新型CO2 动力循环
CO2跨临界制冷循环原理及新技术
二氧化碳跨临界循环制冷CO 2作为制冷剂的应用历史•CO 2作为最早的制冷剂之一，在19世纪末到20世纪30年代得到了普遍的应用，到1930年，80%的船舶采用CO 2制冷。
•但由于当时采用的CO 2亚临界循环制冷效率低，特别是当环境温度稍高时，CO 2的制冷能力急剧下降，且功耗增大。
•同时，以R12为代表的CFC 或氟氯烃制冷剂的出现，以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率等特点，很快取代了CO 2在安全制冷剂方面的位置。
•近年来，制冷剂对臭氧层的破坏和全球温室效应等环保问题日益突出，而CO 2跨临界制冷循环的提出，CO 2作为制冷剂开始重新得到重视•该循环系统的最大特点就是工质的吸、放热过程分别在亚临界区和超临界区进行。
压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件下进行，换热过程主要是依靠潜热来完成。
但是压缩机的排气压力高于临界压力，工质的冷凝过程与在亚临界状态下完全不同，换热过程依靠显热来完成。
CO作为制冷工质的优缺点2优点•良好的安全性和化学稳定性•具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质•CO2优良的流动和传热特性•CO2制冷循环的压缩比较常规工质制冷循环低缺点•运行压力高•循环效率低带回热器和不带回热器的CO 2跨临界单级循环进行理论分析和实验性能测试2•典型的CO 2跨临界单级循环主要由压缩机、气体冷却器、节流阀和蒸发器组成．图1和图2分别给出了CO 2跨临界单级循环原理图和细图．图l 中：低压气态制冷剂经压缩机被压缩成高压气态制冷剂(过程l 一2)，经气体冷却器进行定压放热(过程2—3)，然后经节流阀进行节流降压(过程3—4)，低压液态制冷剂在蒸发器内进行定压吸热(过程4一1)，最后回到压缩机，从而完成一个循环．2•制冷循环增设回热器，可以减小节流损失、增大制冷量，从而提高系统性能．图3和图4分别给出了带回热器的CO 2跨临界单级循环原理图和细图．两个循环性能对比分析•图5给出了两个循环COP随蒸发温度的变化．随着蒸发温度的增加，两个循环COP均呈增加趋势，蒸发温度越高，系统性能越优；•在整个蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高4．55％左右；•对于理想压缩机循环，系统性能要比实际循环性能高33．3％以上，但这种理想循环是不存在的．•图6给出了两个循环COP 随气体冷却器出口温度的变化．•随着气体冷却器出门温度的增加，两个循环COP均呈下降趋势，温度越高，系统性能越差；•在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高5．23％左右．•两个循环COP 随压缩机排气温度的变化，见图7．•在排气温度变化范围内，相同对比条件下，带回热器CO 2跨临界单级循环系统COP 要高于不带回热器循环，且带回热器单级循环排气温度要稍高些．•无论带回热器还是不带回热器循环，随着压缩机效率提高，系统COP 均变大，压缩机排气温度均有所降低，不带回热器循环降低幅度较大．•由图7还可以看出，两个单级循环都存在一个最优排气温度，使得在此温度下系统COP 最大，带回热器循环对应最优排气温度要高于不带回热器循环最优排气温度．结论•(1)在蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约4．55％；在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约5．23％；相同对比条件下，带回热器CO跨临界单级循环系统COP高于不2带回热器循环的，且带回热器单级循环最优排气温度稍高些．•(2)两种单级循环的制热量、制冷量、制热COP和制冷COP，均随压缩机排气压力增加存在极值；随冷却水流量、冷冻水流量以及冷冻水进口温度增加而增加，随冷却水进口温度增加而下降．•(3)相同测试工况下，带回热器循环系统具有较高的性能．其中，制热量和制冷量分别比不带回热器的单级循环平均高约3．33％和5．35％，制热COP和制冷COP分别提高约11．36％和14．29％．CO2跨临界循环的应用前景与研究进展•1、汽车空调•2、热泵•3、食品冷藏•4、循环系统关键设备的研究进展•1、汽车空调•过去汽车空调中一般使用CFC12作为制冷工质，这使得汽车空调制冷剂的排放量在所有氟利昂的排放中占有相当大的比例。
