CN111664444A - 超临界二氧化碳燃煤锅炉系统及其烟风耦合立体循环工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳燃煤锅炉系统及其烟风耦合立体循环工艺，所述燃煤锅炉系统包括炉膛、烟道、二次风机和再循环烟道，所述炉膛四周壁面上设有组合风喷口，所述烟道的一端与所述炉膛的上端连通，所述二次风机的出风口通过风量控制阀与所述组合风喷口连通，所述再循环烟道的进风端与所述烟道连通，所述再循环烟道的出气端通过烟气量控制阀与所述组合风喷口连通，所述再循环烟道上设有再循环风机，且所述再循环风机用以从所述烟道抽取烟气。本申请所述超临界二氧化碳燃煤锅炉系统可保证燃煤锅炉的燃烧效率，并有效缓解其壁面的高温腐蚀和结焦结渣。

Description

超临界二氧化碳燃煤锅炉系统及其烟风耦合立体循环工艺

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳燃煤锅炉技术领域，特别涉及超临界二氧化碳燃煤锅炉系统及其烟风耦合立体循环工艺。

背景技术

超临界二氧化碳动力循环在太阳能、核能、燃气轮机以及火力发电领域受到了广泛的研究和关注，但由于材料的限制，常规的蒸汽朗肯循环燃煤机组难以进一步提高效率，而超临界二氧化碳燃煤机组却可以实现在同等出口工质参数下提升约3-5％的净效率。

超临界二氧化碳的传热系数只有水工质传热系数的1/3左右，同时，由于超临界二氧化碳布雷顿循环的特性，锅炉进口超临界二氧化碳温度将达到400-550℃，常规水锅炉约为200-310℃，压力也在30MPa以上，锅炉吸热势必会导致壁面温度升高，当壁面温度升高后，一方面会引起炉膛壁面超温安全问题；另一方面，壁面温度的升高会导致炉膛壁面结焦结渣和高温腐蚀问题加剧，进一步威胁炉膛安全性。

利用烟气再循环来处理超临界二氧化碳锅炉的炉膛壁面温度过高问题是一个有潜力的解决方案。这种方案通过烟气再循环，能够降低炉膛的整体温度，降低炉膛热流密度，使得热力型NOx的生成大大减少，抑制结焦结渣和高温腐蚀，炉膛安全性提升；同时还增大了烟气体积，有利于对流受热面的布置，但是，由于烟气再循环降低了炉膛的整体温度，会使得燃烧效率大大降低。申请号为CN201910457443.2的中国专利公开了一种多级预混烟气再循环喷入技术来解决超临界二氧化碳锅炉炉膛壁温过高问题，虽然该专利所采用的多级烟气再循环技术可以缓解锅炉炉膛壁温过高，且一定程度上保证了锅炉效率，但仍会有大量再循环烟气喷入火焰燃烧区域，必然会影响燃烧效率。

利用贴壁风来处理超临界二氧化碳锅炉的炉膛壁面温度过高的问题亦是一个有潜力的解决方案，贴壁风可以在炉膛近壁区形成一层保护膜，抑制了火焰直接冲击壁面，同时形成的近壁区氧化氛围可以抑制结焦结渣和高温腐蚀。现有技术通常将一部分二次风经贴壁风喷口或壁面管间鳍片开设的孔通入炉膛形成贴壁风，可保护范围小，贴壁风量较难调控，贴壁风量较大时减少了喷入炉膛中心的二次风量，喷入炉膛中心的氧量就会下降，燃烧效率下降；且对于超临界二氧化碳锅炉的整体炉膛壁温会急剧增加，利用贴壁风无法较大范围的保护超临界二氧化碳锅炉的易超温区域。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统及其烟风耦合立体循环工艺，采用的技术方案为：

超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，包括炉膛、烟道、二次风机和再循环烟道，所述炉膛四周壁面上设有组合风喷口，所述烟道的一端与所述炉膛的上端连通，所述二次风机的出风口通过风量控制阀与所述组合风喷口连通，所述再循环烟道的进风端与所述烟道连通，所述再循环烟道的出气端通过烟气量控制阀与所述组合风喷口连通，所述再循环烟道上设有再循环风机，且所述再循环风机用以从所述烟道抽取再循环烟气。

