正逆耦合循环系统及利用LNG冷能的低CO2排放动力系统开拓研究

论文摘要

高效低污染的热力循环研发是当今热力学研究的热点,也是实现人类社会可持续发展的基本前提和主要推动力。本文依托国家自然科学基金项目“新颖的跨寂态正逆耦合热力循环探索研究”和中科院所级国际合作项目“结合LNG冷（火用）利用和CO2回收的高效动力系统研发”开展研究,主要包括:正逆耦合系统基本耦合联接方式研究、系统集成基本原则的提出、新型正逆耦合循环系统集成开拓、利用LNG冷能与低CO2排放的高效动力系统开拓研究。应用热力学第一定律和第二定律对正逆耦合循环的两种最基本耦合联接方式——动力正循环和制冷逆循环并联联接和串联联接系统进行能量甲衡和炯甲衡分析比较,找出了正逆耦合系统重点能耗单元和系统性能提高的关键切入点。在此基础上提出了正逆耦合循环系统集成原则。提出并研究了新型的功冷联供的变浓度氨水工质正逆耦合循环系统,该系统特点在于通过分流吸收单元实现对循环关键过程工质浓度、流量的有效调控。透平进气温度为450℃时,新系统的（火用）效率达到57.6%,功冷输出相同时,新系统相对于典型功冷分供系统和联供系统分别节能18.2%和2.4%。以该循环为底循环与燃气轮机循环组成的联合循环性能优于常规的燃气—蒸汽联合循环。同时,以该循环为基础进行了对正逆耦合循环内部压力能和热能的回收利用研究,为回收系统内部能量和解决氨水蒸汽透平背压较高的问题提供了新途径。提出并研究了利用LNG冷能与低CO2排放的新型高效动力循环系统,通过将LNG气化单元与采用CO2工质的动力循环冷凝过程耦合集成,实现了无功耗分离CO2和CO2近零排放。通过对不同循环方案的热力性能和经济性比较,确定了最佳方案;对该方案的热力性能和经济性分析表明在透平进气温度900℃时,循环发电效率达到59%,CO2回收率达到99%,比投资达10755/kW。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 正逆耦合热力循环系统研究概况
• 2排放动力循环系统发展概况'>1.2.2 利用液化天然气冷能的低CO₂排放动力循环系统发展概况
• 1.3 本研究的主要内容
• 第二章 正逆耦合循环基本耦合方式研究及系统集成原则
• 2.1 概述
• 2.2 氨水工质串联型正逆耦合循环
• 2.2.1 基本循环流程及分析
• 2.2.2 关键参数敏感性分析
• 4敏感性分析'>1.透平进气温度t₄敏感性分析
• 4敏感性分析'>2.透平进气压力p₄敏感性分析
• 15敏感性分析'>3.再沸器出口工质温度t₁₅敏感性分析
• c敏感性分析'>4.冷却水温度t_c敏感性分析
• 2.3 氨水工质串联型与并联型正逆耦合循环比较分析
• 2.4 正逆耦合循环系统集成原则
• 2.5 小结
• 第三章 变浓度氨水工质正逆耦合循环研究
• 3.1 概述
• 3.2 变浓度氨水工质功冷联供循环
• 3.2.1 基本循环流程及分析
• 3.2.2 分流比敏感性分析
• 3.2.3 与分供系统比较
• 3.2.4 与联供系统比较
• 3.3 燃气一氨水蒸汽联合循环
• 3.3.1.系统简介
• 3.3.2 联合系统系统模拟计算及比较分析
• 3.4 变浓度氨水工质正逆耦合循环内压力能和热能的回收
• 3.4.1.中温中压能量回收利用方案
• 1.对外热源能量的回收利用
• 2.方案一——中温中压能量直接转换为动力输出
• 3.方案二——中温中压能量间接转换为动力输出
• 4.方案三——中温中压能量间接转换为制冷输出
• 3.4.2 方案的模拟计算及比较分析
• 3.5 小结
• 2排放动力系统研究'>第四章 利用LNG冷能的低CO₂排放动力系统研究
• 4.1 循环概述
• 4.2 模拟计算及比较分析
• 4.3 COOLCEP-S循环内主要换热装置节点温差敏感性分析
• 4.3.1 节点温差变化对循环热力性能的影响
• 4.3.2 节点温差变化对循环经济性的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 5.1 研究结果
• 5.2 创新点
• 附录1.氨水工质正逆耦合循环评价准则
• 附录2.引射器简介
• 附录3.燃气透平叶片冷却模型
• 主要符号说明
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文目录
• 博士学位论文科研项目背景
• 致谢