低温场景超临界CO2循环燃煤发电系统研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20018

摘要/Abstract

摘要：

超临界CO₂循环在低温场景下，循环终端温度降低，循环压比增大，可以与燃煤锅炉很好地匹配，组成高效的燃煤发电机组。根据气候和煤炭分布，我国北方煤炭基地(如蒙东、北疆)在冬、春季有长达4个月以上的低温条件，有利于构建高效的超临界CO₂燃煤发电机组。对于3~15 ℃的终温工况，对超临界CO₂循环发电机组进行热力计算，并对机组的经济和社会效益作初步分析。结果表明：初始参数620 ℃/30 MPa的超临界CO₂循环发电机组在9 ℃以下低温场景下，可获得48%以上的全厂净发电效率，高于二次再热超超临界汽轮发电机组。超临界CO₂循环燃煤发电可补充可再生能源发电在冬、春季的发电量缺口，并可通过“北电南送”实现北方煤炭资源的高效利用。

关键词: 超临界CO₂循环, 燃煤发电, 低温环境

Abstract:

Supercritical CO₂ cycle can be used in the low temperature scenario to reduce the end temperature of the cycle and increase the cycle pressure ratio, which can well match with the coal-fired boiler to form a high-efficiency coal-fired power plant. Considering the climate and coal mine distribution, the coal mine bases in northern China, such as eastern Inner Mongolia and northern Xinjiang, have low atmospheric temperature conditions for more than four months in winter and spring, which is good for the constrution of high-efficiency supercritical CO₂ coal-fired power plants. For the end temperature condition of 3-15 ℃, the thermodynamic calculation of supercritical CO₂ cycle was carried out, and the economic and social benefits of the unit were analyzed. The results show that the supercritical CO₂ cycle generator with 620 ℃/30 MPa initial parameters can obtain more than 48% of the net plant power generation efficiency in the low temperature scenario below 9 ℃, which is expected to surpass the efficiency of double-reheat ultra supercritical steam turbine unit. Supercritical CO₂ cycle coal-fired power plants can supplement the power generation gap of renewable energy generation in winter and spring, and realize the efficient utilization of coal resources in the north through “North to South Power Transmission”.

Key words: supercritical CO₂ cycle, coal-fired power generation, low temperature environment

中图分类号:

TK 122

郑开云. 低温场景超临界CO₂循环燃煤发电系统研究[J]. 发电技术, 2022, 43(1): 126-130.

Kaiyun ZHENG. Study on Supercritical CO₂ Cycle Coal-fired Power Generation System for Low Temperature Scenario[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(1): 126-130.

图/表 5

图1 分流再压缩超临界CO2循环流程1—主泵；2—低温回热器；3—高温回热器；4—锅炉；5—透平；6—发电机；7—冷却器；8—分流压缩机。

Fig. 1 Process of splitting-recompression supercritical CO2 cycle

表1 超临界CO2循环参数

Tab. 1 Parameters for supercritical CO2 cycle

参数	数值
主泵入口温度/℃	3、5、7、9、11、13、15
主泵入口压力/MPa	3.8、4.0、4.2、4.4、4.7、4.9、5.2
透平入口温度/℃	620
透平入口压力/MPa	30
低温回热器冷端温差/℃	8
低温回热器热端温差/℃	12
高温回热器冷端温差/℃	12
低温回热器压损/MPa	0.1
高温回热器压损/MPa	0.1
锅炉压损/MPa	0.5
冷却器压损/MPa	0.1
主泵等熵效率	0.80
分流压缩机等熵效率	0.89
透平等熵效率	0.93
锅炉效率	0.95
管道效率	0.99
机械效率	0.99
发电机效率	0.99
厂用电率	0.03

图2 锅炉进气温度与主泵入口温度的关系

Fig. 2 Relationship between the inlet temperatures of boiler and main pump

图3 循环热效率和全厂净效率与主泵入口温度的关系

Fig. 3 Relationship between thermal efficiency, net plant efficiency and main pump inlet temperature

图4 主泵入口温度为9 ℃工况的温熵图a—主泵入口；b—低温回热器高压侧入口；c—高温回热器高压侧入口；d—锅炉入口；e—透平入口；f—高温回热器低压侧入口；g—低温回热器低压侧入口；h—冷却器和分流压缩机入口

