使用液态金属作为工作介质的锅炉及包括其的发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种锅炉及包括该锅炉的发电系统，该锅炉使用液态金属作为工作介质产生高温高压状态下的热介质。根据本发明专利技术的使用液态金属作为工作介质的锅炉是循环该工作介质以与热介质进行热交换的锅炉，并且包括：燃烧炉，向其中供应工作介质并加热；热交换部，其与该燃烧炉连接并且向其中供应在该燃烧炉中加热的工作介质；热介质注入部，其位于该热交换部中；以及供应部，其与该热交换部连接并且将该热介质供应到该热介质注入部中。在该热交换部中，供应到该热介质注入部中的热介质与所加热的工作介质进行热交换。该热介质通过热交换达到阈值点以上的高温高压状态。此外，该工作介质是液态金属。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用液态金属作为工作介质的锅炉及包括其的发电系统
本专利技术涉及一种锅炉，更具体地涉及一种锅炉及包括其的发电系统，该锅炉使用液态金属作为工作介质生产高温高压状态下的热介质。本专利技术是根据RCOE推进项目在战略与财政部支持的韩国生产技术研究院进行的，并于2015年在“应对气候变化的下一代能量生产系统”的研究标题下以分配识别号EO150006进行。
技术介绍
通常，用于生产蒸气或发电的锅炉中配备有许多水管，以向其中供水，获得高温高压下的蒸气，并将其用作热源或蒸汽轮机。特别是在发电的情况下，由于使用蒸汽轮机的Rankin循环的效率随着蒸汽的温度和压力增加而增加，所以获得高温高压下的蒸汽以改善发电效率是至关重要的。例如，在目前商业化的煤热发电的粉煤锅炉的情况下，采用主蒸汽压力为241巴、主蒸汽温度为566℃、再加热蒸汽温度为593℃的超超临界(USC)条件。为了提高效率，正在开发适用于700℃以上蒸汽温度的更高超临界(HSC)条件的锅炉。同样，为了产生高温高压下的蒸汽，需要在锅炉内安装许多热介质注入部(或热交换管)以进行蒸汽生产。特别地，能够在温度和压力升高时承受升高的温度和压力的蒸汽条件的高温部分的热介质注入部的材料的性能是重要的。在USC锅炉的情况下，使用非常高成本的钢，但是对于HSC锅炉，能够承受更高温高压蒸汽的材料尚未商业化。在将蒸汽保持在高温高压的部分处，传热变得特别重要，并且在生产过程中，热介质注入部的焊接耐久性和耐腐蚀性被认为是非常重要的，导致锅炉价格高昂。然而，在大多数情况下，热介质注入部发生故障，导致巨大的损坏。同时，最近在世界各地(包括韩国)一直在努力使用二氧化碳代替水作为锅炉的工作介质。二氧化碳的临界温度和压力分别为31.04℃和72.8atm，分别在低于水的超临界温度的温度(374℃)和压力(218atm)下变为超临界状态。此外，已知使用超临界CO2作为工作介质的涡轮机相比于蒸汽轮机具有尺寸减小的效果。然而，在常规锅炉中使用CO2时，能够承受高温高压下的超临界CO2的材料仍在研究之中。作为常规技术的示例，韩国专利公开号2010-0104563公开了一种使用诸如油的工作介质间接地加热热介质注入部的锅炉，以解决由直接加热热介质注入部引起的问题。然而，作为用于加热热介质注入部的介质的油的沸点为约250℃和350℃之间，不可能如上所述使热介质成为超临界或超超临界状态。
技术实现思路
[技术问题]在这方面，为了解决上述常规问题，已经设计了本专利技术。本专利技术提供一种锅炉以及使用其的发电系统，该锅炉使用能够产生临界温度和压力或更高下的热介质的液态金属，而不会破坏其中热介质流动的热介质注入部。[技术方案]为了实现上述目的，根据本专利技术的使用液态金属作为工作介质的锅炉是使工作介质循环以与热介质进行热交换的锅炉，并且包括：燃烧炉，向其中供应所述工作介质并加热；热交换部，其与所述燃烧炉连接，并且将所述燃烧炉中加热的所述工作介质供应到燃烧炉；热介质注入部，其一侧与所述热交换部连接；以及供应部，其与所述热介质注入部的另一侧连接，并且通过所述热交换部将所述热介质供应至所述热介质注入部。在所述热交换部中，进行供应至所述热介质注入部的所述热介质与所加热的工作介质之间的热交换。所述热介质通过所述热交换达到阈值点以上的高温高压状态。此外，所述工作介质是液态金属。将通过热交换将温度降低至预定温度以下的液态金属供应至燃烧炉，在其中加热，然后再供应至热交换部，产生液态金属的再循环。再加热液态金属的温度优选高于液态金属的熔点。此外，作为通过使工作介质循环以与热介质进行热交换的锅炉，本专利技术提供了一种锅炉，其使工作介质循环以与热介质进行热交换，包括：两个以上的燃烧炉，向其中供应加热到不同温度的所述工作介质；两个以上的热交换部，其与相应数量的燃烧炉连接，并且向其中供应在每个燃烧炉中在不同温度下加热的所述工作介质；热介质注入部，其一侧将所述热介质供应至所述热交换部中具有最低温度的所述热交换部；以及供应部，其与所述热介质注入部的另一侧连接，并且向其中供应所述热介质，其中，在两个以上的热交换部中进行从所述热介质注入部的端部供应的所述热介质和所述工作介质的热交换，其中，所述热介质通过所述热交换逐渐达到阈值点以上的高温高压状态，并且所述工作介质是液态金属。将通过所述热交换将温度降低至预定温度以下的液态金属供应至燃烧炉中在最低温度下加热的燃烧炉，再加热并再供应至热交换部中的一个，从而再循环液态金属，其中，再加热液态金属的温度优选地高于液态金属的熔点。