超临界二氧化碳布雷顿循环
超临界二氧化碳布雷顿循环
超临界二氧化碳布雷顿循环是一种新型的低温二氧化碳发电系统。
它采用了超临界二氧化碳来代替传统的水蒸气发电系统中的水，从而提高了发电系统的效率。
在超临界二氧化碳布雷顿循环中，二氧化碳在超临界状态下被加热。
超临界状态是指二氧化碳被加热至其临界点以上的高温高压状态。
在这种状态下，二氧化碳具有非常高的密度和高度压缩性，因此可以在非常小的管道内流动。
在此循环中，加热器将超临界二氧化碳加热至高温，使其变成高压蒸汽。
接下来，高压蒸汽通过涡轮机驱动发电机，产生电能。
之后，二氧化碳蒸汽被冷却并压缩，然后再次进入加热器，循环往复。
超临界二氧化碳布雷顿循环相比传统的水蒸气发电系统具有明显的优点。
首先，它可以在较低的温度下工作，降低了设备的运营成本。
其次，由于二氧化碳的密度和压缩性很高，因此可以使用较小的管道和设备。
最后，该系统使用的材料具有良好的耐久性，因此可以更长时间地运营。
总之，超临界二氧化碳布雷顿循环是一种具有潜力的新型发电系统，可以提高能源利用效率并降低运营成本。
超临界二氧化碳布雷顿循环的研究进展及应用前景
超临界二氧化碳布雷顿循环的研究进展及应用前景摘要：超临界二氧化碳（S-CO2）应用布雷顿循环能够使系统结构紧凑、效率高具有良好的工程应用前景。
本文首先介绍了超临界二氧化碳工质的特点及布雷顿循环的优势，总结了近年来国内外针对超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其关键部件的研究进展和相应成果，最后对超临界二氧化碳布雷顿循环在能源领域的潜在应用前景进行了说明。
关键词：超临界二氧化碳；布雷顿循环；关键部件引言当二氧化碳达到临界条件时（温度31.1℃，压力7.38MPa），处于超临界状态。
将超临界二氧化碳用于布雷顿循环，具有以下优势：S-CO2工质黏性小，S-CO2布雷顿循环比其他常用的循环在较高的运行温度下具有相对更高的效率优势；S-CO2工质密度大，S-CO2布雷顿循环的系统结构紧凑，循环设备占用空间小；CO2极易获取，设备体积相对较小，且运行时损耗小，保证了设备的使用寿命，使得S-CO2布雷顿循环的成本相对较小。
1 S-CO2布雷顿循环研究进展1.1国外研究美国、日本、韩国、捷克等国家均开展了超临界二氧化碳布雷顿循环的系统设计及实验研究。
美国具有多家研究机构较长时间的研究基础，其在超临界二氧化碳布雷顿循环的研究上处于世界领先地位。
美国桑迪亚国家实验室是最早开展S-CO2布雷顿循环的机构之一，其搭建了发电功率为124KW的简单布雷顿循环系统。
美国桑迪亚国家实验室正致力于研发兆瓦级超临界二氧化碳布雷顿循环，进一步增大循环效率并增强实用性。
美国西南研究院（SWRI）进行了1MW 级的超临界二氧化碳布雷顿循环设计研究，采用天然气燃烧作为热源，完成了实验系统的制造运行。
近年来，美国能源部资助科研项目的投入不断加大、加快，并在2016 年投入巨资建设10 MW试验装置，表明美国整体技术成熟度水平已达到较高级别，距离商业化为期不远。
韩国能源研究所（KIER）自2103年起，先后搭建了两种不同的S-CO2布雷顿循环实验平台，并进行了相关研究。
二氧化碳透平膨胀发电机
二氧化碳透平膨胀发电机二氧化碳透平膨胀发电机是一种利用二氧化碳作为工质的发电设备。
它利用二氧化碳在高温高压下具有很大的膨胀特性，通过透平机械将二氧化碳高温高压膨胀成低温低压，从而驱动发电机发电。
这种发电技术在近年来逐渐成为一种备受关注的新能源发电方式。
下面，我将逐步解释二氧化碳透平膨胀发电机的运行原理和技术细节。
第一步：二氧化碳透平膨胀发电机的工作原理二氧化碳透平膨胀发电机的工作原理基于卡诺循环原理。
卡诺循环是一种理论上最高效的热机循环，通过将工质在高温热源和低温冷源之间循环流动，实现热能转化为机械能的过程。
在二氧化碳透平膨胀发电机中，高温热源通常是燃煤、燃气或核能发电厂的废热或排放的热气体，低温冷源通常是大气。
具体而言，二氧化碳透平膨胀发电机的运行过程如下：1. 高温高压的二氧化碳被加热并注入透平腔，然后通过喷嘴喷射到透平叶轮上。
2. 二氧化碳的膨胀过程驱动透平叶轮转动，产生机械能。
3. 透平叶轮通过联轴器连接到发电机，将机械能转化为电能。
4. 膨胀后的低温低压二氧化碳被排放到大气中。
5. 循环再生加热使得二氧化碳回到高温高压状态，继续驱动透平叶轮运转。
第二步：二氧化碳透平膨胀发电机的优势和应用场景相比传统的燃煤发电和燃气发电，二氧化碳透平膨胀发电机具有以下明显的优势：1. 可再生能源利用：二氧化碳透平膨胀发电机可以利用废弃的高温热源，如燃煤电厂的废热，从而实现对能源的再生利用，减少对传统能源的依赖。
