一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统技术方案

本发明专利技术公开了属于高效发电设备领域的一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统。该复合循环系统由顶循环系统、底循环系统、空气预热器吸热系统组成，三个系统共同吸收锅炉内煤燃烧产生的热量。其中顶循环为二次再热再压缩循环，底循环为分级加热循环且由底循环冷却器、底循环第一压缩机、底循环低温回热器、底循环第二压缩机分流阀门、底循环第二压缩机、底循环高温回热器、第一尾部烟道加热器分流阀门、第一尾部烟道加热器、底循环第一透平、第二尾部烟道加热器、底循环第二透平组成，该底循环能够在顶循环透平入口温度在580‑640℃范围内使得复合循环系统效率较高。且保证空气预热器安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统
本专利技术属于高效发电设备领域，具体涉及一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统。技术背景超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO2循环)近年来在钠冷快堆发电、塔式太阳能光热发电、燃气轮机烟气余热利用等领域进行了较为广泛的研究。在水蒸气朗肯循环相关技术较为成熟的条件下进行这项研究是因为相比于水蒸气朗肯循环S-CO2循环能够提供一些非常有吸引力的优势。例如在相同的透平入口温度下，S-CO2循环相比于水蒸气朗肯循环在中等温区(550℃-700℃)能够有更高的效率。此外CO2化学性质不活泼，是一种性质很稳定的物质，故有可能使得CO2与管壁的腐蚀减弱。所以相比于水蒸气朗肯循环，在相同材料条件下，S-CO2循环的透平入口温度可能进一步提高，进而提升循环效率。所以S-CO2循环在效率提升方面有更高的潜力。目前燃煤发电为世界提供稳定、充足的电力供应，燃煤发电占全球发电总量的39.3％，根据英国石油公司统计，煤炭的使用还可持续153年，远高于石油和天然气。虽然资源、环境、气候变化的压力使得燃煤发电面临着挑战，但燃煤发电在各类发电技术中占主导地位的现状在短期、中期仍然不会改变。所以探索和推广高效清洁的燃煤发电技术仍然具有重要意义。将S-CO2循环应用于燃煤发电领域是对燃煤发电技术的新的探索。但是将S-CO2循环应用于燃煤发电领域时会面临尾部烟气余热问题，这一问题的产生与循环布置相关，相同透平入口参数的S-CO2再压缩循环与传统的水蒸气朗肯循环相比，再压缩循环CO2工质在锅炉入口处的温度较高，由于烟气与锅炉入口处的CO2工质需要保证一定的温差，所以CO2工质在锅炉入口处的温度较高意味着该处的烟气温度同样较高，故锅炉的尾部烟道烟气余热较多，对于朗肯循环，当机组为二次再热超超临界机组时，省煤器入口水的温度(水在锅炉入口处的温度)大致在340℃左右，但对于布雷顿循环，这一温度会更高。与朗肯循环相比，在相同温压参数条件下，再压缩循环CO2在该处的温度为～410℃，当循环采用二次再热布置时这一温度为～510℃。故S-CO2机组锅炉尾部烟道存在大量的余热。余热如果得不到有效吸收会使得锅炉排入环境的热量增加，使得锅炉效率降低，从而降低热力系统的总效率。这就是S-CO2燃煤发电所面临的余热问题。该问题可以通过构建复合循环解决，但是不同的复合循环解决的效果有别，如果复合循环构建不合理则会降低系统发电效率，系统发电效率的降低可以从两个方面理解，1、如果烟气余热得不到充分吸收，则发电系统锅炉效率会降低，2、烟气余热得到吸收，但是循环效率较低，这样发电系统的循环热效率会降低。根据S-CO2燃煤发电的这一特点，我们提出了一类适合于S-CO2燃煤发电的一类复合循环，其中复合循环的底循环为本专利首次提出，该循环能够在高效吸收烟气余热的同时，使得循环热效率较高，故该循环在一个广泛的温区内都能够实现合理、高效的发电。
技术实现思路
根据
技术介绍
