中高温烟气余热动力回收的复叠跨临界CO2动力循环热力学分析

摘要

工业窑炉存在大量的中高温烟气余热,现有的动力循环或工质存在难以有效回收大温降烟气余热的问题.提出以CO2为工质的复叠跨临界动力循环,以单位质量烟气的循环净功率最大为优化目标,在400和500℃的烟气热源条件下,研究循环参数对循环性能的影响规律.重点分析了工质分流质量比、吸热压力对回热过程换热匹配特性以及循环性能的影响,并对简单循环、回热循环和复叠循环进行了优化对比.结果 表明,复叠循环中,上下级循环的回热匹配是影响循环性能的重要因素,通过调节工质泵出口的工质分流比x以改善回热匹配性,烟气初温400和500℃下,最优的工质分流比0.6和0.7.吸热压力的增加有利于循环净输出功率的增加,烟气初温500℃下,吸热压力由20 MPa增至35 MPa时,净功率由117.4 kW增至143.8 kW,增幅为22.49％;对各部件而言,提高吸热压力可增加高、低温透平输出功率,但对回热功率的作用相反;20～35 MPa内随吸热压力的升高,低温透平输出功率占比由31.4％降至27.3％,吸热压力对高温透平的性能影响更明显.对比3种跨临界CO2循环,简单循环的热效率和净功率均最低,回热循环具有最高的热效率,复叠循环输出最高的净功率.烟气初温400℃下,复叠循环的净功率比简单循环和回热循环分别高22.2％和6.1％;烟气初温500℃下,分别高35.7％和12.5％.