优选地，所述炉膛包括由下至上依次连接并连通的小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段，且所述小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段的口径依次增大，所述组合风喷口包括下组合风喷口、中组合风喷口和上组合风喷口，所述下组合风喷口设置在所述小炉膛段上，所述中组合风喷口设置在所述小炉膛段和所述中间过渡段的连接处，所述上组合风喷口设置在所述中间过渡段和所述大炉膛段的连接处。

优选地，所述大炉膛段的口径为小炉膛段的1.1-1.5倍，所述中间过渡段呈锥台型，所述中间过渡段的截面积由下至上逐渐增大，且其侧壁与水平面的夹角为30°-80°。

优选地，所述下组合风喷口、中组合风喷口和上组合风喷口喷口出口处的口径分别小于其内部口径的大小。

优选地，还包括一次风机，所述小炉膛段由下至上依次设有下二次风喷口、一次风喷口、上二次风喷口和OFA风喷口，所述中间过渡段上设有下SOFA风喷口，所述大炉膛段上设有上SOFA风喷口，所述一次风机的出风口通过风量控制阀与所述一次风喷口连通，所述二次风机的出风口分别通过风量控制阀与所述下二次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口和组合风喷口连通，所述再循环烟道的出气端分别通过所述烟气量控制阀与所述下二次风喷口、一次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口和组合风喷口连通。

优选地，所述再循环烟道的进风端包括三条进风支路，所述烟道的一端与所述炉膛的上端连通，所述烟道上由其靠近所述炉膛的一端向其另一端依次设有空气预热器、除尘器和引风机，三条所述进风支路分别与所述烟道连通，且三条所述进风支路与所述烟道的连通分别位于所述空气预热器、除尘器和引风机靠近所述炉膛的一侧。

一种超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺，具体工艺为：所述再循环风机抽取的再循环烟气输送至所述下二次风喷口、一次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口、下组合风喷口、中组合风喷口和上组合风喷口，所述一次风机输送一次风至所述一次风喷口，所述二次风机输送二次风至所述下二次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口、下组合风喷口、中组合风喷口和上组合风喷口，一次风与再循环烟气混合后通过所述一次风喷口流入所述炉膛内部，或二次风与再循环烟气混合后分别通过所述下二次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口、下组合风喷口、中组合风喷口和上组合风喷口中的至少一个流入所述炉膛内部。

优选地，再循环烟气和与其混合的一次风的体积比小于或等于9，且再循环烟气和与其混合的二次风的体积比小于或等于9。

优选地，超临界二氧化碳燃煤锅炉在75％THA-BMCR工况条件下，将流过再循环风机的再循环烟气的40％-80％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在50％THA-75％THA工况条件下，将流过再循环风机的再循环烟气的30％-70％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在小于50％THA工况条件下，将流过再循环风机的再循环烟气的20％-60％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合。

优选地，超临界二氧化碳燃煤锅炉在75％THA-BMCR工况条件下，上组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-20％，中组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-25％，下组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在50％THA-75％THA工况条件下，上组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-15％，中组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-20％，下组合风喷口喷出的风量占为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在小于50％THA工况条件下，上组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-10％，中组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-15％，下组合风喷口喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％。

本申请所述超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的有益效果在于：

本申请将二次风和再循环烟气预混后产生的混合气体通过组合风喷口通入炉膛，一方面，再循环烟气减少了通入炉膛中心的烟气的量，也避免因二次风抽取的量过大而影响锅炉的燃烧效率，保证炉膛的燃烧效率，同时再循环烟气保证组合风拥有足够的风量，增大组合风对超临界二氧化碳燃煤锅炉壁面的保护范围；另一方面，一二次风提高了组合风中的含氧量，强化锅炉壁面的氧化氛围，减少超临界二氧化碳锅炉的高温腐蚀和结焦结渣。

炉膛上设计了三段式组合风喷口，喷口处采用折风角进一步提高组合风的流速，保护超临界二氧化碳燃煤锅炉炉膛绝大部分区域的壁面，有效缓解超临界二氧化碳锅炉的壁面超温、结焦结渣和高温腐蚀；

所述下SOFA风喷口设置在所述炉膛的中间过渡段上，下SOFA风喷口喷出的混合气体破坏了炉膛内部的高温烟气回流，有效避免超临界二氧化碳燃煤锅炉在炉膛的中间过渡段所产生的高温回卷烟气冲击壁面，下SOFA风喷口喷出的混合气体与组合风的组合共同实现对中间过渡段壁面的保护；

