CN115478921A - 一种适用于火力发电机组的多能级利用系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，它涉及一种多能级利用系统。本发明为了解决现有蒸汽发电机组参数很难继续提高，发电机组效率无法继续提升的难题。本发明包括有机朗肯循环发电系统(A)，它还包括超临界二氧化碳发电系统(B)、蒸汽发电系统(C)和锅炉系统；锅炉系统为共同热源，锅炉系统的高温烟气热量侧与超临界二氧化碳发电系统(B)连接，锅炉系统的排烟余热侧与有机朗肯循环发电系统(A)连接，锅炉系统的中等温度烟区侧与蒸汽发电系统(C)连接。本发明能够实现燃料燃烧产生热量的梯级利用，利用三个循环各自特点进一步提高能源利用效率。本发明用于火力发电。

Description

一种适用于火力发电机组的多能级利用系统
技术领域
本发明涉及一种多能级利用系统，具体涉及一种适用于火力发电机组的多能级利用系统。
背景技术
截止2018年年底，国内投产的1000MW等级超超临界机组超过110台，蒸汽参数623℃高效超超临界机组和二次再热机组也相继投入运行，为我国大幅降低平均发电煤耗起到了重要作用。当前，以蒸汽朗肯循环为基础的传统发电系统正在朝着主汽参数650℃迈进，但受制于末级高温受热面新材料的工程应用很难突破，更高参数蒸汽发电机组难以短期建成，我国火力发电行业减碳降碳行动受到严重制约。
当前理论研究表明，工质温度在100-200℃区间，有机朗肯循环能够实现发电10-18％，工质温度在400-650℃区间最高发电效率可以达到45％，但高于450℃情况下超临界二氧化碳布雷顿发电循环在更高参数下比蒸汽朗肯循环具有更高的效率优势，却因结构布置不合理，导致发电机组效率无法继续提升。
综上所述，现有蒸汽发电机组参数很难继续提高，发电机组效率无法继续提升的难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有蒸汽发电机组参数很难继续提高，发电机组效率无法继续提升的难题。进而提供一种适用于火力发电机组的多能级利用系统。
本发明的技术方案是：一种适用于火力发电机组的多能级利用系统包括有机朗肯循环发电系统A，它还包括超临界二氧化碳发电系统B、蒸汽发电系统C和锅炉系统；锅炉系统为共同热源，锅炉系统的高温烟气热量侧与超临界二氧化碳发电系统B连接，锅炉系统的排烟余热侧与有机朗肯循环发电系统A连接，锅炉系统的中等温度烟区侧与蒸汽发电系统C连接。
进一步地，所述锅炉系统为π型布置锅炉。
进一步地，锅炉系统包括前烟道省煤器、后烟道省煤器、前烟道过热器、后烟道过热器、内墙式过热器、第一低温过热器、第二低温过热器、分隔屏式过热器、屏式过热器、第一末级再热器和第二末级过热器，锅炉给水经过并联的前烟道省煤器和后烟道省煤器，并联的前烟道省煤器和后烟道省煤器与第二末级过热器连接，第二末级过热器与内墙式过热器连接，内墙式过热器与蒸汽发电系统的进气侧连接；锅炉给气的管路依次与第一低温过热器、第二低温过热器、分隔屏式过热器、屏式过热器和第一末级再热器连接，其中，第一末级再热器的一次气出口与超临界二氧化碳发电系统连接，有机朗肯循环发电系统与锅炉连接。
进一步地，有机朗肯循环发电系统包括空气预热器、第一透平、加压泵、第一冷凝器、第一发动机和回热器，第一透平与空气预热器的蒸发受热面连接，第一发动机与第一透平连接，回热器的一端与第一透平连接，加压泵和第一冷凝器串联后共同并联在回热器上，回热器的另一端与蒸发受热面连接。
进一步地，超临界二氧化碳发电系统包括高压透平、低压透平、高温回热器、低温回热器、再压缩机、主压缩机、第二冷凝器和第二发电机，高压透平、低压透平、再压缩机和主压缩机串联，高压透平的一端与第二末级过热器连接，高压透平的另一端与第一低温过热器连接，第二发电机与高压透平连接；低压透平的一端与第一末级再热器连接，低压透平的另一端与高温回热器连接，再压缩机的一端与低温回热器连接，低温回热器与高温回热器串联，再压缩机的另一端与低温回热器和高温回热器之间串联的管路连接，主压缩机的一端与第二冷凝器连接后与低温回热器连接，主压缩机的另一端也与低温回热器连接。
进一步地，蒸汽发电系统包括高压缸、低压缸、第三凝汽器、低压加热器、除氧器、高压加热器、第三发电机、第一凝结水泵和第二凝结水泵，高压缸和低压缸串联，第三发电机与低压缸连接，低压加热器、除氧器和高压加热器依次串联，低压缸的第一分支管路上依次串联有第三凝汽器和第一凝结水泵后与低压加热器连接，其中，第三凝汽器和低压加热器通过单独的管路连接，低压缸的第二分支管路与低压加热器连接，低压缸的第三分支管路和高压缸的第一分支管路并联后共同与除氧器连接，高压缸的第二分支管路与高压加热器连接，除氧器和高压加热器之间还串联有一个第二凝结水泵。
