CN108916847A - 采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉 - Google Patents

采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉 Download PDF

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杨玉
张磊
吴帅帅
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Abstract

本发明公开了一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，包括炉膛、与炉膛相连通的烟道和烟气再循环系统；锅炉炉膛为采用耐火浇注料的绝热炉膛，通过采用大比例烟气再循环来中和炉内燃烧温度和降低炉膛出口烟温；本发明能够从根本上解决超临界二氧化碳锅炉由于锅炉进口工质温度显著增加所带来的炉膛气冷壁辐射受热面的超温问题。

Description

采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉
技术领域
本发明属于超临界二氧化碳锅炉技术领域，具体涉及一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉。
背景技术
不断提高发电机组的效率是电力行业研究的永恒主题和目标。对于发电企业而言，系统的循环效率越高，单位发电量的能耗就越低，对应的能源消耗量和污染物排放量就越低。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统是目前火力发电效率突破50％最具竞争优势的技术路线之一。对于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，由于系统回热量大，锅炉进口工质温度显著升高(高达500℃左右)，给超临界二氧化碳锅炉的设计和运行带来巨大挑战。
目前，国内外已公开的有关超临界二氧化碳锅炉的研究资料中，其受热面布置均参照传统蒸汽锅炉受热面结构进行。对于超临界二氧化碳锅炉来讲，如果仍按照传统蒸汽锅炉的受热面结构来布置其受热面，必然会存在严重的锅炉气冷壁超温问题。特别是在超临界二氧化碳锅炉的炉膛燃烧器区域，由于该区域燃料燃烧放热集中，热负荷明显增加，导致该区域气冷壁极易发生超温现象，给超临界二氧化碳锅炉的正常安全运行带来严重威胁。
发明内容
本发明的目的在于从根本上解决超临界二氧化碳锅炉由于进口工质温度高所带来的炉膛气冷壁辐射受热面超温问题，提出了一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，包括炉膛1、与炉膛相连通的烟道和烟气再循环系统；
炉膛1内壁面铺设有耐火浇注料2，炉膛1内壁面下部布置有燃烧器3，炉膛1底部设置有炉膛底部再循环烟气送入喷口16，炉膛1布置燃烧器3的位置设置有燃烧器区再循环烟气送入喷口17，炉膛1上部设置有炉膛上部再循环烟气送入喷口18；
与炉膛1相连通的烟道内沿烟气流通方向依次布置有高温过热器4、高温再热器5、包墙过热器6、低温过热器7、低温再热器9、中隔墙过热器8、烟气挡板10、烟气冷却器11、SCR烟气脱硝装置12和空气预热器13，其中，低温过热器7和低温再热器9并排布置于中隔墙过热器8的左右两侧；
烟气再循环系统包括烟道上设置的烟气再循环抽取口14，与烟气再循环抽取口14通过管道连通的设置在炉膛1上的炉膛底部再循环烟气送入喷口16、燃烧器区再循环烟气送入喷口17和炉膛上部再循环烟气送入喷口18，以及设置在管道上的烟气再循环风机15；
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出口工质与烟气冷却器11的出口工质经过管道并管后依次经过包墙过热器6、中隔墙过热器8、低温过热器7和高温过热器4后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的出口工质依次经过低温再热器9、高温再热器5后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低压透平的入口相连通。
所述炉膛1为绝热炉膛。
所述烟气再循环抽取口14位于烟气冷却器11和SCR烟气脱硝装置12之间；烟气再循环的抽取比例为40～60％，即再循环烟气量与抽取前烟道中烟气总量的比值为40～60％。
烟气再循环送入炉膛1时采用多点送入，具体包括炉膛底部再循环烟气送入喷口16、燃烧器区再循环烟气送入喷口17和炉膛上部再循环烟气送入喷口18。
锅炉尾部烟道布置有烟气冷却器11，烟气冷却器11中的工质引自超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器的冷测出口；对于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其低温回热器的冷测出口工质分成两路，一路工质与烟气冷却器11的入口相连通，另一路工质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测入口相连通，烟气冷却器11的出口工质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测出口工质经过管道并管后与超临界二氧化碳锅炉工质入口相连通。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，锅炉炉膛为采用耐火浇注料的绝热炉膛，取消了常规锅炉在炉膛内所布置的大量辐射受热面。为了满足锅炉炉膛出口烟温以及锅炉总换热量的要求，采用了大比例烟气再循环，一方面可将炉膛出口烟温降低到合理的范围内，另一方面由于烟气量明显增加，烟气的对流换热效果得到显著增强。本发明由于采用绝热炉膛，从而可以从根本上解决超临界二氧化碳锅炉由于锅炉进口工质温度显著增加所带来的炉膛气冷壁超温问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为炉膛、2为耐火浇注料、3为燃烧器、4为高温过热器、5为高温再热器、6为包墙过热器、7为低温过热器、8为中隔墙过热器、9为低温再热器、10为烟气挡板、11为烟气冷却器、12为SCR烟气脱硝装置、13为空气预热器、14为烟气再循环抽取口、15为烟气再循环风机、16为炉膛底部烟气再循环送入喷口、17为燃烧器区烟气再循环送入喷口、18为炉膛上部烟气再循环送入喷口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，包括炉膛1、与炉膛相连通的烟道和烟气再循环系统；
