CN107989667B - 集成超临界co₂循环的燃煤二次再热汽轮发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于二次再热汽轮发电节能技术领域的集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组。包括燃煤锅炉、二次再热汽轮发电机组和超临界CO2循环发电系统。高、中压缸相连的六级抽汽与蒸汽‑CO2换热器连接，加热CO2后进入相应的给水回热加热器；CO2循环发电系统中，压缩机出口CO2分两股分别被三级蒸汽‑CO2换热器加热，汇合后进入CO2透平做功，CO2排气依次经CO2‑给水加热器，CO2‑空气预热器后进入压缩机；锅炉尾部烟道中，空气分两股，分别被CO2‑空气预热器与低温空气预热器预热，汇合进入主空气预热器。集成系统大幅降低二次再热机组回热抽汽过热度及空气预热
Figure ZY_1
损,汽轮机出功增加，效率提高。

Description

集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组
技术领域
本发明属于二次再热汽轮发电节能技术领域，特别涉及一种集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组。
背景技术
全球变暖的气候问题日益严峻，而中国作为世界上最大的发展中国家，目前是以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，CO2排放具有增长快、总量大的特点。中国的国情、发展阶段和能源结构决定了有效地利用CO2是中国应对气候变化的一项重要战略选择。CO2作为新一代的动力循环工质，在太阳能、地热能等多领域逐步引起人们的重视。随着对超临界CO2循环发电系统以及对CO2工质特性的深入的研究，将超临界CO2循环发电系统与火力发电厂集成将成为一个有前景的研究方向。
随着高参数大容量机组发展，机组主蒸汽温度和再热蒸汽温度越来越高。在二次再热系统中，蒸汽经过锅炉的第一次再热和第二次再热后产生的高参数蒸汽进入高压缸和中压缸，过热度很大的蒸汽进入回热加热器中，换热温差很大，不可逆损失增大，机组的经济性受到影响。在低负荷时，各级抽汽的温度及过热度相对于满负荷时有所提高，这说明机组在低负荷时，抽汽过热度对机组经济性影响更大。因此在二次再热机组的设计运行过程中，综合考虑过热度的合理利用，可进一步提高机组的经济性。
综上所述，若结合超临界CO2循环的工质特性及循环参数，将二次再热机组中的抽汽过热度用于加热CO2，有望驱动超临界CO2高效发电及提高燃煤电站发电效率，同时降低抽汽过热度，加热给水回热系统中的给水时，不可逆损失减小，能效得以提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组，其特征在于，所述集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组主要由燃煤锅炉，二次再热汽轮发电机组，超临界CO2发电循环系统构成；在二次再热汽轮发电机组中，超高压缸15、高压缸16、中压缸17、低压缸18与第一发电机19依次连接，超高压缸15、高压缸16、中压缸17及低压缸18的抽汽依次与凝汽器31及1#回热加热器21-10#回热加热器30共十级回热加热器连接，2#回热加热器22-7#回热加热器27的抽汽分别与I蒸汽-CO2加热器9、II蒸汽-CO2加热器10、III蒸汽-CO2加热器11、Ⅳ蒸汽-CO2加热器12；V蒸汽-CO2加热器13和Ⅵ蒸汽-CO2加热器14连接；其中I蒸汽-CO2加热器9、II蒸汽-CO2加热器10、III蒸汽-CO2加热器11串联，Ⅳ蒸汽-CO2加热器12；V蒸汽-CO2加热器13和Ⅵ蒸汽-CO2加热器14串联，两个串联回路再并联；并联后一端与压缩机1连接；另一端与CO2透平8连接，CO2透平8分别连接第二发电机20和CO2-给水加热器3；给水泵32出口及A口分别与CO2-给水加热器3、低温省煤器5的A口连接；CO2-给水加热器3与CO2-空气预热器2、CO2-给水加热器3的给水C口与1#回热加热器21的C口连接；加热后分别与1#回热加热器21、低温省煤器5的B口与3#回热加热器器23的B口连接；CO2-空气预热器2与压缩机1连接，低压缸18的抽汽、凝汽器31、凝结水泵33与10#回热加热器30串联；1#回热加热器21出口、省煤器7、锅炉内换热器与超高压缸15进气口串联；超高压缸15抽气经过第一再热器Ⅰ与高压缸16进气连接，高压缸16抽气经过第二再热器Ⅱ与中压缸17进气连接。