进一步地，高压缸的第三分支管路与内墙式过热器连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明建立的火力发电多能级利用系统共用一台锅炉作为热源。能够实现燃料燃烧产生热量的梯级利用，利用三个循环各自特点进一步提高能源利用效率。该系统既可以新建也可以从节约设备投资的角度，利用已有机组的设备设施改造，直接节省水处理设备和汽轮发电机组设备投资。
2、本发明结合在高参数区超临界二氧化碳发电效率高，中等参数蒸汽发电效率高，低参数有机朗肯循环效率高的特点，设计了一种超临界二氧化碳、蒸汽、有机工质三种工质循环耦合发电方案。一方面，将高温烟气热量释放给超临界二氧化碳发电，利用其发电效率高于蒸汽发电循环的优势，解决了现有蒸汽发电机组参数很难继续提高，发电机组效率无法继续提升的难题。另一方面，利用有机朗肯循环可以实现排烟余热深度利用，进一步提升了能源利用效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式本实施方式包括有机朗肯循环发电系统A，它还包括超临界二氧化碳发电系统B、蒸汽发电系统C和锅炉系统；锅炉系统为共同热源，锅炉系统的高温烟气热量侧与超临界二氧化碳发电系统B连接，锅炉系统的排烟余热侧与有机朗肯循环发电系统A连接，锅炉系统的中等温度烟区侧与蒸汽发电系统C连接。
本发明提出的多能级利用火力发电系统以传统火力发电核心锅炉为共同热源。在燃用碳氢燃料的常规锅炉上同时布置水工质、有机工质(如丁烷)和超临界二氧化碳受热面。该发明根据三种循环各自不同热源温度下发电效率优势，高烟温区布置布雷顿循环、中等烟温区设置朗肯循环、低烟温区设置有机朗肯循环，按照燃料燃烧释放能量品质逐级利用，提供能源转换效率。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述锅炉系统为π型布置锅炉。如此设置，便于有机朗肯循环发电系统A、超临界二氧化碳发电系统B和蒸汽发电系统C能够同时共用一个锅炉系统，相互之间不发生干涉，进而保证不同热量的有效利用。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的锅炉系统包括前烟道省煤器1、后烟道省煤器2、前烟道过热器3、后烟道过热器4、内墙式过热器5、第一低温过热器6、第二低温过热器7、分隔屏式过热器8、屏式过热器9、第一末级再热器10和第二末级过热器11，锅炉给水经过并联的前烟道省煤器1和后烟道省煤器2，并联的前烟道省煤器1和后烟道省煤器2与第二末级过热器11连接，第二末级过热器11与内墙式过热器5连接，内墙式过热器5与蒸汽发电系统C的进气侧连接；锅炉给气的管路依次与第一低温过热器6、第二低温过热器7、分隔屏式过热器8、屏式过热器9和第一末级再热器10连接，其中，第一末级再热器10的一次气出口与超临界二氧化碳发电系统B连接，有机朗肯循环发电系统A与锅炉连接。如此设置，便于保证和实现在燃用碳氢燃料的常规锅炉上同时布置水工质、有机工质(如丁烷)和超临界二氧化碳受热面。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的有机朗肯循环发电系统A包括空气预热器30、第一透平32、加压泵33、第一冷凝器34、第一发动机35和回热器36，第一透平32与空气预热器30的蒸发受热面31连接，第一发动机35与第一透平32连接，回热器36的一端与第一透平32连接，加压泵33和第一冷凝器34串联后共同并联在回热器36上，回热器36的另一端与蒸发受热面31连接。
如此设置，结构简单，便于按照燃料燃烧释放能量品质逐级利用，提供能源转换效率。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式超临界二氧化碳发电系统B包括高压透平22、低压透平23、高温回热器24、低温回热器25、再压缩机26、主压缩机27、第二冷凝器28和第二发电机29，高压透平22、低压透平23、再压缩机26和主压缩机27串联，高压透平22的一端与第二末级过热器11连接，高压透平22的另一端与第一低温过热器6连接，第二发电机29与高压透平22连接；低压透平23的一端与第一末级再热器10连接，低压透平23的另一端与高温回热器24连接，再压缩机26的一端与低温回热器25连接，低温回热器25与高温回热器24串联，再压缩机26的另一端与低温回热器25和高温回热器24之间串联的管路连接，主压缩机27的一端与第二冷凝器28连接后与低温回热器25连接，主压缩机27的另一端也与低温回热器25连接。