CN205897088U - 一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，该系统为闭式间接加热的超临界二氧化碳发电系统，包括主压缩机、低压透平、发电机、预冷器、低温回热器、高温回热器、锅炉、高压透平、再压缩机和混合器。其中锅炉又包括主工质辐射受热面、再热工质辐射受热面、高温过热器、高温再热器、低温再热器、低温过热器、中间预热器和空气预热器。本实用新型通过在锅炉尾部烟道的低温再热器、低温过热器后，空气预热器前布置中间预热器，在对混合器后、高温回热器冷侧入口前的工质进行预热的同时，有效的利用了锅炉尾部烟道的余热，降低了锅炉排烟温度，提升了锅炉热效率和整个系统的发电效率。

Description

一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组

技术领域

本实用新型属于超临界二氧化碳高效火力发电领域，具体涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组。

背景技术

发电机组效率的高低对国民经济的发展和环境保护都有着重要影响，我国能源储备的构成特点决定了燃煤发电机组仍然是未来几十年内我国电力行业的主力军，因此，提高燃煤发电机组的效率在我国显得尤为重要。目前国际上公认的提高燃煤发电机组效率的两条主流技术路线是700℃发电技术和超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术。700℃发电技术是指将传统的蒸汽朗肯循环发电机组的主蒸汽参数提高至700℃，可将机组的发电效率提高至50％左右。700℃发电技术是最为直接的一种提高机组发电效率的方法，但是，目前700℃高温合金材料开发难度大，成本高，材料问题成为了700℃发电技术的最大瓶颈。为了避开材料方面的技术瓶颈，各国学者纷纷将目光转移到新型动力循环系统，以期实现发电效率的提升。经过各国学者大量的前期研究和论证，目前普遍认为超临界二氧化碳布雷顿循环系统是极具潜力的新概念先进动力系统。这主要是由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，超临界二氧化碳布雷顿循环高效发电系统可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，不需要再开发新型的高温合金，且设备尺寸小于同参数的蒸汽机组，经济性非常好。

但是，超临界二氧化碳布雷顿循环高效发电系统作为一种新型的先进发电系统，仍然有一些问题有待解决。例如，常规的含分流再压缩的超临界二氧化碳布雷顿循环和传统结构的锅炉直接结合并不合适。由于二氧化碳和水物性的不同，二氧化碳布雷顿循环与蒸汽朗肯循环的发电原理也有明显差异，在煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中，二氧化碳锅炉入口工质的温度比同参数蒸汽锅炉高出100-200℃，这意味着当600℃等级的超临界二氧化碳锅炉仍采用传统超临界蒸汽锅炉的结构形式时，沿烟气方向的最后一级对流受热面内工质温度会达到500-550℃，该对流受热面处的烟气温度则会高达600℃以上，而该受热面后的空气预热器比较合理的烟气入口温度应为400℃，这就导致了600℃-400℃的这部分烟气余热无法利用，锅炉热效率低，严重影响了机组的发电效率，此外，过高的烟气温度会造成空预器的损坏以及脱硝设备无法正常工作。因此，提出一种燃煤锅炉和二氧化碳布雷顿循环优化结合的发电系统显得十分有必要。

然而经调研可知，目前国内外公开成果和专利中介绍超临界二氧化碳布雷顿循环应用在燃煤发电领域的内容很少，更鲜有专利涉及解决上述燃煤锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环匹配问题的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决燃煤锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环匹配的问题，提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，该系统有效地实现了燃煤锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环的优化结合，充分利用了超临界二氧化碳锅炉尾部烟道的烟气余热，提高了锅炉的热效率和系统的发电效率，同时保证了锅炉尾部空气预热器和脱硝设备的安全运行。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，包括主压缩机、低压透平、发电机、预冷器、低温回热器、高温回热器、高压透平、再压缩机、混合器和作为热源的锅炉，锅炉包括加热系统、再热系统、中间预热器和空气预热器；

低压透平与主压缩机、发电机相连；

低压透平的乏气依次流经高温回热器和低温回热器热侧，低温回热器出口的工质分流成并联的两路，即主压缩回路和再压缩回路；主压缩回路的工质经预冷器、主压缩机后进入低温回热器的冷侧通道，加热后进入混合器，再压缩回路的工质经过再压缩机升压后进入混合器；在混合器内混合后的工质进入中间预热器与烟气换热后流入高温回热器的冷侧通道，加热后作为新工质进入锅炉；

新工质在锅炉内加热系统加热至主工质设计温度后进入高压透平做功，随后进入锅炉的再热系统，经过再热系统的加热形成再热气，再热气进入低压透平做功，做工后变为低压透平乏气，至此工质在整个系统内形成了闭式循环。