2. 低碳环保：二氧化碳透平膨胀发电机的运行过程中，二氧化碳被循环使用，无需额外的燃料，因此不会产生额外的二氧化碳排放，具有较低的碳排放量。
3. 可调节性强：二氧化碳透平膨胀发电机的发电功率可以根据需求进行调节，适应电网的负荷变化，具有很好的灵活性。
基于以上优势，二氧化碳透平膨胀发电机被广泛应用于以下场景：1. 余热发电：很多工业生产过程中会产生大量的废热，例如钢铁冶炼、化工生产等。
二氧化碳透平膨胀发电机可以将这些废热利用起来，将废热转化为电能，提高能源利用效率。
二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究共3篇
二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究共3篇二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究1随着全球能源需求的不断增加，人类对能源资源的需求日益加剧。
同时，随着二氧化碳排放量的不断增加，全球温室效应日益加剧，环境污染问题已经成为世界面临的重要问题之一。
为解决这些问题，相应的环保措施已经受到了越来越多的关注。
近年来，二氧化碳跨临界循环技术已经成为一种重要的环保节能技术。
作为一种新型的加工和能源转换技术，它已经得到了广泛的研究和应用。
该技术利用二氧化碳工作介质的特殊性质，实现了二氧化碳的高效回收和能量利用。
在二氧化碳跨临界循环过程中，热交换是其中一个重要的环节。
在该过程中，热能的差异通过换热器进行转移，以实现二氧化碳的冷却和加热。
因此，热交换器的设计和性能对二氧化碳跨临界循环的效率和稳定性具有关键作用。
传统的热交换器设计往往难以满足二氧化碳跨临界循环的实际需求，因此需要开发出新的设计思路和设计方法。
在二氧化碳跨临界循环中，膨胀过程也是其中一个重要的环节。
通过使用高效的膨胀器件，可以将工作介质的压力能够转化成动能和有用的功。
因此，膨胀器件的设计和性能也是二氧化碳跨临界循环效率的关键因素。
目前，常见的膨胀器件主要包括节流阀、透平等。
在选择膨胀器件时，需要综合考虑工作介质性质、压力差、流量等多个因素。
总之，二氧化碳跨临界循环技术是一种向低排放、高效率、安全环保的方向发展的能源转换技术。
在该技术的实现过程中，热交换和膨胀是其中两个重要的环节。
通过合理的设计和优化，可以提高二氧化碳跨临界循环的整体效率和稳定性，推动该技术进一步发展和应用总之，二氧化碳跨临界循环技术在能源转换和减排方面具有广泛的应用前景。
在热交换和膨胀等关键环节上，通过新的设计思路和优化方法，可以进一步提高技术的效率和稳定性。
该技术有望成为未来能源领域的重要方向，促进低碳经济和可持续发展二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究2二氧化碳跨临界循环换热与膨胀机理的研究随着能源消费的不断增加，传统能源逐渐减少，环境问题日益严重，绿色能源逐渐成为人们关注的焦点。
超临界二氧化碳循环分析
超临界二氧化碳循环特性作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。
由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式Brayton循环的工质及反应堆的冷却剂。
但氦气循环需较高的循环最高温度（堆芯出口温度）才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。
与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。
同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）。
1. 二氧化碳动力循环（1）简单超临界Brayton循环与理想气体的Brayton循环类似，CO2的简单超临界Brayton循环如图1-1所示,分为以下几个部分:1至2为CO2在压缩机中被压缩至循环最高压力的过程；2至3为CO2在回热器中的吸热过程；3至4为CO2在中间换热器从反应堆堆芯或热源的吸热过程；4至5为CO2在透平中的膨胀做功过程；5至6为CO2回热器中的回热过程；6至1为CO2的预冷过程。
其中，2至3及5至6的回热器的回热过程是Brayton循环的关键。
