双循环火力发电系统技术方案

本发明专利技术属于火力发电技术领域，涉及一种双循环火力发电系统，包括锅炉，sCO2布雷顿循环发电系统和蒸汽朗肯循环发电系统。sCO2布雷顿循环发电系统用于吸收高温烟气能量，能够达到超过sCO2涡轮透平额定初参数的温度。蒸汽朗肯循环发电系统吸收低温烟气能量，能够产生过热蒸汽做功发电，并进一步通过热交换器吸收sCO2高于额定初参数部分的能量，达到蒸汽透平额定的温度参数。sCO2布雷顿循环和蒸汽朗肯循环均采用透平高位布置方式，与现有火力发电系统单一的蒸汽循环系统的结构相比，本发明专利技术所述系统能够充分合理地利用锅炉烟气热量，提高能源利用效率和系统发电效率，同时减少高温管材的使用，减弱介质对材料的高温腐蚀，降低系统成本。降低系统成本。降低系统成本。

【技术实现步骤摘要】
双循环火力发电系统


[0001]本专利技术属于火力发电
，涉及一种双循环火力发电系统。

技术介绍

[0002]为进一步提高火力发电蒸汽朗肯循环效率，世界各国都在相继开展更高参数的超超临界火力发电机组技术研究，期望将透平进口温度提高到700℃，发电循环效率达到50％水平。但蒸汽腐蚀问题严重，需要成本高昂的镍基合金高温蒸汽管道，成为目前限制这一技术的主要瓶颈之一。我国提出蒸汽轮机高位布置的方法，有效缩短了高温蒸汽管道的布置距离，减少了耗材，降低了成本，为下一代火力发电行业的发展奠定了基础。
[0003]另一方面，超临界二氧化碳(sCO2)布雷顿循环在中高温热源系统中具有更好的特性，近年来受到普遍的关注。相比于现有的蒸汽朗肯循环系统，sCO2布雷顿循环应用于火力发电系统，具有如下优势：首先，sCO2布雷顿循环在中高温条件下循环效率更高；透平设备和换热器的体积小，重量轻，占地面积减小，更加便于高位布置方式；此外，二氧化碳对金属腐蚀性较弱，材料成本也明显降低。但以sCO2为吸热介质的燃煤锅炉与传统蒸汽锅炉差异较大，同时面临着介质流量大(是同等量级蒸汽流量的8倍)，尾部烟气余热多(500℃以下烟气无法被二氧化碳吸收)等问题，有待进一步深入研究。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提出一种双循环火力发电系统，将sCO2布雷顿循环与蒸汽朗肯循环耦合，以水和sCO2两种介质为动力循环工质的双循环火力发电系统，与现有火力发电系统单一的蒸汽循环系统的结构相比，本专利技术系统能够充分合理地利用锅炉烟气热量，提高能量利用效率和系统发电效率，同时减少高温管材的使用，减弱介质对材料的高温腐蚀，降低系统成本。
[0005]本专利技术所述双循环火力发电系统，包括锅炉，以所述锅炉内的高温烟气为热源、以sCO2为循环工质的sCO2布雷顿循环发电系统和以所述锅炉内的低温烟气为热源、以蒸汽为循环工质的蒸汽朗肯循环发电系统，所述锅炉的外部设有热交换器，所述热交换器用于把sCO2吸收的多余能量换给蒸汽，sCO2与所述高温烟气换热，经所述热交换器后、依次经过第一做功装置、第一冷却装置、第一增压装置完成sCO2布雷顿循环，蒸汽与所述低温烟气换热，经第二做功装置，与所述热交换器中sCO2换热后、依次经过第三做功装置、第四做功装置、第二冷却装置、第二增压装置完成蒸汽朗肯循环；
[0006]所述第一做功装置、所述第二做功装置、所述第三做功装置均采用高位布置的方式与所述锅炉耦合布置，或所述第一做功装置、所述第二做功装置、所述第三做功装置均采用高位布置的方式单独布置于所述锅炉的外周。
[0007]所述锅炉可为π形锅炉或塔式锅炉，包括炉膛，主烟道和尾部余热烟道，主烟道位于锅炉的高温区域，尾部余热烟道位于锅炉的低温区域。
[0008]所述炉膛用于煤等化石燃料燃烧，其顶端与主烟道进口连通；
[0009]所述烟道可为水平烟道(π形锅炉)或竖直烟道(塔式锅炉)，用于高温烟气流动和受热面布置，主烟道出口与尾部余热烟道进口连通；
[0010]所述尾部余热烟道可布置低温受热面及余热利用设备等，出口与外界烟囱连通。
[0011]本专利技术所述sCO2布雷顿循环发电系统，是以sCO2为换热和做功介质的闭式循环系统。主要部件包括：sCO2低温过热器，sCO2高温过热器，热交换器，sCO2涡轮透平，CO2高温回热器，CO2低温回热器，冷却器，主压缩机，再压缩机、第一三通阀、第二三通阀等，所述sCO2高温过热器、所述sCO2低温过热器分别位于所述锅炉的高温区域。
[0012]所述sCO2低温过热器和sCO2高温过热器相连，布置于锅炉主烟道，sCO2由sCO2低温过热器入口流入，由sCO2高温过热器出口流出；所述sCO2低温过热器的进口流入sCO2，所述sCO2低温过热器的出口与所述sCO2高温过热器的进口连通；所述CO2高温回热器的热侧进口连通所述sCO2涡轮透平的出口，所述CO2高温回热器的冷侧出口连通所述CO2低温回热器的热侧进口，所述CO2高温回热器的冷侧进口连通所述CO2低温回热器的冷侧出口，所述CO2高温回热器的冷侧出口连通所述sCO2低温过热器的冷侧进口，所述CO2低温回热器的冷侧入口与所述压缩机的出口连通；所述第一三通阀分别与所述主压缩机的入口、所述低温回热器的热侧出口、所述冷却器的热侧入口连通，所述第二三通阀分别与所述再压缩机的出口、所述低温回热器的冷侧出口、所述高温回热器的冷侧入口连通。
