CN111219217A - 一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统及方法，该系统包括主压缩机、再压缩机、预冷器、低温回热器、高温回热器、锅炉、高压透平、低压透平和底循环系统；其中锅炉炉膛内由下往上依次布置过热气冷壁、再热气冷壁、低温过热器、低温再热器、高温过热器、高温再热器、省煤器、空预器和低温省煤器；其中底循环系统包括依次相连通的泵、辅助预冷器、低温省煤器、膨胀机和蒸发器。本发明底循环系统基于有机朗肯循环或跨临界二氧化碳循环，底循环工质依次在辅助预冷器和低温省煤器中回收冷端余热和排烟余热后用于发电，从而有效提高系统发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤发电技术领域，特别涉及一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统及方法。
背景技术
目前，燃煤发电仍然是我国主要发电方式，所以提高燃煤发电效率对我国节约能源、减少污染物排放具有重大意义。基于蒸汽朗肯循环原理的传统燃煤发电技术经过几十年的发展已经相当成熟，发电效率进一步提升的空间较小。而基于布雷顿循环原理的超临界二氧化碳动力循环系统具有循环效率高、体积功率密度大等优点，通过与燃煤锅炉相结合，有望大幅提高燃煤发电效率。
以超临界二氧化碳为工质的动力循环燃煤发电系统的研究主要集中在主循环构型方面，而有关系统余热回收方面的研究较少。锅炉排烟温度普遍高于120℃，携带有大量可利用的热能；同时，冷端预冷器中工质放热温度较高，同样蕴含大量可利用热能。如果这两部分低温热能被释放到环境中，会造成大量能量损失。而当前的相关研究较少地考虑低温热能的回收利用，所以现有的超临界二氧化碳燃煤发电系统具有较大的节能潜力。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统及方法，通过回收排烟余热后，将排烟温度降低到90℃左右；同时，也可以回收预冷器冷端余热，从而提高超临界二氧化碳燃煤发电系统发电效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统，包括主循环系统和底循环系统，主循环系统包括主压缩机1，主压缩机1输出端依次连接低温回热器2、高温回热器3、锅炉过热气冷壁4、低温过热器5、高温过热器6和高压透平7，高压透平7的排气端依次连接再热气冷壁8、低温再热器9、高温再热器10和低压透平11，所述的低压透平11排气端依次连接高温回热器3、低温回热器2、辅助预冷器12和预冷器13，预冷器13输出端连接主压缩机1，完成闭合循环；
底循环系统包括依次相连通的泵17、辅助预冷器12、低温省煤器18、膨胀机19和蒸发器20。
所述的低温回热器2冷侧进口与主压缩机1出口相连通，低温回热器2冷侧出口同时与再压缩机14出口、高温回热器3冷侧进口和省煤器15工质进口相连通，低温回热器2热侧进口与高温回热器3热侧出口相连通，低温回热器2热侧出口同时与再压缩机14进口和辅助预冷器12主循环工质进口相连通；高温回热器3冷侧出口与过热气冷壁4工质进口相连通，高温回热器3热侧进口与低压透平11出口相连通；省煤器15出口与高压透平7进口相连通。
所述泵17、辅助预冷器12、低温省煤器18、膨胀机19和蒸发器20依次相连通构成底循环系统，用于回收余热发电，其中辅助预冷器12用于回收冷端余热，低温省煤器18用于回收排烟余热。
所述低温省煤器18出口排烟温度为90℃左右。
一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统的方法，主循环工质经主压缩机1升压后，依次在低温回热器2、高温回热器3、锅炉过热气冷壁4、低温过热器5、高温过热器6中吸热，然后进入高压透平7膨胀做功，排气又依次在再热气冷壁8、低温再热器9和高温再热器10中吸热，温度再次升高后进入低压透平11完全膨胀做功，排气依次在高温回热器3和低温回热器2中放热后，继续被辅助预冷器12和预冷器13冷却，然后工质再次进入主压缩机1，完成闭合循环；低温回热器2热侧出口分流部分工质，经再压缩机14压缩后汇入低温回热器2冷侧出口；再压缩机14出口分流部分工质，在省煤器15中吸锅炉尾部烟气热量后，进入高压透平7做功；冷空气经空预器16预热后进入炉膛辅助燃烧；
底循环工质经泵17升压后，依次在辅助预冷器12和低温省煤器18中吸热，从而回收冷端余热和排烟余热，温度升高后进入膨胀机19做功，然后在蒸发器20中蒸发吸热后再次进入泵17，完成闭式循环。
所述底循环系统构型采用有机朗肯循环或跨临界二氧化碳循环。
所述主循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
本发明的有益效果：
1.本发明通过底循环系统可以同时回收冷端余热和排烟余热用于发电，从而有效提高系统发电效率。
2.本发明底循环系统构型灵活，适用于有机朗肯循环或跨临界二氧化碳循环。
3.本发明采用塔式锅炉，同样适用于其他型式的锅炉，如π型锅炉等。
附图说明
图1为本发明一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统，主循环系统包括依次相连通的辅助预冷器12、预冷器13、主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、过热气冷壁4、低温过热器5、高温过热器6、高压透平7、再热气冷壁8、低温再热器9、高温再热器10、低压透平11；还包括再压缩机14、省煤器15和空预器16；底循环系统包括依次相连通的泵17、辅助预冷器12、低温省煤器18、膨胀机19和蒸发器20。
其中，低温回热器2冷侧进口与主压缩机1出口相连通，低温回热器2冷侧出口同时与再压缩机14出口、高温回热器3冷侧进口和省煤器15工质进口相连通，低温回热器2热侧进口与高温回热器3热侧出口相连通，低温回热器2热侧出口同时与再压缩机14进口和辅助预冷器12主循环工质进口相连通；高温回热器3冷侧出口与过热气冷壁4工质进口相连通，高温回热器3热侧进口与低压透平11出口相连通；省煤器15出口与高压透平7进口相连通。
