CN108036295B - 超临界co2布雷顿循环燃煤发电锅炉的co2工质分流减阻系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于高效发电设备领域的一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，包括：第一冷却壁、第二冷却壁、第一过热器、第二过热器、省煤器、第一透平、再热布置系统和压缩系统；其中再热布置系统先将输入的工质送入锅炉内吸热，随后做功；压缩系统使得工质在锅炉入口处的温度和质量流量进一步降低。本发明将炉内主流受热面分割成若干部分因此在极大地保证了炉内压降基础上，实现了提高循环效率、温度更容易调节及烟气温度额外降低等功效。本发明解决超临界CO₂布雷顿循环与燃煤火力发电耦合的诸多关键问题，且系统布置简单、运行参数稳定、热力系统及锅炉效率较高。

Description

超临界CO2布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO2工质分流减阻系统

技术领域

本发明属于高效发电设备领域，具体涉及一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统。

技术背景

煤炭作为一次能源在全球用能结构中扮演着重要角色，其储量大、易开采、使用经验丰富，以中国为例，煤在中国一次能源消费结构中占75％，为世界燃煤消费总量的四分之一。尤其是电力部门，火电机组占总装机容量的70％以上，其中绝大多数为燃煤的汽轮机电站。然而煤炭的使用加重了环保负担，加剧了温室效应，在这样的现状下，开发先进动力循环技术提高机组性能对煤炭高效清洁利用具有重要意义。

超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO₂循环)作为一类先进动力循环近年来在太阳能及核能领域研究较多，但在燃煤火力发电领域研究较少。S-CO₂循环效率高，系统简单，结构紧凑，且CO₂工质临界参数较低、化学性质不活泼，这些特性使S-CO₂循环获得了越来越多的关注。众多学者以S-CO₂循环为基础针对不同热源探究高效、合理的热力系统布置形式。

故结合我国能源消费国情，将S-CO₂循环引入燃煤火力发电领域，构建合理、高效的燃煤火力发电系统，为高效低污染发电提供变革性技术。

相对于常规水蒸气朗肯循环，由于CO₂工质在锅炉入口处的温度高，故在相同的主汽温度条件下，工质在锅炉内的温升小，且由于CO₂与水的物理性质上的差异，在锅炉中CO₂比热容比水的比热容小，故根据Q＝cmΔt可知，若吸收相同热量，S-CO₂循环的质量流量较大，对于相同容量的机组，S-CO₂机组的质量流量要比水机组大6-8倍。质量流量的提高使得锅炉受热面设计、布置困难，例如当水冷壁管内径为23mm、管数为1196根时水冷壁压降可达到几十兆帕，这对于循环来说是不可接受的，故如何合理选择管径、管数以及如何对受热面进行布置同样为提高S-CO₂循环特性的关键。

此外，汽机侧的热力系统优化布置形式总体上可以分为回热、间冷、再热三类，燃煤火力发电热源与核能及太阳能区别较大，热力系统布置形式对热力循环及锅炉受热面布置产生直接影响，如上述提到的再热会使得CO₂工质在锅炉入口处的温度提高，使得余热回收困难，但再热能够提高循环效率。而间冷会使压缩机耗功减小，同时会适当降低工质在锅炉入口处的温度，在计算工况下能够降低5℃左右，但间冷会对低温回热器的运行特性产生影响。回热能够降低冷源损失，提高循环效率，尤其是分流再压缩回热布置，且使低温回热器冷热侧工质热容量接近，提高回热效果，但回热同样会提高CO₂工质在锅炉入口处的温度。故如何合理、高效的构建热力系统同样为提高S-CO₂循环特性的关键。

