本實(shí)用新型屬于先進(jìn)高效火力發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種用于大型煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，具體為一種便于氣溫調(diào)節(jié)的超臨界CO₂鍋爐。

背景技術(shù)：

不斷提高發(fā)電機(jī)組的效率是電力行業(yè)研究的永恒主題和目標(biāo)。對(duì)于發(fā)電企業(yè)而言，系統(tǒng)的循環(huán)效率越高，單位發(fā)電量的能耗就越低，對(duì)應(yīng)的能源消耗量和污染物排放量就越低。對(duì)于傳統(tǒng)的以蒸汽朗肯循環(huán)為能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組，若提高發(fā)電效率至50％左右，則需將主蒸汽參數(shù)提高至700℃，這就意味著需要花費(fèi)高昂的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和時(shí)間成本來研發(fā)新型鎳基高溫合金。為了避開材料方面的技術(shù)瓶頸，各國學(xué)者紛紛將目光轉(zhuǎn)移到新型動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的提升。經(jīng)過各國學(xué)者大量的前期研究和論證，目前普遍認(rèn)可的超臨界CO₂布雷頓循環(huán)是極具潛力的新概念先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)。這主要是由于超臨界CO₂具有能量密度大、傳熱效率高等特點(diǎn)，超臨界CO₂布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)可以在620℃溫度范圍內(nèi)達(dá)到常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)700℃的效率，不需要再開發(fā)新型的高溫鎳基合金，且設(shè)備尺寸小于同參數(shù)的蒸汽機(jī)組，經(jīng)濟(jì)性非常好。

我國能源稟賦的特點(diǎn)決定了燃煤發(fā)電仍然是未來很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)我國電力結(jié)構(gòu)的主體，因此，開發(fā)大型煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)非常符合我國的基本國情，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

雖然國際上關(guān)于超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)是公開技術(shù)，但是目前國內(nèi)外關(guān)于超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)大多是針對(duì)太陽能等新能源，而針對(duì)傳統(tǒng)化石能源，特別是煤基發(fā)電的新型系統(tǒng)鮮有涉及。對(duì)于煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)來講，由于整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中包括大量回?zé)嵯到y(tǒng)，鍋爐入口超臨界CO₂工質(zhì)溫度一般都要超過500℃。對(duì)于超臨界CO₂鍋爐來講，由于工質(zhì)入口溫度高，鍋爐尾部排煙溫度也較高，因此如何降低超臨界CO₂鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐熱效率是目前所面臨的主要問題。此外，運(yùn)行過程中如何實(shí)現(xiàn)鍋爐一次氣和二次氣的氣溫調(diào)節(jié)也是急需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種便于氣溫調(diào)節(jié)的超臨界CO₂鍋爐，能夠適用于煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，并且在鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)能夠有效地調(diào)節(jié)一次氣和二次氣的溫度。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種便于氣溫調(diào)節(jié)的超臨界CO₂鍋爐，包括依次相連通的爐膛、水平煙道及尾部煙道；

爐膛內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜幸淮螝廨椛涫軣崦?、二次氣墻式再熱器，尾部煙道由煙道分隔墻分成前、后兩個(gè)煙道，前煙道內(nèi)布置有高溫再熱器，后煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷剡^熱器和煙氣擋板；

煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞鞯睦涠顺隹谂c煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口與一次氣輻射受熱面的入口相連通；

一次氣輻射受熱面的出口與高溫過熱器的入口相連通，高溫過熱器的出口與煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的高壓透平的入口相連通；

煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高壓透平的出口與二次氣墻式再熱器的入口相連通，墻式再熱器的出口與高溫再熱器的入口相連通，高溫再熱器的出口與煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的低壓透平入口相連通，低壓透平的出口與高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口相連通，高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口與低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口相連通，低壓透平的輸出軸與發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸相連接。

優(yōu)選的，尾部煙道內(nèi)還布置有SCR脫硝裝置，SCR脫硝裝置沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蚍植荚跓煔鈸醢搴蟆?/p>

