一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统技术方案

本发明专利技术属于高效发电设备技术领域，尤其涉及一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统，包括：低温回热器低压侧工质管道的出口分别与冷却器与第二压缩机分流阀门相连，冷却器通过第一压缩机与低温回热器高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门通过第二压缩机与低温回热器高压侧出口汇合后分别与第一余热回收系统入口和第一高温回热器高压侧入口相连，第一高温回热器高压侧出口依次通过锅炉第一加热器、第一透平、再热系统与第一高温回热器低压侧入口相连，第一高温回热器低压侧出口与第一余热回收系统出口汇合后与低温回热器低压侧入口相连；第二余热回收系统安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉系统和锅炉炉膛相连。

A supercritical CO2 cycle coal-fired power generation system with cascade utilization of flue gas heat energy

The invention belongs to the technical field of high-efficiency power generation equipment, in particular relates to a supercritical CO2 circulating coal-fired power generation system which utilizes flue gas heat energy step by step, including: the outlet of the working medium pipeline on the low-pressure side of the cryogenic regenerator is respectively connected with the cooler and the shunt valve of the second compressor, and the cooler is high-pressure with the cryogenic regenerator through the first compressor. The shunt valve of the second compressor is connected with the inlet of the first heat recovery system and the inlet of the high pressure side of the first high temperature regenerator respectively, and the outlet of the high pressure side of the first high temperature regenerator passes through the first heater, the first turbine and the reheat system of the boiler in turn. The low pressure side inlet of the first high temperature regenerator is connected with the low pressure side inlet of the low temperature regenerator. The low pressure side outlet of the first high temperature regenerator is connected with the low pressure side inlet of the low temperature regenerator after confluence with the outlet of the first waste heat recovery system.

【技术实现步骤摘要】
一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统
本专利技术属于高效发电设备
，尤其涉及一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统。
技术介绍
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。现有的水蒸气朗肯循环机组的一个重要发展方向就是通过提高机组参数来提升机组性能，如欧洲、美国等推行的700℃计划等，中国近年来也在推行上大压小的政策，倾向于建设大容量、高参数、低能耗的机组。对于水蒸气朗肯循环，虽然提高容量和参数会提高发电系统性能，但同时也会增加系统的复杂性，如近年来提出的适用于700℃等级的MaterCycle，仅高压、低压加热器就达到了10个，透平达到了6个。而相比于水蒸气朗肯循环，S-CO2循环在循环效率、材料耐腐性、系统简化等方面都有很大的优势。综上所述，S-CO2循环应用于燃煤发电领域有诸多潜在的优势。但同时也有着该系统需要解决的难点，如由于S-CO2循环运行在高温区给锅炉尾部高温烟气余热利用带来的问题。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。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统，包括：低温回热器3低压侧工质管道的出口分别与冷却器1与第二压缩机分流阀门4相连，冷却器1通过第一压缩机2与低温回热器3高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门4通过第二压缩机5与低温回热器3高压侧出口汇合后分别与第一余热回收系统300入口和第一高温回热器12高压侧入口相连，第一高温回热器12高压侧出口依次通过锅炉第一加热器13、第一透平14、再热系统200与第一高温回热器12低压侧入口相连，第一高温回热器12低压侧出口与第一余热回收系统300出口汇合后与低温回热器3低压侧入口相连；第二余热回收系统400安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉系统和锅炉炉膛相连。所述再热系统200由多个锅炉加热器和透平依次串联组成。所述第一余热回收系统300包括：第一余热回收系统300入口通过第二高温回热器分流阀门306与第二高温回热器307高压侧入口相连，第二高温回热器307高压侧出口与第一尾部烟道加热器308入口相连，第一尾部烟道加热器308出口与第四透平309入口相连，第四透平309出口与第二高温回热器307低压侧入口相连，第二高温回热器307低压侧出口就是第一余热回收系统300的出口。在第二高温回热器307高压侧入口和出口之间并联第二尾部烟道加热器308a，在第二高温回热器307高压侧出口与第一尾部烟道加热器308入口之间并联第五透平311。所述发电系统适用于透平入口温度在700℃等级。所述发电系统适用于透平入口温度在600℃等级。所述第二余热回收系统400包括：一次风机419、二次风机420、空气预热器421；其中第二余热回收系统400的入口即一次风机419、二次风机420的入口均与外界环境相连，一次风机419、二次风机420出口与空气预热器421入口相连，空气预热器421一次风出口与锅炉的制粉系统相连，空气预热器421二次风出口与锅炉炉膛相连。发电系统的运行方法包括：超临界二氧化碳工质在低温回热器低压侧工质管道的出口分流，其中一路经过第二压缩机分流阀门进入第二压缩机，CO2工质经压缩后进入低温回热器高压侧出口，另一路CO2工质进入冷却器向环境排热后，进入第一压缩机压缩，压缩后的工质进入低温回热器高压侧入口，在低温回热器高压侧出口CO2工质与第二压缩机出口工质汇合后分为两路，其中一路进入第一余热回收系统，另一路进入第一高温回热器高压侧与低压侧工质换热，随后进入锅炉第一加热器吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，升温后的CO2工质进入第一透平做功，做功后的工质进入再热系统，再热系统排出的工质进入第一高温回热器低压侧，随后与第一余热回收系统出口工质汇合后进入低温回热器低压侧并将热量传递给高压侧CO2工质，至此CO2工质完成一个循环；该循环不能吸收的余热将由第二余热回收系统吸收。所述第一余热回收系统的运行方法包括：CO2工质经第二高温回热器分流阀门从低温回热器高压侧出口进入第二高温回热器高压侧，在第二高温回热器高压侧与低压侧工质换热后进入第一尾部烟道加热器吸收烟气余热，升温后的CO2工质进入第四透平做功，做功后的CO2工质进入第二高温回热器低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收系统。所述第一余热回收系统的运行方法包括：CO2工质经第二高温回热器分流阀门从低温回热器高压侧出口流入第一余热回收系统，在第一余热回收系统中CO2工质在第二高温回热器分流阀门出口分流，其中一路进入第二尾部烟道加热器分流阀门，CO2流经第二尾部烟道加热器分流阀门后在第二尾部烟道加热器中吸收尾部烟道内的烟气余热，随后流入第二高温回热器高压侧出口，另一路流入第二高温回热器高压侧，在第二高温回热器高压侧出口与从第二尾部烟道加热器出口流出的CO2工质汇合后进入第五透平做功，做功后的CO2工质流入第一尾部烟道加热器中吸收烟气中的余热，CO2工质升温后流入第四透平做功，做功后的CO2工质流入第二高温回热器低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收系统。本专利技术的有益效果在于：该专利技术针对将超临界CO2布雷顿循环应用于燃煤发电领域，提出了两种高效的超临界CO2布雷顿循环燃煤发电系统，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统，包括：低温回热器(3)低压侧工质管道的出口分别与冷却器(1)与第二压缩机分流阀门(4)相连，冷却器(1)通过第一压缩机(2)与低温回热器(3)高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门(4)通过第二压缩机(5)与低温回热器(3)高压侧出口汇合后分别与第一余热回收系统(300)入口和第一高温回热器(12)高压侧入口相连，第一高温回热器(12)高压侧出口依次通过锅炉第一加热器(13)、第一透平(14)、再热系统(200)与第一高温回热器(12)低压侧入口相连，第一高温回热器(12)低压侧出口与第一余热回收系统(300)出口汇合后与低温回热器(3)低压侧入口相连；第二余热回收系统(400)安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉系统和锅炉炉膛相连。

