CN105888755A - 一种复合工质火力发电系统及工作方法 - Google Patents

一种复合工质火力发电系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合工质火力发电系统及其工作方法，所述发电系统采用水和二氧化碳两种工质，发电循环采用水蒸汽动力循环和超临界二氧化碳动力循环两种循环；在锅炉烟气温度高于900℃的高温烟气区域布置水蒸汽动力循环受热面，烟气温度在300℃至900℃的中温烟气区耦合布置水蒸汽动力循环受热面和超临界二氧化碳动力循环受热面，超临界二氧化碳动力循环冷端换热器热量用于加热水蒸汽动力循环工质和锅炉送风，在低温烟气区布置锅炉送风空气预热器和水蒸汽动力循环工质加热器；本发明能够大幅度降低锅炉中温烟气段不可逆损失，提高综合发电效率。

Description

一种复合工质火力发电系统及工作方法
技术领域
本发明涉及火力发电能耗降低技术领域，具体涉及一种复合工质火力发电系统及工作方法。
背景技术
火力发电是我国电力生产的主体，如何降低火电厂能耗是我国节能减排的迫切需求。目前，火电厂采用水蒸汽动力循环，降低火电厂能耗主要采用提高水蒸汽循环参数的方法，但这种方法受到金属材料性能、工质(水)热力学物性的限制。在大容量电站锅炉中，中温烟气段(烟气温度低于900℃)，现有材料完全满足设计需求，但烟气与工质的温差在100℃以上，甚至达到近300℃，造成了大量的不可逆损失。因此，在中温烟气段，现有火力发电系统设计存在较大的节能潜力。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种复合工质火力发电系统及工作方法，本发明能够大幅度降低锅炉中温烟气段不可逆损失，提高综合发电效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合工质火力发电系统，所述发电系统采用水和二氧化碳两种工质，发电循环采用水蒸汽动力循环和超临界二氧化碳动力循环两种循环；在锅炉烟气温度高于900℃的高温烟气区域布置水蒸汽动力循环受热面，烟气温度在300℃至900℃的中温烟气区耦合布置水蒸汽动力循环受热面和超临界二氧化碳动力循环受热面，超临界二氧化碳动力循环冷端换热器热量用于加热水蒸汽动力循环工质和锅炉送风，在低温烟气区布置锅炉送风空气预热器和水蒸汽动力循环工质加热器。
所述高温烟气区域布置水蒸汽动力循环受热面包括相连接的水冷壁1和水蒸气过热器2，水蒸气过热器2依次连接水蒸汽透平3、冷凝器4、水泵5和二氧化碳-水换热器6水工质入口，二氧化碳-水换热器6的水工质出口连接水冷壁1；所述中温烟气区内布置二氧化碳工质加热器8，二氧化碳工质加热器8入口连接压缩机7出口，压缩机7入口连接二氧化碳-水换热器6的二氧化碳工质出口，二氧化碳工质加热器8出口依次连接二氧化碳透平9和二氧化碳-水换热器6的二氧化碳工质入口；所述低温烟气区布置空气预热器10。
上述所述复合工质火力发电系统的工作方法，水蒸气动力循环工质水经二氧化碳-水换热器6后，进入锅炉的水冷壁1和水蒸气过热器2中后进入水蒸气透平3做功，而后进入冷凝器4中凝结，然后经水泵5升压进入二氧化碳-水换热器6完成循环；二氧化碳经二氧化碳-水换热器6冷却降温后进入压缩机7升压，而后送入锅炉中温烟气区布置的二氧化碳工质加热器8升温后进入二氧化碳透平9做功，然后送入二氧化碳-水换热器6中完成循环；空气经低温烟气段布置的空气预热器10后送入锅炉中助燃燃料燃烧。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、本发明大幅度降低锅炉中温烟气段不可逆损失，提高综合发电效率。
2、本发明降低空气预热、水蒸气动力循环过冷水加热过程不可逆损失，同时提高空气预热器的运行安全可靠性。
附图说明
图1为本发明复合工质火力发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
下面描述本发明的工作原理：
火力发电厂的不可逆损失主要发生在锅炉之中，采用分析方法进行描述，即锅炉耗散主要发生在燃烧过程和传热过程。其中燃烧过程耗散是难以避免的，是火力发电厂必然存在的不可逆损失，可以通过提高空气预热等方法降低。
而传热过热损失可以采用提高主蒸汽参数的方法降低，这主要受到材料的限制，以现有材料条件，主蒸汽温度难以突破620℃。
现在锅炉受热面一般按照烟气温度下降方向，依次布置水冷壁、过热器(与再热器多级交错布置)、再热器(与过热器多级交错布置)、省煤器、空气预热器。
将锅炉烟气按照温度分为高温烟气区、中温烟气区、低温烟气区。各个烟气区具有传热过程耗散和损失，但是限制条件有所不同：
(1)高温烟气区(t>900℃)，水蒸气参数受到锅炉受热面材料的限制，造成耗散；
(2)中温烟气区(900℃>t>300℃)，受到水蒸气吸热特性曲线的限制，造成耗散；
(3)低温烟气区(t<300℃)，受到烟气低温腐蚀的限制，造成耗散和损失。
现有采用水蒸汽为单一工质的火力发电系统中，中温烟气区工质与烟气的温差普遍在100℃以上，部分达300℃以上。针对传统水蒸汽动力循环中温烟气区的不可逆损失较大的问题，本发明复合工质火力发电系统采用复合工质，高温烟气区布置水蒸汽动力循环受热面，中温烟气区耦合布置水蒸气动力循环受热面、超临界二氧化碳循环受热面。超临界二氧化碳布雷顿循环等压吸热、放热曲线与中温烟气段烟气放热曲线匹配较好，不可逆性低。
而常规火力发电系统中，采用蒸汽动力循环。
如图1所示，本发明复合工质火力发电系统，水蒸气动力循环工质水经二氧化碳-水换热器6后，进入锅炉的水冷壁1和水蒸气过热器2中后进入水蒸气透平3做功，而后进入冷凝器4中凝结，然后经水泵5升压进入二氧化碳-水换热器6完成循环；二氧化碳经二氧化碳-水换热器6冷却降温后进入压缩机7升压，而后送入锅炉中温烟气区布置的二氧化碳工质加热器8升温后进入二氧化碳透平9做功，然后送入二氧化碳-水换热器6中完成循环；空气经低温烟气段布置的空气预热器10后送入锅炉中助燃燃料燃烧。

