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《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2008年
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正逆耦合循环系统及利用LNG冷能的低CO_2排放动力系统开拓研究

刘猛  
【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CO_2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CO_2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CO_2排放的新型高效动力循环系统,通过将LNG气化单元与采用CO_2工质的动力循环冷凝过程耦合集成,实现了无功耗分离CO_2和CO_2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%,CO_2回收率达到99%,比投资达10755/kW。
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