本发明专利技术公开了属于高效发电设备领域的一种超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质及烟气的工作流程，本系统中超临界CO2工质在锅炉中的流动采用分流的配置方式；尾部空预器采用双级布置的形式；循环引入再热及中间冷却的布置形式；循环从高压压缩机出口分流工质进入烟气冷却器吸热后汇入低温回热器高压侧出口。通过在锅炉中工质分流配置能够降低锅炉压降，通过空预器双级布置能够使二次风达到预设值，通过烟气冷却器配合空预器布置解决尾部烟气余热吸收难题。本发明专利技术解决超临界CO2布雷顿循环与燃煤火力发电耦合的诸多关键问题，且系统布置简单、运行参数稳定、热力系统及锅炉效率较高。
【技术实现步骤摘要】
超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质及烟气的工作流程
本专利技术属于高效发电设备领域，具体涉及一种超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质及烟气的工作流程。技术背景煤炭作为一次能源在全球用能结构中扮演着重要角色，其储量大、易开采、使用经验丰富，以中国为例，煤在中国一次能源消费结构中占75％，为世界燃煤消费总量的四分之一。尤其是电力部门，火电机组占总装机容量的70％以上，其中绝大多数为燃煤的汽轮机电站。然而煤炭的使用加重了环保负担加剧了温室效应，在这样的现状下，开发先进动力循环技术提高机组性能对煤炭高效清洁利用具有重要意义。超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO2循环)作为一类先进动力循环近年来在太阳能及核能领域研究较多，但在燃煤火力发电领域研究较少。S-CO2循环效率高，系统简单，结构紧凑，且CO2工质临界参数较低、化学性质不活泼，这些特性使S-CO2循环获得了越来越多的关注。众多学者以S-CO2循环为基础针对不同热源探究高效、合理的热力系统布置形式。故结合我国能源消费国情，将S-CO2循环引入燃煤火力发电领域，构建合理、高效的燃煤火力发电系统，为高效低污染发电提供变革性技术。目前诸多S-CO2循环的变种中再压缩循环(recompressioncycle)具有明显的效率优势，但当该循环采用再热布置时，CO2工质在锅炉入口处的温度会大幅提升，这造成了尾部高温烟气余热利用困难的问题，该部分余热若不能合理利用，会使得锅炉效率降低，影响尾部烟道脱硫、脱硝设备正常运行；例如当再压缩循环耦合二次再热布置直接与π型煤粉炉耦合时，虽然在30MPa，620℃/620℃/620℃的运行参数下(第一个压力和温度是高压透平入口压力、温度，第二个温度是中压透平入口温度，第三个温度是低压透平入口温度。)循环热效率可达52％左右，但当二次风温为400℃时，锅炉效率可降到87％左右，故如何合理的解决尾部烟气余热利用问题是提高S-CO2循环特性的关键。其次，相对于常规水蒸气朗肯循环，由于CO2工质在锅炉入口处的温度高，故在相同的主汽温度条件下，工质在锅炉内的温升小，且由于CO2与水的物理性质上的差异，在锅炉中CO2比热容比水的比热容小，故根据Q＝cmΔt可知，若吸收相同热量，S-CO2循环的质量流量较大，对于相同容量的机组，S-CO2机组的质量流量要比水机组大6-8倍。质量流量的提高使得锅炉受热面设计、布置困难，例如当水冷壁管内径为23mm、管数为1556根时水冷壁压降可达到几十兆帕，这对于循环来说是不可接受的，故如何合理选择管径、管数以及如何对受热面进行布置同样为提高S-CO2循环特性的关键。此外，汽机侧的热力系统优化布置形式总体上可以分为回热、间冷、再热三类，燃煤火力发电热源与核能及太阳能区别较大，热力系统布置形式对热力循环及锅炉受热面布置产生直接影响，如上述提到的再热会使得CO2工质在锅炉入口处的温度提高，使得余热回收困难，但再热能够提高循环效率。而间冷会使压缩机耗功减小，同时会适当降低工质在锅炉入口处的温度，在计算工况下能够降低5℃左右，但间冷会对低温回热器的运行特性产生影响。回热能够降低冷源损失，提高循环效率，尤其是分流再压缩回热布置，且使低温回热器冷热侧工质热容量接近，提高回热效果，但回热同样会提高CO2工质在锅炉入口处的温度。故如何合理、高效的构建热力系统同样为提高S-CO2循环特性的关键。因此，要实现超临界CO2布雷顿循环在燃煤火力发电领域的应用需要综合考虑机炉一体化的设计思路，最终实现合理、高效的超临界CO2布雷顿循环燃煤火力发电系统。