同时所述烟风耦合立体循环工艺还提出了超临界二氧化碳燃煤锅炉在不同负荷工况下的烟风耦合立体循环调控策略，保证了燃煤锅炉在不同运行条件下可以实现最佳燃烧效率的同时又能对超临界二氧化碳燃煤锅炉壁面起到有效保护作用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请所述超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的结构图；

图2为本申请所述超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的炉膛横截面示意图；

图3为本申请所述超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的管路结构示意图；

图4为本申请所述下组合风喷口、中组合风喷口和上组合风喷口的结构示意图。

附图标记的具体含义为：

1、炉膛；11、下二次风喷口；12、一次风喷口；13、上二次风喷口；14、OFA风喷口；15、下SOFA风喷口；16、上SOFA风喷口；17、组合风喷口；171、下组合风喷口；172、中组合风喷口；173、上组合风喷口；

2、烟道；21、空气预热器；22、除尘器；23、引风机；

3、二次风机；31、二次空气管道一；32、二次空气管道二；33、二次空气管道三；34、二次空气管道四；35、二次空气管道五；36、送风管道；37、二级控制阀；

4、再循环烟道；41、烟气量控制阀；42、再循环风机；43、进风支路；44、出风支路；45、混合箱；

5、一次风机；51、一次空气管道。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1，提出本申请的一个实施例，本实施例中的超临界二氧化碳燃煤锅炉为采用对冲燃烧的Π型炉，本申请所述超临界二氧化碳燃煤锅炉也采用其他炉型和燃烧方式，其他炉型包括但不仅限于塔式炉，其他燃烧方式包括但不仅限于四角切圆燃烧、双切圆燃烧。

本申请的实施例所述超临界二氧化碳燃煤锅炉包括炉膛1、烟道2、二次风机3和再循环烟道4，所述炉膛1四周壁面上设有组合风喷口17，所述烟道2的一端与所述炉膛1的上端连通，所述二次风机3的出风口通过风量控制阀与混合箱连通，所述再循环烟道4的进风端与所述烟道2连通，所述再循环烟道4的出气端通过烟气量控制阀41与所述混合箱连通，所述再循环烟道4上设有再循环风机42，且所述再循环风机42用以从所述烟道2抽取再循环烟气，所述混合箱通过管道与所述组合风喷口17连通。

所述再循环风机42抽取在所述炉膛1内产生的烟气，并输送再循环烟气进入所述再循环烟道4，所述二次风机3产生的二次风与所述再循环的烟气产生混合气体并从所述组合风喷口17流入所述炉膛1内并形成组合风，保证炉膛1的燃烧效率，有效缓解超临界二氧化碳燃煤锅炉的高温腐蚀和结焦结渣。

所述烟气量控制阀41可有效的调节流入所述组合风喷口17的烟气量，所述风量控制阀可有效的调节流入所述组合风喷口17的风量，便于调控。

优选地，所述炉膛1包括由下至上依次连接的小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段，且所述小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段的口径依次增大，所述组合风喷口17包括下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173，所述下组合风喷口171设置在所述小炉膛段上，所述中组合风喷口172设置在所述小炉膛段和所述中间过渡段的连接处，所述上组合风喷口173设置在所述中间过渡段和所述大炉膛段的连接处。

如图2所示，所述下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173设置在所述炉膛1四周的壁面上。

如图4所示，炉膛1上设计了三段式组合风喷口17，所述下组合风喷口171设置在所述小炉膛段的下端，所述中组合风喷口172设置在所述小炉膛段和所述中间过渡段的连接处，所述上组合风喷口173设置在所述中间过渡段和所述大炉膛段的连接处，且所述下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173的喷口均朝上。

所述L0和L的大小根据所述组合风喷口17内的风速确定，所述组合风喷口17的出口风速大，保证组合风对超临界二氧化碳燃煤锅炉炉膛1壁面的保护效果。

优选地，所述大炉膛段的口径为小炉膛段的1.1-1.5倍，所述中间过渡段呈锥台型，所述中间过渡段的底面朝上，且其侧壁与水平面的夹角为30°-80°。

所述中间过渡段呈锥台型，所述中间过渡段的底面朝上，且其侧壁与水平面的夹角为30°-80°，在本实施例中，所述大炉膛段的口径为小炉膛段的1.2倍，中间过渡段的侧面与竖直面的夹角为45°。

优选地，所述下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173喷口出口处的口径分别小于其内部口径的大小。

