[發明專利]一種中間預熱的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統

有效

• 申請號: 201610653896.2
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106285805B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 張一帆;李紅智;高煒;陳渝楠;姚明宇;王月明
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團技術創新中心
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K17/04;F01K11/02;F23J15/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種中間預熱的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統，該系統為閉式間接加熱的超臨界二氧化碳發電系統，包括主壓縮機、低壓透平、發電機、預冷器、低溫回熱器、高溫回熱器、鍋爐、高壓透平、再壓縮機和混合器。其中鍋爐又包括主工質輻射受熱面、再熱工質輻射受熱面、高溫過熱器、高溫再熱器、低溫再熱器、低溫過熱器、中間預熱器和空氣預熱器。本發明通過在鍋爐尾部煙道的低溫再熱器、低溫過熱器后，空氣預熱器前布置中間預熱器，在對混合器后、高溫回熱器冷側入口前的工質進行預熱的同時，有效的利用了鍋爐尾部煙道的余熱，降低了鍋爐排煙溫度，提升了鍋爐熱效率和整個系統的發電效率。

技術領域

本發明屬于超臨界二氧化碳高效火力發電領域，具體涉及一種中間預熱的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統。

背景技術

發電機組效率的高低對國民經濟的發展和環境保護都有著重要影響，我國能源儲備的構成特點決定了燃煤發電機組仍然是未來幾十年內我國電力行業的主力軍，因此，提高燃煤發電機組的效率在我國顯得尤為重要。目前國際上公認的提高燃煤發電機組效率的兩條主流技術路線是700℃發電技術和超臨界二氧化碳布雷頓循環發電技術。700℃發電技術是指將傳統的蒸汽朗肯循環發電機組的主蒸汽參數提高至700℃，可將機組的發電效率提高至50％左右。700℃發電技術是最為直接的一種提高機組發電效率的方法，但是，目前700℃高溫合金材料開發難度大，成本高，材料問題成為了700℃發電技術的最大瓶頸。為了避開材料方面的技術瓶頸，各國學者紛紛將目光轉移到新型動力循環系統，以期實現發電效率的提升。經過各國學者大量的前期研究和論證，目前普遍認為超臨界二氧化碳布雷頓循環系統是極具潛力的新概念先進動力系統。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，超臨界二氧化碳布雷頓循環高效發電系統可以在620℃溫度范圍內達到常規蒸汽朗肯循環700℃的效率，不需要再開發新型的高溫合金，且設備尺寸小于同參數的蒸汽機組，經濟性非常好。

但是，超臨界二氧化碳布雷頓循環高效發電系統作為一種新型的先進發電系統，仍然有一些問題有待解決。例如，常規的含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環和傳統結構的鍋爐直接結合并不合適。由于二氧化碳和水物性的不同，二氧化碳布雷頓循環與蒸汽朗肯循環的發電原理也有明顯差異，在煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統中，二氧化碳鍋爐入口工質的溫度比同參數蒸汽鍋爐高出100-200℃，這意味著當600℃等級的超臨界二氧化碳鍋爐仍采用傳統超臨界蒸汽鍋爐的結構形式時，沿煙氣方向的最后一級對流受熱面內工質溫度會達到500-550℃，該對流受熱面處的煙氣溫度則會高達600℃以上，而該受熱面后的空氣預熱器比較合理的煙氣入口溫度應為400℃，這就導致了600℃-400℃的這部分煙氣余熱無法利用，鍋爐熱效率低，嚴重影響了機組的發電效率，此外，過高的煙氣溫度會造成空預器的損壞以及脫硝設備無法正常工作。因此，提出一種燃煤鍋爐和二氧化碳布雷頓循環優化結合的發電系統顯得十分有必要。

然而經調研可知，目前國內外公開成果和專利中介紹超臨界二氧化碳布雷頓循環應用在燃煤發電領域的內容很少，更鮮有專利涉及解決上述燃煤鍋爐和超臨界二氧化碳布雷頓循環匹配問題的方法。

發明內容

本發明的目的在于解決燃煤鍋爐和超臨界二氧化碳布雷頓循環匹配的問題，提供了一種中間預熱的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統，該系統有效地實現了燃煤鍋爐和超臨界二氧化碳布雷頓循環的優化結合，充分利用了超臨界二氧化碳鍋爐尾部煙道的煙氣余熱，提高了鍋爐的熱效率和系統的發電效率，同時保證了鍋爐尾部空氣預熱器和脫硝設備的安全運行。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種中間預熱的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統，包括主壓縮機、低壓透平、發電機、預冷器、低溫回熱器、高溫回熱器、高壓透平、再壓縮機、混合器和作為熱源的鍋爐，鍋爐包括加熱系統、再熱系統、中間預熱器和空氣預熱器；

低壓透平與主壓縮機、發電機相連；