付文华，侯少健，刘民凯

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.山西杉大科能自动化科技有限公司，山西 晋中 030610）

0 引言

我国电力供应的60%以上由燃煤电厂提供，而燃煤电厂中煤炭资源的平均利用率只有40%，其余约60%大部分以冷却塔、灰渣物理热损失、排烟热损失及散热损失等形式排入了环境中。将排放的余热加以利用，回馈入电能生产环节，或以电能的形式送入电网，对提高燃煤电厂效率、减少污染物排放、削减一次能源的消耗有重要的意义。

在余热利用领域，以R744(CO2)为工质的热泵技术有很好的应用优势[1]。作为压缩工质，CO2天然、经济、安全、结构稳定，但是在CO2的跨临界循环中，CO2工质由超临界节流到亚临界区域，导致节流损失过大，因此CO2的跨临界循环效率较氟系工质低[2-3]。文献《大型二氧化碳热泵电厂余热供热利用》表述了研究设计高性能的MW级CO2膨胀压缩一体机，以提高循环效率将显得十分必要。

1 CO2膨胀压缩一体机工作原理

CO2具有环保、良好的安全性、压缩比低、在超临界状态下具有优越的流动传热性能等诸多特性，非常适用于热泵系统[4-5]；但对于高压、大压差的CO2压缩机，伴随压缩过程会导致材料和零件变形、摩擦增大，严重时甚至造成部件损伤而无法正常工作，引起工质泄漏；并且，目前的传统系统中直接采用膨胀阀来节流气体冷却器流出的CO2工质，较大的压损会造成能量的大量浪费，使得系统运行能效降低30%。本文设计了双对式CO2热泵压缩膨胀一体机，对30%的膨胀功进行回收，以提高系统能效，使其获得比氟系工质更高的循环效率，如图1所示。……