[0013]所述热交换器布置于锅炉外部顶端，用于sCO2和蒸汽热交换。其热侧流体为sCO2，热侧进口与sCO2高温过热器出口连通，热侧出口与sCO2涡轮透平入口连通；所述热交换器的冷侧进口连通所述蒸汽透平高压缸的出口连通，所述热交换器的冷侧出口与所述蒸汽透平中压缸的入口连通。
[0014]所述sCO2涡轮透平采用高位布置方式，其高度与所述sCO2高温过热器的受热面相当，且靠近所述高温过热器设置；所述sCO2涡轮透平与所述锅炉耦合布置或单独布置于所述锅炉的外周。sCO2涡轮透平的出口与CO2高温回热器的热侧入口连通。
[0015]考虑到循环效率优化提高，在透平膨胀后还可回到主烟道再热，增加一次或两次再热透平等设备和布置方式；
[0016]所述CO2高温回热器的热侧与CO2低温回热器的热侧连接，CO2高温回热器的冷侧与CO2低温回热器的冷侧连接，可选用管壳式换热器，板翅式换热器，印刷电路板式换热器(PCHE)等形式。考虑到换热效率和设备体积成本等，作为优选，应选用PCHE；
[0017]所述冷却器进口、再压缩机进口与CO2低温回热器热侧出口构成三通，CO2在低温回热器热侧出口分流，部分流股流向冷却器入口，另一部分流向再压缩机入口。冷却器可采用水或空气介质冷却，可选用管壳式换热器，板翅式换热器，PCHE等形式。作为优选，应选用PCHE；
[0018]所述主压缩机与冷却器连通，CO2被冷却至临界点附近参数后，进入主压缩机，完成增压，增压后流向CO2低温回热器冷侧入口；
[0019]所述再压缩机出口、CO2低温回热器冷侧出口和CO2高温回热器冷侧入口构成三通，分流流股在CO2高温回热器冷侧入口前完成汇合，共同进入CO2高温回热器升温。
[0020]本专利技术所述蒸汽朗肯循环发电系统，是以水蒸汽为换热和做功介质的循环系统。主要部件包括：水冷壁，蒸汽透平高压缸，蒸汽过热器，热交换器，蒸汽透平中压缸，蒸汽透平低压缸，凝汽器，水泵等，所述蒸汽过热器设于所述锅炉的低温区域。
[0021]所述水冷壁与水泵出口和蒸汽过热器出口连通，包覆在炉膛外围，内部流动水工质；
[0022]所述蒸汽过热器布置于锅炉烟道尾部，其出口与热交换器冷侧进口连通；
[0023]所述热交换器与上述sCO2布雷顿循环系统中为同一设备，冷侧流体为低压过热蒸汽，冷侧出口与蒸汽透平进口相连；
[0024]所述蒸汽透平高压缸和中压缸，即汽轮机组高压缸和中压缸，同样采用高位布置方式，它们的高度与所述蒸汽过热器的受本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双循环火力发电系统，其特征在于：包括锅炉，以所述锅炉内的高温烟气为热源、以sCO2为循环工质的sCO2布雷顿循环发电系统和以所述锅炉内的低温烟气为热源、以蒸汽为循环工质的蒸汽朗肯循环发电系统，所述锅炉的外部设有热交换器，所述热交换器用于把sCO2吸收的多余能量换给蒸汽，sCO2与所述高温烟气换热，经所述热交换器后、依次经过第一做功装置、第一冷却装置、第一增压装置完成sCO2布雷顿循环，蒸汽与所述低温烟气换热，经第二做功装置、与所述热交换器中sCO2换热后，依次经过第三做功装置、第四做功装置、第二冷却装置、第二增压装置完成蒸汽朗肯循环；所述第一做功装置、所述第二做功装置、所述第三做功装置均采用高位布置的方式与所述锅炉耦合布置，或所述第一做功装置、所述第二做功装置、所述第三做功装置均采用高位布置的方式单独布置于所述锅炉的外周。2.如权利要求1所述的双循环火力发电系统，其特征在于：所述sCO2布雷顿循环发电系统为再压缩布雷顿循环系统，包括sCO2低温过热器，sCO2高温过热器，热交换器，sCO2涡轮透平，CO2高温回热器，CO2低温回热器，冷却器，主压缩机、再压缩机、第一三通阀、第二三通阀，所述sCO2高温过热器、所述sCO2低温过热器分别位于所述锅炉的高温区域；所述sCO2低温过热器的进口流入sCO2，所述sCO2低温过热器的出口与所述sCO2高温过热器的进口连通；所述CO2高温回热器的热侧进口连通所述sCO2涡轮透平的出口，所述CO2高温回热器的冷侧出口连通所述CO2低温回热器的热侧进口，所述CO2高温回热器的冷侧进口连通所述CO2低温回热器的冷侧出口，所述CO2高温回热器的冷侧出口连通所述sCO2低温过热器的冷侧进口，所述CO2低温回热器的冷侧入口与所述压缩机的出口连通；所述第一三通阀分别与所述主压缩机的入口、所述低温回热器的热侧出口、所述冷却器的热侧入口连通，所述第二三通阀分别与所述再压缩机的出口、所述低温回热器的冷侧出口、所述高温回热器的冷侧入口连通；所述蒸汽朗肯循环发电系统包括依...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟文彪，肖刚，朱松强，赵虹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：