因此，要实现超临界CO₂布雷顿循环在燃煤火力发电领域的应用需要综合考虑机炉一体化的设计思路，最终实现合理、高效的超临界CO₂布雷顿循环燃煤火力发电系统。

发明内容

根据背景技术中所提到的问题，本发明提供了一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，包括：第一冷却壁、第二冷却壁、第一过热器、第二过热器、省煤器、第一透平、高温回热器、低温回热器、辅助压缩机、冷却器、辅助压缩机分流阀门、冷却壁分流阀门、再热布置系统和压缩系统；其中再热布置系统先将输入的工质送入锅炉内吸热，随后做功；压缩系统使得工质在锅炉入口处的温度和质量流量进一步降低；

所述第一冷却壁工质管道的出口与第一过热器工质管道的入口相连；第二冷却壁工质管道的出口和第二过热器工质管道的入口相连；第一过热器工质管道的出口和第二过热器工质管道的出口都与第一透平的工质管道的入口相连，第一透平的工质管道的出口与再热布置系统工质管道的入口相连，再热布置系统工质管道的出口、高温回热器低压侧的入出口、低温回热器低压侧的入口顺序依次相连，低温回热器低压侧的出口分别与压缩系统的入口和辅助压缩机分流阀门相连，辅助压缩机分流阀门和辅助压缩机的入口相连，压缩系统的出口与低温回热器高压侧的入口相连；辅助压缩机的出口和低温回热器高压侧的出口都连接至高温回热器高压侧的入口，高温回热器高压侧的出口分别与冷却壁分流阀门和省煤器工质管道的入口相连，省煤器工质管道的出口与第二冷却壁工质管道的入口相连，冷却壁分流阀门与第一冷却壁工质管道的入口相连。

优选地，所述再热布置系统提高工质在锅炉入口处的温度，使得锅炉尾部烟气余热量提高。

所述再热布置系统为单级再热布置或双级再热布置；

当所述再热布置系统为单级再热布置时，包括：第三冷却壁、第三再热器、第一再热器、第二透平和第一再热器分流阀门，其中再热布置系统工质管道的入口分别与第三冷却壁工质管道的入口和第一再热器分流阀门相连，第一再热器分流阀门、第一再热器工质管道的入出口、第三再热器工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁工质管道的出口和第三再热器工质管道的出口汇合与第二透平的入口相连，第二透平的出口为再热布置系统工质管道的出口；

当所述再热布置系统为双级再热布置时，包括：第三冷却壁、第四冷却壁、第三再热器、第四再热器、第二再热器、第一再热器、第二透平和第三透平、第一再热器分流阀门和第二再热器分流阀门；其中再热布置系统工质管道的入口分别与第三冷却壁工质管道的入口和第一再热器分流阀门相连，第一再热器分流阀门、第一再热器工质管道的入出口、第三再热器工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁工质管道的出口与第三再热器工质管道的出口汇合并与第二透平的入口相连，第二透平的出口分别与第四冷却壁工质管道的入口和第二再热器分流阀门相连；第二再热器分流阀门、第二再热器工质管道的入出口、第四再热器工质管道的入口依次顺序连接，第四冷却壁工质管道的出口与第四再热器工质管道的出口汇合与第三透平的入口相连，第三透平的出口为再热布置系统工质管道的出口；

当所述再热布置系统(200)为双级再热布置时，所述再热布置系统能够进一步提高循环热效率，提高循环净功，在固定输出功率条件下能够降低质量流量，控制工质管道在锅炉内的压降。

所述第三冷却壁和所述第四冷却壁的管内径范围均为20～50mm，且管数 778～3112根；所述第三冷却壁和所述第四冷却壁都为垂直管圈水冷壁。

所述第一冷却壁和所述第二冷却壁的管内径范围均为20～50mm，且管数均为778～3112根；所述第一冷却壁和所述第二冷却壁都为螺旋管圈水冷壁。

所述压缩系统为单级压缩或者双级压缩；

当所述压缩系统为单级压缩时，包括：冷却器和第一压缩机，其中冷却器的入口为压缩系统的入口，冷却器的出口与第一压缩机的入口相连，第一压缩机的出口为压缩系统的出口；

当所述压缩系统为双级压缩时，包括：冷却器、第一压缩机、中间冷却器和第二压缩机，其中冷却器的入口为压缩系统的入口，冷却器的出口、第一压缩机、中间冷却器和第二压缩机的入口依次首尾相连，第二压缩机的出口为压缩系统的出口；

