能源的开发利用是中国经济社会健康发展的基本问题之一。我国是能源大国,消费结构以化石能源为主。随着中国经济发展进入新常态,能源发展进入新阶段。传统能源生产结构性产能过剩问题依然突出。清洁能源替代任务艰巨,节能降耗的压力依然较大,能源转型升级任重而道远。一次能源燃料在燃烧过程中转化为大量热量,在反应结束后,不能充分利用的热量转化为余热。开展烟气余热利用的研究,通过充分回收烟气中的余热能量,不仅能提高能源的综合利用效率,而且对提高环保效益和促进节能减排也具有十分重要的意义。超临界CO2循环具有系统简单、设备紧凑、环境友好、高效灵活、适应性强等优势,在锅炉或工业窑炉余热发电方面具有广阔的应用前景。本文针对中高温烟气的余热利用过程构建了超临界CO2循环系统,并对其系统性能进行理论分析,进行优化计算,得出不同烟气初温下的循环参数优化结果以及循环系统的比净功和热效率。其次设计了超临界CO2回热循环,发现加入回热系统后循环比净功提高了 10%以上,循环热效率也提高了 12%以上。其主要原因在于引入回热过程可以有效提高循环的平均吸热温度,降低平均放热温度进而达到提高比净功和热效率的作用。本文研究了运行参数对于超临界CO2循环系统的影响规律,发现压缩机进口压力增大、透平入口温度提高、压缩机等熵效率和透平等熵效率增大、余热烟气初温提高都能提高循环比净功和循环热效率。压缩机入口温度则需取超过临界温度而尽量接近临界点的值,因为在临界点附近CO2密度大,压缩机耗功小,能有效提高系统循环比净功和循环热效率。本文还以某1000 MW实例机组为基础,构建超临界CO2循环技术,节省了机组发电标准煤耗率4.27 g/(kW·h),是传统低温省煤器技术的1.7倍。最后研究了高温烟气余热利用的情况,在AOD炉烟气余热利用过程中集成超临界CO2回热循环系统,输出功率达4276 kW,是常规余热锅炉发电系统的1.9倍。