CN110056851B - 一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统。本发明的另一个技术方案是提供了一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节方法。本发明有效地解决了超临界二氧化碳锅炉工质温度的调节问题。将闭式系统内的部分二氧化碳工质降温后与高温二氧化碳工质直接接触换热，通过对进入超临界二氧化碳锅炉调温点的低温二氧化碳工质保持合理的温度和流量，实现了对超临界二氧化碳锅炉工质温度快速、灵活的调节，避免了锅炉受热面的超温，不仅明显增加了系统运行的安全性，而且还大大延长了系统内高温受热面和管道以及汽轮机叶片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统和方法，属于超临界二氧化碳布雷顿循环高效循环发电技术领域。
背景技术
能源的日益匮乏是制约当今社会发展的一大因素，提高能源的利用率受到了人们的重视。与传统水工质朗肯循环相比，超临界二氧化碳布雷顿循环在500～700℃时具有循环热效率高，能量密度大，系统简单紧凑，安全性好，不需要设置除氧、除盐、排污及疏放水设施等优势，可以在提升系统热功转换效率的同时降低投入成本。
对于正常运行的超临界二氧化碳锅炉而言，保持锅炉出口超临界二氧化碳工质温度达到额定值可以获得较高的经济效益。若超临界二氧化碳工质温度过高会使锅炉受热面和透平机的金属材料超温和蠕变速度加快，高温受热面和管道以及汽轮机叶片的使用寿命显著降低；若超临界二氧化碳工质温度过低会导致机组出力降低，从而影响机组整体的循环效率。而且随着动力循环压力、温度的提高，机组运行存在过大的偏差还会大大增加锅炉受热面管子的高温腐蚀速率。因此，对超临界二氧化碳锅炉工质进行及时、有效地温度调节，对于机组的安全、稳定运行有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是：实现对超临界二氧化碳锅炉工质温度的灵活调节，从而增加超临界二氧化碳锅炉的安全裕度和调节灵活性。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，包括超临界二氧化碳锅炉、透平、回热器、冷却器、压缩机组件和调温工质流量调节管组，其中：透平的入口与超临界二氧化碳锅炉的出口相连，透平的出口连接回热器的低压侧入口，回热器的低压侧出口与冷却器中主冷却部分的放热侧入口相连，主冷却部分的放热侧出口与压缩机组件的入口相连；主压缩机组件的出口分流为两路，一路出口与回热器的高压侧入口相连，回热器的高压侧出口则与超临界二氧化碳锅炉的入口相连，主压缩机组件的另一路出口与调温工质流量调节管组的入口相连，调温工质流量调节管组的出口与冷却器中调温工质冷却部分的放热侧入口相连，调温工质冷却部分的放热侧出口经调温工质引入管路与超临界二氧化碳锅炉中的超临界二氧化碳锅炉调温点相连。
优选地，所述调温工质流量调节管组包括调温工质流量调节管组流通管路和与其并联的调温工质流量调节管组调节管路。
优选地，所述压缩机组件包括一个主压缩机或包括由至少两个压缩机组成的循环压缩管路。
优选地，所述超临界二氧化碳锅炉调温点的数量为1个或至少两个，所有超临界二氧化碳锅炉调温点均经所述调温工质引入管路与所述调温工质冷却部分的放热侧出口相连。
优选地，所述超临界二氧化碳锅炉中设有超临界二氧化碳锅炉受热面和/或超临界二氧化碳锅炉再热受热面。
优选地，所述回热器包括低温回热器及高温回热器，高温回热器的低压侧入口与所述透平的出口相连，高温回热器的低压侧出口与低温回热器的低压侧入口相连，低温回热器的低压侧出口与所述冷却器中主冷却部分的放热侧入口相连。
优选地，还包括再压缩机，所述低温回热器的低压侧出口同时与再压缩机的入口相连；所述低温回热器的高压侧入口与所述压缩机组件的出口相连，自低温回热器高压侧出口流出的工质与自再压缩机的出口流出的工质汇合后与高温回热器的高压侧入口相连，高温回热器的高压侧出口与所述超临界二氧化碳锅炉的入口相连。
本发明的另一个技术方案是提供了一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
超临界二氧化碳锅炉出口的二氧化碳工质进入透平做功，做功后的二氧化碳工质进入回热器的低压侧放热，之后大部分或全部进入冷却器中的主冷却部分放热侧继续降温，随后进入压缩机组件；在压缩机组件中的二氧化碳工质被增压后分流为两路，一路进入回热器的高压侧经加热后进入超临界二氧化碳锅炉继续加热，另一路流经调温工质流量调节管组，随后二氧化碳调温工质进入冷却器中的调温工质冷却部分进行冷却降温，再依次流经调温工质引入管路和超临界二氧化碳锅炉调温点，与超临界二氧化碳锅炉中的高温工质直接混合，以达到对锅炉受热面进行温度调节的目的。
优选地，所述调温工质流量调节管组中的调温工质流量调节管组流通管路保持常开，通过调温工质流量调节管组调节管路对二氧化碳调温工质的流量进行调节。
