中高溫煙氣余熱動力回收的復疊跨臨界CO2動力循環熱力學分析

作者：李成宇,高振強,高明云,高升堂,王有鏜

摘要：工業窯爐存在大量的中高溫煙氣余熱,現有的動力循環或工質存在難以有效回收大溫降煙氣余熱的問題。提出以CO 2為工質的復疊跨臨界動力循環,以單位質量煙氣的循環凈功率最大為優化目標,在400和500℃的煙氣熱源條件下,研究循環參數對循環性能的影響規律。重點分析了工質分流質量比、吸熱壓力對回熱過程換熱匹配特性以及循環性能的影響,并對簡單循環、回熱循環和復疊循環進行了優化對比。結果表明,復疊循環中,上下級循環的回熱匹配是影響循環性能的重要因素,通過調節工質泵出口的工質分流比x以改善回熱匹配性,煙氣初溫400和500℃下,最優的工質分流比0.6和0.7。吸熱壓力的增加有利于循環凈輸出功率的增加,煙氣初溫500℃下,吸熱壓力由20 MPa增至35 MPa時,凈功率由117.4 kW增至143.8 kW,增幅為22.49%;對各部件而言,提高吸熱壓力可增加高、低溫透平輸出功率,但對回熱功率的作用相反;20~35 MPa內隨吸熱壓力的升高,低溫透平輸出功率占比由31.4%降至27.3%,吸熱壓力對高溫透平的性能影響更明顯。對比3種跨臨界CO 2循環,簡單循環的熱效率和凈功率均最低,回熱循環具有最高的熱效率,復疊循環輸出最高的凈功率。煙氣初溫400℃下,復疊循環的凈功率比簡單循環和回熱循環分別高22.2%和6.1%;煙氣初溫500℃下,分別高35.7%和12.5%。

發文機構：山東理工大學交通與車輛工程學院 山東一村空調有限公司

關鍵詞：中高溫煙氣余熱回收CO2復疊跨臨界循環參數優化熱力學性能medium and high temperature flue gaswaste heat recoveryCO2cascading transcritical power cycleparametric optimizationthermodynamic performance

分類號： TK115[動力工程及工程熱物理—熱能工程]