本实用新型进一步的改进在于，锅炉沿烟气流程依次设有主工质辐射受热面、再热工质辐射受热面、高温过热器、高温再热器、低温再热器、低温过热器、中间预热器(7-7)和空气预热器；

主工质辐射受热面、低温过热器和高温过热器构成加热系统；

再热工质辐射受热面、低温再热器和高温再热器构成再热系统。

本实用新型进一步的改进在于，沿烟气流程，中间预热器布置在锅炉尾部烟道的低温再热器、低温过热器后、空气预热器前。

本实用新型进一步的改进在于，沿工质流程中间预热器位于混合器后、高温回热器的冷侧入口前。

本实用新型进一步的改进在于，高压透平和再压缩机同轴布置。

本实用新型进一步的改进在于，低压透平、主压缩机和发电机同轴布置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型在传统的分流再压缩的超临界二氧化碳布雷顿循环系统上，采用了中间预热技术，特别的将中间预热器沿锅炉烟气流程布置在锅炉尾部烟道的低温再热器、低温过热器后、空气预热器前，沿工质流程则布置于系统的混合器后、高温回热器的冷侧入口前。通过中间预热技术，将在混合器汇合后的中温高压二氧化碳(200℃等级)引入中间预热器，和锅炉尾部烟气换热后再进入高温回热器冷侧，有效地解决了超临界二氧化碳锅炉尾部烟气600℃-400℃区域热量无法利用的难题，提高了超临界二氧化碳锅炉的热效率和整个发电系统的发电效率，同时还保证了超临界二氧化碳锅炉尾部烟道内空气预热器和脱硝设备的安全运行。

进一步的，本实用新型中的中间预热器沿锅炉烟气流程布置在锅炉尾部烟道的低温再热器、低温过热器后、空气预热器前，沿工质流程则布置于系统的混合器后、高温回热器的冷侧入口前。通过这种布置方式，将在混合器汇合后的中温高压二氧化碳(200℃等级)引入中间预热器，和锅炉尾部烟气换热后再进入高温回热器冷侧，有效地解决了超临界二氧化碳锅炉尾部烟气600℃-400℃区域热量无法利用的难题，提高了超临界二氧化碳锅炉的热效率和整个发电系统的发电效率，同时还保证了超临界二氧化碳锅炉尾部烟道内空气预热器和脱硝设备的安全运行。

进一步的，本实用新型采用高压透平和再压缩机同轴布置，低压透平、主压缩机和发电机同轴布置的方案。该方案充分考虑了分流再压缩布雷顿循环中再压缩机耗功大的特点，合理的将锅炉的再热技术和两台压缩机的工作特点进行结合，实现了高压透平带动再压缩机工作，低压透平带动主压缩机和发电机工作的功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，图中以π型锅炉为例，但不限于π型锅炉。

其中，1为主压缩机；2为低压透平；3为发电机；4为预冷器；5为低温回热器；6为高温回热器；7为锅炉；7-1为主工质辐射受热面；7-2为再热工质辐射受热面；7-3为高温过热器；7-4为高温再热器；7-5为低温再热器；7-6为低温过热器；7-7为中间预热器；7-8为空气预热器；8为高压透平；9为再压缩机；10为混合器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明：

本实用新型以π型锅炉为例进行说明，但不局限于π型锅炉。

参见图1，该实用新型为闭式间接加热的含分流再压缩的中间预热型煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，包括主压缩机1、低压透平2、发电机3、预冷器4、低温回热器5、高温回热器6、锅炉7、高压透平8、再压缩机9和混合器10。

该发电系统的热源为7锅炉，锅炉7包括加热系统、再热系统、中间预热器7-7和空气预热器7-8；

锅炉7沿烟气流程依次设有主工质辐射受热面7-1、再热工质辐射受热面7-2、高温过热器7-3、高温再热器7-4、低温再热器7-5、低温过热器7-6、中间预热器7-7和空气预热器7-8。

其中，主工质辐射受热面7-1、低温过热器7-6和高温过热器7-3构成加热系统；再热工质辐射受热面7-2、低温再热器7-5和高温再热器7-4构成再热系统。

锅炉7沿主工质流程依次布置有主工质辐射受热面7-1、低温过热器7-6和高温过热器7-3，沿再热工质流程依次布置有再热工质辐射受热面7-2、低温再热器7-5和高温再热器7-4。

