CN210217849U - 一种煤基超临界co2布雷顿循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，该系统包括主压缩机、低温回热器、高温回热器、超临界CO2锅炉、高压透平、低压透平、再压缩机和预冷器；采用该系统能够显著增加超临界CO2锅炉的
效率和热效率，使系统的发电效率提高，此外，系统中烟气冷却器的进出口低温工质流可分别用作非正常、事故等紧急情况下超临界CO2锅炉高温一次气超温时的快速喷气减温，保障了机组设备和运行人员的安全。
Description
技术领域
本实用新型属于超临界CO2循环发电领域，具体涉及一种新型煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统。
背景技术
不断提高发电机组的效率是电力行业研究的永恒主题和目标。对于发电企业而言，系统的循环效率越高，单位发电量的能耗就越低，对应的能源消耗量和污染物排放量就越低。大量的研究表明，超临界CO2布雷顿循环是极具潜力的新概念先进动力系统。由于超临界CO2具有能量密度大、传热效率高等特点，同等温度水平下超临界CO2布雷顿循环发电系统的发电效率要比传统蒸汽朗肯循环发电系统高出5个百分点以上。此外，与传统蒸汽朗肯循环发电系统相比，超临界CO2循环发电系统的压缩机、透平和回热器等设备十分紧凑，重量和占地大为减小。因此，对于更高温度参数的发电机组，如650℃机组、700℃等级机组等，采用超临界CO2布雷顿循环发电系统无疑是最佳的选择。
对于煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统来讲，超临界CO2锅炉是整个发电系统中
损失最大的设备，如何进一步提高超临界CO2锅炉的
效率和热效率一直以来都是该领域的研究热点。然而，现有的已公开专利中还没有针对该方面的报道。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种新型煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，该系统能够显著增加超临界CO2锅炉的
效率和热效率，使系统的发电效率提高；此外，该系统中烟气冷却器的进出口低温工质流可分别用作非正常、事故等紧急情况下超临界CO2锅炉高温一次气超温时的快速喷气减温，保障了机组设备和运行人员的安全。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，包括主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、超临界CO2锅炉4、高压透平5、低压透平6、再压缩机7和预冷器8；
所述超临界CO2锅炉4包括：一次气气冷壁41、低温过热器42、高温过热器43、二次气气冷壁44、低温再热器45、高温再热器46、气温调节挡板47、高温空气预热器48、SCR烟气脱硝装置49、低温空气预热器410、烟气冷却器411和烟气余热回收调节挡板412；
具体连接关系如下：低温回热器2的热侧出口工质分为两路，其中一路连通再压缩机7的入口，另一路连通预冷器8的入口，预冷器8的出口工质与主压缩机1的入口相连通；主压缩机1的出口工质又分为两路，其中一路连通低温回热器2的冷侧入口，另一路连通超临界CO2锅炉4中的烟气冷却器411的工质入口，低温回热器2的冷侧出口工质分别与再压缩机7的出口工质和烟气冷却器411的出口工质混合后连通高温回热器3的冷侧入口，高温回热器3的冷侧出口工质与超临界CO2锅炉4的一次气气冷壁41的入口相连通，一次气气冷壁41的出口工质连通低温过热器42的工质入口，低温过热器42的出口工质连通高温过热器43的工质入口，高温过热器43的出口工质与高压透平5的入口相连通，高压透平5的出口工质连通超临界CO2锅炉4的二次气气冷壁44的入口，二次气气冷壁44的出口工质连通低温再热器45的工质入口，低温再热器45的出口工质连通高温再热器46的工质入口，高温再热器46的出口工质与低压透平6的入口相连通，低压透平6的出口工质连通高温回热器3的热侧入口，高温回热器3的热侧出口连通低温回热器2的热侧入口；
来自送风机的锅炉一次风1k和二次风2k分别与低温空气预热器410的一次风和二次风入口相连通，低温空气预热器410的一次风1k出口连通磨煤机入口，低温空气预热器410的二次风2k出口与高温空气预热器48的空气入口相连通，高温空气预热器48的空气入口连通锅炉燃烧器风箱入口。
所述超临界CO2锅炉4中低温过热器42与低温再热器45并排布置于锅炉尾部烟道气温调节挡板47位于低温过热器42与低温再热器45底部；低温空气预热器410与烟气冷却器411并排布置于锅炉尾部烟道，烟气余热回收调节挡板412位于低温空气预热器410与烟气冷却器411底部。
设计工况下，所述超临界CO2锅炉4中高温空气预热器48的出口烟温为320～390℃。