当压缩系统为双级压缩时，所述中间冷却器减小第一压缩机和第二压缩机的耗功，降低工质在第一冷却壁入口处的温度。

本发明的有益效果为：

该发明针对基于超临界CO₂布雷顿循环的燃煤火力发电系统，提出了S-CO₂锅炉CO₂工质分流减阻的方案，分流的含义是工质在进入锅炉前分为两股流体，每股流体单独进入锅炉各受热面吸热。本发明设计了的再热锅炉受热面布置方案，通过建立冷却壁压降模型，得到了该方法的特性，该方法能够降低烟气流经热力系统后的温度，且能够在极大降低锅炉受热面摩擦压降的基础上，实现提高循环效率、温度更容易调节及烟气温度额外降低等功效。本发明构建了合理、高效的超临界CO₂布雷顿循环燃煤火力发电系统。

附图说明

图1为本发明一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统实施例1的工质流程图；

图2为本发明实施例2的工质流程图；

图中：1-第一冷却壁、2-第二冷却壁、3-第三冷却壁、4-第四冷却壁、5-第一过热器、6-第二过热器、7-第三再热器、8-第四再热器、9-第二再热器、10-第一再热器、11-省煤器、12-第一透平、13-第一再热器分流阀门、14-第二透平、 15-第二再热器分流阀门、16-第三透平、17-高温回热器、18-低温回热器、19-辅助压缩机分流阀门、20-辅助压缩机、21-冷却器、22-第一压缩机、23-中间冷却器、24-高压压缩机、25-第一冷却壁分流阀门、200-再热布置系统、400-压缩系统。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的 CO₂工质分流减阻系统的2个实施例；

如图1所示的实施例1，包括：第一冷却壁1、第二冷却壁2、第一过热器5、第二过热器6、省煤器11、第一透平12、高温回热器17、低温回热器18、辅助压缩机20、冷却器21、辅助压缩机分流阀门19、冷却壁分流阀门25、再热布置系统200和压缩系统400；其中再热布置系统200先将输入的工质分两路送入锅炉内吸热，随后做功；

所述第一冷却壁1工质管道的出口与第一过热器5工质管道的入口相连；第二冷却壁2工质管道的出口和第二过热器6工质管道的入口相连；第一过热器5 工质管道的出口和第二过热器6工质管道的出口都与第一透平12的工质管道的入口相连，第一透平12的工质管道的出口与再热布置系统200工质管道的入口相连，再热布置系统200工质管道的出口、高温回热器17低压侧的入出口、低温回热器18低压侧的入口顺序依次相连，低温回热器18低压侧的出口分别与压缩系统400的入口和辅助压缩机分流阀门19相连，辅助压缩机分流阀门19和辅助压缩机20的入口相连，压缩系统400的出口与低温回热器18高压侧的入口相连，辅助压缩机20的出口和低温回热器18高压侧的出口连接至高温回热器17 高压侧的入口，高温回热器17高压侧的出口分别与冷却壁分流阀门25和省煤器 11工质管道的入口相连，省煤器11工质管道的出口与第二冷却壁2工质管道的入口相连，冷却壁分流阀门25与第一冷却壁1工质管道的入口相连；

本实施例中再热布置系统200为双级再热布置，包括：第三冷却壁3、第四冷却壁4、第三再热器7、第四再热器8、第二再热器9、第一再热器10、第二透平14和第三透平16、第一再热器分流阀门13和第二再热器分流阀门15；其中再热布置系统200工质管道的入口分别与第三冷却壁3工质管道的入口和第一再热器分流阀门13相连，第一再热器分流阀门13、第一再热器10工质管道的入出口、第三再热器7工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁3工质管道的出口与第三再热器7工质管道的出口汇合并与第二透平14的入口相连，第二透平14的出口分别与第四冷却壁4工质管道的入口和第二再热器分流阀门15相连；第二再热器分流阀门15、第二再热器9工质管道的入出口、第四再热器8工质管道的入口依次顺序连接，第四冷却壁4工质管道的出口与第四再热器8工质管道的出口汇合与第三透平16的入口相连，第三透平16的出口为再热布置系统 200工质管道的出口；

