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 论文

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难以有效回收大温降烟气余热。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，最优的工质分流比为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。