【摘 要】
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超临界CO_2布雷顿循环具有压缩耗功低、叶轮机械紧凑、循环效率高等优点,受到国内外研究机构的广泛关注。熔融盐储热是S-CO_2布雷顿循环常见的储热形式。受熔融盐分解温度的限制,循环最高温度一般不高于600℃,因此循环热效率难以进一步提高。所以选择与S-CO_2布雷顿循环高效运行工况相匹配的储热系统,并对光-储-电整体系统流程进行设计与优化具有工程实践意义。本文建立了耦合CaCO_3/CaO储热的S
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超临界CO2布雷顿循环具有压缩耗功低、叶轮机械紧凑、循环效率高等优点,受到国内外研究机构的广泛关注。熔融盐储热是S-CO2布雷顿循环常见的储热形式。受熔融盐分解温度的限制,循环最高温度一般不高于600℃,因此循环热效率难以进一步提高。所以选择与S-CO2布雷顿循环高效运行工况相匹配的储热系统,并对光-储-电整体系统流程进行设计与优化具有工程实践意义。本文建立了耦合CaCO3/CaO储热的S-CO2再压缩循环光热发电系统流程,并详细介绍了整体流程的运行方式和关键部件的设计方法与参数。根据太阳能集热场、储热系统和动力循环系统的评价指标对系统关键部件的参数进行了初步设计。利用Aspen Plus建立了10MWe S-CO2再压缩循环模型,并根据NETL数据对模型进行了验证,结果表明模型具有一定的可靠性。通过分析压缩机、加热器、冷却器、分流比等对循环性能的影响,发现当循环最高温度700℃,最低温度35℃,最低压力7.5MPa,压比为2.6时,循环热效率最高,可达55.7%。对纯CO2气氛下CaCO3煅烧反应过程进行了热重实验研究。结果表明在910～950℃时,CaCO3分解反应速率最大,反应活化能为1329.8k J·mol-1。通过机理模型匹配的方法对煅烧过程的反应模型进行分析,结果表明CaCO3分解反应的最概然反应机理模型是2/3级反应模型,微分机理函数为f（α）=2（1-α）32。通过搭建高温高压热化学反应测试平台分析了CaO在不同CO2压力、温度下的转化率和循环特性。结果表明当总压力为0.5～4.0MPa,分压比为30%时,反应转化率为0.499～0.641,当压力大于3.0MPa后转化率随压力变化曲线趋于平缓。随循环次数增加,转化率逐渐下降,烧结现象逐渐明显。分析了整体系统在储热过程和放热过程中的能量变化。结果表明,当DNI为807K/m2时,储热与放热达到平衡,此时系统总效率为17.68%,与熔融盐储热的光热电站相比总效率提高了1.78%。
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