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摘 要

燃煤发电在我国发电方式中占据主要地位，提高燃煤发电效率是煤炭高效、清洁燃烧的关键，开发新型高效的燃煤发电循环是提高发电效率的重要技术途径之一。超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide, S-CO₂)动力循环具有循环效率高，对应发电设备尺寸小，循环工质金属腐蚀性低等优势，且近年来，合金制造、换热器设计等技术愈加成熟，S-CO₂循环应用于燃煤发电领域的可行性增强，具有广阔的应用前景。

本文基于锅炉模块化设计研究了S-CO₂循环燃煤流化床发电系统，利用了Aspen Plus软件构建了适用于燃煤循环流化床锅炉热量分布特点的600 MW S-CO₂循环分流减阻模块化发电系统，分析了循环系统中部分循环参数和锅炉参数对循环效率的影响规律。结果发现，再压缩分流比，预冷器出口压力，低压透平进口压力和锅炉炉膛进口工质流量比增加时，循环效率均呈现先增大后减小的趋势；锅炉余热利用抽流比增加时，循环效率近似线性减小；而一次加热出口温度和再热出口温度增加时，循环效率近似线性增大；锅炉炉膛进口工质流量比由0.2增加到0.8时，循环效率先增加后减小。

关键词： 超临界二氧化碳循环，循环流化床锅炉，燃煤发电系统，锅炉模块化，效率分析

ABSTRACT

Coal-fired power generation plays a major role in China's power generation mode and the key to efficient coal and clean combustion is improving coal-fired power generation efficiency. Developing a new and efficient coal-fired power generation cycle is one of the important technical ways to improve power generation efficiency. Supercritical Carbon Dioxide power cycle has high cycle efficiency, small size of power generation equipment and low corrosiveness of circulating working metals. What’s more, in recent years, technologies such as alloy manufacturing and heat exchanger design have become more mature, and the feasibility of S-CO₂ cycle in the field of coal-fired power generation has been enhanced, which has broad application prospects.

This paper studies a 600 MW S-CO₂ circulating coal-fired fluidized bed power generation system based on the boiler modular design. The 600 MW S-CO₂ circulating shunt and drag reduction modular power generation system for the heat distribution characteristics of coal-fired circulating fluidized bed boilers was constructed using Aspen Plus software. Meanwhile, this paper analysis the influence of some cycle parameters and boiler parameters on the cycle efficiency in the circulation system. The results show that the cycle efficiency decreases first and then increase when the recompression split ratio, pre-cooler outlet pressure, low-pressure turbine inlet pressure and boiler furnace inlet working fluid flow ratio increase; when the boiler waste heat utilization pumping ratio is increased, the cycle efficiency decreases linearly; when the primary heating outlet temperature and the reheat outlet temperature increase, the cycle efficiency increases approximately linearly; when the boiler furnace inlet working fluid flow ratio increases from 0.2 to 0.8, cycle efficiency increases first and then decreases.

KEY WORDS: supercritical carbon dioxide cycle, circulating fluidized bed boiler, coal-fired power generation system, efficiency analysis

主要符号表

部件简称

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目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅰ

主要符号表 Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1 S-CO₂动力循环基本原理 2

1.2.2 S-CO₂循环在发电领域的研究 5

1.2.3 S-CO₂循环在燃煤发电系领域的研究 6

1.3 本文主要研究内容 7

第二章 基于锅炉分流减阻模块化的S-CO₂循环燃煤发电系统模型搭建 9

2.1 600 MW S-CO2循环燃煤发电系统建模基础 9

2.1.1 模型实现的功能 9

2.1.2 分流减阻策略 9

2.1.3 循环发电系统的布置构思 10

2.1.4 Aspen Plus中模块模拟的选择和搭建 12

2.2 600 MW S-CO₂循环燃煤发电系统模型建立 12

2.3 600 MW S-CO₂循环燃煤发电系统模型运行校验 15

2.4 本章小结 16

第三章 基于锅炉分流减阻模块化的S-CO₂循环燃煤发电系统参数研究 17

3.1 循环计算模型 17

3.2 循环模型验证 18

3.3 参数对循环效率的影响以及分析 18

3.3.1 再压缩分流比 18

3.3.2 预冷器出口压力 19

3.3.3 再热出口温度 20

3.3.4 一次加热出口温度 21

3.3.5 低压透平进口压力 22

3.4 本章小结 22

第四章 锅炉参数对循环效率的影响 24

4.1 引言 24

4.2 锅炉余热利用抽流比 24

4.3 锅炉炉膛进口工质流量比 25

4.4 锅炉模块压降变化 26

4.5 本章小结 27

第五章 本文总结 28

5.1 本文工作总结 28

5.2 后续工作展望 28

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1研究背景

现代社会，能源是支撑一个国家经济高速稳定发展的重要驱动力，家庭、社会以及国家的运转都离不开能源。随着现代经济的快速发展，人们对于能源的需求也日渐增长，因此，能源的发展也成为了制约经济稳定发展的一个重要因素。在未来的很长一段时间内，由于煤炭自身的可靠性、供应的安全性和极具竞争力的发电成本，使得煤炭在世界范围内仍然是最主要的燃料来源，但同时，煤炭的大量燃烧也带来了很多环境问题，SO₂、NO_X、CO₂的大量排放导致了空气的污染和全球气温的上升，为了减少环境污染的同时提高能源的利用率，高效、清洁、经济的能源的开发和使用成为目前不可逆转的趋势。目前关于新能源发展的主要方向有两个：一是对于现有的能源形式，提高能源转化技术水平，增加能源的利用率，进而能够减少有害气体的排放，降低污染物处理的成本；二是对于传统能源形式的革新，研究和开发新型可再生能源技术，逐步分阶段的代替化石能源在发电领域的地位。

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