段元强， 方冬东， 吴 柯， 段伦博

(东南大学 能源与环境学院，能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京 210096)

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, sCO2)动力循环作为一种具有较大效率潜力和广泛应用前景的新型能量转换方式，近年来受到了学术界和工业界的关注。2003年以来，美国能源部资助了一系列有关sCO2动力循环的研究项目[1]，我国在该领域也逐步进行了大量的科研投入[2]。2017年11月，由华北电力大学牵头启动了国家重点研发计划项目“超高参数高效二氧化碳燃煤发电基础理论与关键技术研究”，该项目现已完成1 000 MW级sCO2燃煤发电系统的概念设计，系统设计发电效率可达51%[3]。

sCO2动力循环应用于燃煤发电可分以下2条路线[4]：一是间接加热式，即采用sCO2循环取代常规的蒸汽朗肯循环，利用CO2在临界点附近密度高、循环压缩能耗小的特点，提高系统净效率。在该循环系统中sCO2仅为工质，不参与燃烧化学反应，目前绝大多数的研究也都是基于间接加热式sCO2动力循环系统进行的。二是直接加热式，即采用燃烧室取代间接加热式循环中的热源与换热器，通过燃料在O2/sCO2气氛中的直接燃烧反应实现热功转换。相较于间接加热式，直接加热式循环的系统更为复杂，但其具有更高的效率潜力和固有的CO2捕集能力，不需要额外工艺流程去捕集CO2。

现阶段有关直接加热式sCO2动力循环的实验研究仍以甲烷等气态燃料为主，而针对煤基燃料的直接加热式动力循环系统仍处于概念研究阶段。Allam等[5]将煤气化和直接加热式sCO2循环结合，提出煤气化Allam循环，系统净效率可达51.44%，同时还可实现接近100%的CO2捕集率。……