CN108005744A - 超临界co2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统 - Google Patents

超临界co2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于发电节能技术领域的一种超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统。系统包括分隔烟道燃煤锅炉、背压汽轮发电供热机组和超临界CO2循环发电系统。压缩机出口的CO2经蒸汽‑CO2换热器、CO2回热器及烟气‑CO2换热器后进入CO2透平做功;汽轮机的排汽部分进入蒸汽‑CO2换热器,其余用于供热,放热后的水与蒸汽‑CO2换热器出口水返回汽水系统;锅炉主烟道布置主空气预热器、低温省煤器,旁路烟道布置烟气‑CO2加热器,旁路烟道内布置低温空气预热器,空气经CO2‑空气预热器及炉内两级空气预热器后送入炉膛。系统梯级利用机炉冷能驱动CO2循环发电,同时提高电站综合能效及供热灵活性。

Description

超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统
技术领域
[0001] 本发明属于发电节能技术领域,特别涉及一种超临界CO2循环的机炉冷能回收与 发电供热一体化系统,具体说是集成了超临界CO2循环及燃煤供热机组的节能与灵活运行。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 电厂锅炉排烟能量品位较低,采用低温省煤器已经成为了火电厂节能领域的常规 手段之一,但受低温省煤器利用烟气范围的限制,一般节能效果约在1〜1.5g标准煤/kWh, 节能效果有限。
[0004] 背压汽轮机发电供热机组是热电联合生产(热电联产)运行的机组,热电联产使能 源得到合理利用,是节约能源的一项重要措施。在众多的汽轮发电机组中,背压汽轮机由于 消除了凝汽器的冷源损失,在热力循环效率方面是最高的,从而降低了发电煤耗、节约能 源,故而得以广泛应用。然而,背压汽轮机对负荷变化的适应性差,机组发电量受制于热负 荷变化,即受“以热定电”限制。当低热负荷时,汽轮机效率下降,从而使经济效益降低。
[0005] 综上所述,若结合超临界CO2的工质特性及循环参数,将背压供热电站中的机炉冷 能梯级利用,有望驱动超临界CO2高效发电的及提高燃煤电站发电效率。同时,通过利用背 压机组冷能驱动循环,可灵活调整机组供热及发电,提高背压汽轮机组对热负荷变化的适 应性,打破背压供热机组“以热定电”的限制,经济效益有望提高。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系 统,其特征在于,主要包括分隔烟道燃煤锅炉,背压汽轮发电供热机组,超临界CO2发电系统 构成。在超临界CO2发电系统中,C〇2压缩机1出口、蒸汽-C〇2换热器2、C〇2回热器3、烟气-C〇2换 热器4及⑶2透平5依次连接;C〇2透平5分别与第二发电机13及C〇2回热器3连接;在背压汽轮 发电供热机组中,蒸汽-CO2换热器2与回热单元11、锅炉内低温省煤器10、炉内换热设备15 及汽轮机12依次连接成回路;其中蒸汽-CO2换热器2还与汽轮机12抽气连接;汽轮机12与第 一发电机14连接;C〇2_空气预热器6分别与C〇2回热器3、C〇2压缩机1、低温空气预热器7连接; 主烟道内依次布置主空气预热器9与低温省煤器8、旁路烟道内布置烟气-CO2加热器4,主烟 道与旁路烟道后布置低温空气预热器7,低温省煤器8的A 口、B 口与回热单元11的A 口、B 口对 应连接;主空气预热器9与燃煤锅炉进气口连接;供热系统连接至回热单元11的A口和汽轮 机12排汽口。
[0007] 所述超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热方法,其特征在于,在超临界(》2发 电系统中,CO2压缩机1出口的CO2依次经过蒸汽-CO2换热器2、CO2回热器3及烟气-CO2换热器4 加热,CO2被压缩加压至14〜16MPa,并依次被蒸汽、CO2排气及旁路烟气加热至250〜270°C 后,后进入⑶2透平5做功,并带动第二发电机13发电;CO2透平排气依次经过⑶2回热器3及 CO2-空气预热器6冷却后,进入CO2压缩机1完成循环;在背压汽轮发电供热机组中,在蒸汽-CO2换热器2与回热单元11、锅炉内低温省煤器10、炉内换热设备15及汽轮机12依次连接成 回路中,汽轮机12排汽部分进入蒸汽-CO2换热器2加热CO2,其余排汽进入供热系统,给热用 户供热;放热后的水与蒸汽-CO2换热器2出口凝结水汇合返回回热单元11;然后经低温省煤 器10及炉内换热设备15产生蒸汽,进入汽轮机12中做功,汽轮机12驱动第一发电机14发电; 燃煤锅炉尾部设置主烟道及旁路烟道,主烟道内依次布置主空气预热器9与低温省煤器8、 旁路烟道内布置烟气-CO2加热器4,主烟道与旁路烟道后布置低温空气预热器7,烟气被分 隔烟道分为两股,主烟道烟气依次流过主空气预热器9、低温省煤器8,旁路烟道烟气流过烟 气-CO2换热器4,两股烟气汇合后流过低温空气预热器7,并以95〜105°C的温度排出;空气 依次经过CO2-空气预热器6、低温空气预热器7及主空气预热器9预热,预热后进入炉内参与 燃烧;由此,超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统通过增设的超临界0)2循 环的高效回收机炉冷能,提高燃煤电站机组效率及供热灵活性。