以所述中组合风喷口172为例，所述中组合风喷口172内部的宽度为L，其喷口的宽度为L0，且所述L0<L,从而进一步提高组合风的流速，保护超临界二氧化碳燃煤锅炉炉膛1绝大部分区域的壁面，有效缓解超临界二氧化碳燃煤锅炉的壁面超温、结焦结渣和高温腐蚀。

所述燃煤锅炉系统还包括一次风机5，所述小炉膛段由下至上依次设有下二次风喷口11、一次风喷口12、上二次风喷口13和OFA风喷口14，所述中间过渡段上设有下SOFA风喷口15，所述大炉膛段上设有上SOFA风喷口16，所述一次风机5的出风口通过风量控制阀与所述一次风喷口12连通，所述二次风机3的出风口分别通过风量控制阀与所述下二次风喷口11、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16和组合风喷口17连通，所述再循环烟道4的出气端分别通过烟气量控制阀与所述下二次风喷口11、一次风喷口12、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16和组合风喷口17连通。

在超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺中，所述再循环风机42抽取的再循环烟气输送至所述下二次风喷口11、一次风喷口12、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16、下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173，所述一次风机5输送一次风至所述一次风喷口12，所述二次风机3输送二次风至所述下二次风喷口11、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16、下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173，一次风与再循环烟气混合后通过所述一次风喷口12流入所述炉膛1内部，或二次风与再循环烟气混合后分别通过所述下二次风喷口11、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16、下组合风喷口171、中组合风喷口172和上组合风喷口173中的至少一个流入所述炉膛1内部。

下SOFA风喷口15喷出的混合气体破坏了炉膛1内部的高温烟气回流，有效避免超临界二氧化碳燃煤锅炉在炉膛1的中间过渡段所产生的高温回卷烟气冲击壁面，下SOFA风喷口15喷出的混合气体与上组合风喷口173喷出的混合气体的组合共同实现对中间过渡段壁面的保护。

在超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺中，再循环烟气的体积与一次风、二次风、再循环烟气的体积之和的比值为小于或等于90％，保证组合风风量充足。

其中，如图1所示，在本实施例中，所述炉膛1壁面上的下二次风喷口11、一次风喷口12、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16和组合风喷口17均设一组，在其他实施例中，所述下二次风喷口11、一次风喷口12、上二次风喷口13、OFA风喷口14、下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16和组合风喷口17的数量可根据需求调节。

如图3所示，为简化燃煤锅炉的管路设计，在本实施例中，所述一次风机5通过一次空气管道51与所述一次风喷口12连通，所述二次风机3通过二次空气管道一31与所述下组合风口连通，通过二次空气管道二32与所述下二次风喷口11连通，通过二次空气管道三33与所述上二次风喷口13连通，通过二次空气管道四34与所述连通OFA风喷口14连通，通过二次空气管道五35与所述下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16、中组合风喷口172和上组合风喷口173连通，且所述一次空气管道51、二次空气管道一31、二次空气管道二32、二次空气管道三33、二次空气管道四34和二次空气管道五35上分别设有风量控制阀，所述风量控制阀分别用以调节对应空气管道内的风量。

所述二次空气管道五35远离所述二次风机3的一端具有四条送风管道36，且四条送风管道36分别与所述下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16、中组合风喷口172和上组合风喷口173连通，四条送风管道36分别设有二级控制阀37，所述二级控制阀37分别用以控制流入所述下SOFA风喷口15、上SOFA风喷口16、中组合风喷口172和上组合风喷口173混合气体的量。

所述再循环烟道4的具有六条出风支路44，六条出风支路44分别通过混合箱45与所述一次空气管道51、二次空气管道一31、二次空气管道二32、二次空气管道三33、二次空气管道四34和二次空气管道五35连通，且六条所述出风支路44上分别设有烟气量控制阀41，所述烟气量控制阀41分别用以调节对应出风支路44内的烟气量，每个所述混合箱45分别用以使对应空气管道内的空气和对应出风支路44内的烟气混合均匀。

所述空气预热器21的烟气管道与所述再循环烟道4连通，所述一次风机5和所述二次风机3与所述空气预热器21的空气管道连通，一次风机5和二次风机3输送的空气与空气预热器21内的烟气换热后再与所述烟气混合。

在另一个实施例中，可根据需求在冷却壁鳍片上开孔，使组合风从鳍片上的孔流入所述炉膛1内部，安装方便。

优选地，所述再循环烟道4的进风端包括三条进风支路43，所述烟道2上由其靠近所述炉膛1的一端向其另一端依次设有空气预热器21、除尘器22和引风机23，三条所述进风支路43分别与所述烟道2连通，且三条所述进风支路43与所述烟道2的连通分别位于所述空气预热器21、除尘器22和引风机23靠近所述炉膛1的一侧。

流经所述空气预热器21和除尘器22的烟气的温度、灰尘含量逐渐降低，避免烟气的温度过高影响组合风的效果。

在超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺中，再循环烟气和与其混合的一次风的体积比小于或等于9，且再循环烟气和与其混合的二次风的体积比小于或等于9。

足量的再循环烟气给组合风提供充足的风量，同时避免二次风抽取的量过大而影响锅炉的燃烧效率，保证炉膛的燃烧效率。

优选地，超临界二氧化碳燃煤锅炉在75％THA-BMCR工况条件下，将流过再循环风机42的再循环烟气的40％-80％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在50％THA-75％THA工况条件下，将流过再循环风机42的再循环烟气的30％-70％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在小于50％THA工况条件下，将流过再循环风机42的再循环烟气的20％-60％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合。

根据超临界二氧化碳燃煤锅炉在不同的工况条件下送入足量的燃尽风至炉膛内部，保证燃煤热值的释放，有利于提高所述炉膛的燃烧效率。

优选地，超临界二氧化碳燃煤锅炉在75％THA-BMCR工况条件下，上组合风喷口173喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-20％，中组合风喷口172喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-25％，下组合风喷口171喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在50％THA-75％THA工况条件下，上组合风喷口173喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-15％，中组合风喷口172喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-20％，下组合风喷口171喷出的风量占为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在小于50％THA工况条件下，上组合风喷口173喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-10％，中组合风喷口172喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-15％，下组合风喷口171喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％。

超临界二氧化碳燃煤锅炉在不同的工况条件下时，所述小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段中壁面温度、煤粉燃烧状态不同，因此根据超临界二氧化碳燃煤锅炉的工况条件下调整三段炉膛内组合风风量的大小，从而在不影响燃烧效率的情况下保证组合风对炉膛壁面保护效果。

基于上述内容，提出本申请的三个实施例和六个对比例如下：

实施例1

本实施例所述超临界二氧化碳燃煤锅炉采用Π型炉，Π型炉的炉膛包括由下至上依次连接的小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段，所述大炉膛段的口径为小炉膛段的1.2倍，所述中间过渡段呈锥台型，所述中间过渡段的截面积由下至上逐渐增大，且其侧壁与水平面的夹角为45°，且小炉膛段上设有下组合风喷口，所述小炉膛段和所述中间过渡段的连接处设有中组合风喷口，所述中间过渡段和所述大炉膛段的连接处设有上组合风喷口。

小炉膛段由下至上依次设有下二次风喷口、一次风喷口、上二次风喷口和OFA风喷口，所述中间过渡段上设有下SOFA风喷口，所述大炉膛段上设有上SOFA风喷口，所述一次风机的出风口通过风量控制阀与所述一次风喷口连通，所述二次风机的出风口分别通过风量控制阀与所述下二次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口、上组合风喷口、中组合风喷口和下组合风喷口连通，所述再循环烟道的出气端分别通过所述烟气量控制阀与所述下二次风喷口、一次风喷口、上二次风喷口、OFA风喷口、下SOFA风喷口、上SOFA风喷口、上组合风喷口、中组合风喷口和下组合风喷口连通。

超临界二氧化碳燃煤锅炉在BMCR工况条件下，再循环风机从流过引风机的进风管道抽取烟气，抽取比例为30％，将流过再循环风机的40％的再循环烟气与SOFA风混合，60％的再循环烟气与一次风、二次风和OFA风混合，其中，上组合风喷口173喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％，中组合风喷口172喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％，下组合风喷口171喷出的风量占为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的20％，测量锅炉小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段的最高壁温，测量锅炉燃烧效率。

实施例2

与实施例1不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在70％THA工况条件下，将流过再循环风机的50％的再循环烟气与SOFA风混合，50％的再循环烟气与一次风、二次风和OFA风混合。其中，上组合风喷口173喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％，中组合风喷口172喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％，下组合风喷口171喷出的风量占为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的20％，测量锅炉小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段的最高壁温，测量锅炉燃烧效率。