Fig. 4 T-s diagram for the case with the inlet temperature of main pump of 9 ℃

参考文献 12

1	赵春生，杨君君，王婧，等．燃煤发电行业低碳发展路径研究[J]．发电技术，2021，42(5)：547-553． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21054
	ZHAO C S， YANG J J， WANG J，et al ．Research on low-carbon development path of coal-fired power industry[J]．Power Generation Technology，2021，42(5)：547-553． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21054
2	毛健雄．汽轮发电机组分轴高低位布置二次再热超超临界技术[J]．分布式能源，2016，1(3)：37-42． doi:10.3969/j.issn.2096-2185.2016.03.006
	MAO J X ．Double reheat ultra-supercritical technology with cross-compound,high and low positioned steam turbounit[J]．Distributed Energy，2016，1(3)：37-42． doi:10.3969/j.issn.2096-2185.2016.03.006
3	郑开云．超临界二氧化碳循环发电技术应用[J]．发电技术，2020，41(4)：399-406． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19057
	ZHENG K Y ．Application of supercritical carbon dioxide cycle power generation technology[J]．Power Generation Technology，2020，41(4)：399-406． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19057
4	YOONHAN A， SEONG J B， MINSEOK K，et al ．Review of supercritical CO₂ power cycle technology and current status of research and development[J]．Nuclear Engineering and Technology，2015，47(6)：647-661． doi:10.1016/j.net.2015.06.009
5	LEVI I， YANN L M ．Turbines can use CO₂ to cut CO₂ [J]．Science，2017，356(6340)：805-806． doi:10.1126/science.aam8281
6	MOUNIR M， YANN L M ． Supercritical CO 2 Brayton cycles for coal-fired power plants[J]．Energy，2016，103：758-771．
7	BAI W G， ZHANG Y F， YANG Y，et al ．300 MW boiler design study for coal-fired supercritical CO₂ Brayton cycles[C]//Proceedings of ASME Turbo Expo 2017：Turbomachinery Technical Conference and Exposition，June 26-30，2017，Charlotte，USA：ASME，2017：125-130． doi:10.1016/j.applthermaleng.2018.01.110
8	SUN E H， HU H， LI H N，et al ．How to construct a combined S-CO₂ cycle for coal fired power plant[J]．Entropy，2018，21(1)：19-26． doi:10.3390/e21010019
9	郑开云，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，2018，38(10)：843-848． doi:10.3969/j.issn.1674-7607.2018.10.011
	ZHENG K Y， HUANG Z Q ．Study on the integration of supercritical carbon dioxide cycle with coal-fired boiler[J]．Journal of Chinese Society of Power Engineering，2018，38(10)：843-848． doi:10.3969/j.issn.1674-7607.2018.10.011
10	叶涛．热力发电厂[M]．北京：中国电力出版社，2006：39-40． doi:10.1111/poes.2006.39-40.issue-1-2
	YE T ．Thermal power plant[M]．Beijing：China Eletric Power Press，2006：39-40． doi:10.1111/poes.2006.39-40.issue-1-2
11	郑开云．超临界工质布雷顿循环热力学分析[J]．南方能源建设，2018，5(3)：42-47． doi:10.1016/j.pnucene.2019.103084
	ZHENG K Y ．Thermodynamic analysis of supercritical working fluid Brayton cycle[J]．Southern Energy Construction，2018，5(3)：42-47． doi:10.1016/j.pnucene.2019.103084
12	郑开云．超临界二氧化碳循环高温部件选材及效率分析[J]．新能源进展，2017，5(5)：371-376． doi:10.3969/j.issn.2095-560X.2017.05.008
	ZHENG K Y ．Materials selection for high temperature components and efficiency analysis for supercritical carbon dioxide cycle[J]．Advances in New and Renewable Enengy，2017，5(5)：371-376． doi:10.3969/j.issn.2095-560X.2017.05.008

[1]	李延兵, 贾树旺, 张军亮, 符悦, 刘明, 严俊杰. 汽轮机高位布置超超临界燃煤发电系统变工况㶲经济性分析[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 69-78.
[2]	赵春生, 杨君君, 王婧, 段立强. 燃煤发电行业低碳发展路径研究[J]. 发电技术, 2021, 42(5): 547-553.
[3]	郑开云. 超临界CO₂循环冷端温度优化研究[J]. 发电技术, 2021, 42(2): 261-266.
[4]	周磊, 张举, 宋梓源, 杨志平, 郭培虎, 肖海平, 张晨, 李建龙. 内置阵列式声波吹灰器应用及节能分析[J]. 发电技术, 2020, 41(6): 706-714.
[5]	杨金福,张忠孝,韩东江,杨美,周云龙. 新型超临界参数燃煤发电系统结构设计技术[J]. 发电技术, 2019, 40(6): 555-563.
[6]	翟融融,刘洪涛. 基于有限时间热力学的太阳能辅助燃煤发电系统集成理论分析[J]. 发电技术, 2019, 40(4): 316-322.
[7]	杨勇平. 燃煤发电系统能源高效清洁利用的基础研究综述[J]. 发电技术, 2019, 40(4): 308-315.
[8]	杨磊,任健. 基于层次分析法的燃煤发电企业低碳综合评价[J]. 发电技术, 2019, 40(1): 66-70.
[9]	朱德臣. 元素碳含量检测在燃煤发电企业温室气体排放核算中的应用[J]. 发电技术, 2018, 39(4): 363-366.
[10]	龙辉,黄晶晶. “十三五”燃煤发电设计技术发展方向分析[J]. 发电技术, 2018, 39(1): 13-17.

低温场景超临界CO₂循环燃煤发电系统研究

Study on Supercritical CO₂ Cycle Coal-fired Power Generation System for Low Temperature Scenario

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 12

相关文章 10

编辑推荐

Metrics

本文评价