一種新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于先進(jìn)高效發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]不斷提高發(fā)電機(jī)組效率是電力行業(yè)研宄的永恒主題和目標(biāo)。傳統(tǒng)以蒸汽朗肯循環(huán)為主流的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)需要提高蒸汽參數(shù)到700°C，效率才能達(dá)到50%左右，因此需要花費(fèi)高昂的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本開發(fā)新型鎳基高溫合金。為了突破傳統(tǒng)路線的瓶頸，一些新概念先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，超臨界工質(zhì)具有能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單等先天優(yōu)勢(shì)，可以大幅提尚熱功轉(zhuǎn)換效率，減小設(shè)備體積，具有很尚的經(jīng)濟(jì)性。
[0003]二氧化碳以其合適的臨界壓力、穩(wěn)定的特性、成熟的物性研宄、無毒以及低成本等諸多優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是一個(gè)很有前途的替代工質(zhì)，可以應(yīng)用在很多先進(jìn)的熱量傳輸和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，包括直接或間接利用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的新一代核反應(yīng)堆；利用超臨界二氧化碳循環(huán)的太陽能供熱、供電和制冷的聯(lián)合分布式供能系統(tǒng)，新型的基于二氧化碳跨臨界壓縮循環(huán)的空調(diào)和熱泵等等。特別是近年來許多學(xué)者廣泛關(guān)注的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電機(jī)組，可以在620°C溫度范圍內(nèi)達(dá)到常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)700°C的效率，不需要再開發(fā)新型的高溫合金，應(yīng)用前景非常好。
[0004]應(yīng)用新型超臨界工質(zhì)的布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)是公開技術(shù)，如美國專利US7685820 “超臨界二氧化碳聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝置”詳述了通過熔鹽換熱并采用超臨界二氧化碳?xì)怏w作為動(dòng)力工質(zhì)的裝置構(gòu)造。與此相類似的有中國專利200710306179.3和200910175484.2 “槽式太陽能聚熱發(fā)電裝置”采用包括二氧化碳?xì)怏w在內(nèi)的多種氣體做傳熱工質(zhì)。然而已有的專利多數(shù)為針對(duì)太陽能等新能源的初步概念設(shè)計(jì)，針對(duì)傳統(tǒng)化石能源，特別是燃煤發(fā)電的實(shí)用高效發(fā)電系統(tǒng)非常缺乏，為了實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)，系統(tǒng)核心部件還需要大量的原創(chuàng)性研宄工作，超臨界二氧化碳燃煤鍋爐作為煤基超臨界二氧化碳新型動(dòng)力循環(huán)的核心部件，目前尚未見有相關(guān)專利和研宄成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)燃煤發(fā)電及新型超臨界工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)的特點(diǎn)，提出一種適用于煤基超臨界二氧化碳新型動(dòng)力循環(huán)的新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐，該鍋爐替代傳統(tǒng)的蒸汽鍋爐，使得新系統(tǒng)在相同參數(shù)下，可將系統(tǒng)循環(huán)效率提高3% -5%。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐，包括臥式布置的爐膛以及爐膛內(nèi)分級(jí)分段布置的附壁輻射冷卻受熱面系統(tǒng)，爐膛的水平煙道內(nèi)沿?zé)煔夥较蚍旨?jí)布置過熱器系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)，尾部煙道分級(jí)分流布置煙氣冷卻器和空氣預(yù)熱器，煙氣冷卻器和空氣預(yù)熱器并排設(shè)置。
