＮＣＨＥＺＤꎬｅｔａｌ.Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉ￣ｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃｙｃｌｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ:Ａｒｅｖｉｅｗ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＥｎｅｒｇｙꎬ２０１７ꎬ１９５:１５２－１８３. [９]ＹＡＳＵＹＯＳＨＩＫꎬＴＡＫＥＳＨＩＮꎬＹＯＳＨＩＯＹ.Ａｃａｒｂｏｎｄｉｏｘ￣ｉｄｅｐａｒｔｉａｌｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｃｙｃｌｅｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｇａｓｃｏｏｌｅｄｆａｓｔａｎｄｔｈｅｒｍａｌｒｅａｃｔｏｒｓ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩｎ￣ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬＳｅｐ９－１３ꎬ２００１ꎬＰａｒｉｓ.Ｐａｒｉｓ:ＡＮＤＲＡꎬ２００１:１－８.[１０]ＭＯＩＳＳＥＹＴＳＥＶＡꎬＳＩＥＮＩＣＫＩＪＪ.ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２Ｂｒａｙ￣ｔｏｎｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ￣ｃｏｏｌｅｄｒｅａｃｔｏｒｓ[Ｊ].Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ＆ＴｏｘｉｃｏｌｏｇｉｃＰａｔｈｏｌｏ￣ｇｙꎬ２００４ꎬ６０(４/５):２８９－２９４.[１１]郑开云.超临界ＣＯ２循环冷端温度优化研究[Ｊ].发电技术ꎬ２０２１ꎬ４２(２):２６１－２６６.[１２]郑开云ꎬ黄志强.超临界ＣＯ２循环与燃煤锅炉集成技术研究[Ｊ].动力工程学报ꎬ２０１８ꎬ３８(１０):８４３－８４８. [１３]周昊ꎬ裘闰超ꎬ李亚威.基于超临界ＣＯ２布雷顿再压缩循环的塔式太阳能光热系统关键参数的研究[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１８ꎬ３８(１５):４４５１－４４５８.[１４]张一帆ꎬ王生鹏ꎬ刘文娟ꎬ等.超临界二氧化碳再压缩再热火力发电系统关键参数的研究[Ｊ].动力工程学报ꎬ２０１６ꎬ３６(１０):８２７－８３３.[１５]ＴＵＲＣＨＩＣＳꎬＭａＺＷꎬＮＥＩＳＥＳＴꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓｔｕｄｙｏｆａｄｖａｎｃｅｄｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｐｏｗｅｒｃｙ￣ｃｌｅｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇｓｏｌａｒｐｏｗｅｒｓｙｓ￣ｔｅｍｓ[Ｃ]//ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＡＳＭＥ２０１２６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｎｅｒｇｙＳｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙＣｏｌｌｏｃａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅＡＳＭＥ２０１２１０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＦｕｅｌＣｅｌｌＳｃｉｅｎｃｅꎬＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＪｕｌｙ２３－２６ꎬ２０１２ꎬＳａｎＤｉｅｇｏꎬＣａｌｉｆｏｒｎｉａ.ＮｅｗＹｏｒｋ:ＡＳＭＥꎬ２０１３:３７５－３８３. [１６]ＭＯＩＳＳＥＹＴＳＥＶＡꎬＳＩＥＮＩＣＫＩＪＪ.Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆａｌｔｅｒｎａ￣ｔｉｖｅｌａｙｏｕｔｓｆｏｒｔｈｅｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＢｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅｆｏｒａｓｏｄｉｕｍ￣ｃｏｏｌｅｄｆａｓｔｒｅａｃｔｏｒ[Ｊ].ＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎꎬ２００９ꎬ２３９(７):１３６２－１３７１. [１７]ＸＵＪＬꎬＳＵＮＥＨꎬＬＩＭＪꎬｅｔａｌ.Ｋｅｙｉｓｓｕｅｓａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃｏａｌｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙꎬ２０１８ꎬ１５７:２２７－２４６.[１８]ＬＩＵＭꎬＺＨＡＮＧＸꎬＹＡＮＧＫꎬｅｔａｌ.Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍ￣ｐａｒｉｓｏｎｏｎｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣＯ２ｐｏｗｅｒｃｙｃｌｅｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈ￣ｉｎｃｏａｌ￣ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｈｏｔａｎｄｃｏｌｄｅｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｅ￣ｍｅｎｔꎬ２０１９ꎬ１９５:８５４－８６５.１９３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。
超超临界机组电厂热力系统优化措施林新华发布时间：2023-06-01T08:54:42.962Z 来源：《当代电力文化》2023年6期作者：林新华[导读] 随着社会科学技术的发展与进步，国家用电需求也随之扩大，随之造成的则是电厂扩大生产规模。
在科学技术水平低下的过去，煤炭是电厂生产的主要利用能源，煤炭在燃烧过程中产生的有害气体造成了较为严重的大气污染。
为实现中国的可持续性发展，以及建设环境友好型资源节约型社会的现实目标，电厂热力系统的技术性优化，实现节能减排的环保目标是迫在眉睫的，从而可以实现资源的有效利用，不仅仅能确保甚至提高电厂的生产效率和基本效益，而且可以尽快实现节能环保的目标。
所以，对电厂热力系统进行技术性优化和节能减排进行有策略性的分析是极其必要的，在以上分析的基础上，本篇文章对超超临界机组电厂热力系统优化措施进行研究，探求最有效的节能减排策略，以供参考。
上海弘韬建设发展有限公司摘要：随着社会科学技术的发展与进步，国家用电需求也随之扩大，随之造成的则是电厂扩大生产规模。
在科学技术水平低下的过去，煤炭是电厂生产的主要利用能源，煤炭在燃烧过程中产生的有害气体造成了较为严重的大气污染。
为实现中国的可持续性发展，以及建设环境友好型资源节约型社会的现实目标，电厂热力系统的技术性优化，实现节能减排的环保目标是迫在眉睫的，从而可以实现资源的有效利用，不仅仅能确保甚至提高电厂的生产效率和基本效益，而且可以尽快实现节能环保的目标。
所以，对电厂热力系统进行技术性优化和节能减排进行有策略性的分析是极其必要的，在以上分析的基础上，本篇文章对超超临界机组电厂热力系统优化措施进行研究，探求最有效的节能减排策略，以供参考。
关键词：超超临界机组；电厂热力系统；优化措施分析引言鉴于环境形势日益严峻，加快从全面扩张向提高我国效率的过渡至关重要。
能源变化的加速对传统燃煤电厂的经济和环境提出了更高的要求。
长期以来，我们各国使用化石能源与能源效率低下和发展效率低下有关。
超临界二氧化碳布雷顿循环的研究进展及应用前景摘要：超临界二氧化碳（S-CO2）应用布雷顿循环能够使系统结构紧凑、效率高具有良好的工程应用前景。
本文首先介绍了超临界二氧化碳工质的特点及布雷顿循环的优势，总结了近年来国内外针对超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其关键部件的研究进展和相应成果，最后对超临界二氧化碳布雷顿循环在能源领域的潜在应用前景进行了说明。
关键词：超临界二氧化碳；布雷顿循环；关键部件引言当二氧化碳达到临界条件时（温度31.1℃，压力7.38MPa），处于超临界状态。
将超临界二氧化碳用于布雷顿循环，具有以下优势：S-CO2工质黏性小，S-CO2布雷顿循环比其他常用的循环在较高的运行温度下具有相对更高的效率优势；S-CO2工质密度大，S-CO2布雷顿循环的系统结构紧凑，循环设备占用空间小；CO2极易获取，设备体积相对较小，且运行时损耗小，保证了设备的使用寿命，使得S-CO2布雷顿循环的成本相对较小。
1 S-CO2布雷顿循环研究进展1.1国外研究美国、日本、韩国、捷克等国家均开展了超临界二氧化碳布雷顿循环的系统设计及实验研究。
美国具有多家研究机构较长时间的研究基础，其在超临界二氧化碳布雷顿循环的研究上处于世界领先地位。
美国桑迪亚国家实验室是最早开展S-CO2布雷顿循环的机构之一，其搭建了发电功率为124KW的简单布雷顿循环系统。
