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

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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
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
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。
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。
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。
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
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，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、CO2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。
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℃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℃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。
本发明的有益效果为：
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。
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。
3.空气经过CO2-空气预热器、低温空气预热器与主空气预热器，分级预热，空气的预热过程损减少。
附图说明
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。
图中：1-CO2压缩机；2-蒸汽-CO2换热器；3-CO2回热器；4-烟气-CO2换热器；5-CO2透平；6-CO2-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-给水回热单元；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
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。
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、CO2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。
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℃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；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℃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(6)分别与CO2回热器(3)、CO2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。
2.一种权利要求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(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℃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℃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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