系统内的工质流程为：低压透平2的乏气依次流经高温回热器6和低温回热器5热侧对冷侧工质进行加热，低温回热器5出口的工质分流成并联的两路，即主压缩回路和再压缩回路，主压缩回路和再压缩回路的工质在混合器10汇合。主压缩回路包括预冷器4、主压缩机1和低温回热器5的冷侧通道；主压缩回路的工质在预冷器4内向环境放出废热、随后经主压缩机1升压后进入低温回热器5的冷侧通道，加热后进入混合器10；再压缩回路只包括再压缩机9，再压缩回路的工质则直接经过再压缩机9升压后进入混合器10。在混合器10内混合后的工质进入中间预热器7-7与烟气换热后流入高温回热器6的冷侧通道，加热后作为新工质进入锅炉7。新工质在锅炉7内依次流经主工质辐射受热面7-1、低温过热器7-6和高温过热器7-3，加热至主工质设计温度后进入高压透平8做功，随后进入锅炉7的再热系统，经过再热工质辐射受热面7-2、低温再热器7-5和高温再热器7-4的加热形成再热气，再热气进入低压透平2做功，做工后变为低压透平2乏气，至此工质在整个系统内形成了闭式循环。

特别的，在该发电系统中，中间预热器7-7沿锅炉烟气流程布置在锅炉尾部烟道的低温再热器7-5、低温过热器7-6后、空气预热器7-8前，沿工质流程则布置于系统的混合器10后、高温回热器6的冷侧入口前。通过这种布置方式，将在混合器10汇合后的中温高压二氧化碳200℃等级引入中间预热器7-7，和锅炉尾部烟气换热后再进入高温回热器6冷侧，有效地解决了超临界二氧化碳锅炉尾部烟气600℃-400℃区域热量无法利用的难题，提高了超临界二氧化碳锅炉的热效率和整个发电系统的发电效率，同时还保证了超临界二氧化碳锅炉尾部烟道内空气预热器7-8和脱硝设备的安全运行。

此外，本实用新型采用高压透平8和再压缩机9同轴布置，低压透平2、主压缩机1和发电机3同轴布置的方案；且低压透平2与发电机3相连。该方案充分考虑了分流再压缩布雷顿循环中再压缩机9耗功大的特点，合理的将锅炉7的再热技术和两台压缩机的工作特点进行结合，实现了高压透平8带动再压缩机9工作，低压透平2带动主压缩机1和发电机3工作的功能。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，其特征在于：包括主压缩机(1)、低压透平(2)、发电机(3)、预冷器(4)、低温回热器(5)、高温回热器(6)、高压透平(8)、再压缩机(9)、混合器(10)和作为热源的锅炉(7)，锅炉(7)包括加热系统、再热系统、中间预热器(7-7)和空气预热器(7-8)；

低压透平(2)与主压缩机(1)、发电机(3)相连；

低压透平(2)的乏气依次流经高温回热器(6)和低温回热器(5)热侧，低温回热器(5)出口的工质分流成并联的两路，即主压缩回路和再压缩回路；主压缩回路的工质经预冷器(4)、主压缩机(1)后进入低温回热器(5)的冷侧通道，加热后进入混合器(10)，再压缩回路的工质经过再压缩机(9)升压后进入混合器(10)；在混合器(10)内混合后的工质进入中间预热器(7-7)与烟气换热后流入高温回热器(6)的冷侧通道，加热后作为新工质进入锅炉(7)；

新工质在锅炉(7)内加热系统加热至主工质设计温度后进入高压透平(8)做功，随后进入锅炉(7)的再热系统，经过再热系统的加热形成再热气，再热气进入低压透平(2)做功，做工后变为低压透平(2)乏气，至此工质在整个系统内形成了闭式循环。

2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，其特征在于：锅炉(7)沿烟气流程依次设有主工质辐射受热面(7-1)、再热工质辐射受热面(7-2)、高温过热器(7-3)、高温再热器(7-4)、低温再热器(7-5)、低温过热器(7-6)、中间预热器(7-7)和空气预热器(7-8)；

主工质辐射受热面(7-1)、低温过热器(7-6)和高温过热器(7-3)构成加热系统；

再热工质辐射受热面(7-2)、低温再热器(7-5)和高温再热器(7-4)构成再热系统。

3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，其特征在于：沿烟气流程，中间预热器(7-7)布置在锅炉尾部烟道的低温再热器(7-5)、低温过热器(7-6)后、空气预热器(7-8)前。

4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，其特征在于：沿工质流程中间预热器(7-7)位于混合器(10)后、高温回热器(6)的冷侧入口前。

5.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，其特征在于：高压透平(8)和再压缩机(9)同轴布置。

6.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳布雷顿循环燃煤发电机组，其特征在于：低压透平(2)、主压缩机(1)和发电机(3)同轴布置。