[0008]所述附壁輻射冷卻受熱面系統(tǒng)包括自上而下依次設(shè)置的二級(jí)附壁輻射冷卻受熱面、一級(jí)附壁輻射冷卻受熱面以及三級(jí)附壁輻射冷卻受熱面；一級(jí)附壁輻射冷卻受熱面用于加熱主工質(zhì)，二級(jí)附壁輻射冷卻受熱面用于加熱一次再熱工質(zhì)，三級(jí)附壁輻射冷卻受熱面用于加熱二次再熱工質(zhì)。
[0009]所述過熱器系統(tǒng)包括沿?zé)煔饬飨蛞来卧O(shè)置高溫過熱器、一次高溫再熱器、二次高溫再熱器、二次低溫再熱器、一次低溫再熱器以及低溫過熱器；低溫過熱器的工質(zhì)出口與高溫過熱器的工質(zhì)入口相連通，一次低溫再熱器的工質(zhì)出口與一次高溫再熱器的的工質(zhì)入口相連通，二次低溫再熱器的工質(zhì)出口與二次高溫再熱器的的工質(zhì)入口相連通。
[0010]所述煙氣冷卻器采用上下設(shè)置的上級(jí)煙氣省煤器和下級(jí)煙氣省煤器，下級(jí)煙氣省煤器的出口與上級(jí)煙氣省煤器的入口相連通；上級(jí)煙氣省煤器和下級(jí)煙氣省煤器用于加熱新工質(zhì)達(dá)到鍋爐一級(jí)附壁輻射冷卻受熱面入口要求。
[0011]所述空氣預(yù)熱器采用上下設(shè)置的上級(jí)空氣預(yù)熱器和下級(jí)空氣預(yù)熱器，下級(jí)空氣預(yù)熱器的出口與上級(jí)空氣預(yù)熱器的入口相連通；上級(jí)空氣預(yù)熱器和下級(jí)空氣預(yù)熱器用于加熱助燃空氣達(dá)到新型超臨界二氧化碳鍋爐爐膛燃燒和傳熱的要求。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013]本發(fā)明采用臥式布置的爐膛，大大縮短了高溫工質(zhì)管道的長(zhǎng)度，減少了高溫合金的用量，從而減少了設(shè)備的固定投資。由于新型超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)包括大量回?zé)嵯到y(tǒng)，爐膛入口工質(zhì)溫度一般都要超過500°C，新工質(zhì)吸熱量小于傳統(tǒng)蒸汽鍋爐，因此需要對(duì)爐膛內(nèi)的輻射附壁受熱面重新布置以適用新型二氧化碳動(dòng)力循環(huán)。本發(fā)明提出的爐膛內(nèi)分級(jí)分段布置的附壁輻射冷卻受熱面系統(tǒng)合理利用爐膛輻射熱，減少高溫對(duì)流受熱面的用量。水平煙道內(nèi)分級(jí)布置的過熱器和再熱器系統(tǒng)結(jié)合多級(jí)分軸布置的透平可以提高各級(jí)透平的進(jìn)氣溫度以及透平效率，從而進(jìn)一步提高循環(huán)發(fā)電效率。由于新型動(dòng)力循環(huán)工質(zhì)入口溫度較高，尾部排煙溫度也較高，因此如何利用好尾部余熱同時(shí)提高助燃空氣的溫度是至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。本發(fā)明提出的尾部煙道煙氣多級(jí)余熱回收系統(tǒng)分梯級(jí)利用了系統(tǒng)余熱資源，同時(shí)加熱了新工質(zhì)和助燃空氣，提高了能源利用效率。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中，I為二級(jí)附壁輻射冷卻受熱面；2為一級(jí)附壁輻射冷卻受熱面；3為三級(jí)附壁輻射冷卻受熱面；4為高溫過熱器；5為一次高溫再熱器；6為二次高溫再熱器；7為二次低溫再熱器；8為一次低溫再熱器；9為低溫過熱器；10為上級(jí)煙氣省煤器；11為下級(jí)煙氣省煤器；12為上級(jí)空氣預(yù)熱器；13為下級(jí)空氣預(yù)熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0017]參見圖1，本發(fā)明包括臥式布置的爐膛以及爐膛內(nèi)分級(jí)分段布置的附壁輻射冷卻受熱面系統(tǒng)，水平煙道內(nèi)分級(jí)布置的過熱器和再熱器系統(tǒng)，尾部煙道分級(jí)分流布置的煙氣冷卻器和空氣預(yù)熱器。臥式布置的爐膛以及爐膛內(nèi)分級(jí)分段布置的附壁輻射冷卻受熱面系統(tǒng)，包括一級(jí)附壁