[0008] 本发明的有益效果为:
[0009] 1.烟气经主空气预热器后具有较高的温度,用低温省煤器可以加热温度更高的给 水,节省更高能级的抽汽,汽轮机出功增加,效率提高。
[0010] 2.背压汽轮发电供热机组低热负荷时,少量蒸汽用于供热,其余蒸汽可灵活用于 加热CO2,提高了背压汽轮机对热负荷变化的适应性,经济效益得到提高。
[0011] 3.空气经过⑶2_空气预热器、低温空气预热器与主空气预热器,分级预热,空气的 预热过程拥损减少。
附图说明
[0012] 图1为集成超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统。
[0013]图中:I-CO2压缩机;2-蒸汽-CO2换热器;3-C02回热器;4-烟气-CO2换热器;5-C02透 平;6-C02-空气预热器;7-低温空气预热器;8-低温省煤器;9-主空气预热器;10-省煤器; 11-给水回热单兀;12-背压汽轮机;13-第二发电机;14-第一发电机;15-锅炉内换热设备。
具体实施方式
[0014] 本发明提供了一种超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统,下面 结合附图和具体实施方式对本系统工作原理做进一步说明。
[0015] 图1为集成超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统。主要包括分隔 烟道燃煤锅炉,背压汽轮发电供热机组,超临界CO2发电系统构成。在超临界CO2发电系统中, CO2压缩机1出口、蒸汽-CO2换热器2、CO2回热器3、烟气-CO2换热器4及CO2透平5依次连接;CO2 透平5分别与第二发电机13及CO2回热器3连接;在背压汽轮发电供热机组中,蒸汽-CO2换热 器2与回热单元11、锅炉内低温省煤器10、炉内换热设备15及汽轮机12依次连接成回路;其 中蒸汽-CO2换热器2还与汽轮机12抽气连接;汽轮机12与第一发电机14连接;CO2-空气预热 器6分别与CO2回热器3、C02压缩机1、低温空气预热器7连接;主烟道内依次布置主空气预热 器9与低温省煤器8、旁路烟道内布置烟气-CO2加热器4,主烟道与旁路烟道后布置低温空气 预热器7,低温省煤器8的A 口、B 口与回热单元11的A 口、B 口对应连接;主空气预热器9与燃煤 锅炉进气口连接;供热系统连接至回热单元11的A 口和汽轮机12排气口。
[0016] 其工作过程为:在超临界CO2发电系统中,CO2压缩机1出口的CO2依次经过蒸汽-CO2 换热器2、CO2回热器3及烟气-CO2换热器4加热,CO2被压缩加压至14〜16MPa,并依次被蒸汽、 CO2排气及旁路烟气加热至250〜270 °C后,后进入CO2透平5做功,并带动第二发电机13发电; CO2透平排气依次经过CO2回热器3及CO2-空气预热器6冷却后,进入CO2压缩机1完成循环;在 背压汽轮发电供热机组中,在蒸汽-CO2换热器2与回热单元11、锅炉内低温省煤器10、炉内 换热设备15及汽轮机12依次连接成回路中,汽轮机12排汽部分进入蒸汽-CO2换热器2加热 C02,其余排汽进入供热系统,给热用户供热;放热后的水与蒸汽-CO2换热器2出口凝结水汇 合返回回热单元11;然后经低温省煤器10及炉内换热设备15产生蒸汽,进入汽轮机12中做 功,汽轮机12驱动第一发电机14发电;低温省煤器8抽取温度较低的给水,被烟气加热后,给 水温度升高,然后返回给水回热单元11,以节省抽汽,提升汽轮机发电机组效率;燃煤锅炉 尾部设置主烟道及旁路烟道,主烟道内依次布置主空气预热器9与低温省煤器8、旁路烟道 内布置烟气-CO2加热器4,主烟道与旁路烟道后布置低温空气预热器7,烟气被分隔烟道分 为两股,主烟道烟气依次流过主空气预热器9、低温省煤器8,旁路烟道烟气流过烟气-CO2换 热器4,两股烟气汇合后流过低温空气预热器7,并以95〜105°C的温度排出;空气依次经过 ⑶2_空气预热器6、低温空气预热器7及主空气预热器9预热,预热后进入炉内参与燃烧;由 此,超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统通过增设的超临界CO2循环的高 效回收机炉冷能,提高燃煤电站机组效率及供热灵活性。