辅助压缩机分流阀门19分流量为30.62-35.94％；第一冷却壁分流阀门25、第一再热器分流阀门13和第二再热器分流阀门15的分流量全为50％；

第一冷却壁1、第二冷却壁2、第三冷却壁3和第四冷却壁4的吸热量占总吸热量的50％，且第一冷却壁、第二冷却壁2、第三冷却壁3和第四冷却壁4的管内径范围均为20～50mm，且管数778～3112根；第一冷却壁1和第二冷却壁2 选用螺旋管圈水冷壁，第三冷却壁3和第四冷却壁4选用垂直管圈水冷壁；

本实施例中压缩系统400为双级压缩布置，包括：冷却器21、第一压缩机 22、中间冷却器23和第二压缩机24，其中冷却器21的入口为压缩系统400的入口，冷却器21的出口、第一压缩机22、中间冷却器23和第二压缩机24的入口依次首尾相连，第二压缩机24的出口为压缩系统400的出口。

锅炉内部由第一冷却壁1、第二冷却壁2、第三冷却壁3和第四冷却壁4围成的炉膛；第一过热器5、第二过热器6、第三再热器7、第四再热器8、第二再热器9、第一再热器10、省煤器11和空气预热器顺序安装于烟气的流经区域内，其中第一过热器5最接近炉膛，空气预热器最接近烟道出口；烟气在流过流经区域内的各个装置的过程中将烟气中的热量通过各个装置的受热面传递给各个装置工质管道内的工质；

本实施例中使用了不同于常规水蒸气朗肯循环火电机组的冷却壁布置，在常规水蒸气朗肯循环火电机组中冷却壁(水冷壁)并不对受热面进行分割，而在本专利设计的再热机组中将冷却壁分割成为第一冷却壁1、第二冷却壁2、第三冷却壁3和第四冷却壁4四个部分，其中第一冷却壁1与第一过热器5组合，省煤器11、第二冷却壁2和第二过热器6组合分成两组共同构成炉内主流受热面，这样分组布置的意义在于：

1)S-CO₂循环的质量流量较大，对于相同容量的水蒸气朗肯循环机组S-CO₂机组的质量流量要比水蒸汽机组大6-8倍；质量流量的增加使得炉内各受热面压降增大，当采用现有的受热面布置形式时，随着冷却壁的压降随管径、管数的不同，炉内的压力范围为4.77-37.52MPa；当采用本文的受热面布置形式后压降能够控制在0.52-4.10MPa的范围内，因此本发明所述的布置形式可以极大地保证炉内压降，更好的提高循环效率。

2)由于煤粉在炉内燃烧，炉内为辐射换热，热流密度较高，温度不易控制，因此在每种组合中受热面都被分为炉内和炉膛顶部两个部分，其中在每种组合中的冷却壁在炉内吸热的同时而过热器在炉膛顶部吸热，这样分开设置能够使温度更容易调节；同时在一种组合中加入省煤器11能够使得锅炉的排烟温度较低，此设置能够使该处烟气温度额外降低42-48℃。