此外，本专利技术提供了一种锅炉，其使工作介质循环以与热介质进行热交换，包括：燃烧炉，向其中供应工作介质并加热；热交换部，其与所述燃烧炉连接并且将所述燃烧炉中加热的所述工作介质供应到燃烧炉；管道，其位于所述热交换部中；热介质注入部，其一侧与所述管道连接；以及供应部，其与所述热介质注入部的另一侧连接，并且将所述热介质供应至所述热交换部中的所述管道，其中，在所述热交换部中进行通过所述管道供应的所述热介质与所加热的工作介质之间的热交换，其中，所述热介质通过所述热交换达到阈值点以上的高温高压状态，并且所述工作介质是液态金属。此外，本专利技术提供了一种发电系统，其包括：锅炉，其使用所述液态金属作为工作介质；以及涡轮机，其用于使用阈值点以上的高温高压状态下的热介质产生电力。液态金属优选地选自由锡、铋、铅和镓组成的组。[有益效果]当将液态金属作为工作介质供应至燃烧炉内的注入部(管道)时，当通过向其直接供应诸如水或二氧化碳的热介质而进行加热时产生相变，与相变有关的注入部或管道中的热应力的问题可以得到解决。特别地，可以从根本上防止热介质处于超临界状态并影响注入部材料的性能时引起的注入部件的破坏所引起的问题，从而显著提高热介质注入部的寿命。此外，本专利技术的优点在于，通过仅在由于液态金属和热介质的热交换而产生临界点以上的高温高压下的热介质的部分使用能够承受超超临界条件的材料，能够构成更经济的系统，并且通过加热热交换部(其中存在具有恒温的液态金属)中的热介质，能够更加稳定地改善发电系统的效率。此外，通过添加通过控制用作工作介质的液态金属的量和温度来将燃烧炉中产生的热量储存一段时间的功能，从而可以实现能够响应于电力需求的波动的效果。附图说明图1是根据一个示例性实施方式的使用液态金属作为工作介质的锅炉的示意图。图2是根据另一个示例性实施方式的使用液态金属作为工作介质的锅炉的示意图。图3是根据另一个示例性实施方式的使用液态金属作为工作介质的锅炉的示意图。具体实施方式如上所述的本专利技术的目的、特征和其它优点将从本专利技术的适当的示例性实施方式中变得更为明显。在该过程中，为了清楚和方便的解释，附图中所示的构成元件的线或尺寸的厚度可能被夸大。此外，考虑本专利技术中的功能来定义后述的所有术语，并且可以根据用户、操作者的意图或习惯而不同。因此，应当基于本专利技术的整个说明书的内容来公开这些术语的定义。此外，所描述的示例性实施方式仅用于说明的目的，并不旨在限制本专利技术的技术范围。使用本专利技术的液态金属作为工作介质的锅炉及使用其的发电系统的每个构成元件可以以集成形式使用，或者分开并分别使用。此外，根据使用的形式，可以省略一些构成元件。以下，参考附图(图1)详细说明根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉，其使工作介质循环以与热介质进行热交换，包括：燃烧炉(100)，向其供应的所述工作介质在其中加热；热交换部(200)，其与所述燃烧炉(100)连接并且将所述燃烧炉(100)中加热的所述工作介质供应到所述燃烧炉(100)；热介质注入部(300)，其一侧与所述热交换部(200)连接；以及供应部(400)，其与所述热介质注入部(300)的另一侧连接并且通过所述热介质注入部(300)将所述热介质供应至所述热交换部(200)，其中，在所述热交换部(200)中，在供应到所述热介质注入部(300)中的所述热介质与所加热的工作介质之间进行热交换，其中，所述热介质通过所述热交换达到阈值点以上的高温高压状态，并且所述工作介质是液态金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 KR 10-2014-01843561.一种锅炉，其使工作介质循环以与热介质进行热交换，包括：燃烧炉(100)，向其供应的所述工作介质在其中加热；热交换部(200)，其与所述燃烧炉(100)连接并且将所述燃烧炉(100)中加热的所述工作介质供应到所述燃烧炉(100)；热介质注入部(300)，其一侧与所述热交换部(200)连接；以及供应部(400)，其与所述热介质注入部(300)的另一侧连接并且通过所述热介质注入部(300)将所述热介质供应至所述热交换部(200)，其中，在所述热交换部(200)中，在供应到所述热介质注入部(300)中的所述热介质与所加热的工作介质之间进行热交换，其中，所述热介质通过所述热交换达到阈值点以上的高温高压状态，并且所述工作介质是液态金属。2.根据权利要求1所述的锅炉，其中，将通过所述热交换而降低至低于预定温度的所述液态金属供应至所述燃烧炉(100)，将液态金属再加热并再供应至所述热交换部(200)，从而使所述液态金属再循环，其中，再加热所述液态金属的温度高于所述液态金属的熔点。3.一种锅炉，其使工作介质循环以与热介质进行热交换，包括：两个以上的燃烧炉(100)，向其中供应加热到不同温度的所述工作介质；两个以上的热交换部(200)，与相应数目的燃烧炉(100)连接并且向其供应在每个燃烧炉(100)中在不同温度下加热的所述工作介质；热介质注入部(300)，其一侧将所述热介质供应至所述热交换部(200)当中具有最低温度的所述热交换部(220)；以及供应部(400)，与所述热介质注入部(300)的另一侧连接并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殷道，梁元，方炳烈，郑秀和，文智泓，
申请(专利权)人：韩国生产技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR