一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面水冷壁的布置方法，在爐膛內(nèi)布置了主工質(zhì)輻射受熱面和再熱工質(zhì)輻射受熱面。其中主工質(zhì)輻射受熱面布置在燃燒器區(qū)域、燃燒器上方的區(qū)域和爐頂，再熱工質(zhì)輻射受熱面布置在燃燒器下方的區(qū)域及冷灰斗區(qū)域。該布置方法使得主工質(zhì)輻射受熱面的入口段剛好位于燃燒器附近的區(qū)域，即將整個(gè)爐膛內(nèi)工質(zhì)溫度最低的管段布置在了沿爐膛高度方向熱負(fù)荷分配系數(shù)最高的區(qū)域，有效的解決了高參數(shù)超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面管壁溫度過高的問題，提高了鍋爐的安全性，并降低了超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面對高溫金屬材料的要求。
【專利說明】
一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效火力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)是目前公認(rèn)的最具潛力的先進(jìn)動力循環(huán)之一。由于超臨界二氧化碳具有能量密度大、傳熱效率高等特點(diǎn)，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)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，且設(shè)備尺寸小于同參數(shù)的蒸汽機(jī)組，應(yīng)用前景非常好。
[0003]我國能源儲備的構(gòu)成特點(diǎn)決定了煤電機(jī)組仍然是未來幾十年內(nèi)我國電力行業(yè)的主力軍，因此，將超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)應(yīng)用在燃煤發(fā)電機(jī)組非常符合我國國情，是我國電力行業(yè)節(jié)能減排中極具潛力的技術(shù)路線之一。作為超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)燃煤發(fā)電機(jī)組的核心設(shè)備，超臨界二氧化碳鍋爐的安全性關(guān)系到整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，超臨界二氧化碳鍋爐的建設(shè)成本也是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)初投資的重要部分。因此，如何通過合理的受熱面布置，既能降低鍋爐成本，又能確保鍋爐的長期安全運(yùn)行是煤基超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)的難點(diǎn)之一。
[0004]由于二氧化碳和水物性的不同，以及布雷頓循環(huán)與朗肯循環(huán)的差異，超臨界二氧化碳鍋爐與傳統(tǒng)的超臨界蒸汽鍋爐有著明顯的區(qū)別。其中一個(gè)最為顯著的差別在于:二氧化碳布雷頓循環(huán)中回?zé)崞鲹Q熱量非常大，透平乏氣將高壓新工質(zhì)加熱至很高的溫度才能進(jìn)入鍋爐，所以超臨界二氧化碳鍋爐入口工質(zhì)的溫度遠(yuǎn)高于同參數(shù)的蒸汽鍋爐。以25MPa，600/600/32°C的系統(tǒng)參數(shù)為例，用于朗肯循環(huán)的超臨界蒸汽鍋爐的鍋爐入口工質(zhì)溫度為300?320°C左右，而對于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的鍋爐而言，其鍋爐入口工質(zhì)溫度約為500?530°C。因此，二氧化碳鍋爐輻射受熱面的管壁溫度要明顯高于同參數(shù)的蒸汽鍋爐。另外，在蒸汽鍋爐爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配系數(shù)高的區(qū)域中，水冷壁中工質(zhì)處在大比熱區(qū)，換熱系數(shù)明顯較高，而在超臨界二氧化碳鍋爐的爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配系數(shù)較高的區(qū)域中，輻射受熱面(相當(dāng)于蒸汽鍋爐水冷壁)中工質(zhì)工作于遠(yuǎn)離大比熱區(qū)的區(qū)域，換熱系數(shù)大約只有蒸汽鍋爐水冷壁的1/2?1/5，這更容易導(dǎo)致超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面金屬管壁的溫度過高。因此，針對超臨界二氧化碳鍋爐的特點(diǎn)，通過合理的受熱面布置盡可能降低輻射受熱面的管壁溫度就非常必要。
[0005]然而目前國內(nèi)外均鮮有公開成果和專利介紹涉及解決高參數(shù)超臨界二氧化碳鍋爐水冷壁局部壁溫過高的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的為解決的超臨界二氧化碳水冷壁管壁溫度過高的問題，提供一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，該方法能有效的減小高參數(shù)超臨界二氧化碳鍋爐主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度沿爐膛高度方向的壁溫差值，降低主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度的峰值。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，在爐膛中布置的輻射受熱面，輻射受熱面包括再熱工質(zhì)輻射受熱面和主工質(zhì)輻射受熱面，再熱工質(zhì)輻射受熱面帶有再熱工質(zhì)輻射受熱面入口和再熱工質(zhì)輻射受熱面出口，主工質(zhì)輻射受熱面帶有主工質(zhì)輻射受熱面入口和主工質(zhì)輻射受熱面出口；其中，主工質(zhì)輻射受熱面布置在燃燒器的周圍區(qū)域、燃燒器的上方區(qū)域和爐頂，再熱工質(zhì)輻射受熱面布置在燃燒器的下方區(qū)域及冷灰斗區(qū)域。