如此设置，便于对锅炉系统中的高温烟气热量进行能源转换。其它组成和连接关系与具体实施方式一至四中任意一项相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的蒸汽发电系统C包括高压缸13、低压缸14、第三凝汽器15、低压加热器16、除氧器17、高压加热器18、第三发电机19、第一凝结水泵20和第二凝结水泵21，高压缸13和低压缸14串联，第三发电机19与低压缸14连接，低压加热器16、除氧器17和高压加热器18依次串联，低压缸14的第一分支管路上依次串联有第三凝汽器15和第一凝结水泵20后与低压加热器16连接，其中，第三凝汽器15和低压加热器16通过单独的管路连接，低压缸14的第二分支管路与低压加热器16连接，低压缸14的第三分支管路和高压缸13的第一分支管路并联后共同与除氧器17连接，高压缸13的第二分支管路与高压加热器18连接，除氧器17和高压加热器18之间还串联有一个第二凝结水泵21。如此设置，便于对锅炉系统中的中等温度烟区的热量进行能源转换。其它组成和连接关系与具体实施方式一至五中任意一项相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的高压缸13的第三分支管路与内墙式过热器5连接。如此设置，便于与锅炉系统连接，形成一个循环并有效利用热能。其它组成和连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。
结合图1说明本发明的实施例：
超临界二氧化碳为一次再热系统，水工质和有机朗肯循环为无再热系统，三个系统共用一台π型布置锅炉，如图1。
蒸汽发电系统设备为汽轮机高压缸13、低压缸14、第三凝汽器15、高压加热器18、低压加热器16、除氧器17、凝结水泵20、给水泵21。对于水工质流程：锅炉给水经过并联的省煤器(前烟道)1和省煤器(后烟道)2预热后，欠饱和水进入锅炉水冷壁和包墙11进行相变并成为微过热蒸汽，此后进入并联过热器(前烟道)3和过热器(后烟道)4加热成过热蒸汽，再通过炉膛内墙式过热器5进一步提高过热度后进入汽轮机高压缸13做功。高压缸13缸体中间有抽气口抽出部分蒸汽进入高压加热器18壳侧加热给水，其余排气小部分汽流进入除氧器17大部分进入低压缸14继续做功。进入低压缸14的蒸汽在离开前有部分抽气进入低压加热器16壳侧加热凝结水，其余进入第三凝汽器15凝结成水。凝结水经过凝结水泵20升压后依次通过低压加热器16管侧、除氧器17，再进一步通过给水泵21升压、高压加热器18管侧升温返回锅炉。
超临界二氧化碳发电系统设备为高压透平22、低压透平23、高温回热器24、低温回热器25、再压缩机机26、主压缩机27、发电机29。对于超临界二氧化碳流程：锅炉给气经低温过热器6进行初步加热，然后经过分隔屏式过热器8、屏式过热器9进一步加热，最后在末级过热器11加热到一次气出口额定气温；一次气出口气流经过高压透平22做功，排气进入再热过程，冷再热气经过低温再热器7进行初步加热，再通过末级再热器10加热到所需额定二次气流温度进入低压透平23做功。低压透平23排气依次通过高温回热器24、低温回热器25加热给气后分成两股气流。一股气流直接由再压缩机26升压后并入两级回热器中间给气，另一股气流经冷却器28后进入主压缩机27升压。升压后的给气经过两级回热器升温后返回锅炉。
有机朗肯循环采用空气预热器30后面的低温烟气为热源，利用蒸发受热面31蒸发丁烷并加热至过热，其蒸汽通过透平32做功后加热在回热器36高压液体丁烷，最后在第一冷凝器34冷凝。冷凝后的液体通过加压泵33加压并经回热器36预热后返回蒸发受热面完成一个循环。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，它包括有机朗肯循环发电系统A，其特征在于：它还包括超临界二氧化碳发电系统(B)、蒸汽发电系统(C)和锅炉系统；锅炉系统为共同热源，锅炉系统的高温烟气热量侧与超临界二氧化碳发电系统(B)连接，锅炉系统的排烟余热侧与有机朗肯循环发电系统(A)连接，锅炉系统的中等温度烟区侧与蒸汽发电系统(C)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，其特征在于：所述锅炉系统为π型布置锅炉。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，其特征在于：锅炉系统包括前烟道省煤器(1)、后烟道省煤器(2)、前烟道过热器(3)、后烟道过热器(4)、内墙式过热器(5)、第一低温过热器(6)、第二低温过热器(7)、分隔屏式过热器(8)、屏式过热器(9)、第一末级再热器(10)和第二末级过热器(11)，