实施例3

与实施例1不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在45％THA工况条件下，将流过再循环风机的60％的再循环烟气与SOFA风混合，40％的再循环烟气与一次风、二次风和OFA风混合。其中，上组合风喷口173喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％，中组合风喷口172喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％，下组合风喷口171喷出的风量占为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的15％，测量锅炉小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段的最高壁温，测量锅炉燃烧效率。

对比例1

测量超临界二氧化碳燃煤锅炉在BMCR工况条件下的最高壁温和燃烧效率。

对比例2

测量超临界二氧化碳燃煤锅炉在70％THA工况条件下的最高壁温和燃烧效率。

对比例3

测量超临界二氧化碳燃煤锅炉在45％THA工况条件下的最高壁温和燃烧效率。

对比例4

与实施例1不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在BMCR工况条件下，将抽取的再循环烟气单独从炉膛底部喷入超临界二氧化碳燃煤锅炉内。

对比例5

与对比例4不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在70％THA工况条件下，将抽取的再循环烟气单独从炉膛底部喷入超临界二氧化碳燃煤锅炉内。

对比例6

与对比例4不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在45％THA工况条件下，将抽取的再循环烟气单独从炉膛底部喷入超临界二氧化碳燃煤锅炉内。

对比例7

与实施例1不同的是，本对比例炉膛的小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段上均未设置组合风喷口。超临界二氧化碳燃煤锅炉在BMCR工况条件下，将70％的再循环烟气与二次风混合并由上二次风喷口送入炉膛内，余下30％的再循环烟气与SOFA风混合后并由SOFA风喷口送入炉膛内，其余喷口送入空气或煤粉空气混合气体，且流量保持与实施例1中的流量相同。

对比例8

与对比例7不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在70％THA工况条件下，将50％的再循环烟气与一次风混合并由一次风喷口送入炉膛内，50％的再循环烟气与OFA风混合后并由OFA风喷口送入炉膛内，其余喷口送入空气或煤粉空气混合气体。

对比例9

与对比例7不同的是，超临界二氧化碳燃煤锅炉在45％THA工况条件下，将50％的再循环烟气与二次风混合并由下二次风喷口送入炉膛内，50％的再循环烟气与OFA风混合后并由OFA风喷口送入炉膛内，其余喷口送入空气或煤粉空气混合气体。

实施例1-3、对比例1-9测得燃烧效率和锅炉壁温的结果如表1所示。

表1

根据表1的结果可知：

(1)实施例1-3中的小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段最高壁温均远远低于对比例1-6中超临界二氧化碳燃煤锅炉的壁温；

(2)对比例4-6中的最高壁温下降，但是对比例4-6中燃烧效率比对比例1-3中的燃烧效率低；

(3)实施例1-3中锅炉的燃烧效率与对比例1-3的燃烧效率相近，且实施例1-3超临界二氧化碳燃煤锅炉的壁温远远低于对比例1-3中的壁温；

(4)锅炉在相同工况下，实施例1-3中锅炉的燃烧效率比对比例7-9中的燃烧效率略有提高，且实施例1-3中的最高壁温均低于对比例7-9中的最高壁温。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，其特征在于，包括炉膛(1)、烟道(2)、二次风机(3)和再循环烟道(4)，所述炉膛(1)四周壁面上设有组合风喷口(17)，所述烟道(2)的一端与所述炉膛(1)的上端连通，所述二次风机(3)的出风口通过风量控制阀与所述组合风喷口(17)连通，所述再循环烟道(4)的进风端与所述烟道(2)连通，所述再循环烟道(4)的出气端通过烟气量控制阀(41)与所述组合风喷口(17)连通，所述再循环烟道(4)上设有再循环风机(42)，且所述再循环风机(42)用以从所述烟道(2)抽取再循环烟气。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，其特征在于，所述炉膛(1)包括由下至上依次连接并连通的小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段，且所述小炉膛段、中间过渡段和大炉膛段的口径依次增大，所述组合风喷口(17)包括下组合风喷口(171)、中组合风喷口(172)和上组合风喷口(173)，所述下组合风喷口(171)设置在所述小炉膛段上，所述中组合风喷口(172)设置在所述小炉膛段和所述中间过渡段的连接处，所述上组合风喷口(173)设置在所述中间过渡段和所述大炉膛段的连接处。