超临界二氧化碳工质在循环系统中的工作流程如下所述：高温回热器高压侧出口超临界二氧化碳工质在进入锅炉前分流，其中一路经过第一冷却壁分流阀门 25进入第一冷却壁1(此时工质的状态为：470.24-513.16℃，27.68-31.24MPa)，随后进入第一过热器5，另一路进入省煤器11，随后该路超临界二氧化碳工质经省煤器11进入第二冷却壁2(此时工质的状态为：513.83-559.39℃，26.80-30.81 MPa)，之后进入第二过热器6，最后两路超临界二氧化碳工质汇合进入第一透平12做功(此时工质的状态为：564.00-620.00℃，25.00-30.00MPa)。工质由第一透平12的工质出口排出后进行分流，一路经过第一再热器分流阀门13进入第一再热器10，随后进入第三再热器7，另一路进入第三冷却壁3吸热，最后两路超临界二氧化碳工质汇合进入第二透平14做功(此时工质的状态为：513.83-620.00℃， 17.02-19.05MPa)。工质由第二透平14的工质出口排出后进行分流，一路经过第二再热器分流阀门15进入第二再热器9，随后再进入第四再热器8，另一路进入第四冷却壁4吸热，最后两路超临界二氧化碳工质汇合进入第三透平16做功(此时工质的状态为：564.00-620.00℃，11.21-12.09MPa)。第三透平16排气进入高温回热器17低压侧将热量传递给高压侧，随后进入低温回热器18低压侧将热量传递给高压侧。超临界二氧化碳工质在低温回热器18低压侧出口分流，一部分超临界二氧化碳工质进入冷却器21的入口(此时工质的状态为：72.44-76.26℃，7.50-7.90 MPa)，随后向环境排热，另一部分经过辅助压缩机分流阀门19进入辅助压缩机 20经压缩后汇入低温回热器18高压侧出口(此时工质的状态为：194.21-211.87℃， 27.78-31.34MPa)。进入冷却器21的超临界二氧化碳工质经冷却后(此时工质的状态为：32-35℃，7.50-7.90MPa)进入第一压缩机22，经第一压缩机22压缩后的工质进入中间冷却器23再向环境排热，随后进入第二压缩机24的入口(此时工质的状态为：32.00-35.00℃，8.60-9.40MPa)，经再次压缩后的超临界二氧化碳工质进入低温回热器18高压侧入口。进入低温回热器18高压侧的超临界二氧化碳工质在回热器中与低压侧高温超临界二氧化碳工质换热，在出口处与辅助压缩机20出口工质汇流，共同进入高温回热器17高压侧，进入高温回热器的超临界二氧化碳工质与低压侧高温超临界二氧化碳换热，随后高温回热器高压侧出口超临界二氧化碳工质在进入锅炉前分流。

同时锅炉及烟气部分的工作流程如下所述：煤粉在炉膛内燃烧通过第一冷却壁1、第二冷却壁2、第三冷却壁3、第四冷却壁4与冷却壁管内的超临界二氧化碳工质换热，烟气流出炉膛后依次与第一过热器5、第二过热器6、第三再热器7、第四再热器8、第二再热器9、第一再热器10、省煤器11管内超临界二氧化碳工质换热；烟气流过省煤器11后(此时省煤器出口的烟气温度为： 510.67-558.62℃)与空气预热器换热；经过大量热交换的低温烟气排出装置外(此时烟气温度为：118-123℃)。

如图2所示的实施例2，包括：第一冷却壁1、第二冷却壁2、第一过热器5、第二过热器6、省煤器11、第一透平9、高温回热器17、低温回热器18、辅助压缩机20、冷却器21、辅助压缩机分流阀门19、冷却壁分流阀门25、再热布置系统200和压缩系统400，其中再热布置系统200先将输入的工质分两路送入锅炉内吸热，随后做功；

所述第一冷却壁1工质管道的出口与第一过热器5工质管道的入口相连；第二冷却壁2工质管道的出口和第二过热器6工质管道的入口相连；第一过热器5 工质管道的出口和第二过热器6工质管道的出口都与第一透平9的工质管道的入口相连，第一透平9的工质管道的出口与再热布置系统200工质管道的入口相连，再热布置系统200工质管道的出口、高温回热器17低压侧的入出口、低温回热器18低压侧的入口顺序依次相连，低温回热器18低压侧的出口分别与压缩系统 400的入口和辅助压缩机分流阀门19相连，辅助压缩机分流阀门19和辅助压缩机20的入口相连，压缩系统400的出口与低温回热器18高压侧的入口相连；辅助压缩机20的出口和低温回热器18高压侧的出口都连接至高温回热器17高压侧的入口，高温回热器17高压侧的出口分别与冷却壁分流阀门25和省煤器11 工质管道的入口相连，省煤器11工质管道的出口与第二冷却壁2工质管道的入口相连，冷却壁分流阀门25与第一冷却壁1工质管道的入口相连；