Claims (3)

1.一种复合工质火力发电系统，其特征在于：所述发电系统采用水和二氧化碳两种工质，发电循环采用水蒸汽动力循环和超临界二氧化碳动力循环两种循环；在锅炉烟气温度高于900℃的高温烟气区域布置水蒸汽动力循环受热面，烟气温度在300℃至900℃的中温烟气区耦合布置水蒸汽动力循环受热面和超临界二氧化碳动力循环受热面，超临界二氧化碳动力循环冷端换热器热量用于加热水蒸汽动力循环工质和锅炉送风，在低温烟气区布置锅炉送风空气预热器和水蒸汽动力循环工质加热器。
2.根据权利要求1所述的一种复合工质火力发电系统，其特征在于：所述高温烟气区域布置水蒸汽动力循环受热面包括相连接的水冷壁(1)和水蒸气过热器(2)，水蒸气过热器(2)依次连接水蒸汽透平(3)、冷凝器(4)、水泵(5)和二氧化碳-水换热器(6)水工质入口，二氧化碳-水换热器(6)的水工质出口连接水冷壁(1)；所述中温烟气区内布置二氧化碳工质加热器(8)，二氧化碳工质加热器(8)入口连接压缩机(7)出口，压缩机(7)入口连接二氧化碳-水换热器(6)的二氧化碳工质出口，二氧化碳工质加热器(8)出口依次连接二氧化碳透平(9)和二氧化碳-水换热器(6)的二氧化碳工质入口；所述低温烟气区布置空气预热器(10)。
3.权利要求2所述复合工质火力发电系统的工作方法，其特征在于：水蒸气动力循环工质水经二氧化碳-水换热器(6)后，进入锅炉的水冷壁(1)和水蒸气过热器(2)中后进入水蒸气透平(3)做功，而后进入冷凝器(4)中凝结，然后经水泵(5)升压进入二氧化碳-水换热器(6)完成循环；二氧化碳经二氧化碳-水换热器(6)冷却降温后进入压缩机(7)升压，而后送入锅炉中温烟气区布置的二氧化碳工质加热器(8)，升温后进入二氧化碳透平(9)做功，然后送入二氧化碳-水换热器(6)中完成循环；空气经低温烟气段布置的空气预热器(10)后送入锅炉中助燃燃料燃烧。
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