美国桑迪亚国家实验室正致力于研发兆瓦级超临界二氧化碳布雷顿循环，进一步增大循环效率并增强实用性。
美国西南研究院（SWRI）进行了1MW 级的超临界二氧化碳布雷顿循环设计研究，采用天然气燃烧作为热源，完成了实验系统的制造运行。
近年来，美国能源部资助科研项目的投入不断加大、加快，并在2016 年投入巨资建设10 MW试验装置，表明美国整体技术成熟度水平已达到较高级别，距离商业化为期不远。
韩国能源研究所（KIER）自2103年起，先后搭建了两种不同的S-CO2布雷顿循环实验平台，并进行了相关研究。
第３１卷第２期２０２０年６月中国计量大学学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＭｅｔｒｏｌｏｇｙＶｏｌ．３１Ｎｏ．２Ｊｕｎ．２０２０ 【文章编号】 ２０９６－２８３５（２０２０）０２－０１７７－０６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－２８３５．２０２０．０２．００７【收稿日期】 ２０２０－０３－２６ 《中国计量大学学报》网址：ｚｇｊｌ．ｃｂｐｔ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ【通信作者】 王 琦（１９７９），男，副教授，博士，主要研究方向为生物质热解和利用。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｑｉ＠ｃｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ基于燃机废热的超临界二氧化碳布雷顿循环的热力学分析张 展１，王 琦１，沈德魁２（１．中国计量大学计量测试工程学院，浙江杭州３１００１８；２．东南大学能源与环境学院，江苏南京２１００９６）【摘 要】 目的：研究超临界二氧化碳（ＳＣＯ２）布雷顿循环布局对回收燃机废热性能的影响。
方法：利用Ａｓｐｅｎ ｐｌｕｓ软件建立ＳＣＯ２布雷顿循环模型，将某Ｆ级天然气燃气轮机排气废热作为热源，采用序列二次规划（ＳＱＰ）优化方法来获得最优系统参数优化。
结果：以简单回热循环为基准，间冷循环利用ＳＣＯ２的流体特点降低压缩功和初始吸热温度，提升了１３．７６％净输出功；再压缩循环不能带来净输出功的增加，退化为简单回热循环；双级回热循环利用其分流和多回热器的特点，具有最高的净输出功，较简单循环提升３７．２１％。
结论：通过优化ＳＣＯ２布雷顿循环的布局，能够有效提升废热利用率、循环效率和净输出功率。
【关键词】 燃气轮机；超临界二氧化碳；布雷顿循环；净输出功【中图分类号】 ＴＫ１２３ 【文献标志码】 ＡＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｂｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅ ｆｏｒ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅｓＺＨＡＮＧ Ｚｈａｎ１，ＷＡＮＧ Ｑｉ １，ＳＨＥＮ Ｄｅｋｕｉ ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｊｉｌｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ａｉｍｓ：Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ（ＳＣＯ２）Ｂｒａｙｔｏｎ ｃｙｃｌｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｎｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ．Ｍｅｔｈｏｄｓ：Ｔｈｅ Ａｓｐｅｎ ｐｌｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ＳＣＯ２Ｂｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ａｎ Ｆ－Ｃｌａｓｓ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｑｕａｄｒａｔｉｃｐｒｏｇｒａｍ（ＳＱＰ）ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｃｈｏｓｅｎ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｓｙｓｔｅｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ：Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏ ｔｈｅ Ｓｉｍｐｌｅ Ｂｒａｙｔｏｎ Ｃｙｃｌｅ（ＳＢＣ），ｔｈｅ ｅｍｐｌｏｙｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｃｏｏｌｉｎｇ Ｂｒａｙｔｏｎ ｃｙｃｌｅ（ＩＲＣ）ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ Ｉｎｉｔｉａｌ ｅｎｄｏｔｈｅｒｍｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＳＣＯ２ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅ ｎｅｔ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｕｐ ｔｏ １３．７６％．Ｔｈｅ ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｂｒａｙｔｏｎ ｃｙｃｌｅ（ＲＢＣ）ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｎｅｔ ｏｕｔｐｕｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅ ｄｕａｌ Ｒｅｃｕｐｅｒａｔｅｄ Ｃｙｃｌｅ（ＤＲＣ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｌｉｔ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｎｅｔ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｕｐ ｔｏ ３７．２１％．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ，ｃｙｃｌｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｎｅｔ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ＳＣＯ２ｌａｙｏｕｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ；Ｂｒａｙｔｏｎ ｃｙｃｌｅ；ｎｅｔ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ 超临界二氧化碳布雷顿循环作为极具有发展潜能的能量转化系统之一［１］。
超临界发电机组的运行效率与燃烧优化研究随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，超临界发电机组作为一种高效能源转换装置正逐渐受到关注。
超临界发电机组的运行效率对于发电厂的经济性和环境影响具有重要意义。
为了提高超临界发电机组的运行效率，燃烧优化研究成为一个重要的课题。
本文旨在探讨超临界发电机组的运行效率以及燃烧优化的方法和技术。
首先，我们需要了解超临界发电机组的运行原理和特点。
超临界发电机组是一种利用超临界工质进行汽轮-发电机联合循环的高效发电系统。
其工质参数超过了临界点，具有较高的热力学性能和循环效率。
相对于传统的亚临界发电机组，超临界发电机组具有更高的热效率和发电效率，能够实现更好的热再利用。
然而，超临界发电机组的运行效率受到多种因素的影响。
其中，燃烧过程是影响发电机组运行效率的重要因素之一。
燃烧质量和燃烧效率直接影响着发电机组的热效率和发电效率。
因此，燃烧优化是提高超临界发电机组运行效率的关键。
燃烧优化方法包括燃烧控制、优化燃料、优化燃烧器和优化循环等。
首先，燃烧控制是通过调整燃烧过程中的各项参数来实现的，包括燃料供给、空气供给、燃料混合和燃烧温度等。
合理的燃烧控制可以提高燃烧效率，减少燃烧产物的排放。
其次，优化燃料也是燃烧优化的重要手段之一。
不同的燃料具有不同的物理和化学性质，通过选择适合超临界发电机组的燃料可以改善燃烧性能，提高燃烧效率。
例如，使用低灰分和低硫分的燃料可以减少灰分和硫分对发电机组燃烧系统的污染和腐蚀。
另外，优化燃烧器也可以提高超临界发电机组的燃烧效率。
燃烧器是燃料和空气混合的关键环节，通过改进燃烧器的结构和设计，可以实现更充分的燃烧和更高的燃烧效率。
例如，采用先进的燃烧器设计可以增加燃料的混合度，减少氧化还原反应的不完全燃烧，从而提高燃烧效率。
最后，优化循环也是提高超临界发电机组运行效率的重要手段。
通过调整循环参数和优化循环布局，可以减少能量损失和阻力，提高涡轮机和发电机组的效率。
超临界布雷顿循环超临界布雷顿循环是一种高效的发电技术，其利用高温高压的水蒸气驱动涡轮机发电。
该技术相较于传统的燃煤发电具有更高的效率和更低的污染排放，因此备受关注。
一、超临界布雷顿循环的基本原理超临界布雷顿循环是一种利用水作为工质的热力发电技术。
