CN112696656A - 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉 - Google Patents

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刘岗
张亚夫
王红雨
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Abstract

本发明公开了一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道;炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通,炉膛内设置有气冷壁,水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器、高温CO2过热器及高温CO2再热器,尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器、低温CO2过热器、过热器、水冷壁及省煤器,其中,气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、低温CO2再热器及高温CO2再热器内流通的工质为二氧化碳,省煤器及水冷壁内流通的工质为水,过热器内流通的工质为水蒸气,该锅炉能够克服超临界CO2工质温度高、尾部低温烟气热量吸收困难的确定。

Description

一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉
技术领域
本发明属于火电厂锅炉技术领域,涉及一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉。
背景技术
现代燃煤电厂的发电工艺都是基于蒸汽朗肯循环。朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环,由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器四个主要装置组成。水在水泵中被压缩升压;然后进入锅炉被加热汽化,直至成为过热蒸汽后,进入汽轮机中膨胀作功(带动发电机发电),作功后的低压蒸汽进入冷凝器,被冷却凝结成水。再回到水泵中,从而完成一个做功循环。
超临界二氧化碳(S-CO2)发电系统是一种以超临界状态的CO2为工质的布雷顿循环系统,其循环过程是:首先,S-CO2经过压缩机升压;然后,利用外源加热器将S-CO2工质等压加热;其次,工质进入涡轮机,推动涡轮做功,涡轮带动电机发电;最后,S-CO2工质进入冷却器,恢复到初始状态。再进入压缩机,就形成一个闭式循环。
二氧化碳有一个很独特的物理性质:当温度达到30.98℃,压力达到7.38MPa时(即CO2的临界点),其物理状态介于液体和气体之间,密度接近于液体,粘度接近于气体,扩散系数约为液体的100倍。这种状态,称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳,密度比气体大,粘性比液体小,具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。相比于水373.95℃/22.04MPa的临界值,较低的能耗就能使CO2达到临界态,利用它作为循环工质,能够有效提高机组的发电效率,因而超临界二氧化碳循环发电技术有着光明的发展前景。
然后,在设计与模拟计算中,发现超临界二氧化碳锅炉存在以下问题:
由于现有的超临界CO2循环发电系统中设计有高/低温回热器,CO2进入锅炉前受到它们的预热,温度高达500℃。相比于水蒸气锅炉平均300℃的给水温度,二氧化碳锅炉入口工质温度高了近200℃。较高温度的CO2进入锅炉后,只能吸收比它温度更高的烟气的热量,而对于温度低于500℃的烟气,其对高温CO2将失去加热作用。尾部烟道低温烟气无法被吸收,蕴含的热量只能排放大气。这必然会带来巨大的排烟损失,严重降低锅炉的热效率。
如何克服超临界CO2工质温度高,尾部低温烟气热量吸收的困难,是设计具有实用前景的超临界二氧化碳锅炉不得不考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,该锅炉能够克服超临界CO2工质温度高、尾部低温烟气热量吸收困难的确定。
为达到上述目的,本发明所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道;
炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通,炉膛内设置有气冷壁,水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器、高温CO2过热器及高温CO2再热器,尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器、低温CO2过热器、过热器、水冷壁及省煤器,其中,气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、低温CO2再热器及高温CO2再热器内流通的工质为二氧化碳,省煤器及水冷壁内流通的工质为水,过热器内流通的工质为水蒸气。
外界的压缩机出口依次经气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、外界的高压透平、低温CO2再热器、高温CO2再热器及外界的低压透平与外界的压缩机入口相连通。
外界给水泵的出口经省煤器及水冷壁与外界汽包的入口相连通,外界汽包的蒸汽出口经过热器与外界背压机的入口相连通。
还包括气冷壁入口集箱,其中,外界的压缩机出口经气冷壁入口集箱与气冷壁相连通。
还包括气冷壁出口集箱,气冷壁经气冷壁出口集箱与低温CO2过热器相连通。
还包括省煤器入口集箱,其中,外界给水泵的出口经省煤器入口集箱与省煤器相连通。
外界汽包的出水口连接有锅炉疏水管道。
尾部竖直烟道的出口连接有烟囱。
外界背压机的排汽口连通有工业供汽管道。
水冷壁采用螺旋式结构。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉在具体操作时,采用水蒸气及二氧化碳这两种工质,即气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、低温CO2再热器及高温CO2再热器内流通的工质为二氧化碳;省煤器及水冷壁内流通的工质为水,过热器内流通的工质为水蒸气,即利用CO2吸收高中温烟气的热量,利用水蒸气吸收尾部烟道低温烟气的热量,彻底解决超临界二氧化碳锅炉入口工质温度高、尾部低温烟气热量难吸收的问题,显著提高S-CO2锅炉的效率,最终有效提高机组的发电效率。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中,1为气冷壁入口集箱、2为气冷壁、3为气冷壁出口集箱、4为低温CO2过热器、5为屏式CO2过热器、6为高温CO2过热器、7为高压透平、8为低温CO2再热器、9为高温CO2再热器、10为低压透平、11为省煤器入口集箱、12为省煤器、13为水冷壁、14为汽包、15为过热器、16为背压机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参考图1,本发明所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道;炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通,炉膛内设置有气冷壁2,水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6及高温CO2再热器9,尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器8、低温CO2过热器4、过热器15、水冷壁13及省煤器12,其中,气冷壁2、低温CO2过热器4、屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6、低温CO2再热器8及高温CO2再热器9内流通的工质为二氧化碳,省煤器12及水冷壁13内流通的工质为水,过热器15内流通的工质为水蒸气。
外界的压缩机出口依次经气冷壁2、低温CO2过热器4、屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6、外界的高压透平7、低温CO2再热器8、高温CO2再热器9及外界的低压透平10与外界的压缩机入口相连通。
外界给水泵的出口经省煤器12及水冷壁13与外界汽包14的入口相连通,外界汽包14的蒸汽出口经过热器15与外界背压机16的入口相连通。
本发明还包括气冷壁入口集箱1,其中,外界的压缩机出口经气冷壁入口集箱1与气冷壁2相连通。
本发明还包括气冷壁出口集箱3,气冷壁2经气冷壁出口集箱3与低温CO2过热器4相连通。
本发明还包括省煤器入口集箱11,其中,外界给水泵的出口经省煤器入口集箱11与省煤器12相连通。
外界汽包14的出水口连接有锅炉疏水管道;尾部竖直烟道的出口连接有烟囱;外界背压机16的排汽口连通有工业供汽管道;水冷壁13采用螺旋式结构。
本发明的具体工作过程为:
本发明的2套受热面共享1个炉膛及烟道,燃料在炉膛中燃烧放热,压缩机输出的CO2气体经气冷壁入口集箱1进入气冷壁2中,以辐射方式吸收炉膛火焰中心区域的高温(>1000℃)烟气热量,然后依次经低温CO2过热器4、屏式CO2过热器5及高温CO2过热器6继续吸热,最终达到额定参数,然后送入高压透平7中膨胀做功,以带动叶轮旋转,并驱动发电机发电,高压透平7排出的乏气依次经低温CO2再热器8及高温CO2再热器9吸收热量,然后送入低压透平10中膨胀做功,以带动叶轮旋转,继而驱动发电机发电,低压透平10排出的乏气进入到压缩机中,准备进行下一次循环。
炉膛排出的烟气依次经屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6、高温CO2再热器9、低温CO2再热器8及低温CO2过热器4换热降温至600℃以下后进入到尾部竖直烟道内,再在尾部竖直烟道内,通过过热器15换热降温、水冷壁13换热降温及省煤器12换热降温至350℃左右后排出。
给水泵输出的锅炉给水经省煤器入口集箱11进入到省煤器12中进行换热预热,再进入到水冷壁13中进行吸收热量,其中,考虑到水动力工况的稳定性,水冷壁13采用螺旋式结构,水冷壁13输出的热水进入到汽包14中进行汽水分离,其中,分离出来的湿蒸气进入过热器15中继续加热成过热蒸汽,然后送入背压机16中做功,背压机16排出的尾汽输入至工业供汽系统中,为热用户提供生产用高温蒸汽,汽包14分离出来的水作为锅炉疏水输出。