锅炉给水经过并联的前烟道省煤器(1)和后烟道省煤器(2)，并联的前烟道省煤器(1)和后烟道省煤器(2)与第二末级过热器(11)连接，第二末级过热器(11)与内墙式过热器(5)连接，内墙式过热器(5)与蒸汽发电系统(C)的进气侧连接；
锅炉给气的管路依次与第一低温过热器(6)、第二低温过热器(7)、分隔屏式过热器(8)、屏式过热器(9)和第一末级再热器(10)连接，其中，第一末级再热器(10)的一次气出口与超临界二氧化碳发电系统(B)连接，有机朗肯循环发电系统(A)与锅炉连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，其特征在于：有机朗肯循环发电系统(A)包括空气预热器(30)、第一透平(32)、加压泵(33)、第一冷凝器(34)、第一发动机(35)和回热器(36)，
第一透平(32)与空气预热器(30)的蒸发受热面(31)连接，第一发动机(35)与第一透平(32)连接，回热器(36)的一端与第一透平(32)连接，加压泵(33)和第一冷凝器(34)串联后共同并联在回热器(36)上，回热器(36)的另一端与蒸发受热面(31)连接。
5.根据权利要求1或4所述的一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，其特征在于：超临界二氧化碳发电系统(B)包括高压透平(22)、低压透平(23)、高温回热器(24)、低温回热器(25)、再压缩机(26)、主压缩机(27)、第二冷凝器(28)和第二发电机(29)，
高压透平(22)、低压透平(23)、再压缩机(26)和主压缩机(27)串联，高压透平(22)的一端与第二末级过热器(11)连接，高压透平(22)的另一端与第一低温过热器(6)连接，第二发电机(29)与高压透平(22)连接；
低压透平(23)的一端与第一末级再热器(10)连接，低压透平(23)的另一端与高温回热器(24)连接，
再压缩机(26)的一端与低温回热器(25)连接，低温回热器(25)与高温回热器(24)串联，再压缩机(26)的另一端与低温回热器(25)和高温回热器(24)之间串联的管路连接，
主压缩机(27)的一端与第二冷凝器(28)连接后与低温回热器(25)连接，主压缩机(27)的另一端也与低温回热器(25)连接。
6.根据权利要求5所述的一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，其特征在于：蒸汽发电系统(C)包括高压缸(13)、低压缸(14)、第三凝汽器(15)、低压加热器(16)、除氧器(17)、高压加热器(18)、第三发电机(19)、第一凝结水泵(20)和第二凝结水泵(21)，
高压缸(13)和低压缸(14)串联，第三发电机(19)与低压缸(14)连接，低压加热器(16)、除氧器(17)和高压加热器(18)依次串联，低压缸(14)的第一分支管路上依次串联有第三凝汽器(15)和第一凝结水泵(20)后与低压加热器(16)连接，其中，第三凝汽器(15)和低压加热器(16)通过单独的管路连接，低压缸(14)的第二分支管路与低压加热器(16)连接，低压缸(14)的第三分支管路和高压缸(13)的第一分支管路并联后共同与除氧器(17)连接，高压缸(13)的第二分支管路与高压加热器(18)连接，除氧器(17)和高压加热器(18)之间还串联有一个第二凝结水泵(21)。
7.根据权利要求6所述的一种适用于火力发电机组的多能级利用系统，其特征在于：高压缸(13)的第三分支管路与内墙式过热器(5)连接。
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CN202211211110.3A Pending CN115478921A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种适用于火力发电机组的多能级利用系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115854327A (zh) * 2022-12-23 2023-03-28 天津大学 一种提高亚临界机组蒸汽参数的燃煤改造锅炉

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CN115854327A (zh) * 2022-12-23 2023-03-28 天津大学 一种提高亚临界机组蒸汽参数的燃煤改造锅炉

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