本实施例中再热布置系统200为单级再热布置，包括：第三冷却壁3、第三再热器7、第一再热器10、第一再热器分流阀门13和第二透平14，其中再热布置系统200工质管道的入口分别与第三冷却壁3工质管道的入口和第一再热器分流阀门13相连，第一再热器分流阀门13、第一再热器10工质管道的入出口、第三再热器7工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁3工质管道的出口和第三再热器7工质管道的出口汇合与第二透平14的入口相连，第二透平14的出口为再热布置系统200工质管道的出口；

辅助压缩机分流阀门19分流量为30.98-34.25％、第一冷却壁分流阀门25和第一再热器分流阀门13的分流量全为50％；

第一冷却壁1、第二冷却壁2和第三冷却壁3的吸热量占总吸热量的50％，且第一冷却壁1、第二冷却壁2和第三冷却壁3的管内径范围均为25～50mm，且管数778～1556根；第一冷却壁1和第二冷却壁2选用螺旋管圈水冷壁，第三冷却壁3选用垂直管圈水冷壁；

本实施例中压缩系统400为单级压缩布置，包括：冷却器21和第一压缩机 22，其中冷却器21的入口为压缩系统400的入口，冷却器21的出口与第一压缩机22的入口相连，第一压缩机22的出口为压缩系统400的出口；

本实施例中锅炉内部由第一冷却壁1、第二冷却壁2和第三冷却壁3围成的炉膛；第一过热器5、第二过热器6、第三再热器7、第一再热器10、省煤器11 和空气预热器顺序安装于烟气的流经区域内，其中第一过热器5最接近炉膛，空气预热器最接近烟道出口；烟气在流过流经区域内的各个装置的过程中将烟气中的热量通过各个装置的受热面传递给各个装置工质管道内的工质；

在本实施例中使用了不同于常规水蒸气朗肯循环火电机组的冷却壁布置，在常规水蒸气朗肯循环火电机组中冷却壁(水冷壁)并不对受热面进行分割，而在本专利设计的再热机组中将冷却壁分割成为第一冷却壁1、第二冷却壁2和第三冷却壁3三个部分，其中第一冷却壁1与第一过热器5组合，省煤器11、第二冷却壁2和第二过热器6组合分成两组共同构成炉内主流受热面，这样分组布置的意义在于：

1)S-CO₂循环的质量流量较大，对于相同容量的水蒸气朗肯循环机组S-CO₂机组的质量流量要比水蒸汽机组大6-8倍；质量流量的增加使得炉内各受热面压降增大，当采用现有的受热面布置形式时，随着冷却壁的压降随管径、管数的不同，炉内的压力范围为37.52-4.77MPa；当采用本文的受热面布置形式后压降能够控制在4.87-0.62MPa的范围内，因此本发明所述的布置形式可以保证炉内压降，提高循环效率。

2)由于煤粉在炉内燃烧，炉内为辐射换热，热流密度较高，温度不易控制，因此在每种组合中受热面都被分为炉内和炉膛顶部两个部分，其中在每种组合中的冷却壁在炉内吸热的同时而过热器在炉膛顶部吸热，这样分开设置能够使温度更容易调节；同时在一种组合中加入省煤器11能够使得锅炉的排烟温度较低，此设置能够使该处烟气温度额外降低39-45℃。