進(jìn)一步，尾部煙道內(nèi)還布置有空氣預(yù)熱器，SCR脫硝裝置與空氣預(yù)熱器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植肌?/p>

優(yōu)選的，前煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷卦贌崞骷耙患?jí)煙氣冷卻器，后煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷剡^熱器、二級(jí)煙氣冷卻器和煙氣擋板；一級(jí)煙氣冷卻器的出口與二級(jí)煙氣冷卻器的進(jìn)口依次相連；

煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞鞯睦涠顺隹诜譃閮陕?，其中一路與煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，另一路與一級(jí)煙氣冷卻器的入口相連通，二級(jí)煙氣冷卻器的出口及煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口通過管道并管后與一次氣輻射受熱面的入口相連通。

優(yōu)選的，水平煙道內(nèi)布置有頂棚管過熱器和包墻管過熱器；一次氣輻射受熱面的出口依次經(jīng)頂棚管過熱器、包墻管過熱器和高溫過熱器的入口相連通。

優(yōu)選的，水平煙道和尾部煙道呈垂直設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

本實(shí)用新型所述的一種便于氣溫調(diào)節(jié)的超臨界CO₂鍋爐包括爐膛、水平煙道及尾部煙道，將一次氣輻射受熱面及二次氣墻式再熱器布置于爐膛內(nèi)，將頂棚管過熱器及包墻管過熱器布置于水平煙道內(nèi)，將高溫再熱器、一級(jí)煙氣冷卻器與高溫過熱器、二級(jí)煙氣冷卻器并排布置于尾部煙道內(nèi)，從而使本實(shí)用新型所述的鍋爐裝置滿足煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工作要求，同時(shí)通過調(diào)節(jié)煙氣擋板，利用擋板開度的大小來改變流過煙道中煙氣流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐一次氣溫和二次氣溫的調(diào)節(jié)，此外，通過一、二級(jí)煙氣冷卻器分流煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞骼涠溯敵龅某R界CO₂工質(zhì)，分流出來的超臨界CO₂工質(zhì)在一、二級(jí)煙氣冷卻器中與鍋爐尾部煙道中的煙氣進(jìn)行換熱升溫，從而降低鍋爐排煙溫度，升溫后的超臨界CO₂工質(zhì)進(jìn)入到一次氣輻射受熱面中，從而有效提高鍋爐熱效率，使其更好的適用于煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)例中所述的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為一次氣輻射受熱面、2為二次氣墻式再熱器、3為頂棚管過熱器、4為包墻管過熱器、5為高溫過熱器、6為高溫再熱器、7為一級(jí)煙氣冷卻器、8為二級(jí)煙氣冷卻器、9為煙道分隔墻、10為煙氣擋板、11為SCR脫硝裝置、12為空氣預(yù)熱器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而不是限定。

參考圖1，本實(shí)用新型所述的一種便于氣溫調(diào)節(jié)的超臨界CO₂鍋爐包括依次相連通的爐膛、水平煙道及尾部煙道，爐膛內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜幸淮螝廨椛涫軣崦?、二次氣墻式再熱器2，水平煙道內(nèi)布置有頂棚管過熱器3和包墻管過熱器4，尾部煙道由煙道分隔墻9分成并列的前、后兩個(gè)煙道，前煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷卦贌崞?及一級(jí)煙氣冷卻器7，后煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷剡^熱器5、二級(jí)煙氣冷卻器8和煙氣擋板10，其中，一級(jí)煙氣冷卻器7的出口與二級(jí)煙氣冷卻器8的進(jìn)口依次相連；

煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞鞯睦涠顺隹诜譃閮陕?，其中一路與一級(jí)煙氣冷卻器7的入口相連通，另一路與煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，二級(jí)煙氣冷卻器8的出口及煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口通過管道并管后與一次氣輻射受熱面1的入口相連通；

一次氣輻射受熱面1的出口依次經(jīng)頂棚管過熱器3、包墻管過熱器4和高溫過熱器5的入口相連通，高溫過熱器5的出口與煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的高壓透平的入口相連通；

煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高壓透平的出口與二次氣墻式再熱器2的入口相連通，二次氣墻式再熱器2的出口與高溫再熱器6的入口相連通，高溫再熱器6的出口與煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的低壓透平相連通。