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超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质的工作流程，其特征在于，工质的工作流程包括如下步骤：步骤1、高温回热器高压侧出口的工质在进入锅炉前分流，其中一路经过第一冷却壁分流阀门进入第一冷却壁，随后进入第一过热器，另一路进入省煤器，随后该路工质经省煤器进入第二冷却壁，之后进入第二过热器，最后两路工质汇合进入第一透平做功；步骤2、工质由第一透平的工质出口排出后进入再热布置系统工质管道的入口；工质经过再热布置系统进行加热后，从再热布置系统工质管道的出口排出；步骤3、工质由再热布置系统工质管道的出口排出后，进入高温回热器低压侧将热量传递给高压侧，随后进入低温回热器低压侧将热量传递给高压侧；工质在低温回热器低压侧出口分流，一部分经过辅助压缩机分流阀门进入辅助压缩机经压缩后汇入低温回热器高压侧出口；另一部分工质进入压缩系统的入口，随后升压并向环境排热；步骤4、由压缩系统出口排出的工质再次进行分流，其中一部分分流的工质进入低温回热器高压侧入口，其中另一部分经过烟气冷却器分流阀门进入烟气冷却器吸收锅炉尾部烟气余热；进入低温回热器高压侧的工质在回热器中与低压侧高温工质换热，在出口处与辅助压缩机出口工质以及烟气冷却器出口的工质汇流，共同进入高温回热器高压侧，进入高温回热器的工质与低压侧的工质换热，随后高温回热器高压侧出口的工质在进入锅炉前分流。当所述步骤2、中的再热布置系统为单级再热布置时，从再热布置系统工质管道的入口进入的工质进行分流，一路经过第一再热器分流阀门进入第一再热器，随后进入第三再热器，另一路进入第三冷却壁吸热，最后两路工质汇合进入第二透平做功；做功后的工质由第二透平流出再热布置系统；当所述步骤2、中的再热布置系统为双级再热布置时，从再热布置系统工质管道的入口进入的工质进行分流，一路经过第一再热器分流阀门进入第一再热器，随后进入第三再热器，另一路进入第三冷却壁吸热，最后两路工质汇合进入第二透平做功；工质由第二透平的工质出口排出后再次进行分流，一路经过第二再热器分流阀门进入第二再热器，随后再进入第四再热器，另一路进入第四冷却壁吸热，最后两路工质汇合进入第三透平做功；做功后的工质由第三透平流出再热布置系统。所述步骤4、中压缩系统的流程为：进入压缩系统的工质先进入冷却器的工质入口，随后工质经冷却后进入第一压缩机，由第一压缩机压缩后的工质进入中间冷却器再向环境排热，随后进入第二压缩机的入口，由第一压缩机压缩后的工质从压缩系统的出口排出。所述步骤1、中工质流经第一冷却壁分流阀门时的温度状态与压力状态分别为：470.24℃-513.16℃与27.68MPa-31.24MPa。一种超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统烟气的工作流程，其特征在于，烟气的工作流程包括如下步骤：步骤1、煤粉在炉膛内燃烧通过第一冷却壁、第二冷却壁、第三冷却壁、第四冷却壁与冷却壁管内的工质换热；步骤2、烟气流出炉膛后依次与第一过热器、第二过热器、第三再热器、第四再热器、第二再热器、第一再热器、省煤器管内的工质换热；步骤3、烟气流过省煤器后先与第二空气预热器内的空气换热，随后再与烟气冷却器内的工质换热，最后与第一空气预热器内的空气换热；经过大量热交换的低温烟气排出装置外。所述第一冷却壁、第二冷却壁、第三冷却壁和第四冷却壁的吸热量之和占总吸热量的50％。所述步骤3、中第二空气预热器烟气出口的烟气温度为：383.58℃-403.22℃；所述步骤3、中第一空气预热器烟气出口的烟气温度为：118℃-123℃。本专利技术的有益效果为：该专利技术针对超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质及烟气的工本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质的工作流程，燃煤火力发电系统中第一冷却壁(1)工质管道的出口与第一过热器(5)工质管道的入口相连，第二冷却壁(2)工质管道的出口和第二过热器(6)工质管道的入口相连，第一过热器(5)工质管道的出口和第二过热器(6)工质管道的出口都与第一透平(15)的工质管道的入口相连，第一透平(15)的工质管道的出口与再热布置系统