一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)雙分流高效發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于先進(jìn)高效發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)雙分流高效發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機(jī)組效率的高低對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有著重要影響，尤其是在以火力發(fā)電為主的中國，提高燃煤機(jī)組的效率就顯得尤為重要。然而，對于傳統(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°C，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)為超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)是極具潛力的新概念先進(jìn)動力系統(tǒng)。這主要是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，經(jīng)濟(jì)性非常好。
[0003]我國能源儲備的構(gòu)成特點(diǎn)決定了燃煤發(fā)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，煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)非常符合我國國情，在我國將有非常好的發(fā)展前景。
[0004]但是，常規(guī)的含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鍋爐直接結(jié)合并不合適，最主要的問題體現(xiàn)在以下兩方面:首先，在傳統(tǒng)的超臨界二氧化碳分流再壓縮布雷頓循環(huán)中，高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)和熱側(cè)工質(zhì)流量一樣，此時(shí)冷側(cè)、熱側(cè)工質(zhì)物性的差異導(dǎo)致高溫回?zé)崞鳠岫藫Q熱溫差較高，高溫回?zé)崞鞯男嗜杂刑嵘臻g；其次，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，在煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，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，即省煤器內(nèi)工質(zhì)的溫度要遠(yuǎn)高于同參數(shù)的蒸汽鍋爐，這會導(dǎo)致省煤器后、空氣預(yù)熱器前的煙氣溫度過高(以22MPa，600/600/32°C的循環(huán)參數(shù)為例，二氧化碳鍋爐入口工質(zhì)的溫度約為530 V，省煤器后煙氣的溫度則高達(dá)550°C-650°C，遠(yuǎn)高于同參數(shù)蒸汽鍋爐省煤器后煙溫的350?400°C。)，不利于鍋爐最終排煙溫度的降低，且會嚴(yán)重影響脫硝設(shè)備的正常工作。
[0005]經(jīng)調(diào)研可知，以往的關(guān)于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的公開成果和專利中均存在上述問題。例如，專利“用于太陽能裝置的超臨界二氧化碳渦輪”(200710306179.3)中提及的含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)中就存在高溫回?zé)崞鳠岫藫Q熱溫差偏高，高溫回?zé)崞鲹Q熱效率較低的問題。專利“煤基新型超臨界工質(zhì)多級分流再熱式高效發(fā)電系統(tǒng)”(201520152457.4)中提及的含多級分流的系統(tǒng)中，分流工質(zhì)均從回?zé)崞鞯臒醾?cè)通道引出，而熱側(cè)二氧化碳的平均比熱容要小于冷側(cè)工質(zhì)的平均比熱容，這會導(dǎo)致高溫回?zé)崞骱偷蜏鼗責(zé)崞鞯睦錈醾?cè)換熱溫差均增大，降低了回?zé)崞鞯膿Q熱效率；而且從回?zé)崞鳠醾?cè)引出工質(zhì)進(jìn)入鍋爐尾部煙道對煙氣的降溫效果不如從回?zé)崞骼鋫?cè)引出工質(zhì)的效果好。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)雙分流高效發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)燃煤鍋爐和超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的優(yōu)化結(jié)合，并且高溫回?zé)崞鞯膿Q熱效率、鍋爐的熱效率及發(fā)電系統(tǒng)的效率較高。
[0007]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所述的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)雙分流高效發(fā)電系統(tǒng)包括低溫回?zé)崞鳌㈩A(yù)冷器、主壓縮機(jī)、再壓縮機(jī)、高溫回?zé)崞?、鍋爐、高壓透平、低壓透平、鍋爐及發(fā)電機(jī)；
[0008]鍋爐沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛴梢来蜗噙B通的燃燒通道、主換熱通道及尾部煙道組成，其中，燃燒通道內(nèi)沿?zé)煹懒鲃拥姆较蛞来卧O(shè)有水冷壁及再熱水冷壁，主換熱通道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)有高溫過熱器及高溫再熱器，尾部煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)有擋板、省煤器及低溫省煤器，擋板的兩側(cè)設(shè)有低溫再熱器及低溫過熱器；
[0009]低溫回?zé)崞鳠醾?cè)的乏氣出口分為兩路，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分為兩路，其中，一路與高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，另一路與分流低溫省煤器的入口相連通，高溫回?zé)崞骼鋫?cè)出口及分流低溫省煤器的出口均與省煤器的入口相連通，省煤器的出口依次經(jīng)鍋爐的水冷壁、低溫過熱器及高溫過熱器后與高壓透平的一次氣入口相連通，高壓透平的乏氣出口依次經(jīng)再熱水冷壁、低溫再熱器及高溫再熱器后與低壓透平的二次氣入口相連通，低壓透平的乏氣出口經(jīng)高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)與低溫回?zé)崞鳠醾?cè)的乏氣入口相連通，發(fā)電機(jī)的驅(qū)動軸與低壓透平的輸出軸相連接。
[0010]所述尾部煙道內(nèi)還設(shè)有空氣預(yù)熱器。
[0011]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0012]本實(shí)用新型所述的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)雙分流高效發(fā)電系統(tǒng)在工作過程中，鍋爐的尾部煙道中設(shè)有分流低溫省煤器，低溫回?zé)崞骼鋫?cè)出口及再壓縮機(jī)出口的二氧化碳分為兩路，其中一路進(jìn)入到高溫回?zé)崞?，另一路進(jìn)入到分流低溫省煤器中，再通過與鍋爐的煙氣側(cè)進(jìn)行換熱，從而預(yù)熱部分中溫工質(zhì)，同時(shí)有效的降低超臨界二氧化碳鍋爐省煤器后的煙氣溫度，進(jìn)而減小了空氣預(yù)熱器的尺寸，有效降低鍋爐排煙溫度，提高鍋爐熱效率。另外，需要說明的是，本實(shí)用新型采用再分流設(shè)計(jì)，使高溫回?zé)崞骼鋫?cè)工質(zhì)流量低于熱側(cè)工質(zhì)流量，降低了高溫回?zé)崞骼錈醾?cè)的換熱溫差，從而提升了高溫回?zé)崞鞯膿Q熱效率。在具體操作時(shí)，再分流的分流量可根據(jù)分流低溫省煤器需降低的煙氣溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，盡量減小鍋爐的排煙熱損失，以期達(dá)到最優(yōu)的鍋爐熱效率。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]其中，I為預(yù)冷器、2為主壓縮機(jī)、3為再壓縮機(jī)、4為低溫回?zé)崞鳌?為高溫回?zé)崞鳌?為鍋爐、7為高壓透平、8為低壓透平、9為發(fā)電機(jī)、61為水冷壁、62為再熱水冷壁、63為高溫過熱器、64為高溫再熱器、65為低溫再熱器、66為低溫過熱器、67為省煤器、68為分流低溫省煤器、69為空氣預(yù)熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0016]參考圖