炉膛1内壁面铺设有耐火浇注料2，炉膛1内壁面下部布置有燃烧器3，炉膛1底部设置有炉膛底部再循环烟气送入喷口16，炉膛1布置燃烧器3的位置设置有燃烧器区再循环烟气送入喷口17，炉膛1上部设置有炉膛上部再循环烟气送入喷口18；
与炉膛1相连通的烟道内沿烟气流通方向依次布置有高温过热器4、高温再热器5、包墙过热器6、低温过热器7、低温再热器9、中隔墙过热器8、烟气挡板10、烟气冷却器11、SCR烟气脱硝装置12和空气预热器13，其中，低温过热器7和低温再热器9并排布置于中隔墙过热器8的左右两侧；
烟气再循环系统包括烟道上设置的烟气再循环抽取口14，与烟气再循环抽取口14通过管道连通的设置在炉膛1上的炉膛底部再循环烟气送入喷口16、燃烧器区再循环烟气送入喷口17和炉膛上部再循环烟气送入喷口18，以及设置在管道上的烟气再循环风机15；
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出口工质与烟气冷却器11的出口工质经过管道并管后依次经过包墙过热器6、中隔墙过热器8、低温过热器7和高温过热器4后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的出口工质依次经过低温再热器9、高温再热器5后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低压透平的入口相连通。
为了从根本上解决超临界二氧化碳锅炉所存在的炉内气冷壁辐射受热面的超温问题，本发明的锅炉炉膛1为绝热炉膛，炉膛内侧铺设有耐火浇注料2。通过从锅炉尾部烟道的烟气冷却器11后、SCR烟气脱硝装置12之前抽取大比例(40％～60％)的再循环烟气送入炉膛1，中和炉内燃烧温度，使炉膛出口烟气温度介于1000～1200℃的合理区间，满足对流受热面对烟气温度的要求。再循环烟气选择从烟气冷却器11后、SCR烟气脱硝装置12之前抽取的优点在于：(1)此位置处的烟气温度为370℃左右，烟温较低，能够很好地起到中和炉膛燃烧温度和降低炉膛出口烟温的作用；(2)由于所需再循环烟气量的比例较大，选择从SCR烟气脱硝装置12之前抽取，能够大幅度降低SCR装置的运行成本。
本发明中，再循环烟气送入炉膛三个位置处的比例可根据实际需要进行调节。对于难燃燃料，燃烧器区域的再循环烟气比例可适当降低；而对于易燃和易结渣燃料，为了缓解炉膛内的结渣，可适当增加燃烧器区域的再循环烟气比例。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，包括炉膛(1)、与炉膛相连通的烟道和烟气再循环系统；
炉膛(1)内壁面铺设有耐火浇注料(2)，炉膛(1)内壁面下部布置有燃烧器(3)，炉膛(1)底部设置有炉膛底部再循环烟气送入喷口(16)，炉膛(1)布置燃烧器(3)的位置设置有燃烧器区再循环烟气送入喷口(17)，炉膛(1)上部设置有炉膛上部再循环烟气送入喷口(18)；
与炉膛(1)相连通的烟道内沿烟气流通方向依次布置有高温过热器(4)、高温再热器(5)、包墙过热器(6)、低温过热器(7)、低温再热器(9)、中隔墙过热器(8)、烟气挡板(10)、烟气冷却器(11)、SCR烟气脱硝装置(12)和空气预热器(13)，其中，低温过热器(7)和低温再热器(9)并排布置于中隔墙过热器(8)的左右两侧；
烟气再循环系统包括烟道上设置的烟气再循环抽取口(14)，与烟气再循环抽取口(14)通过管道连通的设置在炉膛(1)上的炉膛底部再循环烟气送入喷口(16)、燃烧器区再循环烟气送入喷口(17)和炉膛上部再循环烟气送入喷口(18)，以及设置在管道上的烟气再循环风机(15)；
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出口工质与烟气冷却器(11)的出口工质经过管道并管后依次经过包墙过热器(6)、中隔墙过热器(8)、低温过热器(7)和高温过热器(4)后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的出口工质依次经过低温再热器(9)、高温再热器(5)后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低压透平的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，所述炉膛(1)为绝热炉膛。
3.根据权利要求1所述的一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，所述烟气再循环抽取口(14)位于烟气冷却器(11)和SCR烟气脱硝装置(12)之间；烟气再循环的抽取比例为40～60％，即再循环烟气量与抽取前烟道中烟气总量的比值为40～60％。
4.根据权利要求1所述的一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，烟气再循环送入炉膛(1)时采用多点送入，具体包括炉膛底部再循环烟气送入喷口(16)、燃烧器区再循环烟气送入喷口(17)和炉膛上部再循环烟气送入喷口(18)。
5.根据权利要求1所述的一种采用大比例烟气再循环的对流换热超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，锅炉尾部烟道布置有烟气冷却器(11)，烟气冷却器(11)中的工质引自超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器的冷测出口；对于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其低温回热器的冷测出口工质分成两路，一路工质与烟气冷却器(11)的入口相连通，另一路工质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测入口相连通，烟气冷却器(11)的出口工质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测出口工质经过管道并管后与超临界二氧化碳锅炉工质入口相连通。
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