(200)工质管道的入口相连，再热布置系统(200)工质管道的出口、高温回热器(18)低压侧的入出口、低温回热器(19)低压侧的入口顺序依次相连，低温回热器(19)低压侧的出口分别与压缩系统(400)的入口和辅助压缩机分流阀门(25)相连，辅助压缩机分流阀门(25)和辅助压缩机(20)的入口相连，压缩系统(400)的出口分别与低温回热器(19)高压侧的入口和烟气冷却器分流阀门(26)相连，烟气冷却器分流阀门(26)与烟气冷却器(13)工质管道的入口相连，辅助压缩机(20)的出口、低温回热器(19)高压侧的出口和烟气冷却器(13)工质管道的出口全都连接至高温回热器(18)高压侧的入口，高温回热器(18)高压侧的出口分别与冷却壁分流阀门(27)和省煤器(11)工质管道的入口相连，省煤器(11)工质管道的出口与第二冷却壁(2)工质管道的入口相连，冷却壁分流阀门(27)与第一冷却壁(1)工质管道的入口相连；所述再热布置系统(200)为单级再热布置或双级再热布置，当所述再热布置系统(200)为单级再热布置时，包括：第三冷却壁(3)、第一再热器(10)、第三再热器(7)、第二透平(16)和第一再热器分流阀门(28)，其中再热布置系统(200)工质管道的入口分别与第三冷却壁(3)工质管道的入口和第一再热器分流阀门(28)相连，第一再热器分流阀门(28)、第一再热器(10)工质管道的入出口、第三再热器(7)工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁(3)工质管道的出口和第三再热器(7)工质管道的出口汇合与第二透平(16)的入口相连，第二透平(16)的出口为再热布置系统(200)工质管道的出口；当所述再热布置系统(200)为双级再热布置时，包括：第三冷却壁(3)、第四冷却壁(4)、第三再热器(7)、第四再热器(8)、第二再热器(9)、第一再热器(10)、第二透平(16)和第三透平(17)、第一再热器分流阀门(28)和第二再热器分流阀门(29)；其中再热布置系统(200)工质管道的入口分别与第三冷却壁(3)工质管道的入口和第一再热器分流阀门(28)相连，第一再热器分流阀门(28)、第一再热器(10)工质管道的入出口、第三再热器(7)工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁(3)工质管道的出口与第三再热器(7)工质管道的出口汇合并与第二透平(16)的入口相连，第二透平(16)的出口分别与第四冷却壁(4)工质管道的入口和第二再热器分流阀门(29)相连；第二再热器分流阀门(29)、第二再热器(9)工质管道的入出口、第四再热器(8)工质管道的入口依次顺序连接，第四冷却壁(4)工质管道的出口与第四再热器(8)工质管道的出口汇合与第三透平(17)的入口相连，第三透平(17)的出口为再热布置系统(200)工质管道的出口；压缩系统(400)使得工质在锅炉入口处的温度和质量流量进一步降低，包括：冷却器(21)、第一压缩机(22)、中间冷却器(23)和第二压缩机(24)，其中冷却器(21)的入口为压缩系统(400)的入口，冷却器(21)的出口、第一压缩机(22)、中间冷却器(23)和第二压缩机(24)的入口依次首尾相连，第二压缩机(24)的出口为压缩系统(400)的出口；此时中间冷却器(23)能够减小第一压缩机(22)和第二压缩机(24)的耗功；其特征在于，工质的工作流程包括如下步骤：步骤1、高温回热器高压侧出口的工质在进入锅炉前分流，其中一路经过第一冷却壁分流阀门(27)进入第一冷却壁(1)，随后进入第一过热器(5)，另一路进入省煤器(11)，随后该路工质经省煤器(11)进入第二冷却壁(2)，之后进入第二过热器(6)，最后两路工质汇合进入第一透平(15)做功；步骤2、工质由第一透平(15)的工质出口排出后进入再热布置系统(200)工质管道的入口；工质经过再热布置系统(200)进行加热后，从再热布置系统(200)工质管道的出口排出；步骤3、工质由再热布置系统(200)工质管道的出口排出后，进入高温回热器(18)低压侧将热量传递给高压侧，随后进入低温回热器(19)低压侧将热量传递给高压侧；工质在低温回热器(19)低压侧出口分流，一部分经过辅助压缩机分流阀门(25)进入辅助压缩机(20)经压缩后汇入低温回热器(19)高压侧出口；另一部分工质进入压缩系统(400)的入口，随后升压并向环境排热；步骤4、由压缩系统(400)出口排...