需要說明的是，尾部煙道內(nèi)還布置有SCR脫硝裝置11，一、二級(jí)煙氣冷卻器7、8與SCR脫硝裝置11沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植?；尾部煙道?nèi)還布置有空氣預(yù)熱器12，SCR脫硝裝置11與空氣預(yù)熱器12沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植肌?/p>

超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括預(yù)冷器、主壓縮機(jī)、再壓縮機(jī)、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞?、鍋爐、高壓透平、低壓透平及發(fā)電機(jī)；低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口分為兩路，其中一路經(jīng)預(yù)冷器與主壓縮機(jī)的入口相連通，主壓縮機(jī)的出口與低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通；另一路與再壓縮機(jī)的入口相連通，再壓縮機(jī)的出口與低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口通過管道并管后與高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口與一次氣輻射受熱面1的入口相連通，一次氣輻射受熱面1的出口依次經(jīng)頂棚管過熱器3、包墻管過熱器4和高溫過熱器5與高壓透平的入口相連通，高壓透平的出口與二次氣墻式再熱器2的入口相連通，二次氣墻式再熱器2的出口與高溫再熱器6的入口相連通，高溫再熱器6的出口與低壓透平的入口相連通，低壓透平的出口與高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口相連通，高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口與低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口相連通，低壓透平的輸出軸與發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸相連接。

本實(shí)用新型的具體工作工程為：

為了便于鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一次氣溫和二次氣溫的調(diào)節(jié)，本實(shí)用新型在尾部煙道內(nèi)布置有由煙道分隔墻9分成的前、后兩個(gè)煙道，前煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷卦贌崞?及一級(jí)煙氣冷卻器7，后煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜懈邷剡^熱器5、二級(jí)煙氣冷卻器8和煙氣擋板10，通過調(diào)節(jié)煙氣擋板10，利用煙氣擋板10開度的大小來改變流過煙道中煙氣流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐一次氣溫和二次氣溫的調(diào)節(jié)；此外，為了進(jìn)一步降低鍋爐排煙溫度，提高鍋爐熱效率，本實(shí)用新型在尾部煙道內(nèi)布置有一級(jí)煙氣冷卻器7和二級(jí)煙氣冷卻器8，其中，一級(jí)煙氣冷卻器7的出口與二級(jí)煙氣冷卻器8的進(jìn)口依次相連，將煤基超臨界CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞骼涠溯敵龅某R界CO₂工質(zhì)分為兩路，其中一路依次進(jìn)入到一級(jí)煙氣冷卻器7和二級(jí)煙氣冷卻器8中與尾部煙道中的煙氣進(jìn)行換熱，另一路進(jìn)入到CO₂布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口，二級(jí)煙氣冷卻器8輸出的超臨界CO₂工質(zhì)與高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口輸出的超臨界CO₂工質(zhì)匯流后進(jìn)入到一次氣輻射受熱面1中，換熱后煙氣的煙溫降低到SCR脫硝反應(yīng)的適宜溫度區(qū)間，即350℃～400℃，然后降溫后的煙氣進(jìn)入SCR脫硝裝置11進(jìn)行脫硝處理，脫硝處理后的煙氣進(jìn)入到空氣預(yù)熱器12中對(duì)進(jìn)入到鍋爐中的空氣進(jìn)行加熱，使加熱后空氣的溫度滿足爐膛燃燒及傳熱要求。

超臨界CO₂工質(zhì)進(jìn)入一次氣輻射受熱面1后被加熱，隨后進(jìn)入頂棚管過熱器3和包墻管過熱器4，被加熱后的超臨界CO₂工質(zhì)進(jìn)入到高溫過熱器5中被加熱到額定一次氣溫度，然后再進(jìn)入到高壓透平膨脹做功放熱，放熱后的超臨界CO₂工質(zhì)依次進(jìn)入到二次氣墻式再熱器2及高溫再熱器6中被加熱到額定再熱氣溫，然后再進(jìn)入低壓透平膨脹做功。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。