冯雪佳,王顺森

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)

近年来,碳捕集技术[1-2]因能大幅降低CO2排放被看作为重要的节能减排措施之一[3-5],然而碳捕集模块的加入会增加发电系统的能耗,降低电站的供电效率。燃烧前捕集主要应用于整体煤气化联合循环(IGCC)技术,该技术会导致IGCC电站供电效率降低7%～11%[6-7]。燃烧后捕集理论上适用于所有的燃煤机组[8],该技术会导致燃煤机组供电效率降低8%～13%[9-12]。解决这一问题的有效方法是降低碳捕集的能耗或者尽可能地提高电站整体供电效率。

富氧燃烧技术[13]可以减少碳捕集的能耗,但由于空分装置能耗大,导致供电效率下降接近10%[14]。目前超临界CO2循环因具有高效的供电效率受到广泛的关注[15-16],已有研究表明,在相同的条件下,超临界CO2循环发电效率比水蒸气朗肯循环的发电效率高。Park等学者研究了一种超临界CO2循环耦合传统燃煤锅炉的发电系统,与现有的水蒸气朗肯循环对比,发现其供电效率可以提高6.2%～7.4%[17]。Allam等开发了一种新型的超临界CO2循环,称作Allam循环,燃料在燃烧室内进行富氧燃烧,产生的烟气进入透平膨胀作功,发电效率可以高达52%[18]。

超临界CO2循环耦合常规燃煤锅炉发电系统的优越性已被广泛地验证,可是少有文献对超临界CO2循环耦合煤富氧燃烧的复合系统进行相关研究,实际上这种复合系统的性能是很受期待的。煤的富氧燃烧有助于减少碳捕集的能耗,而超临界CO2循环可以提高整个循环发电效率。在富氧燃烧系统中,空分装置存在较大的能耗,降低空分能耗或者回收空分装置中的能量是非常必要的。……