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工业应用中的新型动力循环 张向阳，马素霞，崔志刚 （太原理工大学热能与动力工程） 摘要：燃气轮机用于电力工业始于20世纪50年代，随着燃气轮机单机功率和热效率的大幅度提高，燃气—蒸汽联合循环技术日趋成熟，燃气轮机及联合循环有望成为21世纪新型发电技术乃至洁净煤发电技术的支柱，广泛应用于工业生产中。 关键词：HAT循环；卡琳娜循环；IGCC发电——甲醇联产；IGCC合成气；CO2分离与捕集 1 引言 近年来，微型湿空气透平循环系统在我国得到快速发展，其用于分布式供能的前景广阔；IGCC——甲醇联产系统，一步法合成气经甲醇制汽油和化工一IGCC联产技术，IGCC合成气中分离CO2在工业中得到了较为广泛的研究和应用。 2 卡琳娜循环在火电厂节能降耗中的应用研究 2.1卡琳娜循环 为了提高能源的利用率、减少热力经济类损失，改用低沸点工质是利用低温热源的有效途径。我国在低温热能利用方面，经历了长期的开发，实践了补燃、闪蒸、双压、三压等余热发电的应用技术，以及开发特殊工质等。卡琳娜( Kalina) 循环以水、氨为非共沸混合液作为工质，适用于低温热源的高效热力循环系统， 它是一种新型节能技术。卡琳娜循环工艺流程图如图1所示。 图1卡琳娜循环工艺流程图 图1中，约140 ℃的烟气进入卡琳娜循环系统的蒸发器( HE-3) ，将热量传递给循环工质——氨水混合物，氨水的汽水混合物进入分离器进行汽液分离; 分离出来的饱和氨蒸汽进入氨气汽轮机膨胀作功，驱动发电机发电; 分离出来的稀氨水进入回热器( HE-2) ，加热部分氨水混合物回收热量。氨蒸汽作功后的乏汽以及来自分离器的稀氨水进入冷凝器( HE-1) ，经冷却水冷却凝结成氨水，再经过氨水泵送到蒸发器( HE-3) 和回热器( HE-2) 的冷端进口，在蒸发器( HE-3) 和回热器( HE-2) 中分别吸收烟气和分离器分离下来的稀氨水的热量。 如此循环 方式即称为卡琳娜循环［5］。我国在低温能源的利用方面已取得了长足的进步。上海盛合新能源公司成功地将上海世博会展厅利用屋顶100 m2 的集热屏收集的太阳能转化为90 ℃的温水进行发电; 并启动了水泥、浮法玻璃、地下温泉和钢铁厂等余热发电的卡琳娜循环发电项目，可将用常规方法无法利用的100 ℃左右的热量转化为电能，为低碳经济作出贡献。 2.2.2 卡琳娜循环的应用 结构损失是指工质水沸腾和工质蒸汽冷凝工况处在等温状态下，因为工质不可能同热源的降温以及工质的升温曲线平行而造成作功的差值。根据火电朗肯循环过程中的结构损失，提出了两种火电厂应用卡琳娜循环降低发电能耗的途径: 一种是深度利用锅炉排烟余热; 另一种是回收部分汽轮机排汽凝结热。为了深度利用锅炉排烟余热，将典型的600 MW超临界机组锅炉尾部烟气工况作为研究对象，评估该条件下卡琳娜循环的节能效果。600 MW 超临界机组锅炉尾部连接烟气脱硫装置，140 ℃烟气经过气气热交换器( GGH) 冷却后进入脱硫塔进行脱硫处理，净化后的烟气再经过GGH 加热到80 ℃，然后经烟囱排放出去。由于国IGCC技术 3.1 清洁煤发电的CCS和IGCC联产技术 3.1．1 IGCC系统及构成 IGCC发电技术是指将煤炭、生物质、石油焦、重渣油等多种含碳燃料进行气化，并将得到的合成气净化后用于燃气一蒸汽联合循环的发电技术，图2为典型的IGCC原理示意图。整体煤气化联合循环系统(IGCC)主要由两部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气一蒸汽联合 图2 典型的IGCC原理 循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、煤气净化设备、空分装置。第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。系统流程为：使煤在气化炉中气化成为中热值煤气或低热值煤气，然后经过处理，把粗煤气中的灰分、含硫化合物等有害物质除净，供到燃气一蒸汽联合循环中去燃烧做功，借以达到以煤代油(或天然气) 的目的。从系统构成及设备制造的角度来看， 这种系统继承和发展了当前热力发电系统几乎所有技术。将空气分离技术、煤的气化技术、煤气净化技术、燃气轮机联合循环技术以及系统的整体化技术有机集 成，综合利用了煤的气化和净化技术，较好地实现了煤化学能的梯级利用，使其成为高效和环保的发电技术，被公认为是世界上最清洁的燃煤发电技术，从根本上解决了我国现有燃煤电站效率低下和污染严重的主要问题。 3.1.2 CCS技术 目前，全球最公认的降低二氧化碳排放方法是CCS(碳捕捉及封存技术)。二氧化碳捕获和封存(CCS)是指把二氧化碳从工业或相关能源的源分离出来，输送到一个封存地点，并且长期与大气隔绝的一个过程。科学家认为“碳捕捉与封存”技术有助于减少温室气体排放和控制全球变暖，有广泛的应用前景。通过“碳捕捉与封存”技术可将液化CO：“填埋”到地下深