[發明專利]超臨界CO2布雷頓循環燃煤發電鍋爐的CO2工質分流減阻系統

有效

• 申請號: 201711227980.9
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108036295B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 徐進良;孫恩慧;雷蕾
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F22B3/08
• 分類號: F22B3/08;F22B31/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于高效發電設備領域的一種超臨界CO₂布雷頓循環燃煤發電鍋爐的CO₂工質分流減阻系統，包括：第一冷卻壁、第二冷卻壁、第一過熱器、第二過熱器、省煤器、第一透平、再熱布置系統和壓縮系統；其中再熱布置系統先將輸入的工質送入鍋爐內吸熱，隨后做功；壓縮系統使得工質在鍋爐入口處的溫度和質量流量進一步降低。本發明將爐內主流受熱面分割成若干部分因此在極大地保證了爐內壓降基礎上，實現了提高循環效率、溫度更容易調節及煙氣溫度額外降低等功效。本發明解決超臨界CO₂布雷頓循環與燃煤火力發電耦合的諸多關鍵問題，且系統布置簡單、運行參數穩定、熱力系統及鍋爐效率較高。

技術領域

本發明屬于高效發電設備領域，具體涉及一種超臨界CO₂布雷頓循環燃煤發電鍋爐的CO₂工質分流減阻系統。

技術背景

煤炭作為一次能源在全球用能結構中扮演著重要角色，其儲量大、易開采、使用經驗豐富，以中國為例，煤在中國一次能源消費結構中占75％，為世界燃煤消費總量的四分之一。尤其是電力部門，火電機組占總裝機容量的70％以上，其中絕大多數為燃煤的汽輪機電站。然而煤炭的使用加重了環保負擔，加劇了溫室效應，在這樣的現狀下，開發先進動力循環技術提高機組性能對煤炭高效清潔利用具有重要意義。

超臨界二氧化碳布雷頓循環(S-CO₂循環)作為一類先進動力循環近年來在太陽能及核能領域研究較多，但在燃煤火力發電領域研究較少。S-CO₂循環效率高，系統簡單，結構緊湊，且CO₂工質臨界參數較低、化學性質不活潑，這些特性使S-CO₂循環獲得了越來越多的關注。眾多學者以S-CO₂循環為基礎針對不同熱源探究高效、合理的熱力系統布置形式。

故結合我國能源消費國情，將S-CO₂循環引入燃煤火力發電領域，構建合理、高效的燃煤火力發電系統，為高效低污染發電提供變革性技術。

相對于常規水蒸氣朗肯循環，由于CO₂工質在鍋爐入口處的溫度高，故在相同的主汽溫度條件下，工質在鍋爐內的溫升小，且由于CO₂與水的物理性質上的差異，在鍋爐中CO₂比熱容比水的比熱容小，故根據Q＝cmΔt可知，若吸收相同熱量，S-CO₂循環的質量流量較大，對于相同容量的機組，S-CO₂機組的質量流量要比水機組大6-8倍。質量流量的提高使得鍋爐受熱面設計、布置困難，例如當水冷壁管內徑為23mm、管數為1196根時水冷壁壓降可達到幾十兆帕，這對于循環來說是不可接受的，故如何合理選擇管徑、管數以及如何對受熱面進行布置同樣為提高S-CO₂循環特性的關鍵。

此外，汽機側的熱力系統優化布置形式總體上可以分為回熱、間冷、再熱三類，燃煤火力發電熱源與核能及太陽能區別較大，熱力系統布置形式對熱力循環及鍋爐受熱面布置產生直接影響，如上述提到的再熱會使得CO₂工質在鍋爐入口處的溫度提高，使得余熱回收困難，但再熱能夠提高循環效率。而間冷會使壓縮機耗功減小，同時會適當降低工質在鍋爐入口處的溫度，在計算工況下能夠降低5℃左右，但間冷會對低溫回熱器的運行特性產生影響。回熱能夠降低冷源損失，提高循環效率，尤其是分流再壓縮回熱布置，且使低溫回熱器冷熱側工質熱容量接近，提高回熱效果，但回熱同樣會提高CO₂工質在鍋爐入口處的溫度。故如何合理、高效的構建熱力系統同樣為提高S-CO₂循環特性的關鍵。

因此，要實現超臨界CO₂布雷頓循環在燃煤火力發電領域的應用需要綜合考慮機爐一體化的設計思路，最終實現合理、高效的超臨界CO₂布雷頓循環燃煤火力發電系統。

發明內容