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CN108613170A - 一种超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法 - Google Patents

一种超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法 Download PDF

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张旭伟
严俊杰
种道彤
刘继平
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Abstract

一种超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法，该系统包括烟气调温燃煤发电锅炉和超临界二氧化碳动力循环系统；烟气循环风机调节进入燃烧设备的中温烟气质量流量，从而调节燃烧设备出口烟气温度；在烟气调温燃煤发电锅炉烟道中分别布置高温烟气冷却器、中温烟气冷却器和低温烟气冷却器，加热高压超临界二氧化碳；中温回热器高压二氧化碳出口分别与高温回热器高压二氧化碳入口和低温烟气冷却器高压二氧化碳人口相连通；中温烟气冷却器高压二氧化碳入口分别与高温回热器高压二氧化碳出口和低温烟气冷却器高压二氧化碳出口相连通；本发明还公开了超临界二氧化碳燃煤发电系统的运行方法；本发明可以降低NOx污染物生成量、大幅度提高发电效率。

Description

一种超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法
技术领域
本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法。
背景技术
燃煤发电作为我国主要发电方式，提高其发电效率对我国节能减排具有重大意义。目前，提高蒸汽动力循环参数是提高发电效率的主要方式，而这种方式受到金属材料极限承受温度和循环工质特性等限制，发电效率提升有限并且成本高昂。现有燃煤锅炉在烟温最高的炉膛内布置低温受热面水冷壁，造成大量不可逆损失，锅炉效率难以提高。除此之外，超临界二氧化碳动力循环凭借其能量密度大、系统结构紧凑、循环效率高等特点，有望取代蒸汽动力循环。而由于超临界二氧化碳在回热器中吸热后温度较高，无法利用锅炉低温烟气热量，造成排烟温度过高，所以超临界二氧化碳动力循环系统构型有待进一步优化。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法，该锅炉燃烧产生的烟气首先与锅炉中低温烟气混合降温至现有材料可以耐受的温度范围，从而提高冷却受热面的超临界二氧化碳工质的温度，减小换热温差，降低不可逆损失；超临界二氧化碳动力循环系统从回热器分流部分温度较低的超临界二氧化碳吸收低温烟气热量，降低排烟温度。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，包括烟气调温燃煤发电锅炉和超临界二氧化碳动力循环系统；其中，
烟气调温燃煤发电锅炉包括依次相连通的燃烧设备1、高温烟气冷却器2、一级除尘器3、中温烟气冷却器4、低温烟气冷却器5、空气预热器6、二级除尘器7和引风机8，还包括烟气循环风机9；所述空气预热器6空气入口与大气连通，出口与燃烧设备1的空气入口连通；所述中温烟气冷却器4的烟气出口还通过烟气循环风机9与燃烧设备1的烟气入口连通；所述低温烟气冷却器4的出口烟气进入烟气循环风机9的质量流量与进入低温烟气冷却器5的质量流量比例为1：3；
超临界二氧化碳动力循环发电系统包括依次相连通的预冷器10、主压缩机11、低温回热器12、中温回热器13、高温回热器14、中温烟气冷却器4、高温烟气冷却器2和透平15，还包括再压缩机16和低温烟气冷却器5；中温回热器13的高压二氧化碳出口分别与高温回热器14的高压二氧化碳入口和低温烟气冷却器5的高压二氧化碳人口相连通；中温烟气冷却器4的高压二氧化碳入口分别与高温回热器14的高压二氧化碳出口和低温烟气冷却器5的高压二氧化碳出口相连通。
所述高温烟气冷却器2的入口烟气温度为800℃～1100℃。
所述中温烟气冷却器4的出口烟气温度为400℃～700℃。
所述超临界二氧化碳动力循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
所述超临界二氧化碳动力循环系统依次连通低温回热器12、中温回热器13和高温回热器14三级回热系统。
上述一种超临界二氧化碳燃煤发电系统的运行方法，通过烟气循环风机9和引风机8对中温烟气冷却器4出口烟气的分流比例进行调节，调整的目标为燃烧设备1出口烟气温度满足高温烟气冷却器2入口烟气温度要求；超临界二氧化碳循环工质经预冷器10冷却后，在主压缩机11中升压，依次在低温回热器12、中温回热器13和高温回热器14中吸热，而后在中温烟气冷却器4和高温烟气冷却器2中被烟气加热后进入透平15做功，又依次在低温回热器12、中温回热器13和高温回热器14中加热温度较低的超临界二氧化碳后，进入预冷器10被冷却完成循环；在低温回热器12中放热后的部分超临界二氧化碳在再压缩机16中升压后，与在低温回热器12中吸热后的高压超临界二氧化碳混合；中温回热器13的高压二氧化碳出口的部分超临界二氧化碳在低温烟气冷却器5中吸收低温烟气热量后，与在高温回热器14中吸热后的其余部分超临界二氧化碳混合。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1本发明可以调节燃烧温度，进而降低NOx污染物生成量。
2本发明可以大幅度降低锅炉内烟气与超临界二氧化碳换热过程的不可逆损失，提高锅炉效率，从而大幅度提高发电效率。
3本发明可以充分利用低温烟气热量，降低锅炉排烟温度，提高发电效率。
4本发明超临界二氧化碳动力循环采用多级回热再压缩循环构型，大大提高循环效率。
附图说明
图1为本发明一种超临界二氧化碳燃煤发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，包括烟气调温燃煤发电锅炉和超临界二氧化碳动力循环系统；其中，
烟气调温燃煤发电锅炉包括依次相连通的燃烧设备1、高温烟气冷却器2、一级除尘器3、中温烟气冷却器4、低温烟气冷却器5、空气预热器6、二级除尘器7和引风机8，还包括烟气循环风机9；所述空气预热器6空气入口与大气连通，出口与燃烧设备1的空气入口连通；所述中温烟气冷却器4的烟气出口还通过烟气循环风机9与燃烧设备1的烟气入口连通；所述低温烟气冷却器4的出口烟气进入烟气循环风机9的质量流量与进入低温烟气冷却器5的质量流量比例为1：3；
超临界二氧化碳动力循环发电系统包括依次相连通的预冷器10、主压缩机11、低温回热器12、中温回热器13、高温回热器14、中温烟气冷却器4、高温烟气冷却器2和透平15，还包括再压缩机12和低温烟气冷却器5；中温回热器13的高压二氧化碳出口分别与高温回热器14的高压二氧化碳入口和低温烟气冷却器5的高压二氧化碳人口相连通；中温烟气冷却器4的高压二氧化碳入口分别与高温回热器14的高压二氧化碳出口和低温烟气冷却器5的高压二氧化碳出口相连通。
作为本发明的优选实施方式，高温烟气冷却器2的入口烟气温度为800℃～1100℃。
作为本发明的优选实施方式，中温烟气冷却器4的出口烟气温度为400℃～700℃。
作为本发明的优选实施方式，超临界二氧化碳动力循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
作为本发明的优选实施方式，超临界二氧化碳动力循环系统依次连通低温回热器12、中温回热器13和高温回热器14三级回热系统。
如图1所示，本发明的一种超临界二氧化碳燃煤发电系统的运行方法，通过烟气循环风机9和引风机8对中温烟气冷却器4出口烟气的分流比例进行调节，调整的目标为燃烧设备1出口烟气温度满足高温烟气冷却器2入口烟气温度要求；超临界二氧化碳循环工质经预冷器10冷却后，在主压缩机11中升压，依次在低温回热器12、中温回热器13和高温回热器14中吸热，而后在中温烟气冷却器4和高温烟气冷却器2中被烟气加热后进入透平15做功，又依次在低温回热器12、中温回热器13和高温回热器14中加热温度较低的超临界二氧化碳后，进入预冷器10被冷却完成循环；在低温回热器12中放热后的部分超临界二氧化碳在再压缩机16中升压后，与在低温回热器12中吸热后的高压超临界二氧化碳混合；中温回热器13的高压二氧化碳出口的部分超临界二氧化碳在低温烟气冷却器5中吸收低温烟气热量后，与在高温回热器14中吸热后的其余部分超临界二氧化碳混合。
本发明通过高温烟气和低温烟气的混合来降低燃烧设备炉膛出口烟温，同时大幅度提高高温烟气可用烟气量，在这个温区可以布置高温受热面加热更高温度的超临界二氧化碳，同时高温烟气冷却器2的换热管金属材料温度不会超过金属耐温的极限温度。进而大大降低锅炉中烟气和超临界二氧化碳换热温差，大幅度减小换热不可逆损失，提高燃煤发电机组效率。同时，从回热器系统中分流出部分温度较低的待加热超临界二氧化碳吸收锅炉低温烟气的热量，从而大幅度降低锅炉排烟温度，提高发电效率。

Claims (6)

1.一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，其特征在于：包括烟气调温燃煤发电锅炉和超临界二氧化碳动力循环系统；其中，
所述烟气调温燃煤发电锅炉包括依次相连通的燃烧设备(1)、高温烟气冷却器(2)、一级除尘器(3)、中温烟气冷却器(4)、低温烟气冷却器(5)、空气预热器(6)、二级除尘器(7)和引风机(8)，还包括烟气循环风机(9)；所述空气预热器(6)的空气入口与大气连通，出口与燃烧设备(1)的空气入口连通；所述中温烟气冷却器(4)的烟气出口还通过烟气循环风机(9)与燃烧设备(1)的烟气入口连通；所述中温烟气冷却器(4)的出口烟气进入烟气循环风机(9)的质量流量与进入低温烟气冷却器(5)的质量流量比例为1：3；
所述超临界二氧化碳动力循环系统包括依次相连通的预冷器(10)、主压缩机(11)、低温回热器(12)、中温回热器(13)、高温回热器(14)、中温烟气冷却器(4)、高温烟气冷却器(2)和透平(15)，还包括再压缩机(16)和低温烟气冷却器(5)；中温回热器(13)的高压二氧化碳出口分别与高温回热器(14)的高压二氧化碳入口和低温烟气冷却器(5)的高压二氧化碳入口相连通；中温烟气冷却器(4)的高压二氧化碳入口分别与高温回热器(14)的高压二氧化碳出口和低温烟气冷却器(5)的高压二氧化碳出口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，其特征在于：所述高温烟气冷却器(2)的入口烟气温度为800℃～1100℃。
3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，其特征在于：所述中温烟气冷却器(4)的出口烟气温度为400℃～700℃。
4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，其特征在于：所述超临界二氧化碳动力循环系统使用的工质为超临界二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳燃煤发电系统，其特征在于：所述超临界二氧化碳动力循环系统依次连通低温回热器(12)、中温回热器(13)和高温回热器(14)三级回热系统。
6.权利要求1至5任一项所述的一种超临界二氧化碳燃煤发电系统的运行方法，其特征在于：通过烟气循环风机(9)和引风机(8)对中温烟气冷却器(4)出口烟气的分流比例进行调节，调整的目标为燃烧设备(1)出口烟气温度满足高温烟气冷却器(2)入口烟气温度要求；超临界二氧化碳循环工质经预冷器(10)冷却后，在主压缩机(11)中升压，依次在低温回热器(12)、中温回热器(13)和高温回热器(14)中吸热，而后在中温烟气冷却器(4)和高温烟气冷却器(2)中被烟气加热后进入透平(15)做功，又依次在低温回热器(12)、中温回热器(13)和高温回热器(14)中加热温度较低的超临界二氧化碳后，进入预冷器(10)被冷却完成循环；在低温回热器(12)中放热后的部分超临界二氧化碳在再压缩机(16)中升压后，与在低温回热器(12)中吸热后的高压超临界二氧化碳混合；中温回热器(13)的高压二氧化碳出口的部分超临界二氧化碳在低温烟气冷却器(5)中吸收低温烟气热量后，与在高温回热器(14)中吸热后的其余部分超临界二氧化碳混合。
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