超临界二氧化碳工质在循环系统中的工作流程如下所述：高温回热器高压侧出口超临界二氧化碳工质在进入锅炉前分流，其中一路经过第一冷却壁分流阀门 25进入第一冷却壁1(此时工质的状态为：471.59-491.08℃，28.05-31.49MPa)，随后进入第一过热器5，另一路进入省煤器11，随后该路超临界二氧化碳工质经省煤器11进入第二冷却壁2(此时工质的状态为：509.70-530.56℃，27.29-31.06 MPa)，之后进入第二过热器6，最后两路超临界二氧化碳工质汇合进入第一透平9做功(此时工质的状态为：585.00-620.00℃，25.00-30.00MPa)。工质由第一透平9的工质出口排出后进行分流，一路经过第一再热器分流阀门13进入第一再热器10，随后进入第三再热器7，另一路进入第三冷却壁3吸热，最后两路超临界二氧化碳工质汇合进入第二透平14做功(此时工质的状态为： 585.00-620.00℃，13.60-15.14MPa)。第二透平14排气进入高温回热器17低压侧将热量传递给高压侧，随后进入低温回热器18低压侧将热量传递给高压侧。超临界二氧化碳工质在低温回热器18低压侧出口分流，一部分超临界二氧化碳工质进入冷却器21向环境排热，另一部分经过辅助压缩机分流阀门19进入辅助压缩机20经压缩后汇入低温回热器18高压侧出口。超临界二氧化碳工质在低温回热器18低压侧出口分流，进入冷却器21的超临界二氧化碳工质经冷却后进入第一压缩机22(此时工质的状态为：32-35℃，7.50-7.90MPa)，经压缩后的超临界二氧化碳工质进入低温回热器18高压侧入口；进入低温回热器18高压侧的超临界二氧化碳工质在回热器中与低压侧高温超临界二氧化碳工质换热，在出口处与辅助压缩机20出口的工质汇流，共同进入高温回热器17高压侧，进入高温回热器的超临界二氧化碳工质与低压侧高温超临界二氧化碳换热，随后高温回热器高压侧出口超临界二氧化碳工质在进入锅炉前分流。

同时锅炉及烟气部分的工作流程如下所述：煤粉在炉膛内燃烧通过第一冷却壁1、第二冷却壁2、第三冷却壁3与冷却壁管内的超临界二氧化碳工质换热，烟气流出炉膛后依次与第一过热器5、第二过热器6、第三再热器7、第一再热器10、省煤器11管内超临界二氧化碳工质换热；烟气流过省煤器11后(此时省煤器出口的烟气温度为：511.00-531.08℃)与空气预热器内的空气换热；经过大量热交换的低温烟气排出装置外(此时的烟气温度为：118-123℃)。

Claims (6)

1.一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，包括：第一冷却壁(1)、第二冷却壁(2)、第一过热器(5)、第二过热器(6)、省煤器(11)、第一透平(12)、高温回热器(17)、低温回热器(18)、辅助压缩机(20)、冷却器(21)、辅助压缩机分流阀门(19)、冷却壁分流阀门(25)、再热布置系统(200)和压缩系统(400)；其中再热布置系统(200)先将输入的工质送入锅炉内吸热，随后做功；压缩系统(400)使得工质在锅炉入口处的温度和质量流量进一步降低；

所述第一冷却壁(1)工质管道的出口与第一过热器(5)工质管道的入口相连；第二冷却壁(2)工质管道的出口和第二过热器(6)工质管道的入口相连；第一过热器(5)工质管道的出口和第二过热器(6)工质管道的出口都与第一透平(12)的工质管道的入口相连，第一透平(12)的工质管道的出口与再热布置系统(200)工质管道的入口相连，再热布置系统(200)工质管道的出口、高温回热器(17)低压侧的入出口、低温回热器(18)低压侧的入口顺序依次相连，低温回热器(18)低压侧的出口分别与压缩系统(400)的入口和辅助压缩机分流阀门(19)相连，辅助压缩机分流阀门(19)和辅助压缩机(20)的入口相连，压缩系统(400)的出口与低温回热器(18)高压侧的入口相连；辅助压缩机(20)的出口和低温回热器(18)高压侧的出口都连接至高温回热器(17)高压侧的入口，高温回热器(17)高压侧的出口分别与冷却壁分流阀门(25)和省煤器(11)工质管道的入口相连，省煤器(11)工质管道的出口与第二冷却壁(2)工质管道的入口相连，冷却壁分流阀门(25)与第一冷却壁(1)工质管道的入口相连。