[0009]所述再熱工質(zhì)輻射受熱面和主工質(zhì)輻射受熱面均采用膜式水冷壁的結(jié)構(gòu)。
[0010]所述再熱工質(zhì)輻射受熱面和主工質(zhì)輻射受熱面之間通過膨脹節(jié)連接。
[0011]所述主工質(zhì)輻射受熱面入口布置在燃燒器下方L/10?L/15的位置，其中L為爐膛高度，主工質(zhì)輻射受熱面出口布置在爐頂。
[0012]所述再熱工質(zhì)輻射受熱面入口布置在爐底，再熱工質(zhì)輻射受熱面出口布置在主工質(zhì)輻射受熱面入口的下方。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明采用了新型的輻射受熱面布置方法對超臨界二氧化碳鍋爐爐膛內(nèi)部受熱面進(jìn)行了布置，特別將主工質(zhì)輻射受熱面布置在燃燒器區(qū)域、燃燒器上方的區(qū)域和爐頂，再熱工質(zhì)輻射受熱面布置在燃燒器下方的區(qū)域及冷灰斗區(qū)域。在該布置方法中，爐膛內(nèi)工質(zhì)溫度最低的輻射受熱面一一主工質(zhì)輻射受熱面的入口段被布置在了爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配系數(shù)最高的燃燒器周邊區(qū)域，而爐膛內(nèi)工質(zhì)溫度最高的輻射受熱面一一主工質(zhì)輻射受熱面的出口段被布置在了爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配系數(shù)最低的爐頂區(qū)域。通過采用這種新的布置方法，有效的減小了高參數(shù)超臨界二氧化碳鍋爐主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度沿爐膛高度方向的壁溫差值，降低主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度的峰值，在提高了超臨界二氧化碳鍋爐的安全性的同時(shí)，又可以降低其輻射受熱面的成本。
[0014]本發(fā)明將主工質(zhì)輻射受熱面入口作為超臨界二氧化碳鍋爐一次工質(zhì)回路的入口，通過取消傳統(tǒng)的鍋爐省煤器，進(jìn)一步降低了主工質(zhì)輻射受熱面入口處的工質(zhì)溫度，從而進(jìn)一步降低燃燒器區(qū)域主工質(zhì)輻射受熱面的管壁溫度。
[0015]以25MPa，600/600°C的300MW超臨界二氧化碳鍋爐為例，經(jīng)鍋爐“水”動力計(jì)算可知:采用傳統(tǒng)的主工質(zhì)輻射受熱面布置方法時(shí)，超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面的壁溫最高點(diǎn)約為640°C，而采用本發(fā)明時(shí)，超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面的壁溫最高點(diǎn)約為610Γ。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明應(yīng)用在高參數(shù)一次再熱超臨界二氧化碳型鍋爐中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中，I為再熱工質(zhì)福射受熱面；1-1為再熱工質(zhì)福射受熱面入口； 1-2為再熱工質(zhì)輻射受熱面出口； 2為主工質(zhì)輻射受熱面;2-1為主工質(zhì)輻射受熱面入口； 2-2為主工質(zhì)輻射受熱面出口 ； 3為高溫過熱器;4為高溫再熱器;5為低溫再熱器;6為低溫過熱器;7為分流低溫省煤器;8為空氣預(yù)熱器;9為燃燒器。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0019]本發(fā)明以JT型鍋爐為例進(jìn)行說明，但不局限于Ji型鍋爐。
[0020]參見圖1，本發(fā)明包括在爐膛中布置的輻射受熱面，輻射受熱面包括兩部分:再熱工質(zhì)輻射受熱面1(相當(dāng)于“二次汽水冷壁”)和主工質(zhì)輻射受熱面2(相當(dāng)于“一次汽水冷壁”)。其中主工質(zhì)輻射受熱面2布置在燃燒器9的周圍區(qū)域、燃燒器9的上方區(qū)域和爐頂，再熱工質(zhì)輻射受熱面I布置在燃燒器9的下方區(qū)域及冷灰斗區(qū)域。再熱工質(zhì)輻射受熱面I和主工質(zhì)輻射受熱面2均采用膜式“7K”冷壁的結(jié)構(gòu)，再熱工質(zhì)輻射受熱面I和主工質(zhì)輻射受熱面2之間通過膨脹節(jié)連接。主工質(zhì)輻射受熱面入口 2-1布置在燃燒器9下方約L/10?L/15的位置(L為爐膛高度)，主工質(zhì)輻射受熱面出口2-2布置在爐頂。再熱工質(zhì)輻射受熱面入口 1-1布置在爐底，再熱工質(zhì)輻射受熱面出口 1-2布置在主工質(zhì)輻射受熱面入口 2-1的下方。