《核能閉式Brayton/ORC聯合循環的熱力學研究》是依託重慶大學，由高虹擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：核能閉式Brayton/ORC聯合循環的熱力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高虹
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高溫氣冷堆是一種具有固有安全性的堆型，合理的熱力循環是保證其實現高效率的前提。本項目以高溫氣冷堆閉式Brayton循環中預冷器和間冷器中排放的低溫餘熱為研究對象，以熱力學第一、第二定律為基礎，構建用於回收核能閉式Brayton循環低溫餘熱的新型熱力學循環，以研究高溫氣冷堆電廠排放餘熱的深度利用。研究內容包括：通過構建核能閉式Brayton/ORC聯合循環，拓展各種先進熱力學循環在核能熱力循環中的套用；根據工質的篩選原則，推薦適用於聯合循環的有機工質，並探索適用於聯合循環混合工質；通過合理調控熱力學不可逆性在系統部件間的分布，為實現經濟運行和節能降耗奠定理論基礎，並建立了綜合考慮餘熱利用效率、投資成本等多準則的系統最佳化目標，拓展熱經濟性的套用；通過搭建ORC利用餘熱的實驗測試裝置，驗證利用ORC回收餘熱的可能性。本項目對於提高核電廠效率並節約核燃料的消耗，減少熱污染，具有非常重要的工程意義。
結題摘要
發展核電不僅可以最佳化能源結構，而且可以減少化石能源大量消費帶來的環境污染。高溫氣冷堆是一種具有固有安全性的堆型，但在高溫氣冷堆核電廠中預冷器中有大量低溫（＜150℃）餘熱可回收利用，本項目將ORC或Goswami循環與閉式Brayton循環組成聯合循環，可以提高電廠效率並節約核燃料的消耗。本項目首先以高溫氣冷堆閉式Brayton循環中預冷器處排放的低溫餘熱為研究對象，構建Brayton/ORC聯合循環，聯合循環淨輸出功和熱效率相對閉式Brayton循環都有不同程度的提高，最佳化工況下，Brayton/ORC聯合循環的最高熱效率52.14%，相對於閉式Brayton循環提高3.4%。由於超臨界有機朗肯循環減少了系統的不可逆性，因此會有較高的效率，本項目在研究了超臨界ORC的基礎上，在超臨界ORC中引入了引射器，證實了引入引射器可以降低超臨界ORC系統的泵功，提高系統的效率，而且可以降低系統的不可逆性。其次，本項目編寫了氨水混合物的熱物性計算程式包，該程式包可計算液相、氣相及氣液兩相氨水混合物的熱物性，且精確度較高。接下來，在相同熱源背景和外界溫度條件下，對Kalina循環及Goswami循環進行了對比分析，從熱力學性能、經濟性能兩個角度出發分析了兩個循環的差異，並進行了參數分析和多目標最佳化。參數分析結果表明：相同熱源背景條件及環境條件下，Kalina循環系統輸出功率高於Goswami循環，但是系統熱效率Goswami循環明顯要高於Kalina循環；Kalina循環的系統LEC和系統投資回收周期低於 Goswami循環；如果熱源溫度高於380K，選用Kalina循環更為合適，但如果電廠中有冷量需求，且熱源溫度低於380K，則可以考慮使用Goswami循環。最後，本項目構建了核能閉式Brayton/Goswami聯合循環，並從熱力學性能、經濟性能的角度對聯合循環進行了參數分析、單目標最佳化及多目標最佳化。以系統最大淨輸出功率為單目標進行最佳化，獲得的系統最大輸出功率為284.39MW，比閉式Brayton循環提升了2.70%；以系統最大熱效率為單目標進行最佳化，獲得的系統最大熱效率為47.91%，比閉式Brayton循環提高了2.81%。閉式Brayton/Goswami聯合循環的LEC比閉式Brayton循環降低0.71%，投資回收年限比閉式Brayton循環降低0.3%。
