李博,王顺森,宋立明

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)

近年来,CO2过量排放导致的全球变暖现象日益明显,由此引发的生态问题和环保问题给人类的可持续发展带来严峻挑战[1]。采用化石燃料燃烧发电所导致的碳排放是CO2的重要来源之一。为了实现我国碳达峰和碳中和的规划目标,低碳发电技术将是未来先进发电技术的发展方向和热门领域。富氧燃烧是一种非常具有前景的清洁发电技术[2],其基本原理是用高浓度氧气代替空气作为燃烧反应的氧化剂,既去除了氮气的存在,减少有害气体排放,同时使得燃烧产物中CO2的富集程度大大提升,从而降低碳捕集的功耗。经过几十年的相关研究,科研工作者基于富氧燃烧的原理提出了许多不同形式的发电系统。国际能源署温室气体课题组对几种典型的富氧燃烧系统进行了热力学分析和对比,其结果表明,相比于其他循环结构,Allam循环的热效率和经济性具有明显优势[3]。Allam循环是由NET Power公司的工程师Allam首先提出的,根据理论计算结果,Allam循环可以在完全碳捕集的情况下实现较高的热效率[4]。目前,50 MW级别的Allam循环示范电站已在美国得克萨斯州完成建设并实际运行[5]。

由于Allam循环良好的热力学性能和环保特性,相关领域的研究如火如荼。Scaccabarozzi等人对以天然气为燃料的Allam循环进行了热力学分析和数值优化,揭示了透平进出口参数和回热效率对系统性能的影响[6]。Zhao等对一种Allam循环与煤气化过程相结……