回热器的存在使得Brayton循环的热量得以最大限度地利用，从而提高了循环的效率。
图1-1简单超临界Brayton循环受堆芯出口温度限制以及CO2工况下比热容变化较大的影响，CO2简单超临界Brayton循环的效率与氦气循环相比并不高。
由于CO2相对氦气较为活泼，高温下可与燃料元件和金属构件发生化学腐蚀，因此，在使用CO2作为冷却剂的气冷堆中存在工程约束条件，即CO2的工作温度不能超过670℃。
超临界co2布雷顿循环动力系统轻量化设计方法及装置
超临界co2布雷顿循环动力系统轻量化设计方法及装置摘要：一、引言1.背景介绍：超临界CO2布雷顿循环动力系统在现代工业中的应用2.轻量化设计的重要性：提高系统效率、降低成本、简化结构二、超临界CO2布雷顿循环动力系统的基本原理1.布雷顿循环概述2.超临界CO2布雷顿循环的优势三、轻量化设计方法及装置1.轻量化设计策略：优化材料选择、简化结构、采用创新设计2.轻量化装置的具体应用：紧凑型设计、高效传热结构、降低流动阻力四、轻量化设计方法的优势及应用前景1.提高系统热效率2.降低设备成本和运行维护费用3.适应不同场景和需求五、结论1.总结轻量化设计方法在超临界CO2布雷顿循环动力系统中的应用成果2.展望未来发展趋势和挑战正文：超临界CO2布雷顿循环动力系统轻量化设计方法及装置随着现代工业的快速发展，能源需求不断增长，高效、环保的能源利用技术成为研究热点。
超临界CO2布雷顿循环动力系统作为一种新型的能源利用技术，具有高效、节能、环保等优点，得到了广泛关注。
然而，传统的超临界CO2布雷顿循环动力系统存在结构复杂、重量较重、成本较高等问题，限制了其在实际应用中的普及。
为了解决这些问题，本文提出了一种轻量化设计方法及装置，旨在提高系统效率、降低成本、简化结构。
一、引言1.背景介绍随着全球能源危机的加剧，各国纷纷加大对高效、环保能源技术的研究力度。
超临界CO2布雷顿循环动力系统作为一种新型的能源利用技术，具有高效、节能、环保等优点，得到了广泛关注。
在这种背景下，研究轻量化设计方法及装置对于提高系统性能、降低成本具有重要意义。
2.轻量化设计的重要性传统的超临界CO2布雷顿循环动力系统存在结构复杂、重量较重、成本较高等问题。
轻量化设计的目的在于优化系统结构，提高材料利用效率，降低成本，简化维护。
实现轻量化设计是提高超临界CO2布雷顿循环动力系统市场竞争力的关键。
二、超临界CO2布雷顿循环动力系统的基本原理1.布雷顿循环概述布雷顿循环是一种热力学循环，主要包括加热、膨胀、冷却和压缩四个过程。
回收再压缩超临界二氧化碳动力循环
回收再压缩超临界二氧化碳动力循环下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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超临界二氧化碳动力循环关键部件研究综述
1 S-CO2 布雷顿循环实验设备研究现状
美国 Echogen 公司研制了世界首套商用 S-CO2 发电 机组 EPS100[5]。 该机组利用 532 ℃烟气作为热源， 发 电效率 24%， 发电功率 8 MW。 Knolls & Bettis 原子能 实验室共同完成了 100 kW 级 S-CO2 动力循环系统整体 试验平台的设计和搭建[6]。 美国 Bethcel 公司采用双轴回 热闭式循环搭建 100 kW 级 S-CO2 布雷顿循环试验系
0 引言
化石能源的大量使用已经对中国造成了严重的环 境污染和生态破坏， 提高能源利用效率、 调整能源结 构已成为当务之急， 也是中国实现能源可持续发展的 必然选择： 加大对太阳能、 核能等新能源的利用， 减 少对化石燃料的使用， 从而减少污染物的排放； 重视 对现有热发电系统的余热回收和利用， 降低系统的热 量损失， 从而提升热发电系统的能源利用效率 。 [1-3] 超 临界二氧化碳 （S-CO2） 布雷顿循环以超临界 CO2 为工 质， 利用布雷顿循环完成能量转化， 其工作温度为 400 ℃～700 ℃， 循环效率为 40%～50%， 被认为是当前最 具有发展前景的能量转换系统之一[4]。 本文结合 S-CO2 布雷顿循环原理及特点， 对 S-CO2 布雷顿循环实验设 备研究现状、 关键部件研究现状以及 S-CO2 布雷顿循 环研究展望三方面进行综述， 期望综述和分析结果能 够为相关领域， 尤其是核电领域 S-CO2 循环系统设计 和设备关键部件选型提供一定的借鉴。
中科院力学所科技成果——超临界CO2发电循环技术
中科院力学所科技成果——超临界CO2发电循环技术技术介绍及特点