作为本发明的优选实施方式，所述泵17、辅助预冷器12、低温省煤器18、膨胀机19和蒸发器20依次相连通构成底循环系统，用于回收余热发电，其中辅助预冷器12用于回收冷端余热，低温省煤器18用于回收排烟余热。
作为本发明的优选实施方式，所述底循环系统构型采用有机朗肯循环或跨临界二氧化碳循环。
作为本发明的优选实施方式，所述主循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
作为本发明的优选实施方式，所述低温省煤器18出口排烟温度为90℃左右。
本发明底循环系统基于有机朗肯循环或跨临界二氧化碳循环，底循环工质依次在辅助预冷器和低温省煤器中回收冷端余热和排烟余热后用于发电，从而有效提高系统发电效率。
如图1所示，一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统的方法，其特征在于：主循环工质经主压缩机1升压后，依次在低温回热器2、高温回热器3、锅炉过热气冷壁4、低温过热器5、高温过热器6中吸热，然后进入高压透平7膨胀做功，排气又依次在再热气冷壁8、低温再热器9和高温再热器10中吸热，温度再次升高后进入低压透平11完全膨胀做功，排气依次在高温回热器3和低温回热器2中放热后，继续被辅助预冷器12和预冷器13冷却，然后工质再次进入主压缩机1，完成闭合循环；低温回热器2热侧出口分流部分工质，经再压缩机14压缩后汇入低温回热器2冷侧出口；再压缩机14出口分流部分工质，在省煤器15中吸锅炉尾部烟气热量后，进入高压透平7做功；冷空气经空预器16预热后进入炉膛辅助燃烧。
底循环工质经泵17升压后，依次在辅助预冷器12和低温省煤器18中吸热，从而回收冷端余热和排烟余热，温度升高后进入膨胀机19做功，然后在蒸发器20中蒸发吸热后再次进入泵17，完成闭式循环。
Claims (7)
1.一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，包括主循环系统和底循环系统，主循环系统包括主压缩机(1)，主压缩机(1)输出端依次连接低温回热器(2)、高温回热器(3)、锅炉过热气冷壁(4)、低温过热器(5)、高温过热器(6)和高压透平(7)，高压透平(7)的排气端依次连接再热气冷壁(8)、低温再热器(9)、高温再热器(10)和低压透平(11)，所述的低压透平(11)排气端依次连接高温回热器(3)、低温回热器(2)、辅助预冷器(12)和预冷器(13)，预冷器(13)输出端连接主压缩机(1)，完成闭合循环；
底循环系统包括依次相连通的泵(17)、辅助预冷器(12)、低温省煤器(18)、膨胀机(19)和蒸发器(20)。
2.根据权利要求1所述的一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，所述的低温回热器(2)冷侧进口与主压缩机(1)出口相连通，低温回热器(2)冷侧出口同时与再压缩机(14)出口、高温回热器(3)冷侧进口和省煤器(15)工质进口相连通，低温回热器(2)热侧进口与高温回热器(3)热侧出口相连通，低温回热器(2)热侧出口同时与再压缩机(14)进口和辅助预冷器(12)主循环工质进口相连通；高温回热器(3)冷侧出口与过热气冷壁(4)工质进口相连通，高温回热器(3)热侧进口与低压透平(11)出口相连通；省煤器(15)出口与高压透平(7)进口相连通。
3.根据权利要求1所述的一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，所述泵(17)、辅助预冷器(12)、低温省煤器(18)、膨胀机(19)和蒸发器(20)依次相连通构成底循环系统，用于回收余热发电，其中辅助预冷器(12)用于回收冷端余热，低温省煤器(18)用于回收排烟余热。
4.根据权利要求1所述的一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，所述低温省煤器(18)出口排烟温度为90℃左右。
5.一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统的方法，其特征在于，主循环工质经主压缩机(1)升压后，依次在低温回热器(2)、高温回热器(3)、锅炉过热气冷壁(4)、低温过热器(5)、高温过热器(6)中吸热，然后进入高压透平(7)膨胀做功，排气又依次在再热气冷壁(8)、低温再热器(9)和高温再热器(10)中吸热，温度再次升高后进入低压透平(11)完全膨胀做功，排气依次在高温回热器(3)和低温回热器(2)中放热后，继续被辅助预冷器(12)和预冷器(13)冷却，然后工质再次进入主压缩机(1)，完成闭合循环；低温回热器(2)热侧出口分流部分工质，经再压缩机(14)压缩后汇入低温回热器(2)冷侧出口；再压缩机(14)出口分流部分工质，在省煤器(15)中吸锅炉尾部烟气热量后，进入高压透平(7)做功；冷空气经空预器(16)预热后进入炉膛辅助燃烧；
底循环工质经泵(17)升压后，依次在辅助预冷器(12)和低温省煤器(18)中吸热，从而回收冷端余热和排烟余热，温度升高后进入膨胀机(19)做功，然后在蒸发器(20)中蒸发吸热后再次进入泵(17)，完成闭式循环。
6.根据权利要求5所述的一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统的方法，所述底循环系统构型采用有机朗肯循环或跨临界二氧化碳循环。
7.根据权利要求5所述的一种可回收余热的煤基超临界二氧化碳发电系统的方法，所述主循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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