世界首座零排放电厂：Kimberlina电厂的CO2循环及未来规划

在Yantovsky的论文发表后5年，清洁能源公司（CES）基于火箭发动机技术取得了一个类似循环的专利，在循环中，燃料、氧气和水一起进入燃烧室（Beich-el，1996）。该循环产生了非常高温的包含90％水和10％CO₂的气流，后几级利用更多的水来稀释混合物，从而增加了质量流率并且降低了气流温度。随着透平技术的改进，这些级可以去掉，增加透平入口温度并且电厂效率也会随着技术改进而提高。透平的排气逐级冷却，凝结出的水用于再循环，CO₂压缩后储存。循环需要的氧气由一个未详细说明的空气分离装置提供，可能是深冷法的也可能是基于离子传输膜（ITM）技术的。一个5MW等级的示范电厂在2005年3月开始在加利福尼亚的Kimberlina运行（见图2-5）。目前氧气是由外部生产，但是在当地也规划设置了一个空气分离厂。目前已经成功地试验了10MW等级的燃烧室。Kimberlina电厂是世界上第一座零排放电厂。系统循环如图2-4所示（在wwwcleanenergysystemscom上可以看到更详细的描述）。

图2-4 洁净能量系统循环（Andersonetal．，2002）

图2-5 位于加利福尼亚Kimberlina，由洁净能量系统公司开发带有图2-4中循环的世界上首座5MW零排放动力循环系统在2005年3月投入运行（http：∥wwwcleanenergysystemscom/）

由于采用水，而不是CO₂再循环，循环热力学效率限定到40％。近年来，这个循环已进一步改进。Kimberlina电厂本来希望成为一个示范厂而不是一个商业化运行的电厂，但很快被在挪威的一个商业化的50MW电厂加入了进来。这座新电厂采用改进的循环，从空气分离装置来的氮气用来产生电力。图2-6显示了这个新系统的流程（Marin etal．，2005）。

图2-6 ZENG循环（Marin etal．，2005）

采用氮气带来了不小的收益。高压氮气被燃烧所产烟气加热后能产生额外的功。这个措施就克服了前述不能回收水的潜热的问题，是CES循环发展中真正的改进措施。(www.xing528.com)

表2-1显示了这个名叫“零排放挪威气循环”（ZENG）的一些技术数据。45％的效率并不太高。一些采用CO₂作为工质的循环有更高的预测效率，不过这些循环通常假定了非常高的透平等熵膨胀效率。

CES已经与工业巨头如西门子和通用电气合作，在富氧燃烧CES循环方面获得了极大的进展（Andersonetal．，2008）。目前，中间级透平已被现有的燃气轮机替代。当采用透平入口温度（TIT）为760℃的GE-J79透平时，三个透平的净功率为60MW，循环效率为30％。TIT为927℃时，功率为70MW，效率为34％。他们计划将温度提到1260℃，功率将达到200MW，效率为40％～45％。

表2-1 ZENG循环的技术数据

（续）

注：源自于Marin，O．etal．，2005。