CN106247306B - 一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式 - Google Patents

一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中，包括炉膛及烟道；炉膛内布置有炉膛隔热墙，烟道内布置有烟道包墙，烟道固定于炉膛的顶部，炉膛的侧面设置有燃烧器，烟道内沿烟气流通的方向依次设置有低温过热器、低温再热器及中隔墙，其中，中隔墙的一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温过热器及中温过热器，中隔墙的另一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温再热器及中温再热器，该布置方式能够有效的解决超临界二氧化碳锅炉超温问题。

Description

一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式
技术领域
本发明属于超临界二氧化碳高效火力发电领域，具体涉及一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式。
背景技术
发电机组效率的高低对国民经济的发展和环境保护都有着重要影响，我国能源储备的构成特点决定了火力发电仍然是未来几十年内我国电力行业的主力军，因此，提高火力发电机组的效率在我国显得尤为重要。目前，超临界二氧化碳布雷顿循环系统被普遍认为是极具潜力的新概念先进动力系统，这主要是由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，超临界二氧化碳布雷顿循环高效发电系统可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，可以避开新型高温合金材料的技术瓶颈和成本制约，且设备尺寸小于同参数的蒸汽机组，经济性非常好。超临界二氧化碳布雷顿循环系统不仅可以用于光热、核能，还可以很好的被利用在火力发电方向，在我国有着很好的发展前景。
与蒸汽朗肯循环相比，超临界二氧化碳布雷顿循环的一大技术特点就是回热量非常大。以目前比较先进的600℃等级含分流再压缩的超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统为例，整个循环系统的回热量约为锅炉吸热总量的2-3倍。高回热量提高了循环的平均吸热温度，进而提高了循环的效率。
但是高回热量带来的技术挑战之一是锅炉入口温度很高，且锅炉内所有工质均工作于温度远高于大比热区的区域，换热能力较差，锅炉受热面易超温。以600℃等级的超临界二氧化碳锅炉为例：若二氧化碳锅炉仍采用传统超临界蒸汽锅炉的结构型式，则水冷壁入口温度约为500-530℃，比同参数的蒸汽锅炉高150℃左右；该参数下，二氧化碳锅炉水冷壁内二氧化碳处于温度远高于大比热区的区域，而蒸汽锅炉水冷壁内水则处于大比热区及其附近区域，后者工质侧对流换热系数约为前者工质侧对流换热系数的3-5倍，差异非常大。超临界二氧化碳锅炉入口工质温度高，水冷壁内工质换热能力差，这给超临界二氧化碳锅炉的设计带来了很大的挑战，同时也意味着传统结构的超临界蒸汽锅炉的布置型式不适用于超临界二氧化碳锅炉。
然而经调研可知，目前国内外涉及超临界二氧化碳锅炉及其布置型式的公开成果和专利很少，更是鲜有关于解决超临界二氧化碳锅炉管壁超温问题的资料。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，该布置方式能够有效的解决超临界二氧化碳锅炉超温问题。
为达到上述目的，本发明所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中，所述的超临界二氧化碳锅炉包括炉膛及烟道；
炉膛内布置有炉膛隔热墙，烟道内布置有烟道包墙，烟道固定于炉膛的顶部，炉膛的侧面设置有燃烧器，烟道内沿烟气流通的方向依次设置有低温过热器、低温再热器及中隔墙，其中，中隔墙的一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温过热器及中温过热器，中隔墙的另一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温再热器及中温再热器；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器冷侧的出口经低温过热器后分为两路，其中，一路与烟道包墙的入口相连通，另一路与中隔墙的入口相连通，烟道包墙的出口及中隔墙的出口通过管道并管后依次经中温过热器及高温过热器后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中汽轮机高压缸的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再热工质出口依次经低温再热器、中温再热器及高温再热器与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中汽轮机低压缸的入口相连通。
还包括设于烟道内的分流低温省煤器，中隔墙及分流低温省煤器沿烟气流通的方向依次布置，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器的冷侧出口分为两路，其中一路与分流低温省煤器的入口相连通，另一路与分流低温省煤器的出口经过管道并管后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器的冷侧入口相连通。
烟道内还设有SCR脱硝装置，其中，分流低温省煤器及SCR脱硝装置沿烟气流通的方向依次布置。
烟道内还设有空气预热器，空气预热器的出口与炉膛的空气入口相连通。
SCR脱硝装置与空气预热器沿烟气流通的方向依次布置。
进入到分流低温省煤器中的二氧化碳工质的流量占超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器冷侧输出的二氧化碳工质流量的8％。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式通过炉膛隔热墙代替传统的锅炉辐射受热面，使炉膛内燃烧产生的所有热量随着烟气进入到烟道中，并被烟道中的低温过热器、低温再热器、中隔墙、高温过热器及高温再热器的受热面吸收利用，从而有效的解决锅炉出口工质温度高和二氧化碳水冷壁换热能力不足带来的超临界二氧化碳锅炉水冷壁超温的难题。同时低温过热器、低温再热器及中隔墙沿烟气流通的方向依次布置，高温过热器及中温过热器沿烟气流通的方向依次布置，高温再热器及中温再热器沿烟气流通的方向依次布置，设计较为合理，能够实现锅炉烟气热量的梯级利用，本发明可以将锅炉排烟温度降至100-120℃以下，与传统的锅炉布置形式相比，本发明既能保证超临界二氧化碳锅炉能够达到同参数超临界蒸汽锅炉的热效率，又有效地解决锅炉进口工质温度高和二氧化碳水冷壁换热能力不足带来的二氧化碳锅炉水冷壁超温的难题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为炉膛、2为烟道、3为炉膛隔热墙、4为燃烧器、5为低温过热器、6为低温再热器、7为中隔墙、8为高温过热器、9为高温再热器、10为中温过热器、11为中温再热器、12为分流低温省煤器、13为SCR脱硝装置、14为空气预热器、15为烟道包墙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中，所述的超临界二氧化碳锅炉包括炉膛1及烟道2；炉膛1内布置有炉膛隔热墙3，烟道2内布置有烟道包墙15，烟道2固定于炉膛1的顶部，炉膛1的侧面设置有燃烧器4，烟道2内沿烟气流通的方向依次设置有低温过热器5、低温再热器6及中隔墙7，其中，中隔墙7的一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温过热器8及中温过热器10，中隔墙7的另一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温再热器9及中温再热器11；超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器冷侧的出口经低温过热器5后分为两路，其中，一路与烟道包墙15的入口相连通，另一路与中隔墙7的入口相连通，烟道包墙15的出口及中隔墙7的出口通过管道并管后依次经中温过热器10及高温过热器8后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中汽轮机高压缸的入口相连通；超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再热工质出口依次经低温再热器6、中温再热器11及高温再热器9与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中汽轮机低压缸的入口相连通。
本发明还包括设于烟道2内的分流低温省煤器12，中隔墙7及分流低温省煤器12沿烟气流通的方向依次布置，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器的冷侧出口分为两路，其中一路与分流低温省煤器12的入口相连通，另一路与分流低温省煤器12的出口经过管道并管后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器的冷侧入口相连通；烟道2内还设有SCR脱硝装置13，其中，分流低温省煤器12及SCR脱硝装置13沿烟气流通的方向依次布置；烟道2内还设有空气预热器14，空气预热器14的出口与炉膛1的空气入口相连通；SCR脱硝装置13与空气预热器14沿烟气流通的方向依次布置；进入到分流低温省煤器12中的二氧化碳工质的流量占超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器冷侧输出的二氧化碳工质流量的8％。
烟气流程为：燃料由燃烧器4喷入炉膛1进行燃烧，由于炉膛1内布置有炉膛隔热墙3，烟气和燃烧产生的热量进入烟道2，在烟道2内，烟气依次经过低温过热器5及低温再热器6，随后进入双烟道中，其中，烟气在前烟道内依次经过高温过热器8及中温过热器10降温，在后烟道内烟气依次经过高温再热器9及中温再热器11降温，降温后的烟气在双烟道出口汇合，然后依次流经分流低温省煤器12、SCR脱硝装置13及空气预热器14，最后再排出烟道2进入后续的环保设施。
锅炉内的主工质的流程为：超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器冷侧输出的工质在低温过热器5中吸热后分为两路，其中一路进入到烟道包墙15，另一路进入中隔墙7，汇流后依次进入到中温过热器10及高温过热器8中加热至设计参数，然后再送入汽轮机高压缸中做功；
锅炉内的再热工质的流程为：再热工质依次进入低温再热器6、中温再热器11和高温再热器9中加热至设计参数，最后送至汽轮机低压缸做功。
特别的，锅炉内的分流预热工质的流程为：超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器冷侧的出口分为两路，其中一路进入到分流低温省煤器12内加热，再与另一路汇流后进入到超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的高温回热器冷侧中，其中，进入分流低温省煤器12的工质流量为低温回热器冷侧输出的总工质流量的8％。