所述的一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统的发电方法，低温回热器2的热侧出口工质分为两路，其中一路进入再压缩机7被压缩升压，另一路进入预冷器8的入口，被冷却到主压缩机入口温度后进入主压缩机1入口，工质在主压缩机1中被压缩升压后又分为两路，其中一路进入低温回热器2的冷侧入口，另一路进入超临界CO2锅炉4中的烟气冷却器411的工质入口，低温回热器2的冷侧出口工质分别与再压缩机7的出口工质和烟气冷却器411的出口工质混合后进入高温回热器3的冷侧入口，高温回热器3的冷侧出口工质进入超临界CO2锅炉4的一次气气冷壁41吸热，随后进入低温过热器42吸热，最后低温过热器42的出口工质进入高温过热器43完成吸热，吸热完成后的高温过热器43出口工质进入高压透平5膨胀做功并对外输出电能，完成做功后的高压透平5出口工质再次进入超临界CO2锅炉4的二次气气冷壁44吸热，二次气气冷壁44的出口工质再进入低温再热器45吸热，最后低温再热器45的出口工质进入高温再热器46完成吸热，完成吸热后的高温再热器46的出口工质进入低压透平6膨胀做功并对外输出电能，完成做功后的低压透平6出口工质进入高温回热器3的热侧入口，高温回热器3的热侧出口工质进入低温回热器2的热侧入口；
超临界CO2锅炉4中，气温调节挡板47用于调节进入低压透平6的二次气温度，通过调节气温调节挡板47使得烟道中进入低温再热器45侧的烟气量改变，从而起到调节二次气温度的作用；通过调节烟气余热回收调节挡板412，使得进入低温空气预热器410侧和烟气冷却器411侧的烟气流量发生改变，从而起到降低锅炉排烟温度提高锅炉热效率的目的。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，具有如下优点：超临界CO2锅炉的
效率和热效率显著提高，使系统的发电效率提高；烟气冷却器的进出口低温工质流可分别用作非正常、事故等紧急情况下超临界CO2锅炉高温一次气超温时的快速喷气减温，从而保障机组设备和运行人员的安全。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1为主压缩机、2为低温回热器、3为高温回热器、4为超临界CO2锅炉、5为高压透平、6为低压透平、7为再压缩机、8为预冷器；41-412均为超临界CO2锅炉4中的部件，其中41为一次气气冷壁、42为低温过热器、43为高温过热器、44为二次气气冷壁、45为低温再热器、46为高温再热器、47为气温调节挡板、48为高温空气预热器、49为SCR烟气脱硝装置、410为低温空气预热器、411为烟气冷却器、412为烟气余热回收调节挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，本实用新型所述的一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，包括主压缩机1、低温回热器2、高温回热器3、超临界CO2锅炉4、高压透平5、低压透平6、再压缩机7和预冷器8；
所述超临界CO2锅炉4包括：一次气气冷壁41、低温过热器42、高温过热器43、二次气气冷壁44、低温再热器45、高温再热器46、气温调节挡板47、高温空气预热器48、SCR烟气脱硝装置49、低温空气预热器410、烟气冷却器411和烟气余热回收调节挡板412；
具体连接关系如下：低温回热器2的热侧出口工质分为两路，其中一路连通再压缩机7的入口，另一路连通预冷器8的入口，预冷器8的出口工质与主压缩机1的入口相连通；主压缩机1的出口工质又分为两路，其中一路连通低温回热器2的冷侧入口，另一路连通超临界CO2锅炉4中的烟气冷却器411的工质入口，低温回热器2的冷侧出口工质分别与再压缩机7的出口工质和烟气冷却器411的出口工质混合后连通高温回热器3的冷侧入口，高温回热器3的冷侧出口工质与超临界CO2锅炉4的一次气气冷壁41的入口相连通，一次气气冷壁41的出口工质连通低温过热器42的工质入口，低温过热器42的出口工质连通高温过热器43的工质入口，高温过热器43的出口工质与高压透平5的入口相连通，高压透平5的出口工质连通超临界CO2锅炉4的二次气气冷壁44的入口，二次气气冷壁44的出口工质连通低温再热器45的工质入口，低温再热器45的出口工质连通高温再热器46的工质入口，高温再热器46的出口工质与低压透平6的入口相连通，低压透平6的出口工质连通高温回热器3的热侧入口，高温回热器3的热侧出口连通低温回热器2的热侧入口；
来自送风机的锅炉一次风1k和二次风2k分别与低温空气预热器410的一次风和二次风入口相连通，低温空气预热器410的一次风1k出口连通磨煤机入口，低温空气预热器410的二次风2k出口与高温空气预热器48的空气入口相连通，高温空气预热器48的空气入口连通锅炉燃烧器风箱入口。
所述超临界CO2锅炉4中低温过热器42与低温再热器45并排布置于锅炉尾部烟道气温调节挡板47位于低温过热器42与低温再热器45底部；低温空气预热器410与烟气冷却器411并排布置于锅炉尾部烟道，烟气余热回收调节挡板412位于低温空气预热器410与烟气冷却器411底部。
设计工况下，所述超临界CO2锅炉4中高温空气预热器48的出口烟温为320～390℃。
如图1所示，本实用新型一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统的发电方法，低温回热器2的热侧出口工质分为两路，其中一路进入再压缩机7被压缩升压，另一路进入预冷器8的入口，被冷却到主压缩机入口温度后进入主压缩机1入口，工质在主压缩机1中被压缩升压后又分为两路，其中一路进入低温回热器2的冷侧入口，另一路进入超临界CO2锅炉4中的烟气冷却器411的工质入口，低温回热器2的冷侧出口工质分别与再压缩机7的出口工质和烟气冷却器411的出口工质混合后进入高温回热器3的冷侧入口，高温回热器3的冷侧出口工质进入超临界CO2锅炉4的一次气气冷壁41吸热，随后进入低温过热器42吸热，最后低温过热器42的出口工质进入高温过热器43完成吸热，吸热完成后的高温过热器43出口工质进入高压透平5膨胀做功并对外输出电能，完成做功后的高压透平5出口工质再次进入超临界CO2锅炉4的二次气气冷壁44吸热，二次气气冷壁44的出口工质再进入低温再热器45吸热，最后低温再热器45的出口工质进入高温再热器46完成吸热，完成吸热后的高温再热器46的出口工质进入低压透平6膨胀做功并对外输出电能，完成做功后的低压透平6出口工质进入高温回热器3的热侧入口，高温回热器3的热侧出口工质进入低温回热器2的热侧入口；