其基本原理是将水加热至超过临界点（374℃，22.1MPa），使其变为超临界状态，然后将其喷入涡轮机中驱动涡轮旋转，最终通过发电机将机械能转化为电能输出。
二、超临界布雷顿循环相较于传统燃煤发电的优势1. 更高的效率相较于传统燃煤发电，超临界布雷顿循环具有更高的效率。
这是因为在超临界状态下，水具有更大的比容和比焓，从而可以更充分地释放能量并驱动涡轮旋转。
2. 更低的污染排放传统燃煤发电过程中会产生大量的二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害气体，对环境造成严重污染。
而超临界布雷顿循环则可以通过优化燃烧过程和使用高效的脱硫、脱氮技术等手段，将污染排放降至最低。
3. 更加灵活传统燃煤发电需要在固定的温度和压力下进行，而超临界布雷顿循环则可以根据实际情况灵活调整温度和压力，以达到最佳发电效果。
三、超临界布雷顿循环的应用前景随着全球能源需求的不断增长和对环境保护要求的提高，超临界布雷顿循环作为一种高效、清洁的发电技术备受关注。
目前已经有多个国家在大规模应用该技术，如中国、美国、日本等。
四、超临界布雷顿循环面临的挑战1. 技术难度较大超临界布雷顿循环需要高温高压条件下工作，对设备和材料提出了较高要求。
因此其设计和制造难度较大，需要更加精密的技术和工艺。
2. 能源供应不稳定超临界布雷顿循环需要大量的热能供应，而能源供应不稳定可能会影响其正常运行。
因此需要建立完善的能源储备和调度系统，以确保其可靠性和稳定性。
五、结语超临界布雷顿循环是一种高效、清洁的发电技术，在未来的能源发展中具有广阔的应用前景。
尽管面临一些挑战和难题，但随着技术不断进步和完善，相信其将会在未来发电领域中扮演越来越重要的角色。
超超临界机组协调控制系统优化策略分析摘要：目前，随着科学技术的不断发展，超超临界机组逐渐在我国的火力发电产业中得到了广泛使用。
然而，在机组使用的过程中，其协调控制系统中存在着一定的问题，为超超临界机组的运行带来风险。
基于此，本文首先分析超超临界机组协调控制系统中出现的问题，并制定对应的解决策略，以供参考。
关键词：超超临界机组；协调控制系统；系统优化引言超超临界机组的参数性能强、容量较大，但是，它的线性较弱，且难以控制。
近年来，国家为低碳环保理念的落实提出了更深层次的要求，使得大多数的火力发电厂对超超临界机组进行了改造，然而，改造之后的机组在性能方面出现了一定的变化，在发电企业成本方面造成了不利影响。
所以，有必要针对目前出现的问题，对超超临界机组的协调控制系统进行调整。
1.超超临界机组协调控制系统中出现的问题对超超临界机组的原协调控制系统的控制策略进行分析，其以锅炉的跟随作为基础，以达成间接性的能量平衡。
其中，主要的策略为前端反馈的控制，辅助的控制策略为主蒸汽PID调节的闭环校正。
锅炉的主控段主要对主蒸汽的压力进行保持，汽轮机主要对临界机组的负荷进行控制。
负荷的指令同步传输到锅炉一端的控制系统与汽轮机一端的控制系统，从而能够使输入与输出的能量互为对应，保证能够同步运行汽轮机的调节阀负荷指令的高速响应工作与锅炉负荷指令的高速改变工作，使主蒸汽的压力能够控制在设定的区间内。
按照临界机组运行的情况，组成机组与锅炉协调、锅炉跟随、锅炉输入等控制策略，在正常运行的情况下，机组与锅炉的协调控制为主要策略[1]。
随着临界机组情况的变化与燃料质量的改变，受控对象逐渐不具有较强的动态特征，同时，受控对象会具有非线性与落后性的特征。
具体来说，第一，主蒸汽具有较大的压力波动，以AGC为指令运行时，如果扰动的负荷为10MW，那么主蒸汽压力的偏差值最大将为2MPa，燃料的质量流量变化程度为每小时40t。
这种大幅度波动会使得主蒸汽压力在控制时具有较大的偏差，如果机组的负荷持续升到大于等于550MW的程度时，主蒸汽压力会超过30MPa，导致机组的运行不具有稳定性。
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。
中国工程热物理学会燃烧学学术会议论文编号：15xxxx 基于超临界CO2布雷顿循环的燃煤发电系统优化分析周敬1，凌鹏1,2，张晨浩1，崔晓宁1，徐俊1，许凯1，苏胜1，胡松1，汪一1，向军1，* （1华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉4300742长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙，410114）（Tel：87542417-8206，Email：xiangjun@）摘要:本文建立超临界CO2燃煤发电系统全流程优化模型，在32.5MPa/605℃/610℃/610℃/高参数条件下，分析不同冷却方式、再热级数以及省煤器布置方式对系统性能的影响。