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，其特征在于，所述大炉膛段的口径为小炉膛段的1.1-1.5倍，所述中间过渡段呈锥台型，所述中间过渡段的截面积由下至上逐渐增大，且其侧壁与水平面的夹角为30°-80°。

4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，其特征在于，所述下组合风喷口(171)、中组合风喷口(172)和上组合风喷口(173)喷口出口处的口径分别小于其内部口径的大小。

5.根据权利要求2-4任一项所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，其特征在于，还包括一次风机(5)，所述小炉膛段由下至上依次设有下二次风喷口(11)、一次风喷口(12)、上二次风喷口(13)和OFA风喷口(14)，所述中间过渡段上设有下SOFA风喷口(15)，所述大炉膛段上设有上SOFA风喷口(16)，所述一次风机(5)的出风口通过风量控制阀与所述一次风喷口(12)连通，所述二次风机(3)的出风口分别通过风量控制阀与所述下二次风喷口(11)、上二次风喷口(13)、OFA风喷口(14)、下SOFA风喷口(15)、上SOFA风喷口(16)和组合风喷口(17)连通，所述再循环烟道(4)的出气端分别通过所述烟气量控制阀(41)与所述下二次风喷口(11)、一次风喷口(12)、上二次风喷口(13)、OFA风喷口(14)、下SOFA风喷口(15)、上SOFA风喷口(16)和组合风喷口(17)连通。

6.根据权利要求1-4任一项所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统，其特征在于，所述再循环烟道(4)的进风端包括三条进风支路(43)，所述烟道(2)的一端与所述炉膛(1)的上端连通，所述烟道(2)上由其靠近所述炉膛(1)的一端向其另一端依次设有空气预热器(21)、除尘器(22)和引风机(23)，三条所述进风支路(43)分别与所述烟道(2)连通，且三条所述进风支路(43)与所述烟道(2)的连通分别位于所述空气预热器(21)、除尘器(22)和引风机(23)靠近所述炉膛(1)的一侧。

7.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺，其特征在于，具体工艺为：所述再循环风机(42)抽取的再循环烟气输送至所述下二次风喷口(11)、一次风喷口(12)、上二次风喷口(13)、OFA风喷口(14)、下SOFA风喷口(15)、上SOFA风喷口(16)、下组合风喷口(171)、中组合风喷口(172)和上组合风喷口(173)，所述一次风机(5)输送一次风至所述一次风喷口(12)，所述二次风机(3)输送二次风至所述下二次风喷口(11)、上二次风喷口(13)、OFA风喷口(14)、下SOFA风喷口(15)、上SOFA风喷口(16)、下组合风喷口(171)、中组合风喷口(172)和上组合风喷口(173)，一次风与再循环烟气混合后通过所述一次风喷口(12)流入所述炉膛(1)内部，或二次风与再循环烟气混合后分别通过所述下二次风喷口(11)、上二次风喷口(13)、OFA风喷口(14)、下SOFA风喷口(15)、上SOFA风喷口(16)、下组合风喷口(171)、中组合风喷口(172)和上组合风喷口(173)中的至少一个流入所述炉膛(1)内部。

8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺，其特征在于，再循环烟气和与其混合的一次风的体积比小于或等于9，且再循环烟气和与其混合的二次风的体积比小于或等于9。

9.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺，其特征在于，超临界二氧化碳燃煤锅炉在75％THA-BMCR工况条件下，将流过再循环风机(42)的再循环烟气的40％-80％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在50％THA-75％THA工况条件下，将流过再循环风机(42)的再循环烟气的30％-70％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在小于50％THA工况条件下，将流过再循环风机(42)的再循环烟气的20％-60％与一次风、二次风和OFA风混合，剩余的再循环烟气与SOFA风混合。

10.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳燃煤锅炉系统的烟风耦合立体循环工艺，其特征在于，超临界二氧化碳燃煤锅炉在75％THA-BMCR工况条件下，上组合风喷口(173)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-20％，中组合风喷口(172)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-25％，下组合风喷口(171)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在50％THA-75％THA工况条件下，上组合风喷口(173)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-15％，中组合风喷口(172)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-20％，下组合风喷口(171)喷出的风量占为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％；

超临界二氧化碳燃煤锅炉在小于50％THA工况条件下，上组合风喷口(173)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的0％-10％，中组合风喷口(172)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的5％-15％，下组合风喷口(171)喷出的风量为一次风、二次风、再循环烟气风量之和的10％-30％。

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