超临界CO2锅炉4中，气温调节挡板47用于调节进入低压透平6的二次气温度，通过调节气温调节挡板47使得烟道中进入低温再热器45侧的烟气量改变，从而起到调节二次气温度的作用；通过调节烟气余热回收调节挡板412，使得进入低温空气预热器410侧和烟气冷却器411侧的烟气流量发生改变，从而起到降低锅炉排烟温度提高锅炉热效率的目的。
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 (3)
1.一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，其特征在于：包括主压缩机(1)、低温回热器(2)、高温回热器(3)、超临界CO2锅炉(4)、高压透平(5)、低压透平(6)、再压缩机(7)和预冷器(8)；
所述超临界CO2锅炉(4)包括：一次气气冷壁(41)、低温过热器(42)、高温过热器(43)、二次气气冷壁(44)、低温再热器(45)、高温再热器(46)、气温调节挡板(47)、高温空气预热器(48)、SCR烟气脱硝装置(49)、低温空气预热器(410)、烟气冷却器(411)和烟气余热回收调节挡板(412)；
具体连接关系如下：低温回热器(2)的热侧出口工质分为两路，其中一路连通再压缩机(7)的入口，另一路连通预冷器(8)的入口，预冷器(8)的出口工质与主压缩机(1)的入口相连通；主压缩机(1)的出口工质又分为两路，其中一路连通低温回热器(2)的冷侧入口，另一路连通超临界CO2锅炉(4)中的烟气冷却器(411)的工质入口，低温回热器(2)的冷侧出口工质分别与再压缩机(7)的出口工质和烟气冷却器(411)的出口工质混合后连通高温回热器(3)的冷侧入口，高温回热器(3)的冷侧出口工质与超临界CO2锅炉(4)的一次气气冷壁(41)的入口相连通，一次气气冷壁(41)的出口工质连通低温过热器(42)的工质入口，低温过热器(42)的出口工质连通高温过热器(43)的工质入口，高温过热器(43)的出口工质与高压透平(5)的入口相连通，高压透平(5)的出口工质连通超临界CO2锅炉(4)的二次气气冷壁(44)的入口，二次气气冷壁(44)的出口工质连通低温再热器(45)的工质入口，低温再热器(45)的出口工质连通高温再热器(46)的工质入口，高温再热器(46)的出口工质与低压透平(6)的入口相连通，低压透平(6)的出口工质连通高温回热器(3)的热侧入口，高温回热器(3)的热侧出口连通低温回热器(2)的热侧入口；
来自送风机的锅炉一次风1k和二次风2k分别与低温空气预热器(410)的一次风和二次风入口相连通，低温空气预热器(410)的一次风1k出口连通磨煤机入口，低温空气预热器(410)的二次风2k出口与高温空气预热器(48)的空气入口相连通，高温空气预热器(48)的空气入口连通锅炉燃烧器风箱入口。
2.根据权利要求1所述的一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，其特征在于，所述超临界CO2锅炉(4)中低温过热器(42)与低温再热器(45)并排布置于锅炉尾部烟道气温调节挡板(47)位于低温过热器(42)与低温再热器(45)底部；低温空气预热器(410)与烟气冷却器(411)并排布置于锅炉尾部烟道，烟气余热回收调节挡板(412)位于低温空气预热器(410)与烟气冷却器(411)底部。
3.根据权利要求1所述的一种煤基超临界CO2布雷顿循环发电系统，其特征在于，设计工况下，所述超临界CO2锅炉(4)中高温空气预热器(48)的出口烟温为320～390℃。
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Cited By (2)
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| CN110230518A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种煤基超临界co2布雷顿循环发电系统及方法 |
| CN111550819A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 浙江大学 | 一种超临界二氧化碳燃煤锅炉烟气超低排放系统 |
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| CN110230518A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种煤基超临界co2布雷顿循环发电系统及方法 |
| CN110230518B (zh) * | 2019-07-01 | 2023-10-17 | 西安热工研究院有限公司 | 一种煤基超临界co2布雷顿循环发电系统及方法 |
| CN111550819A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 浙江大学 | 一种超临界二氧化碳燃煤锅炉烟气超低排放系统 |
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