结果显示：中间冷却与二次再热在高压缩比下能有效提高S-CO2布雷顿循环热力性能；锅炉受热面压降能降低循环系统热力学性能且对二次再热影响高于一次再热；从高温回热器入口引出部分流到省煤器能有效提升S-CO2发电系统全厂效率；；相同条件下，超临界CO2发电系统全厂效率高于传统蒸汽锅炉。
关键词超临界CO2布雷顿循环；燃煤发电系统；热力系统优化；全流程模型Thermodynamics optimization analysis of supercritical CO2 coal-fired power generation system based on Supercritical CO2 Brayton Cycle Zhou Jing1，Ling Peng 1,2, Zhang Chenhao 1, Cui Xiaoning1, Xu Jun 1, Xu Kai 1, Su Sheng 1, Hu Song 1, WangYi 1, Xiang Jun 1, *（1 State Key Laboratory of Coal Combustion, School of Energy and Power Engineering, HuazhongUniversity of Science and Technology, Wuhan 430074, China2 School of Power and Energy Engineering, Changsha University of Science and Technology, ChangshaHunan 410114, China）Abstract:This paper establishes a Thermodynamics optimization model of supercritical CO2 coal-fired power generation system. Under the high-parameter conditions of 32.5MPa/605°C/610°C/610°C/, different cooling modes, reheat stages, and economizer layouts are analyzed for system performance. The results show that the intercooling and double reheat can improve the thermal performance of the S-CO2 Brayton cycle at high compression ratios effectively; double reheat is more affected by the pressure drop at the heated surface of the boiler than the single reheat.; the case that the part flow is introduced from the inlet side of high-temperature recuperator into the economizer can utilize effectively waste heat and improve the whole plant efficiency; Under the same conditions, the whole plant efficiency of supercritical CO2 power generation system is higher than the traditional steam boiler.Key words:Supercritical CO2Brayton cycle; Coal-fired power generation system; Thermodynamics optimization analysis; Process analysis0前言提高发电机组效率、降低污染物的排放是电力行业研究的永恒主题和目标；当前，锅炉系统主要是以蒸汽朗肯循环为主流的能量转换系统，其发展受到材料和技术的限制。
为了突破传统路线的瓶颈，一些新概念先进动力系统[1, 2]，例如超临界CO2布雷顿循环系统，受到越来越多的关注。
超临界CO2工质具有合适的临界压力，无毒低成本，能量密度大，传热效率高，系统简单，结构紧凑等特点[3]。
超临界CO2布雷顿循环系统最开始被提出应用于核反应装置。
Kato等[4]通过测试超临界CO2全压缩、部分压缩以及不压缩三种循环方式，根据热效率、安全性、造价以及装备制造工艺得出其可很好地代替液态金属冷却快堆。
Dostal[5]研究指出S-CO2再压缩布雷顿循环在中高温450~700℃温度是最优的布置方式，能很好克服回热器夹点问题导致的传热恶化问题。
很多研究表明超临界CO2布雷顿循环在服回热器夹点问题导致的传热恶化与系统效率下降问题[6, 7]。