所述CO2-空气预热器2再分别与低温空气预热器4和主空气预热器6连接，主空气预热器6连接至锅炉。
所述主空气预热器6，低温省煤器5和低温空气预热器4依次布置在锅炉尾部烟道中；环境温度的空气的一股被CO2-空气预热器2预热，另一股被低温空气预热器4预热，预热后的两股空气汇合进入主空气预热器6预热，然后进入炉膛参与燃烧，低温省煤器5与2#回热加热器22和3#回热加热器器23的连接节点B口连接，给水被加热后，给水返回回热加热系统，最终进入省煤器7、CO2透平8，CO2透平8做功，CO2透平驱动第二发电机20发电。
本发明的有益效果为：
1.高压缸与中压缸的6级抽汽首先用于加热CO2至475～495℃，抽汽温度降低，过热度大大降低，加热CO2后的抽汽进入相应的给水回热加热器中加热给水，蒸汽加热给水过程中的
Figure BDA0001525024470000031
损大大降低，抽汽过热度得到合理高效利用。
2.给水泵出口的部分给水分别被CO2透平排气及低温烟气加热，加热后的给水返回回热回热系统，节省了高能级的抽汽，汽轮机出功增加，效率提高。
3.环境温度的空气被分为两股，分别被CO2排气及锅炉烟气预热至相同温度后，进入主空气预热器预热，两级空气预热器并联，并与主空气预热器串联，空气预热过程
Figure BDA0001525024470000032
损减少。
附图说明
图1为集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组组成示意图。
图中：1-压缩机；2-CO2-空气预热器；3-CO2-给水加热器；4-低温空气预热器；5-低温省煤器；6-主空气预热器；7-省煤器；8-CO2透平；9-I蒸汽-CO2加热器；10-II蒸汽-CO2加热器；11-III蒸汽-CO2加热器；12-Ⅳ蒸汽-CO2加热器；13-V蒸汽-CO2加热器；14-Ⅵ蒸汽-CO2加热器；15-超高压缸；16-高压缸17-中压缸；18-低压缸；19-第一发电机I；20-第二发电机；21-1#回热加热器；22-2#回热加热器；23-3#回热加热器；24-4#回热加热器；25-5#回热加热器；26-6#回热加热器；27-7#回热加热器；28-8#回热加热器；29-9#回热加热器，30-10#回热加热器；31-凝汽器；32-给水泵；33-凝结水泵。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组组成示意图。图中所示集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组主要由燃煤锅炉，二次再热汽轮发电机组，超临界CO2发电循环系统构成；在二次再热汽轮发电机组中，超高压缸15、高压缸16、中压缸17、低压缸18与第一发电机19依次连接，超高压缸15、高压缸16、中压缸17及低压缸18的抽汽依次与凝汽器31及1#回热加热器21-10#回热加热器30共十级回热加热器连接，2#回热加热器22-7#回热加热器27的抽汽分别与I蒸汽-CO2加热器9、II蒸汽-CO2加热器10、III蒸汽-CO2加热器11、Ⅳ蒸汽-CO2加热器12；V蒸汽-CO2加热器13和Ⅵ蒸汽-CO2加热器14连接；其中I蒸汽-CO2加热器9、II蒸汽-CO2加热器10、III蒸汽-CO2加热器11串联，Ⅳ蒸汽-CO2加热器12；V蒸汽-CO2加热器13和Ⅵ蒸汽-CO2加热器14串联，两个串联回路再并联；并联后一端与压缩机1连接；另一端与CO2透平8连接，CO2透平8分别连接第二发电机20和CO2-给水加热器3；给水泵32出口及A口分别与CO2-给水加热器3、低温省煤器5的A口连接；CO2-给水加热器3与CO2-空气预热器2、CO2-给水加热器3的给水C口与1#回热加热器21的C口连接；加热后分别与1#回热加热器21、低温省煤器5的B口与3#回热加热器器23的B口连接；CO2-空气预热器2与压缩机1连接，低压缸18的抽汽、凝汽器31、33-凝结水泵与10#回热加热器30串联；1#回热加热器21出口、省煤器7、锅炉内换热器与超高压缸15进气口串联；超高压缸15抽气经过第一再热器Ⅰ与高压缸16进气连接，高压缸16抽气经过第二再热器Ⅱ与中压缸17进气连接。CO2-空气预热器2再分别与低温空气预热器4和主空气预热器6连接，主空气预热器6连接至锅炉。
所述主空气预热器6，低温省煤器5和低温空气预热器4依次布置在锅炉尾部烟道中；环境温度的空气的一股被CO2-空气预热器2预热，另一股被低温空气预热器4预热，预热后的两股空气汇合进入主空气预热器6预热，然后进入炉膛参与燃烧，低温省煤器5与2#回热加热器22和3#回热加热器器23的连接节点B口连接，给水被加热后，给水返回回热加热系统，最终进入省煤器7、CO2透平8，CO2透平8做功，CO2透平驱动第二发电机20发电。
