基于太阳能颗粒集热的超临界CO2流化床换热器模拟研究

陈 博，倪明江，应振镇，岑可法，肖 刚

基于太阳能颗粒集热的超临界CO2流化床换热器模拟研究

陈 博，倪明江，应振镇，岑可法，肖 刚

（浙江大学能源工程学院，浙江 杭州 310027）

基于太阳能颗粒集热的超临界CO2布雷顿循环系统效率高，发展潜力巨大。本文应用更加精确的颗粒侧传热模型，构建了超临界CO2流化床换热器模型，以100 kW换热功率的换热器工况参数为基础，对传热管外径尺寸、管束数量、颗粒粒径和流化气体温度进行优化。结果表明：在满足CO2流动压损为0.01 MPa的条件下，优化后换热器的管束参数为管外径10 mm，壁厚2.9 mm，管束数量97根；选择小粒径颗粒时，临界流化速度较低、流量较小，可以有效降低气体热损失，提高换热器热效率和降低风机能耗，优化管束参数条件下，当颗粒粒径从100 μm增至500 μm时，气体热损失从70.32 W增至1 176.00 W，热效率从99.93%降至98.84%，风机能耗从21.60 W增至405.97 W；流化气体入口温度从570 ℃提高到630 ℃，换热器热效率从98.52%提升至99.64%。

太阳能光热发电；超临界CO2；流化床；换热器；热效率；压力损失；风机能耗

高参数动力循环是降低太阳能光热发电成本的重要途径。目前，太阳能光热电站主要采用导热油、熔融盐和水作为集热工质，其热力学性能直接影响动力循环参数，从而限制电站循环效率[1]。SiO2、Al2O3、SiC等颗粒物作为集热介质，能够稳定工作在1 000 ℃的高温条件下[2]，且成本低廉，开发潜力巨大。随着太阳能集热器设计水平的提升，使得高参数动力循环技术成为可能，超临界二氧化碳（sCO2）布雷顿循环透平入口温度超过700 ℃，压力超过20 MPa，且结构紧凑、体积小、耗水量低，效率高，极具发展潜力。……