水蒸气朗肯循环是应用最普遍的发电循环，但该循环存在两个发展瓶颈，在低温热源领域，其效率非常低，甚至无法正常运行；在高温热源领域，其效率极限约40%，很难进一步提升。
以CO2为循环工质的新型发电循环应用范围非常广泛，用于90℃低温热源时，仍能正常发电运行，用于700℃热源时，即达到50%以上的发电效率。
此外，CO2发电循环系统结构紧凑，在空间、舰船等狭小空间领域具有良好的发展前景，还可应用于太阳能、地热能、工业余热能、甚至核能。
图1CO2发电循环系统
CO2作为一种自然工质，广泛存在于自然界和工业过程中，无毒、阻燃，环境友好，易于提纯，成本低廉，是一种极具发展潜力的循环工质。
应用领域
CO2的低沸点特性决定了它可广泛应用于低品位热能发电领域，包括工业余热、地热能、低温太阳热能等。
在低温热能发电领域，在效率方面远高于以水蒸气为循环介质的朗肯循环，在工质环保特性方面优于有机工质。
CO2热稳定性较强，因此与有机工质相比，仍可应用于高温热能发电领域，如高温太阳热能、生物质能、核能、化石能源等，其发电效率远高于以水蒸气为循环介质的朗肯循环。
综上，CO2发电循环是一个具有普适性的技术，其应用范围非常广泛，可大幅提升能源利用率。
技术成熟度及应用案例
中科院力学所已经建成kW级CO2跨临界发电循环实验样机，最高发电1.7kW。
图2CO2发电系统样机。
超临界二氧化碳循环分析
超临界二氧化碳循环分析部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑超临界二氧化碳动力循环与氦动力循环的比较目前，世界上正在建设和研究的高温气冷堆都是使用He作为工质，这是因为He具有很好的稳定性、化学相容性及热传导性。
但是，He作为工质存在一些不足，例如动力循环需要较高的温度、难于压缩等，给反应堆和换热部件的结构材料、叶轮机械的设计带来很多困难。
出于降低反应堆结构材料要求、减少技术难度、提高反应堆的安全性与经济性等各方面的考虑，有学者进行了选取CO2作为循环工质的研究。
CO2虽然在稳定性、热传导性方面比He稍差，但CO2具有合适的临界参数，不需要很高的循环温度就可以达到满意的效率，且具有压缩性好、储量丰富等优点。
采用CO2作为循环工质可以降低循环温度和压缩功，从而提高反应堆的安全性，同时降低反应堆造价。
超临界CO2的闭式布雷顿循环被推荐在铅冷快堆及钠冷快堆中使用。
1.二氧化碳布雷顿循环分析<1）二氧化碳布雷顿循环CO2与He在动力循环中最大的不同点就是气体性质随压力、温度的变化差别很大<表1-1）。
高压<7.5 MPa）环境中，CO2的导热系数λ、定压比热容cp和压缩因子z均与低压<0.1 MPa）下的参数有很大差异；在循环工况下，He循环可以视为理想气体循环，除密度外，其余参数变化不大。
动力循环的工况，CO2的工作参数在其临界点<7.377 MPa，31℃）附近；因此，CO2动力循环除与He循环有相同的决定因素外，还取决于动力循环的不同实际工况，即超临界压力、跨临界压力及亚临界压力3种循环工况<图1-1）。
超临界循环：循环压力及温度均在临界参数以上；跨临界循环：循环高压侧压力高于临界压力，低压侧压力低于临界压力；亚临界压力循环：循环压力均低于临界压力，工作于气相区。
b5E2RGbCAP表1-1 CO2和He热物性比较<35℃）工质P/MPaρ/kg·m-3λ/W·(m·K>-1CP/kJ·(kg·K>-1zCO27.5277.60.03532 5.93060.4630.1 1.950.014970.8280.879 He7.511.320.1604 5.198 1.0330.10.1560.1571 5.1980.999 <2）CO2简单循环与He循环的对比分析以英国改进型气冷堆<AGR）为例。
超临界二氧化碳布雷顿循环研究综述
收稿日期：2018-12-18 基金项目：中核集团自主研发项目 （2017-568） 第一作者简介：冯 岩，1988年生，男，河南民权人，2012年毕业 于北京理工大学机械制造及其自动化专业，工程师。
相比，S-CO2 循环具有如下特点：a) S-CO2 工质的特点。 当 CO2 的 压 力 达 到 7.377 MPa， 温 度 达 到 304.128 K 时，变为超临界状态，其临界温度和压力远低于水的临 界点 （22.064 MPa，647.096 K），易于达到；S-CO2 具
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2019 年第 2 期
2019 年 2 月