优选地，调温工质经所述冷却器中调温工质冷却部分冷却后温度下降幅度不低于其冷却前温度值与环境温度差值的25％。
本发明有效地解决了超临界二氧化碳锅炉工质温度的调节问题。将闭式系统内的部分二氧化碳工质降温后与高温二氧化碳工质直接接触换热，通过对进入超临界二氧化碳锅炉调温点的低温二氧化碳工质保持合理的温度和流量，实现了对超临界二氧化碳锅炉工质温度快速、灵活的调节，避免了锅炉受热面的超温，不仅明显增加了系统运行的安全性，而且还大大延长了系统内高温受热面和管道以及汽轮机叶片的使用寿命。
本发明通过在主压缩机的出口引出调温旁路，并通过冷却器进行冷却，能够确保调温工质的温度保持在较低水平，这样在调温过程中所需的流量也更小，避免了在调温过程中对锅炉主管路的工质流量产生较大影响。
在本发明中，通过将调温二氧化碳工质与高温二氧化碳工质直接混合的方式进行调温，调温效果好、灵敏度高、响应快，系统简单、故障率低、投资低。
同时本发明调温工质流量调节管组中设置有调温工质流量调节管组流通管路和调温工质流量调节管组调节管路。其中调温工质流量调节管组流通管路保持常开，并通过调温工质流量调节管组调节管路对二氧化碳调温工质的流量进行调节，这样既能达到流量调节的作用，又有效避免了流量调节过程对调温管路的热冲击，大大延长了调温管路的使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统示意图。
图中：1A-主压缩机；1B-再压缩机；2-低温回热器；3-高温回热器；4-超临界二氧化碳锅炉；4A-超临界二氧化碳锅炉调温点上游受热面；4B-超临界二氧化碳锅炉调温点下游受热面；5-透平；6-冷却器；6A-主冷却部分；6B-调温工质冷却部分；S1-调温工质引入管路；T-调温工质流量调节管组；TA-调温工质流量调节管组流通管路；TB-调温工质流量调节管组调节管路。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，包括主压缩机1A、再压缩机1B、低温回热器2、高温回热器3、超临界二氧化碳锅炉4、透平5、冷却器6、调温工质流量调节管组T和调温工质引入管路S1。
超临界二氧化碳锅炉4包括超临界二氧化碳锅炉调温点、超临界二氧化碳锅炉调温点上游受热面4A和超临界二氧化碳锅炉调温点下游受热面4B。冷却器6包括主冷却部分6A和调温工质冷却部分6B。调温工质流量调节管组T包括调温工质流量调节管组流通管路TA和调温工质流量调节管组调节管路TB。
透平5的入口与超临界二氧化碳锅炉4的出口相连，透平5的出口与高温回热器3的低压侧入口相连，高温回热器3的低压侧出口与低温回热器2的低压侧入口相连。低温回热器2的低压侧出口分流为两路，一路与冷却器6中主冷却部分6A的放热侧入口相连，另一路与再压缩机1B的入口相连。冷却器6中主冷却部分6A的放热侧出口与主压缩机1A的入口相连。主压缩机1A的出口分流为两路，一路与低温回热器2的高压侧入口相连，另一路与调温工质流量调节管组T的入口相连。低温回热器2的高压侧出口工质与再压缩机1B的出口工质汇合后与高温回热器3的高压侧入口相连，高温回热器3的高压侧出口与超临界二氧化碳锅炉4的入口相连。调温工质流量调节管组T的出口与冷却器6中调温工质冷却部分6B的放热侧入口相连，冷却器6中调温工质冷却部分6B的放热侧出口与超临界二氧化碳锅炉调温点相连。
超临界二氧化碳锅炉4出口的二氧化碳工质进入透平5做功，做功后的二氧化碳工质依次进入高温回热器3、低温回热器2的放热侧放热，之后二氧化碳工质在低温回热器2的低压侧出口分流为两路，一路进入冷却器6中主冷却部分6A放热侧降温后进入主压缩机1A，另一路进入再压缩机1B进行增压。
在主压缩机1A中的二氧化碳工质被增压后分流为两路，一路进入低温回热器2的吸热侧吸热，之后与进入再压缩机1B增压后的二氧化碳工质汇合，进入高温回热器3的高压侧吸热，之后进入超临界二氧化碳锅炉4继续吸热；另一路作为调温工质进入调温工质流量调节管组T。随后调温工质进入调温工质冷却部分6B进行降温，并依次流经调温工质引入管路S1和超临界二氧化碳锅炉调温点，与超临界二氧化碳锅炉调温点上游受热面4A中的高温二氧化碳工质直接混合，以达到对锅炉受热面进行温度调节的目的。调温工质经冷却前温度为100℃，经冷却后温度降为75℃。调温工质流量调节管组流通管路TA保持常开，通过调温工质流量调节管组调节管路TB对通过的二氧化碳工质流量进行调节。超临界二氧化碳锅炉4出口的二氧化碳工质进入透平5做功完成循环。
本实施例所述的超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统和方法，有效地解决了超临界二氧化碳锅炉工质温度的调节问题。将闭式系统内的部分二氧化碳工质降温后与高温二氧化碳工质直接接触换热，通过对进入超临界二氧化碳锅炉调温点的低温二氧化碳工质保持合理的温度和流量，实现了对超临界二氧化碳锅炉工质温度快速、灵活的调节，避免了锅炉受热面的超温，不仅明显增加了系统运行的安全性，而且还大大延长了系统内高温受热面和管道以及汽轮机叶片的使用寿命。