【技术特征摘要】
1.一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电系统，包括：低温回热器(3)低压侧工质管道的出口分别与冷却器(1)与第二压缩机分流阀门(4)相连，冷却器(1)通过第一压缩机(2)与低温回热器(3)高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门(4)通过第二压缩机(5)与低温回热器(3)高压侧出口汇合后分别与第一余热回收系统(300)入口和第一高温回热器(12)高压侧入口相连，第一高温回热器(12)高压侧出口依次通过锅炉第一加热器(13)、第一透平(14)、再热系统(200)与第一高温回热器(12)低压侧入口相连，第一高温回热器(12)低压侧出口与第一余热回收系统(300)出口汇合后与低温回热器(3)低压侧入口相连；第二余热回收系统(400)安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉系统和锅炉炉膛相连。2.根据权利要求1所述发电系统，其特征在于，所述再热系统(200)由多个锅炉加热器和透平依次串联组成。3.根据权利要求1所述发电系统，其特征在于，所述第一余热回收系统(300)包括：第一余热回收系统(300)入口通过第二高温回热器分流阀门(306)与第二高温回热器(307)高压侧入口相连，第二高温回热器(307)高压侧出口与第一尾部烟道加热器(308)入口相连，第一尾部烟道加热器(308)出口与第四透平(309)入口相连，第四透平(309)出口与第二高温回热器(307)低压侧入口相连，第二高温回热器(307)低压侧出口就是第一余热回收系统(300)的出口。4.根据权利要求3所述发电系统，其特征在于，在第二高温回热器(307)高压侧入口和出口之间并联第二尾部烟道加热器(308a)，在第二高温回热器(307)高压侧出口与第一尾部烟道加热器(308)入口之间并联第五透平(311)。5.根据权利要求3所述发电系统，其特征在于，所述发电系统适用于透平入口温度在700℃等级。6.根据权利要求4所述发电系统，其特征在于，所述发电系统适用于透平入口温度在600℃等级。7.根据权利要求1～6任一所述发电系统，其特征在于，所述第二余热回收系统(400)包括：一次风机(419)、二次风机(420)、空气预热器(421)；其中第二余热回收系统(400)的入口即一次风机(419)、二次风机(420)的入口均与外界环境相连，一次风机(419)、二次风机(420)出口与空气预热器(4...

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