其工作过程为：在CO2侧：CO2被压缩机1压缩至28～30MPa后，分成两股，一股被I蒸汽-CO2加热器9、II蒸汽-CO2加热器10、III蒸汽-CO2加热器11加热至475～495℃，另一股被Ⅳ蒸汽-CO2加热器12；V蒸汽-CO2加热器13和Ⅵ蒸汽-CO2加热器14加热至相同温度后，两股CO2汇合，进入CO2透平8做功，带动第二发电机20发电，CO2排气依次加热给水泵32出口的部分给水，预热部分环境温度的空气，之后进入压缩机1完成循环；在抽汽侧：2#回热加热器、3#回热加热器和7#回热加热器的抽汽用于加热一股CO2，4#回热加热器、5#回热加热器和6#回热加热器的抽汽用于加热另一股CO2，2#回热加热器22-7#回热加热器27的抽汽过热度大大降低，之后进入相应的2#回热加热器22、3#回热加热器23、4#回热加热器24、5#回热加热器25、6#回热加热器26、7#回热加热器27加热给水；在烟气侧：环境温度的空气被分为两股，一股进入低温空气预热器4被烟气加热后，与来自CO2-空气预热器2的空气汇合后，进入主空气预热器6，之后进入炉膛参与燃烧，低温省煤器5与给水泵32出口的部分给水连接，加热给水，加热后的给水返回3#回热加热器之前的B处，以节省汽轮机的抽汽，提高汽轮机发电效率。

Claims (3)

1.一种集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组，其特征在于，所述集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组主要由燃煤锅炉，二次再热汽轮发电机组，超临界CO2发电循环系统构成；在二次再热汽轮发电机组中，超高压缸（15）、高压缸（16）、中压缸（17）、低压缸（18）与第一发电机（19）依次连接，超高压缸（15）、高压缸（16）、中压缸（17）及低压缸（18）的抽汽依次与凝汽器（31）及1#回热加热器（21）-10#回热加热器（30）共十级回热加热器连接，2#回热加热器（22）-7#回热加热器（27）的抽汽分别与I蒸汽-CO2加热器（9）、II蒸汽-CO2加热器（10）、III蒸汽-CO2加热器（11）、Ⅳ蒸汽-CO2加热器（12）、 V蒸汽-CO2加热器（13）和Ⅵ蒸汽-CO2加热器（14）连接；其中I蒸汽-CO2加热器（9）、II蒸汽-CO2加热器（10）、III蒸汽-CO2加热器（11）串联组成第一串联回路；Ⅳ蒸汽-CO2加热器（12）、 V蒸汽-CO2加热器（13）和Ⅵ蒸汽-CO2加热器（14）串联组成第二串联回路；然后第一串联回路和第二串联回路再并联；并联后一端与压缩机（1）连接；另一端与CO2透平（8）连接，CO2透平（8）分别连接第二发电机（20）和CO2-给水加热器（3）；给水泵（32）出口及A口分别与CO2-给水加热器（3）、低温省煤器（5）的A口连接；CO2-给水加热器（3）与CO2-空气预热器（2）、CO2-给水加热器（3）的给水C口与1#回热加热器（21）的C口连接；加热后分别与1#回热加热器（21）、低温省煤器（5）的B口与3#回热加热器（23）的B口连接；CO2-空气预热器（2）与压缩机（1）连接，低压缸（18）的抽汽、凝汽器（31）、凝结水泵（33）与10#回热加热器（30）串联；1#回热加热器（21）出口、省煤器（7）、锅炉内换热器与超高压缸（15）进气口串联；超高压缸（15）抽气经过第一再热器（Ⅰ）与高压缸（16）进气连接，高压缸（16）抽气经过第二再热器（Ⅱ）与中压缸（17）进气连接。
2.根据权利要求1所述集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组；其特征在于，所述CO2-空气预热器（2）再分别与低温空气预热器（4）和主空气预热器（6）连接，主空气预热器（6）连接至锅炉。
3.根据权利要求2所述集成超临界CO2循环的燃煤二次再热汽轮发电机组；其特征在于，所述主空气预热器（6），低温省煤器（5）和低温空气预热器（4）依次布置在锅炉尾部烟道中；环境温度的空气的一股被CO2-空气预热器（2）预热，另一股被低温空气预热器（4）预热，预热后的两股空气汇合进入主空气预热器（6）预热，然后进入炉膛参与燃烧，低温省煤器（5）与2#回热加热器（22）和3#回热加热器（23）的B口连接，给水被加热后，给水返回回热加热系统的3#回热加热器（23）的B口，最终进入省煤器（7）、CO2透平（8），CO2透平（8）做功，CO2透平驱动第二发电机（20）发电。
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