本实施例通过在主压缩机的出口引出调温旁路，并通过冷却器进行冷却，能够确保调温工质的温度保持在较低水平，这样在调温过程中所需的流量也更小，避免了在调温过程中对锅炉主管路的工质流量产生较大影响。
在本实施例中，通过将调温二氧化碳工质与高温二氧化碳工质直接混合的方式进行调温，调温效果好、灵敏度高、响应快，系统简单、故障率低、投资低。
同时本实施例调温工质流量调节管组中设置有调温工质流量调节管组流通管路和调温工质流量调节管组调节管路。其中调温工质流量调节管组流通管路保持常开，并通过调温工质流量调节管组调节管路对二氧化碳调温工质的流量进行调节，这样既能达到流量调节的作用，又有效避免了流量调节过程对调温管路的热冲击，大大延长了调温管路的使用寿命。
Claims (10)
1.一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，包括超临界二氧化碳锅炉、透平、回热器、冷却器、压缩机组件和调温工质流量调节管组，其中：透平的入口与超临界二氧化碳锅炉的出口相连，透平的出口连接回热器的低压侧入口，回热器的低压侧出口与冷却器中主冷却部分的放热侧入口相连，主冷却部分的放热侧出口与压缩机组件的入口相连；主压缩机组件的出口分流为两路，一路出口与回热器的高压侧入口相连，回热器的高压侧出口则与超临界二氧化碳锅炉的入口相连，主压缩机组件的另一路出口与调温工质流量调节管组的入口相连，调温工质流量调节管组的出口与冷却器中调温工质冷却部分的放热侧入口相连，调温工质冷却部分的放热侧出口经调温工质引入管路与超临界二氧化碳锅炉中的超临界二氧化碳锅炉调温点相连。
2.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，所述调温工质流量调节管组包括调温工质流量调节管组流通管路和与其并联的调温工质流量调节管组调节管路。
3.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，所述压缩机组件包括一个主压缩机或包括由至少两个压缩机组成的循环压缩管路。
4.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳锅炉调温点的数量为1个或至少两个，所有超临界二氧化碳锅炉调温点均经所述调温工质引入管路与所述调温工质冷却部分的放热侧出口相连。
5.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳锅炉中设有超临界二氧化碳锅炉受热面和/或超临界二氧化碳锅炉再热受热面。
6.如权利要求1所述的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，所述回热器包括低温回热器及高温回热器，高温回热器的低压侧入口与所述透平的出口相连，高温回热器的低压侧出口与低温回热器的低压侧入口相连，低温回热器的低压侧出口与所述冷却器中主冷却部分的放热侧入口相连。
7.如权利要求6所述的一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节系统，其特征在于，还包括再压缩机，所述低温回热器的低压侧出口同时与再压缩机的入口相连；所述低温回热器的高压侧入口与所述压缩机组件的出口相连，自低温回热器高压侧出口流出的工质与自再压缩机的出口流出的工质汇合后与高温回热器的高压侧入口相连，高温回热器的高压侧出口与所述超临界二氧化碳锅炉的入口相连。
8.一种超临界二氧化碳锅炉工质温度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
超临界二氧化碳锅炉出口的二氧化碳工质进入透平做功，做功后的二氧化碳工质进入回热器的低压侧放热，之后大部分或全部进入冷却器中的主冷却部分放热侧继续降温，随后进入压缩机组件；在压缩机组件中的二氧化碳工质被增压后分流为两路，一路进入回热器的高压侧经加热后进入超临界二氧化碳锅炉继续加热，另一路流经调温工质流量调节管组，随后二氧化碳调温工质进入冷却器中的调温工质冷却部分进行冷却降温，再依次流经调温工质引入管路和超临界二氧化碳锅炉调温点，与超临界二氧化碳锅炉中的高温工质直接混合，以达到对锅炉受热面进行温度调节的目的。
9.如权利要求8所述的超临界二氧化碳锅炉工质温度调节方法，其特征在于，所述调温工质流量调节管组中的调温工质流量调节管组流通管路保持常开，通过调温工质流量调节管组调节管路对二氧化碳调温工质的流量进行调节。
10.如权利要求8所述的超临界二氧化碳锅炉工质温度调节方法，其特征在于，调温工质经所述冷却器中调温工质冷却部分冷却后温度下降幅度不低于其冷却前温度值与环境温度差值的25％。
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