ZEITMOP联合循环下CO2输送压力对效率的影响及讨论

当CO₂输送压力为210bar，在不同的燃烧温度和压力下，联合的ZEITMOP循环的效率如图6-6所示。燃烧温度引起效率的变化要比燃烧压力引起效率的变化大。对所有燃烧的压力下效率都随着温度上升。在相对较低的燃烧压力（3～10bar）下，效率随温度平稳上升。在40bar的压力下，有不同形状的曲线，在较低温度时效率急剧增加，在较高温度时坡度较缓。

在中间的燃烧压力（15～30bar），在效率和温度曲线中有两个不同的区域。在较低温度下，曲线类似于高压曲线，而在较高温度下，曲线类似于低压曲线。通过对个别流管的温度进行分析，可以发现，这与多管流热交换器有关，MHE2如图6-10所示。热量从贫氧空气流Air-6和传热燃烧产物流E-PR3传到CO₂循环流G-CO2-7。在较低的燃烧温度（15bar时1000℃以下，20bar时1100℃，30bars时1300℃）下，在MHE2入口处E-PR3比Air-6温度高；而在较高的燃烧温度下，Air-6比E-PR3温度高。由于CO₂流的温度取决于两个进料流的热，CO₂透平功率输出直接受这种变化影响。

曲线斜度变化的第二个原因是，燃烧温度直接影响系统中CO₂循环量，因为CO₂对燃烧室来说是作为一个冷却剂的。在曲线陡峭的部分，较低的温度和压力情况下，这种差异更加明显。因此，这些都直接影响CO₂透平所产生的功率和循环效率（见图6-11）。

图6-10 联合的ZEITMOP中使用的OTM简化模型（Foyetal．，2007）

在1150℃以上的温度，发现最高的效率处在燃烧压力为3～5bar的区域。

图6-11 当CO₂的输送压力为210bar时联合的ZEITMOP的效率（Foyetal．，2007）

在燃烧压力为15bar、不同燃烧温度和CO₂输送压力情况下，ZEITMOP-com-bined循环的效率如图6-12所示。

当CO₂输送压力下降时，效率上升。这是因为压缩的CO₂所需的功变小。

在碳捕获和储存的情况下，CO₂将被封存，并在封存地点会需要一个特定的压力。如果循环提供的液态CO₂的压力低于这个压力，就需要被压缩了。

由Foy和McGovern（2006）提出的计算显示这是不值得的。它显示当循环运行在最小的CO₂输送压力时，循环效率最优，这适用于已经选定的CO₂封存情况。为了增强天然气回收将CO₂压缩到190bar的压缩机是可以获得的。因此，所需的CO₂输送压力很可能会在180～210bar之间，取决于一个特定气井或其他封存选择。

先前分析的带一个额外的热交换器的独立的ZEITMOP循环的效率和联合的ZEITMOP循环的比较如图6-13所示。在1200℃以上的高温，联合的ZEITMOP循环比独立的ZEITMOP循环更高效。低于这个温度时，两个循环的效率要低得多。(www.xing528.com)

图6-12 当燃烧压力为15bar时联合的ZEITMOP循环的效率（Foyetal．，2007）

图6-13 联合的ZEITMOP和独立的ZEITMOP循环的效率（Foyetal．，2007）

Graz小组（Jericha et al．，2004）已经开发了用于透平的设计，该透平可以在1300℃、CO₂占77％、H₂O占23％的情况下运行，因此建一个燃烧温度低于1200℃的ZEITMOP电厂似乎不太可能。在这种情况下，必须开发出能承受更高燃烧温度的OTM材料。

如果得不到这些材料，将OTM装置与燃烧室分开，应该维持较高的燃烧温度，结果表明：

1）在1200℃以上的温度下，联合的ZEITMOP的效率比独立的ZEITMOP-sepa-rate的效率高。这种改进随着燃烧温度升高而增加，从在1200℃不到1％至在1500℃时的5％～8％。

2）在燃烧温度处于1200℃以上时，OTM装置和燃烧室的联合是值得的。

3）如果没有可承受1200℃以上的燃烧温度的OTM材料，将允许在ZEITMOP循环中使用独立的燃烧室和OTM装置，从而实现较高的燃烧温度、更高的效率。

4）将燃烧气流与CO₂和空气流进行热交换可提高效率，这已被证实。

5）ZEITMOP-combined循环的最佳条件是：燃烧温度尽可能地高，燃烧压力为3～5bar，为了最终的应用，CO₂输送压力应尽可能地低。