中所提到的问题，本专利技术提供了一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，包括：顶循环系统、底循环系统和空气预热器吸热系统，其中顶循环系统中的各加热器布置在炉膛及水平烟道、尾部烟道的前段内，底循环系统的加热器布置在锅炉尾部烟道中段内，烟气先流经顶循环系统后流经底循环系统，流经底循环系统的烟气进入尾部烟道后段内的空气预热器吸热系统，煤燃烧产生的热量首先由顶循环系统吸收，顶循环系统不能完全吸收的热量由底循环系统吸收，经底循环系统排出的烟气所包含的余热在空气预热器吸热系统内由空气吸收。所述顶循环系统包括：顶循环冷却器、顶循环第一压缩机、顶循环低温回热器、顶循环第二压缩机分流阀门、顶循环第二压缩机、顶循环高温回热器、顶循环锅炉第一加热器、顶循环第一透平、顶循环锅炉第二加热器、顶循环第二透平、顶循环锅炉第三加热器和顶循环第三透平；其中，顶循环锅炉第一加热器、顶循环锅炉第二加热器和顶循环锅炉第三加热器布置在锅炉炉膛、水平烟道及尾部烟道的前段内，顶循环锅炉第一加热器的出口与顶循环第一透平的入出口、顶循环锅炉第二加热器入出口、顶循环第二透平入出口、顶循环锅炉第三加热器入出口、顶循环第三透平入口出口、顶循环高温回热器低压侧的入出口与顶循环低温回热器低压侧入口依次相连；顶循环低温回热器低压侧工质管道的出口分别与顶循环冷却器和顶循环第二压缩机分流阀门相连，其中顶循环冷却器的出口、顶循环第一压缩机入出口与顶循环低温回热器高压侧的入口顺序相连，顶循环第二压缩机分流阀门与顶循环第二压缩机的入口相连，顶循环低温回热器高压侧的出口与顶循环第二压缩机的出口汇合后和顶循环高温回热器高压侧的入口相连，顶循环高温回热器高压侧的出口与顶循环锅炉第一加热器的入口相连。所述第二压缩机分流阀门内流过的流量占总流量的33.21-31.64％。所述顶循环系统中顶循环锅炉第一加热器、顶循环锅炉第二加热器和顶循环锅炉第三加热器的入口温度相同；所述顶循环系统中顶循环锅炉第一加热器、顶循环锅炉第二加热器和顶循环锅炉第三加热器的出口温度都在580-640度之间；所述底循环系统中第二尾部烟道加热器出口温度范围在486-578℃之间。所述底循环系统包括：底循环冷却器、底循环第一压缩机、底循环低温回热器、底循环第二压缩机分流阀门、底循环第二压缩机、底循环高温回热器、第一尾部烟道加热器分流阀门、第一尾部烟道加热器、底循环第一透平、第二尾部烟道加热器和底循环第二透平；其中第一尾部烟道加热器和第二尾部烟道加热器布置在锅炉尾部烟道内；第一尾部烟道加热器出口与底循环高温回热器高压侧的出口汇合后与底循环第一透平的入口相连，底循环第一透平的出口、第二尾部烟道加热器的入出口、底循环第二透平的入出口、底循环高温回热器低压侧的入出口与底循环低温回热器低压侧工质管道的入口顺序相连；底循环低温回热器低压侧工质管道的出口分别与底循环冷却器和底循环第二压缩机分流阀门相连，底循环冷却器的出口与底循环第一压缩机的入出口、底循环低温回热器的高压侧入口顺序相连，底循环第二压缩机分流阀门与底循环第二压缩机入口相连，底循环低温回热器的高压侧出口与底循环第二压缩机出口汇合后分别与底循环高温回热器高压侧入口和第一尾部烟道加热器分流阀门入口相连，第一尾部烟道加热器分流阀门出口与第一尾部烟道加热器入口相连。所述第二尾部烟道加热器和所述第一尾部烟道加热器在尾部烟道中并列布置或者上下布置；当所述第二尾部烟道加热器和所述第一尾部烟道加热器在尾部烟道中上下布置时，第一尾部烟道加热器在下方且更接近烟道出口所述第一尾部烟道加热器分流阀门内流过的流量占总流量的9.82-11.38％。所述空气预热器吸热系统包括：一次风机、二次风机和空气预热器；其中一次风机与二次风机入口与外界环境相连，一次风机出口与二次风机出口分别与空气预热器的一次风入口和二次风入口相连，空气预热器的一次风出口与锅炉的制粉系统相连，空气预热器的二次风出口与锅炉炉膛相连，所述空气预热器内的一次风占比为19％，一次风的最高温度在320℃，所述空气预热器内的二次风占比为81％，二次风的最高温度380℃。被所述空气预热器吸热系统冷却后的烟气为115-125℃。