很多研究表明超临界CO2布雷顿循环在集中于核能、太阳能、余热利用、化石能源等展现了良好热力学性能[8-10]。
目前，超临界CO2布雷顿循环在燃煤锅炉的应用目前研究仅处于起步的阶段。
Le 等[11]通过构建了超临界CO2布雷顿循环和煤粉锅炉耦合概念模型，其系统循环效率高达50%，全厂效率高于传统蒸汽锅炉5%左右。
然而，该研究并没有考虑适用于超临界CO2燃煤发电机组的超临界CO2布雷顿循环热力优化分析，本文建立一套超临界CO2燃煤发电系统全流程模型，基于超临界CO2锅炉32.5MPa/605℃/610℃/610℃/高参数特性对超临界CO2布雷顿循环中冷却方式、再热级数以及省煤器布置进行优化，并与相同参数下传统蒸汽锅炉燃煤发电系统进行性能对比分析。
1模型建立1.1超临界CO2布雷顿循环简单的超临界CO2布雷顿再压缩循环包括主压缩机、辅助压缩机、两个回热器、预冷器以及热源和S-CO2透平。
如图1所示，进入预冷器前一部分流股7通过旁路压缩机压缩至高温回热器高压端，另一部分流股进入预冷器、主压缩机和低温回热器与其汇合一同进入高温回热器，经过回热的流股4进入热源吸热通过S-CO2透平做功，之后依次通过高温回热器以及低温回热器换热。
超临界CO2布雷顿循环模型与输入参数见表1[12]，其中回热器采用HEATX换热器，可使用TQ-CURVES功能分析回热器高压端与低压端温差分布。
2图1 简单超临界CO2布雷顿再压缩循环示意图基金项目：国家重点研发计划（2017YFB0601802）；国家自然科学基金（51576086，51576081）表1 超临界CO 2循环参数[12]Item Parameter Value Unit 主压缩机 入口压力/温度78/32 bar/℃ 超临界CO 2循环组件压降 0.1 MPa 锅炉受热面 压降 0.5 MPa S-CO 2压缩机 绝热效率 89.00% — 电动机效率 99.60% — S-CO 2透平绝热效率 93.00% — 机械效率98.50%—由图2可知，将以上建立模型与文献进行对比，其中压缩机入口压力在15-30MPa ，S-CO 2透平入口温度在550-850℃，其热效率基本保持一致，效率误差在1.2%之内。
同时，图3（a ）对压缩机入口压力30MPa ，透平入口温度650℃情况下中回热器换热量Q 与温差△T 进行分析，可发现低温回热器会发生温度夹点问题，温差最小处并非发生在低温回热器两端，高温回热器并不会出现以上问题。
这是由于低温回热器低压端参数接近超临界点附近，从图3（b ）可知超临界CO 2流体比热容在超临界点附近出现突变，从而导致低温回热器在端点处温差并非最小。
以上是简单的超临界CO 2布雷顿循环，为了适应于超临界CO 2锅炉超高温超高压参数，可采用二次再热、中间冷却手段提升系统热力学性能，在第二节将进行讨论。
系统循环热效率 / %压缩机入口压力 / Mpa回热器两端温差 / ℃C p / k J ·k g -1K -1密度 / k g ·m -3（虚线表示文献结果，实现表示模拟结果） （a ）回热器Q-T 曲线；b ）物性随温度变化曲线图2 模型验证 图3 回热器性能分析1.2 超临界CO 2燃煤锅炉与常规蒸汽锅炉相似，超临界CO 2锅炉部分包括燃料燃烧过程与烟气换热过程，见图4，其模型参照前面工作超超临界传统蒸汽锅炉建立[13, 14]，采用RYield 反应器和RGibbs 反应器表示燃烧过程中燃料分解以及燃烧过程，烟气侧换热采用Heater 模块，其中烟气侧采用PR-BM 物性方法[15]，S-CO 2工质侧采用LK-PLOCK 物性方法[11, 12]。
尾部烟道中采用分流器FSplit 模块，用于控制前烟道与后烟道的烟气比例，以达到S-CO 2工质调温的目的，相当于烟道挡板。
与传统锅炉不同之处，超临界CO 2锅炉中S-CO 2工质入口温度较常规锅炉给水温度高，大约100-200℃，因此超临界CO2锅炉余热利用显然不能按照常规方法布置。
目前，尾部烟气余热利用常用方式由以下方式：增加空气预热器吸热量；从超临界CO2循环系统引出部分流到省煤器。
以上内容在第二节将对省煤器的布置进行讨论。
CW1—主S-CO2流冷却壁；CW2—一次再热S-CO2流冷却壁；CW3—二次再热S-CO2流冷却壁；LSH—低温过热器；RH1-2—一次再热高温再热器冷段；RH2-2—二次再热高温再热器冷段；HSH—高温过热器；RH1-3—一次再热高温再热器热段；RH2-3—二次再热高温再热器热段；RH1-1—一次再热低温再热器；RH2-1—二次再热低温再热器；ECO—省煤器；AP—空气预热器图4 S-CO2锅炉模型2系统性能计算与分析图5展示了适用于超临界CO2锅炉的超临界CO2布雷顿循环流程图，其中压缩机处红色虚线框代表单级冷却方式，蓝色实线框代表着中间冷却方式；再热部分红色虚线和蓝色实线框分别表示一次再热和二次再热；省煤器部分根据从不同回热器入口引流分为方案一与方案二。