有液体特性，密度大、传热效率高、做功能力强， S-CO2 兼具气体特性，黏度小、流动性强、系统循环损 耗小 ，S-CO2 工质 在循环 中无 相 变 。S-CO2 还 具有 无 毒、不可燃、良好的化学稳定性、环境友好、成本低 廉等特征[4]；b) S-CO2 布雷顿循环效率高。当 S-CO2 温 度达到 550 ℃时，S-CO2 发电系统的热效率可达 45%。 随着温度升高接近 750 ℃时，其系统热效率可达 50%， 该参数比同等条件下氦气循环发电系统效率高；c) 设 备体积小、质量轻。在 S-CO2 布雷顿循环中，CO2 始终 处于超临界状态，密度大，动能大，不发生相变，所 需涡轮级数少，涡轮机轴向尺寸小，冷却器、管路附 件等尺寸相应减小[5]。
4
5 3
2
6
1
熵s/(J·mol-1·K-1)
a) 热力循环T-S图
压缩机 1
5 涡轮机
发电机 2
4
预
冷
热
器
回热器
源3
6 b) 循环简单结构图
超临界co2布雷顿循环原理
超临界co2布雷顿循环原理超临界CO2布雷顿循环是一种新型的能源发电循环，通过对CO2进行高温高压处理，实现热能的高效转换和利用。
它不仅具有显著的环境优势，还具备较高的发电效率和灵活性，被广泛看好作为未来能源领域的重要突破。
超临界CO2布雷顿循环的原理主要基于布雷顿循环和超临界流体技术。
布雷顿循环是一种常规的热力发电循环，利用燃烧燃料产生高温高压的蒸汽，驱动涡轮发电机转动，然后通过冷凝器将蒸汽冷却成液态水，继续回流供给锅炉燃烧产生蒸汽。
而超临界流体则是指在临界点以上的温度和压力下，物质同时具有液态和气态的性质，其介质常为CO2。
在超临界CO2布雷顿循环中，CO2被压缩成超临界条件下的流体，然后经过燃烧产生高温高压的CO2流体，驱动涡轮发电机转动，产生电能。
与传统的布雷顿循环相比，超临界CO2布雷顿循环的关键在于采用CO2代替水蒸汽作为工作流体，从而避免了水蒸汽在高温高压条件下的热传导损失，提高了发电效率。
超临界CO2布雷顿循环具有多重优势。
首先，CO2是一种可再生的环保介质，其使用对环境影响较小，可以减少二氧化碳等温室气体的排放。
其次，由于CO2的超临界条件下的物性特点，使得变压器的尺寸相对较小，节省了大量的空间和成本。
同时，超临界CO2布雷顿循环的热效率相对较高，可以达到45%以上，远高于传统布雷顿循环的30%左右。
此外，超临界CO2布雷顿循环还可以根据实际情况进行调整和优化，适应不同燃料的燃烧特性，提高了系统的灵活性和适应性。
然而，超临界CO2布雷顿循环也面临一些挑战。
首先，超临界CO2的高温高压条件对材料和设备的要求较高，需要寻找和开发适合的材料和设备。
其次，由于超临界CO2的密度较低，涡轮机等关键设备的设计和运行需克服部分润滑和密封问题。
最后，超临界CO2布雷顿循环的技术和经济可行性仍需进一步验证和实践，需要进行大规模的工程试验和示范项目。
综上所述，超临界CO2布雷顿循环作为一种具备环境友好、高效能和灵活性的新型能源发电循环，具有广阔的应用前景。
co2布雷顿循环
co2布雷顿循环CO2布雷顿循环是一种利用二氧化碳（CO2）作为工质的热力循环系统。
它是由美国麻省理工学院的布雷顿研究小组提出的一种新型循环方式，旨在提高能源利用效率和减少对环境的污染。
CO2布雷顿循环的基本原理是将二氧化碳作为工质，通过压缩、加热、膨胀和冷却等过程来实现能量转换。
与传统的蒸汽循环相比，CO2布雷顿循环更加高效，因为它利用了CO2的独特性质：在较低的温度下就可以发生相变，从气体状态转变为液体状态，从而实现更高效的能量转换。
CO2布雷顿循环的工作原理可以简单概括为以下四个步骤：压缩、加热、膨胀和冷却。
首先是压缩阶段。
在这个阶段，CO2被压缩成高压气体，然后输送到加热器中。
压缩的目的是提高CO2的压力和温度，以便更好地利用其特性。
接下来是加热阶段。
在加热器中，高压CO2与燃料燃烧产生的高温烟气进行热交换，CO2吸收了热量并升温。
这个过程使CO2从气体状态转变为超临界流体状态，能够更高效地转换能量。
然后是膨胀阶段。
在这个阶段，高温高压的CO2通过膨胀机膨胀，从而产生动力并推动发电机发电。
膨胀的CO2释放出其内部储存的能量，从而实现能量转换。
最后是冷却阶段。
膨胀后的CO2进入冷凝器，与冷却介质进行热交换，从而冷却下来并恢复为液体状态。
冷却后的CO2被送回压缩机，重新开始下一个循环。
CO2布雷顿循环相比传统蒸汽循环具有许多优点。
首先，CO2的临界温度和临界压力较低，使得循环过程能够在较低的温度下进行，从而减少了能量损失。
其次，CO2的物理性质使得循环更加稳定，不易受到外界条件的影响。