Claims (10)

1.一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道;
炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通,炉膛内设置有气冷壁(2),水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器(5)、高温CO2过热器(6)及高温CO2再热器(9),尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器(8)、低温CO2过热器(4)、过热器(15)、水冷壁(13)及省煤器(12),其中,气冷壁(2)、低温CO2过热器(4)、屏式CO2过热器(5)、高温CO2过热器(6)、低温CO2再热器(8)及高温CO2再热器(9)内流通的工质为二氧化碳,省煤器(12)及水冷壁(13)内流通的工质为水,过热器(15)内流通的工质为水蒸气。
2.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,外界的压缩机出口依次经气冷壁(2)、低温CO2过热器(4)、屏式CO2过热器(5)、高温CO2过热器(6)、外界的高压透平(7)、低温CO2再热器(8)、高温CO2再热器(9)及外界的低压透平(10)与外界的压缩机入口相连通。
3.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,外界给水泵的出口经省煤器(12)及水冷壁(13)与外界汽包(14)的入口相连通,外界汽包(14)的蒸汽出口经过热器(15)与外界背压机(16)的入口相连通。
4.根据权利要求2所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,还包括气冷壁入口集箱(1),其中,外界的压缩机出口经气冷壁入口集箱(1)与气冷壁(2)相连通。
5.根据权利要求2所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,还包括气冷壁出口集箱(3),气冷壁(2)经气冷壁出口集箱(3)与低温CO2过热器(4)相连通。
6.根据权利要求3所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,还包括省煤器入口集箱(11),其中,外界给水泵的出口经省煤器入口集箱(11)与省煤器(12)相连通。
7.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,外界汽包(14)的出水口连接有锅炉疏水管道。
8.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,尾部竖直烟道的出口连接有烟囱。
9.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,外界背压机(16)的排汽口连通有工业供汽管道。
10.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉,其特征在于,水冷壁(13)采用螺旋式结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022156218A1 (zh) * 2021-01-21 2022-07-28 西安热工研究院有限公司 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8783035B2 (en) * 2011-11-15 2014-07-22 Shell Oil Company System and process for generation of electrical power
CN106195983B (zh) * 2016-06-30 2019-01-04 西安热工研究院有限公司 燃煤超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统
CN206036988U (zh) * 2016-09-13 2017-03-22 华能国际电力股份有限公司 一种带烟气再循环的超临界co2锅炉装置
CN208106509U (zh) * 2018-04-19 2018-11-16 安徽工业大学 一种利用钢渣热能、燃气-超临界二氧化碳联合发电系统
CN110273724A (zh) * 2019-08-05 2019-09-24 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种双工质燃煤发电系统及方法
CN214307058U (zh) * 2021-01-21 2021-09-28 西安热工研究院有限公司 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉
CN112696656A (zh) * 2021-01-21 2021-04-23 西安热工研究院有限公司 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022156218A1 (zh) * 2021-01-21 2022-07-28 西安热工研究院有限公司 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉

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