Claims (2)

1. 一种超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统,其特征在于,主要包括 分隔烟道燃煤锅炉,背压汽轮发电供热机组,超临界CO2发电系统构成。在超临界CO2发电系 统中,CO2压缩机(1)出口、蒸汽-CO2换热器(2)、CO2回热器(3)、烟气-CO2换热器(4)及CO2透平 (5)依次连接;CO2透平(5)分别与第二发电机(13)及CO2回热器(3)连接;在背压汽轮发电供 热机组中,蒸汽-CO2换热器(2)与回热单元(11)、锅炉内低温省煤器(10)、炉内换热设备 (15)及汽轮机(12)依次连接成回路;其中蒸汽-CO2换热器(2)还与汽轮机(12)抽气连接;汽 轮机(12)与第一发电机(14)连接;CO2-空气预热器⑹分别与CO2回热器(3)、C02压缩机⑴、 低温空气预热器⑺连接;主烟道内依次布置主空气预热器⑼与低温省煤器(8)、旁路烟道 内布置烟气-CO2加热器(4),主烟道与旁路烟道后布置低温空气预热器(7),低温省煤器(8) 的A口、B 口与回热单元(I 1)的A口、B 口对应连接;主空气预热器(9)与燃煤锅炉进气口连接; 供热系统连接至回热单元(11)的A口和汽轮机(12)排汽口。
2. —种权利要求1所述系统的超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热方法,其特征 在于,在超临界CO2发电系统中,CO2压缩机⑴出口的CO2依次经过蒸汽-CO2换热器(2)、C02回 热器(3及烟气-CO2换热器⑷加热,⑶2被压缩加压至14〜16MPa,并依次被蒸汽、CO2排气及 旁路烟气加热至250〜270°C后,后进入CO2透平⑸做功,并带动第二发电机(13)发电;CO2透 平排气依次经过CO2回热器(3)及CO2-空气预热器(6)冷却后,进入CO2压缩机(1)完成循环; 在背压汽轮发电供热机组中,在蒸汽-CO2换热器(2)与回热单元(11)、锅炉内低温省煤器 (10)、炉内换热设备(15)及汽轮机(12)依次连接成回路中,汽轮机12)排汽部分进入蒸汽-CO2换热器(2)加热CO2,其余排汽进入供热系统,给热用户供热;放热后的水与蒸汽-CO2换热 器⑵出口凝结水汇合返回回热单元(11);然后经低温省煤器(10)及炉内换热设备(15)产 生蒸汽,进入汽轮机(12)中做功,汽轮机(12)驱动第一发电机(14)发电;燃煤锅炉尾部设置 主烟道及旁路烟道,主烟道内依次布置主空气预热器(9)与低温省煤器(8)、旁路烟道内布 置烟气-CO2加热器(4),主烟道与旁路烟道后布置低温空气预热器(7),烟气被分隔烟道分 为两股,主烟道烟气依次流过主空气预热器(9)、低温省煤器(8),旁路烟道烟气流过烟气-CO2换热器(4),两股烟气汇合后流过低温空气预热器(7),并以95〜105°C的温度排出;空气 依次经过CO2-空气预热器(6)、低温空气预热器⑺及主空气预热器(9)预热,预热后进入炉 内参与燃烧;由此,超临界CO2循环的机炉冷能回收与发电供热一体化系统通过增设的超临 界CO2循环的高效回收机炉冷能,提高燃煤电站机组效率及供热灵活性。
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RU2702206C1 (ru) * 2018-06-13 2019-10-04 Михаил Аркадьевич Верткин Котлотурбинная диоксид-углеродная энергоустановка
RU2740614C1 (ru) * 2020-07-13 2021-01-15 Акционерное общество "Атомное и энергетическое машиностроение" (АО "Атомэнергомаш") Утилизационная углекислотная энергоустановка для установки комбинированного цикла

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