此外，CO2布雷顿循环还可以利用低品位热能，如废热、太阳能等，提高能源利用效率。
然而，CO2布雷顿循环也存在一些挑战和问题。
首先，CO2的高压和高温需要更强的材料来承受，增加了系统的成本和复杂度。
其次，CO2的致密性较大，需要更大的设备来容纳，增加了系统的体积和重量。
此外，CO2的环境影响也需要进一步研究和评估，以确保其在实际应用中的可行性和可持续性。
二氧化碳发动机原理
二氧化碳发动机原理
二氧化碳发动机是一种使用二氧化碳作为燃料的发动机。
其工作原理是将二氧化碳与氧气反应，产生能量并释放出水蒸气和热量。
具体来说，二氧化碳发动机通常采用固体氧化物燃料电池技术。
该技术利用高温下的化学反应将二氧化碳和氧气转化为电能。
在燃料电池中，二氧化碳和氧气分别通过阳极和阴极进入电池，并在高温下发生反应，产生电子和离子。
这些电子和离子在电解质的帮助下流动到另一侧的电极上，从而产生了电流。
同时，反应还会产生水蒸气和热量。
与传统的内燃机相比，二氧化碳发动机具有很多优点。
首先，它可以使用多种类型的燃料，包括天然气、石油焦等，而这些燃料都是可再生能源。
其次，由于二氧化碳发动机不会产生有害气体排放，因此对环境的影响较小。
此外，二氧化碳发动机还可以实现高效率的能量转换，从而提高了燃油利用率和经济性。
二氧化碳发动机是一种环保、高效、多用途的新型发动机技术。
随着人们对环境保护意识的不断提高和技术的不断进步，相信这种技术将会在未来得到更广泛的应用和发展。
超临界二氧化碳循环分析3
超临界二氧化碳动力循环1.超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机（1）美国桑迪亚国家实验室研发超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机美国桑迪亚国家实验室研究人员研发出一种新的超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机，目前正在进行发电系统的示范阶段。
这种新轮机可将热电转换效率提高多达50%，为核电站配备的蒸汽轮机可改善50%，或者一个单独的燃气轮机效率可提高40%。
该系统十分紧凑，意味着资金成本会相对较低。
研究主要集中在超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环轮机，这种轮机通常是用于大型热力和核能发电方面，包括下一代动力反应堆。
目标是最终取代蒸汽驱动的兰金循环轮机（效率较低，高温条件存在腐蚀性，同时由于需要非常大的轮机和冷凝器来处理多余的蒸汽，占用空间是30倍）。
布雷顿循环每个组合可以产出20 MW的电力，占用空间只有四个立方米。
桑迪亚国家实验室目前有两个超临界二氧化碳测试循环。
第一个发电循环位于科罗拉多州Arvada，从2010年3月开始运行，发展阶段的发电量大约为240 kW，现在正在进行升级。
第二个循环位于Albuquerque桑迪亚国家实验室，用于研究临界点附近存在的包括压缩、轴承、密封、摩擦等问题。
桑迪亚国家实验室近期计划继续开发和运行小的测试循环以确定关键功能和技术。
测试结果将说明概念容量（尤其是它的紧凑性）、效率和更大系统的可扩展性。
未来计划是进行技术的商业化，先在10 MW的工业示范电厂开展。
桑迪亚还有一种采用氦作为工作流体的布雷顿循环，设计运行温度约为925℃，预计发电效率达43%-46%。
相比之下，超临界二氧化碳布雷顿循环作为氦布雷顿系统提供了同样的效率，但温度相对较低（250-300℃）。
S-CO2设备比氦气循环紧凑（它又比传统蒸汽循环紧凑小巧）。
（2）东芝开发超临界二氧化碳循环火力发电系统东芝公司日前针对正在开发的超临界二氧化碳循环火力发电系统，在达到目标压力的状态下，成功完成了燃气轮机燃烧器的燃烧试验。
新型超临界二氧化碳动力循环发电系统及控制策略
新型超临界二氧化碳动力循环发电系统及控制策略摘要：近年来，超临界二氧化碳作为一种高效无污染的清洁运行工质一起了众多学者的关注，超临界二氧化碳布雷顿循环则成为了一种具有极大潜力的替代能源转换系统。
由于超临界二氧化碳具有一系列优势，使其在核反应堆、燃煤联合循环、太阳能等方面具有广泛的应用前景。
为了不断提高超临界二氧化布雷顿循环的性能，本文提出了一种新型的超临界二氧化碳的动力循环发电系统，并对其控制策略进行了比较分析。
关键词：超临界二氧化碳；布雷顿循环；控制策略1.超临界二氧化碳布雷顿循环研究现状超临界二样化碳布雷顿循环由Feher于1967年首次提出，整个循环中，二氧化碳的运行温度和压力均在临界温度和严厉（7.39Mpa, 31.1°C）之上。