2.根据权利要求1所述的超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，所述再热布置系统(200)提高工质在锅炉入口处的温度，使得锅炉尾部烟气余热量提高。

3.根据权利要求2所述的超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，所述再热布置系统(200)为单级再热布置或双级再热布置；

当所述再热布置系统(200)为单级再热布置时，包括：第三冷却壁(3)、第三再热器(7)、第一再热器(10)、第二透平(14)和第一再热器分流阀门(13)，其中再热布置系统(200)工质管道的入口分别与第三冷却壁(3)工质管道的入口和第一再热器分流阀门(13)相连，第一再热器分流阀门(28)、第一再热器(10)工质管道的入出口、第三再热器(7)工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁(3)工质管道的出口和第三再热器(7)工质管道的出口汇合与第二透平(14)的入口相连，第二透平(14)的出口为再热布置系统(200)工质管道的出口；

当所述再热布置系统(200)为双级再热布置时，包括：第三冷却壁(3)、第四冷却壁(4)、第三再热器(7)、第四再热器(8)、第二再热器(9)、第一再热器(10)、第二透平(14)和第三透平(16)、第一再热器分流阀门(13)和第二再热器分流阀门(15)；其中再热布置系统(200)工质管道的入口分别与第三冷却壁(3)工质管道的入口和第一再热器分流阀门(13)相连，第一再热器分流阀门(13)、第一再热器(10)工质管道的入出口、第三再热器(7)工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁(3)工质管道的出口与第三再热器(7)工质管道的出口汇合并与第二透平(14)的入口相连，第二透平(14)的出口分别与第四冷却壁(4)工质管道的入口和第二再热器分流阀门(15)相连；第二再热器分流阀门(15)、第二再热器(9)工质管道的入出口、第四再热器(8)工质管道的入口依次顺序连接，第四冷却壁(4)工质管道的出口与第四再热器(8)工质管道的出口汇合与第三透平(16)的入口相连，第三透平(16)的出口为再热布置系统(200)工质管道的出口；

当所述再热布置系统(200)为双级再热布置时，所述再热布置系统(200)能够进一步提高循环热效率，提高循环净功，在固定输出功率条件下能够降低质量流量，控制工质管道在锅炉内的压降。

4.根据权利要求3所述的超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，所述第三冷却壁(3)和所述第四冷却壁(4)的管内径范围均为20～50mm，且管数778～3112根；所述第三冷却壁(3)和所述第四冷却壁(4)都为垂直管圈水冷壁。

5.根据权利要求1所述的超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，所述第一冷却壁(1)和所述第二冷却壁(2)的管内径范围均为20～50mm，且管数均为778～3112根；所述第一冷却壁(1)和所述第二冷却壁(2)都为螺旋管圈水冷壁。

6.根据权利要求1所述的超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，其特征在于，所述压缩系统(400)为单级压缩或者双级压缩；

当所述压缩系统(400)为单级压缩时，包括：冷却器(21)和第一压缩机(22)，其中冷却器(21)的入口为压缩系统(400)的入口，冷却器(21)的出口与第一压缩机(22)的入口相连，第一压缩机(22)的出口为压缩系统(400)的出口；

当所述压缩系统(400)为双级压缩时，包括：冷却器(21)、第一压缩机(22)、中间冷却器(23)和第二压缩机(24)，其中冷却器(21)的入口为压缩系统(400)的入口，冷却器(21)的出口、第一压缩机(22)、中间冷却器(23)和第二压缩机(24)的入口依次首尾相连，第二压缩机(24)的出口为压缩系统(400)的出口；

当压缩系统(400)为双级压缩时，所述中间冷却器(23)减小第一压缩机(22)和第二压缩机(24)的耗功，降低工质在第一冷却壁(1)入口处的温度。