在該布置方法中，爐膛內(nèi)工質(zhì)溫度最低的輻射受熱面一一主工質(zhì)輻射受熱面的入口段被布置在了爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配系數(shù)最高的燃燒器周邊區(qū)域，而爐膛內(nèi)工質(zhì)溫度最高的輻射受熱面一一主工質(zhì)輻射受熱面的出口段被布置在了爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配系數(shù)最低的爐頂區(qū)域，這種布置方式有效的減小了超臨界二氧化碳鍋爐主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度沿爐膛高度方向的壁溫差值，降低主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度的峰值，在提高了超臨界二氧化碳鍋爐的安全性的同時(shí)，又可以降低其主工質(zhì)輻射受熱面的成本。此外，煙道后部設(shè)置有分流低溫省煤器7和設(shè)置在分流低溫省煤器7下方的空氣預(yù)熱器8，分流低溫省煤器7設(shè)置在低溫過熱器6和低溫再熱器5的下方。
[0021]主工質(zhì)的工質(zhì)流程:鍋爐主工質(zhì)是來自超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高溫回?zé)崞骼鋫?cè)出口的高壓超臨界二氧化碳，該部分高壓超臨界二氧化碳從主工質(zhì)輻射受熱面入口 2-1進(jìn)入鍋爐爐膛，依次流經(jīng)熱負(fù)荷分配系數(shù)最高的燃燒器區(qū)域管屏、熱負(fù)荷分配系數(shù)中等的燃燒器上方區(qū)域管屏和熱負(fù)荷分配系數(shù)較低的爐頂管屏，由主工質(zhì)輻射受熱面出口 2-2引至低溫過熱器6，隨后流入高溫過熱器3，加熱至主“蒸汽”設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0022]再熱工質(zhì)的工質(zhì)流程:鍋爐再熱工質(zhì)是來自超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高壓透平出口的中壓超臨界二氧化碳，該部分中壓超臨界二氧化碳從再熱工質(zhì)輻射受熱面入口 1-1進(jìn)入鍋爐爐膛，依次流經(jīng)熱負(fù)荷分配系數(shù)較低的冷灰斗管屏和熱負(fù)荷分配系數(shù)中等的燃燒器下方區(qū)域管屏，由再熱工質(zhì)輻射受熱面出口 1-2引至低溫再熱器5，隨后流入高溫再熱器4，加熱至再熱“蒸汽”設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0023]本發(fā)明從超臨界二氧化碳鍋爐的自身特點(diǎn)考慮，通過合理的受熱面布置方案，減小主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度沿爐膛高度方向的壁溫差值，降低主工質(zhì)輻射受熱面管壁溫度的峰值，提高超臨界二氧化碳鍋爐的安全性，并在確保安全的前提下降低主工質(zhì)輻射受熱面金屬管材的等級，降低鍋爐成本。
[0024]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、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，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，其特征在于:在爐膛中布置的輻射受熱面，輻射受熱面包括再熱工質(zhì)輻射受熱面(I)和主工質(zhì)輻射受熱面(2)，再熱工質(zhì)輻射受熱面(I)帶有再熱工質(zhì)輻射受熱面入口(1-1)和再熱工質(zhì)輻射受熱面出口(1-2)，主工質(zhì)輻射受熱面(2)帶有主工質(zhì)輻射受熱面入口(2-1)和主工質(zhì)輻射受熱面出口(2-2);其中，主工質(zhì)輻射受熱面(2)布置在燃燒器(9)的周圍區(qū)域、燃燒器(9)的上方區(qū)域和爐頂，再熱工質(zhì)輻射受熱面(I)布置在燃燒器(9)的下方區(qū)域及冷灰斗區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，其特征在于:所述再熱工質(zhì)輻射受熱面(I)和主工質(zhì)輻射受熱面(2)均采用膜式水冷壁的結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，其特征在于:所述再熱工質(zhì)輻射受熱面(I)和主工質(zhì)輻射受熱面(2)之間通過膨脹節(jié)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，其特征在于:所述主工質(zhì)輻射受熱面入口(2-1)布置在燃燒器(9)下方L/10?L/15的位置，其中L為爐膛高度，主工質(zhì)輻射受熱面出口( 2-2)布置在爐頂。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，其特征在于:所述再熱工質(zhì)輻射受熱面入口( 1-1)布置在爐底，再熱工質(zhì)輻射受熱面出口( 1-2)布置在主工質(zhì)輻射受熱面入口(2-1)的下方。
【文檔編號】F23L15/00GK106090865SQ201610654055
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610654055.3, CN 106090865 A, CN 106090865A, CN 201610654055, CN-A-106090865, CN106090865 A, CN106090865A, CN201610654055, CN201610654055.3
【發(fā)明人】張一帆, 李紅智, 姚明宇, 白文剛, 楊玉, 王月明
【申請人】華能國際電力股份有限公司, 西安熱工研究院有限公司