Claims (6)

1.一种防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，其特征在于，用于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中，所述的超临界二氧化碳锅炉包括炉膛(1)及烟道(2)；
炉膛(1)内布置有炉膛隔热墙(3)，烟道(2)内布置有烟道包墙(15)，烟道(2)固定于炉膛(1)的顶部，炉膛(1)的侧面设置有燃烧器(4)，烟道(2)内沿烟气流通的方向依次设置有低温过热器(5)、低温再热器(6)及中隔墙(7)，其中，中隔墙(7)的一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温过热器(8)及中温过热器(10)，中隔墙(7)的另一侧沿烟气流通的方向依次设置有高温再热器(9)及中温再热器(11)；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器冷侧的出口经低温过热器(5)后分为两路，其中，一路与烟道包墙(15)的入口相连通，另一路与中隔墙(7)的入口相连通，烟道包墙(15)的出口及中隔墙(7)的出口通过管道并管后依次经中温过热器(10)及高温过热器(8)后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中汽轮机高压缸的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的再热工质出口依次经低温再热器(6)、中温再热器(11)及高温再热器(9)与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中汽轮机低压缸的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，其特征在于，还包括设于烟道(2)内的分流低温省煤器(12)，中隔墙(7)及分流低温省煤器(12)沿烟气流通的方向依次布置，超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器的冷侧出口分为两路，其中一路与分流低温省煤器(12)的入口相连通，另一路与分流低温省煤器(12)的出口经过管道并管后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器的冷侧入口相连通。
3.根据权利要求1所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，其特征在于，烟道(2)内还设有SCR脱硝装置(13)，其中，分流低温省煤器(12)及SCR脱硝装置(13)沿烟气流通的方向依次布置。
4.根据权利要求1所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，其特征在于，烟道(2)内还设有空气预热器(14)，空气预热器(14)的出口与炉膛(1)的空气入口相连通。
5.根据权利要求4所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，其特征在于，SCR脱硝装置(13)与空气预热器(14)沿烟气流通的方向依次布置。
6.根据权利要求3所述的防止管壁超温的超临界二氧化碳锅炉受热面布置方式，其特征在于，进入到分流低温省煤器(12)中的二氧化碳工质的流量占超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器冷侧输出的二氧化碳工质流量的8％。
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