超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)技術
成果完成人瞄準1000MW超臨界二氧化碳燃煤(sCO2)發(fā)電系統(tǒng),主持了國家重點研發(fā)計劃項目“超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎理論與關鍵技術研究”。
本成果從系統(tǒng)和部件兩個層面進行研究,被推薦為2020年度國家重點研發(fā)計劃重點科技成果,并在2021年1月27日科技日報上做了報導。具體成果如下:
1、sCO2鍋爐模塊化設計:sCO2循環(huán)流量是水蒸氣機組的6-8倍,導致S-CO2鍋爐嚴重堵塞,發(fā)現(xiàn)機組效率懲罰效應。首次提出1/8分流減阻原理,在保持吸熱量及循環(huán)流量不變條件下,將壓降降低為傳統(tǒng)設計的1/8,由此提出模塊化鍋爐設計,將鍋爐壓降減小到與水蒸氣鍋爐相當或更低水平,徹底解決大壓降難題。
2、煙氣熱量全溫區(qū)吸收:針對sCO2循環(huán)適合中高溫熱源,單個sCO2循環(huán)無法吸收煙氣全溫區(qū)熱量,提出頂?shù)蛷秃涎h(huán),實現(xiàn)熱量全溫區(qū)吸收。提出能量復疊利用原理及設備共享,完全消除頂?shù)籽h(huán)效率差并簡化系統(tǒng)。1000MWe級燃煤sCO2發(fā)電效率達到~50%,比水蒸氣機組高3-4個百分點。
3、鍋側和爐側綜合調溫方法:針對sCO2進入鍋爐溫度較高,抬高受熱面溫度,提出鍋側和爐側綜合調溫方法,發(fā)明“冷熱匹配、層級降溫”原理,提出“上大下小+雙爐膛+煙氣再循環(huán)”的創(chuàng)新型鍋爐設計。建成壓力達26MPa的超高參數(shù)sCO2傳熱系統(tǒng),提出超臨界傳熱類沸騰理論,結合實驗數(shù)據(jù),給出了鍋爐管發(fā)生傳熱惡化的臨界判據(jù)。誕生第一臺超臨界二氧化碳燃煤鍋爐原理樣機。
本成果闡明了能量復疊利用原理,是能量梯級利用的繼承和發(fā)展,消除了復合循環(huán)中頂循環(huán)和低循環(huán)的效率差,最大限度挖掘了sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)勢。并首次闡明超臨界流體分子尺度下的非均勻物質結構,顛覆了人類對超臨界流體物質結構的認知,首次將亞臨界壓力下的多相流體理論體系引入到超臨界傳熱中,初步實現(xiàn)了亞臨界和超臨界壓力下能量傳遞與轉換理論的統(tǒng)一,達到國際領先水平。
華北電力大學
2022-07-06