【技术特征摘要】
1.一种超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统工质的工作流程，燃煤火力发电系统中第一冷却壁(1)工质管道的出口与第一过热器(5)工质管道的入口相连，第二冷却壁(2)工质管道的出口和第二过热器(6)工质管道的入口相连，第一过热器(5)工质管道的出口和第二过热器(6)工质管道的出口都与第一透平(15)的工质管道的入口相连，第一透平(15)的工质管道的出口与再热布置系统(200)工质管道的入口相连，再热布置系统(200)工质管道的出口、高温回热器(18)低压侧的入出口、低温回热器(19)低压侧的入口顺序依次相连，低温回热器(19)低压侧的出口分别与压缩系统(400)的入口和辅助压缩机分流阀门(25)相连，辅助压缩机分流阀门(25)和辅助压缩机(20)的入口相连，压缩系统(400)的出口分别与低温回热器(19)高压侧的入口和烟气冷却器分流阀门(26)相连，烟气冷却器分流阀门(26)与烟气冷却器(13)工质管道的入口相连，辅助压缩机(20)的出口、低温回热器(19)高压侧的出口和烟气冷却器(13)工质管道的出口全都连接至高温回热器(18)高压侧的入口，高温回热器(18)高压侧的出口分别与冷却壁分流阀门(27)和省煤器(11)工质管道的入口相连，省煤器(11)工质管道的出口与第二冷却壁(2)工质管道的入口相连，冷却壁分流阀门(27)与第一冷却壁(1)工质管道的入口相连；所述再热布置系统(200)为单级再热布置或双级再热布置，当所述再热布置系统(200)为单级再热布置时，包括：第三冷却壁(3)、第一再热器(10)、第三再热器(7)、第二透平(16)和第一再热器分流阀门(28)，其中再热布置系统(200)工质管道的入口分别与第三冷却壁(3)工质管道的入口和第一再热器分流阀门(28)相连，第一再热器分流阀门(28)、第一再热器(10)工质管道的入出口、第三再热器(7)工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁(3)工质管道的出口和第三再热器(7)工质管道的出口汇合与第二透平(16)的入口相连，第二透平(16)的出口为再热布置系统(200)工质管道的出口；当所述再热布置系统(200)为双级再热布置时，包括：第三冷却壁(3)、第四冷却壁(4)、第三再热器(7)、第四再热器(8)、第二再热器(9)、第一再热器(10)、第二透平(16)和第三透平(17)、第一再热器分流阀门(28)和第二再热器分流阀门(29)；其中再热布置系统(200)工质管道的入口分别与第三冷却壁(3)工质管道的入口和第一再热器分流阀门(28)相连，第一再热器分流阀门(28)、第一再热器(10)工质管道的入出口、第三再热器(7)工质管道的入口依次顺序连接，第三冷却壁(3)工质管道的出口与第三再热器(7)工质管道的出口汇合并与第二透平(16)的入口相连，第二透平(16)的出口分别与第四冷却壁(4)工质管道的入口和第二再热器分流阀门(29)相连；第二再热器分流阀门(29)、第二再热器(9)工质管道的入出口、第四再热器(8)工质管道的入口依次顺序连接，第四冷却壁(4)工质管道的出口与第四再热器(8)工质管道的出口汇合与第三透平(17)的入口相连，第三透平(17)的出口为再热布置系统(200)工质管道的出口；压缩系统(400)使得工质在锅炉入口处的温度和质量流量进一步降低，包括：冷却器(21)、第一压缩机(22)、中间冷却器(23)和第二压缩机(24)，其中冷却器(21)的入口为压缩系统(400)的入口，冷却器(21)的出口、第一压缩机(22)、中间冷却器(23)和第二压缩机(24)的入口依次首尾相连，第二压缩机(24)的出口为压缩系统(400)的出口；此时中间冷却器(23)能够减小第一压缩机(22)和第二压缩机(24)的耗功；其特征在于，工质的工作流程包括如下步骤：步骤1、高温回热器高压侧出口的工质在进入锅炉前分流，其中一路经过第一冷却壁分流阀门(27)进入第一冷却壁(1)，随后进入第一过热器(5)，另一路进入省煤器(11)，随后该路工质经省煤器(11)进入第二冷却壁(2)，之后进入第二过热器(6)，最后两路工质汇合进入第一透平(15)做功；步骤2、工质由第一透平(15)的工质出口排出后进入再热布置系统(200)工质管道的入口；工质经过再热布置系统(200)进行加热后，从再热布置系统(200)工质管道的出口排出；步骤3、工质由再热布置系统(200)工质管道的出口排出后，进入高温回热器(18)低压侧将热量传递给高压侧，随后...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐进良，孙恩慧，雷蕾，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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