[實用新型]煤基新型超臨界工質多級分流再熱式高效發電系統

有效

• 申請號: 201520152457.4
• 申請日: 2015-03-17
• 公開（公告）號: CN204609964U
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 李紅智;姚明宇;陳渝楠;張一帆;張立欣;聶劍平
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K11/02
• 分類號: F01K11/02;F01K17/02;F22D1/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本實用新型屬于先進高效發電系統技術領域，具體涉及一種煤基新型超臨界工質多級分流再熱式高效發電系統。

背景技術

不斷提高發電機組效率是電力行業發展的永恒主題和目標。目前，世界上最先進的超超臨界蒸汽發電機組的主蒸汽溫度600℃，再熱蒸汽溫度620℃，發電效率從1960年的39％提高到現在的44.5％。如果希望進一步提高機組效率，需要將蒸汽溫度提高到700℃。早在上世紀90年代，歐美日等發達國家就已經相繼開展了相關研究，然而由于經費削減、固定投資過高、高溫部件實爐掛片試驗出現裂紋等原因，歐洲的AD700計劃、美國A-USC計劃和日本的先進超超臨界發電技術計劃都相繼取消或是暫時擱置，并未有實質性進展，目前僅有少數研究機構還在繼續進行相關研究。在先進700℃項目重重受阻，前景不明的情況下，發展一種利用新型超臨界工質的高效發電循環，替代傳統的蒸汽朗肯循環，在不增加高等級合金材料的情況下，進一步提高發電機組效率逐漸成為電力行業未來發展的新方向。

新型超臨界工質(二氧化碳、氦氣和氧化二氮等)具有能量密度大，傳熱效率高，系統簡單等先天優勢，可以大幅提高熱功轉換效率，減小設備體積，具有很高的經濟性。應用新型超臨界工質的布雷頓循環發電技術已經是公開技術，如美國專利US7685820“超臨界二氧化碳聚光太陽能發電系統裝置”詳述了通過熔鹽換熱并采用超臨界二氧化碳氣體作為動力工質的裝置構造。與此相類似的有中國專利200710306179.3和200910175484.2“槽式太陽能聚熱發電裝置”采用包括二氧化碳氣體在內的多種氣體做傳熱工質。但總的看，目前使用新型超臨界工質布雷頓循環熱發電技術還僅僅處于起步階段，已有的專利多數為針對太陽能等新能源的初步概念設計，系統循環效率普遍不高(多為40％以下)。針對傳統化石能源，特別是燃煤發電的實用高效發電系統更是缺乏，還需要大量的原創性工作，從而進一步提高系統循環效率。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對燃煤發電的特點，提出一種新型超臨界工質多級分流再熱式高效發電系統，替代傳統的蒸汽發電系統，在相同參數下，可將系統熱功轉換效率提高3％-5％。本實用新型在標準超臨界工質布雷頓循環的基礎上采取了以下創新性的改進措施，從而大大提高了系統循環效率。

為達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：

煤基新型超臨界工質多級分流再熱式高效發電系統，包括鍋爐多級再熱系統、透平多級發電系統、工質多級分流再壓縮系統以及煙氣多級余熱回收系統；工質在工質多級分流再壓縮系統內被分流為兩部分分級壓縮，一部分直接進入鍋爐多級再熱系統內被分級加熱，加熱后的工質通過與透平多級發電系統交互配合做功發電，做完功的工質流回工質多級分流再壓縮系統；另一部分進入煙氣多級余熱回收系統與煙氣進行換熱，換熱后的工質與直接進入鍋爐多級再熱系統的工質匯合后進入鍋爐多級再熱系統。

所述工質多級分流再壓縮系統包括主壓縮機、超臨界工質預冷器、多級再壓縮系統以及回熱器；工質由主壓縮機加壓后，流過回熱器的一側，進入鍋爐多級再熱系統；回熱器另一側的工質入口與透平多級發電系統相連，工質出口分為兩路，一路與多級再壓縮系統相連，另一路與超臨界工質預冷器的入口相連，超臨界工質預冷器的出口與主壓縮機的入口相連通；多級再壓縮系統的工質出口與煙氣多級余熱回收系統相連。

所述回熱器包括依次級聯的低溫回熱器和高溫回熱器，多級再壓縮系統包括一級再壓縮機和二級再壓縮機；低溫回熱器一側的入口與主壓縮機相連，高溫回熱器一側的出口與鍋爐多級再熱系統相連；高溫回熱器另一側的入口與透平多級發電系統相連，出口分為兩路，一路與二級再壓縮機相連，另一路與低溫回熱器另一側的入口相連，低溫回熱器另一側的出口分為兩路，一路與一級再壓縮機相連，另一路與超臨界工質預冷器的入口相連；一級再壓縮機和二級再壓縮機的出口均與煙氣多級余熱回收系統相連。

所述鍋爐多級再熱系統包括布置在超臨界工質鍋爐內的多級過熱系統，多級再熱系統沿煙氣流向均勻布置在空氣煤粉入口與煙氣出口之間。

所述超臨界工質鍋爐內設置過熱系統和二級再熱系統，過熱系統包括低溫過熱器和高溫過熱器，二級再熱系統分為一次再熱系統和二次再熱系統，其中一次再熱系統包括一次低溫再熱器和一次高溫再熱器，二次再熱系統包括二次低溫再熱器和二次高溫再熱器；從爐膛空氣煤粉入口上方到煙氣出口之間，煙氣依次流過高溫過熱器，一次高溫再熱器，二次高溫再熱器，二次低溫再熱器，一次低溫再熱器和低溫過熱器；