本专利技术的有益效果为：该专利技术针对将超临界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，包括：顶循环系统(100)、底循环系统(200)和空气预热器吸热系统(300)，其中顶循环系统(100)中的各加热器布置在锅炉炉膛、水平烟道及尾部烟道的前段内，底循环系统(200)的加热器布置在锅炉尾部烟道中段内，烟气先流经顶循环系统(100)后流经底循环系统(200)，流经底循环系统(200)的烟气进入尾部烟道后段内的空气预热器吸热系统(300)，煤燃烧产生的热量首先由顶循环系统(100)吸收，顶循环系统(100)不能完全吸收的热量由底循环系统(200)吸收，经底循环系统(200)排出的烟气所包含的余热在空气预热器吸热系统(300)内由空气吸收。

【技术特征摘要】
1.一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，包括：顶循环系统(100)、底循环系统(200)和空气预热器吸热系统(300)，其中顶循环系统(100)中的各加热器布置在锅炉炉膛、水平烟道及尾部烟道的前段内，底循环系统(200)的加热器布置在锅炉尾部烟道中段内，烟气先流经顶循环系统(100)后流经底循环系统(200)，流经底循环系统(200)的烟气进入尾部烟道后段内的空气预热器吸热系统(300)，煤燃烧产生的热量首先由顶循环系统(100)吸收，顶循环系统(100)不能完全吸收的热量由底循环系统(200)吸收，经底循环系统(200)排出的烟气所包含的余热在空气预热器吸热系统(300)内由空气吸收。2.根据权利要求1所述的一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，所述顶循环系统(100)包括：顶循环冷却器(1)、顶循环第一压缩机(2)、顶循环低温回热器(3)、顶循环第二压缩机分流阀门(4)、顶循环第二压缩机(5)、顶循环高温回热器(6)、顶循环锅炉第一加热器(7)、顶循环第一透平(8)、顶循环锅炉第二加热器(9)、顶循环第二透平(10)、顶循环锅炉第三加热器(11)和顶循环第三透平(12)；其中，顶循环锅炉第一加热器(7)、顶循环锅炉第二加热器(9)和顶循环锅炉第三加热器(11)布置在锅炉炉膛、水平烟道及尾部烟道的前段内，顶循环锅炉第一加热器(7)的出口与顶循环第一透平(8)的入出口、顶循环锅炉第二加热器(9)入出口、顶循环第二透平(10)入出口、顶循环锅炉第三加热器(11)入出口、顶循环第三透平(12)入口出口、顶循环高温回热器(6)低压侧的入出口与顶循环低温回热器(3)低压侧入口依次相连；顶循环低温回热器(3)低压侧工质管道的出口分别与顶循环冷却器(1)和顶循环第二压缩机分流阀门(4)相连，其中顶循环冷却器(1)的出口、顶循环第一压缩机(2)入出口与顶循环低温回热器(3)高压侧的入口顺序相连，顶循环第二压缩机分流阀门(4)与顶循环第二压缩机(5)的入口相连，顶循环低温回热器(3)高压侧的出口与顶循环第二压缩机(5)的出口汇合后和顶循环高温回热器(6)高压侧的入口相连，顶循环高温回热器(6)高压侧的出口与顶循环锅炉第一加热器(7)的入口相连。3.根据权利要求2所述的一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，所述第二压缩机分流阀门(4)内流过的流量占总流量的33.21-31.64％。4.根据权利要求1所述的一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，所述顶循环系统(100)中顶循环锅炉第一加热器(7)、顶循环锅炉第二加热器(9)和顶循环锅炉第三加热器(11)的出口温度都在580-640℃之间；所述底循环系统(200)中第二尾部烟道加热器(222)出口温度范围在486-578℃之间。5.根据权利要求1所述的一种适用于燃煤发电领域的新型超临界CO2复合循环系统，其特征在于，所述底循环系统(200)包括：底循环冷却器(213)、底循环第一压缩机(214)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩慧，徐进良，雷蕾，郑雅文，刘广林，胡涵，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11