Angelion 在2004年对超临界二氧化碳普通布雷顿循环系统的理论性能做了总结，分析了整个循环的设计点性能。
此后，Dostal在技术分析上提出了再压缩超临界二氧化碳循环，相比于简单的回热循环，再压缩循环能够提供更高的热利用效率，降低高压与低压CO2之间存在的热容差，降低“夹点”的影响。
后来，学者们相继提出了预压缩模型和部分冷却模型，均是为了改善换热器冷热流热用不同的问题，从而提高热效率。
美国研究S-CO2布雷顿循环最早，目前在科罗拉多州和桑迪亚国家实验室更有一套循环装置，大力推进S-CO2发电的商用化，日本正开发一套高温高压无污染的S-CO2循环机组，现阶段已完成燃气轮机的燃烧试验。
韩国、捷克等国家均开展了S-CO2布雷顿循环的设计及试验研究，但仍处于理论研究和试验的起步阶段。
我国对S-CO2布雷循环的研究不多，近年也相继开展对S-CO2作为工质进行发电的研究工作。
2.新型S-CO2动力循环发电系统图一给出了新型S-CO2动力循环发电系统流程图。
新型S-CO2动力循环发电系统是在再压缩S-CO2布雷顿循环的基础上引入另一个热交换器和涡轮机，S-CO2在换热器1中被加热后进入高压透平做功，随后S-CO2工质不是直接进入回热器，而是再次进入换热器2进行二次加热，通过低压透平做功后进入回热器。
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图 1. 槽式超临界二氧化碳循环光热发电示意图
本课题组主要研究的新型 CO2 动力循环领域主要包括：超临界 CO2 朗肯循环（CO2 跨 临界动力循环）、超临界 CO2 布雷顿循环、以及带有外部供氧的 CO2 零排放联合循环等，其 详细介绍如下：
（1） 超临界 CO2 朗肯循环：吸热在超临界压力下，而冷凝在亚临界压力下的 CO2 动力循环。适用于中低品位余热利用、太阳5
3.0
S/kJ.(kg.K)-1
图 3. 超临界 CO2 布雷顿循环
图 4. Allam 循环
P =20MPa 4
400
P =30MPa
4
4
P =40MPa 4
300
T/℃
15 253540
200 100
2
3
5
6 5MPa
1
0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
S/kJ.(kg.K)-1
图 2. 超临界 CO2 朗肯循环
400
4
300
5
T/℃
10MP2a0MPa
200 3
100
6
2
1
0
1.0
1.5
100~500℃。
（2）
超临界 CO2 布雷顿循环：吸热和冷凝都在超临界压力下的 CO2 动力循环。适用 于中高品位的热源、核能发电、太阳能光热发电、以及 CO2 循环火力发电。温 度范围：400~900℃。
（3） 带有外部供氧的 CO2 零排放联合循环：主要包括 Allam 循环，ZEITMOP 循环 等。
超临界 CO2 的布雷顿循环可以用于适合于太阳能光热发电和新一代高温气冷堆核电 站，其大于 50%的热电转换效率对太阳能热发电和新一代高温气冷堆核电行业极具吸引力。 超临界 CO2 朗肯循环可以用于低温余热利用，它的工质无毒无害，是有机朗肯循环无法比 拟的，而其体积小效率高的优势，又有取代传统蒸汽轮机的趋势。因此，发展超临界 CO2 动 力循环对节能减排和新能源产业具有颠覆性的意义。整体来看，新型 CO2 动力循环发电系 统的研发在全球范围内目前仍是一个新课题，但其优良的特性和对发电技术可能带来的颠覆 已经受到了越来越广泛的认知，其技术研发和商业化应用进程的速度也正在逐步加快，市场 前景十分广阔。
新型 CO2 动力循环
当前我国的环境急剧恶化，究其原因，一次能源中煤炭的比例过大是最重要的因素，因 此，能源结构调整迫在眉睫，加大天然气、核能和新能源的比例是解决问题的关键。与此同 时，大量的低温余热可以回收利用。CO2 的临界点温度为 31.1℃，压力为 7.38 MPa，将 CO2 加压加温到这个临界点压力和温度之上就能得到超临界二氧化碳(超临界 CO2)。在接近临界 点时，超临界 CO2 具有接近液态的密度和比热容，但其粘性接近于气态。如果将其用来做 动力循环的工质，如朗肯循环和布雷顿循环，它能够在很小的体积内传递很大的能量，例如 同样 300MW 的额定发电功率，以超临界 CO2 为工质的膨胀机的体积是以水蒸汽为工质的 蒸汽轮机的 1/100。由于超临界 CO2 在传递能量方面的优异性质，将它用在动力循环中能 够显著提高循环效率。