[發(fā)明專利]一種燃煤蒸汽鍋爐與空氣輪機(jī)相結(jié)合的電廠

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111646815.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN114278405A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫震;薛冬梅;顧時(shí)雨;王星浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中印恒盛（北京）貿(mào)易有限公司
• 主分類號(hào): F01K13/00
• 分類號(hào): F01K13/00;F01K11/02;F01D15/10;F01K13/02;F01K17/02;F22B31/08;F22B33/18;F22G3/00
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本發(fā)明公開了一種燃煤蒸汽鍋爐與空氣輪機(jī)相結(jié)合的電廠，本發(fā)明公開了一種發(fā)電廠，其中蒸汽輪機(jī)/燃煤蒸汽鍋爐通過使用鍋爐的對(duì)流部分加熱渦輪機(jī)的壓縮空氣，通過與煙氣的間接熱交換，與空氣輪機(jī)集成，熱渦輪機(jī)排氣作為預(yù)熱燃燒空氣送至鍋爐。通過這種方式，只有清潔空氣到達(dá)渦輪機(jī)，而不是壓縮空氣中直接燃燒燃料產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物，因此可以燃燒煤炭而不是優(yōu)質(zhì)燃料。鍋爐輻射段中的擋板用于調(diào)節(jié)煙氣溫度，并接管一些常用的對(duì)流段服務(wù)，將其釋放用于壓縮空氣加熱服務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種將燃煤蒸汽鍋爐與空氣渦輪機(jī)集成在一起的發(fā)電廠，以及一種具有聯(lián)合動(dòng)力循環(huán)的發(fā)電廠，即同時(shí)具有蒸汽渦輪機(jī)和空氣渦輪機(jī)。該空氣渦輪機(jī)可被描述為外燃開式循環(huán)渦輪機(jī)。具體而言，本發(fā)明涉及提高冷凝動(dòng)力循環(huán)的循環(huán)效率或以可比效率提高背壓循環(huán)的發(fā)電量，因此涉及一種用于提供更廉價(jià)電力的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

空氣渦輪機(jī)可定義為清潔空氣到達(dá)渦輪機(jī)的渦輪機(jī)，區(qū)別于引入燃燒氣體的燃?xì)鉁u輪機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)本身有一定的局限性。在其運(yùn)行過程中，空氣被壓縮，燃料在壓縮空氣中燃燒，燃燒產(chǎn)物氣體通過渦輪機(jī)。因此，必須使用優(yōu)質(zhì)燃料，即天然氣或輕質(zhì)石油餾分。如果使用非清潔燃燒的燃料，燃燒產(chǎn)物如果通過渦輪，將迅速污染或損壞渦輪通道和葉片。由于污垢問題，在開路燃?xì)廨啓C(jī)中使用煤炭（可能會(huì)產(chǎn)生腐蝕性產(chǎn)物和顆粒物）尚未達(dá)到成功的發(fā)展階段，盡管石油和天然氣已被廣泛使用。由于化石燃料的儲(chǔ)量有限，使用煤炭代替煤炭的實(shí)用商業(yè)手段是非常可取的。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明中，空氣在空氣渦輪空氣壓縮機(jī)中被壓縮，然后在燃煤鍋爐的對(duì)流段中通過與足夠高溫度區(qū)內(nèi)的煙氣進(jìn)行間接熱交換而被加熱，以便將壓縮空氣的溫度升高至至少約1450°F。，最好在約1450°F至1700°F的范圍內(nèi)，或在條件允許的情況下更高。熱壓縮空氣在空氣渦輪機(jī)中膨脹，以驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)、發(fā)電，并在約700°F至900°F的溫度下作為燃燒空氣排入燃煤鍋爐。一部分排氣可用于干燥煤粉燃料。在蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)中，來自煤粉燃燒的輻射熱以及來自煙氣的對(duì)流熱（高于空氣渦輪機(jī)所需的熱量）被傳輸?shù)藉仩t的管道中，以產(chǎn)生高壓過熱蒸汽。蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹，用于軸工作或發(fā)電，或提供軸工作或電力，以及抽汽。

輻射段包括一個(gè)完整的金屬壁結(jié)構(gòu)，其中包含水和/或蒸汽在其中流動(dòng)的管道，包圍燃燒區(qū)。液態(tài)水轉(zhuǎn)化為蒸汽是在基本恒定的溫度下發(fā)生的相變，汽化熱由燃料燃燒提供。在現(xiàn)有壓力下，水的相變使水壁保持在水的沸點(diǎn)。相對(duì)均勻的水冷壁金屬溫度避免了相鄰管道的熱膨脹差。

影響設(shè)計(jì)的一個(gè)與煤相關(guān)的因素是灰熔融溫度。灰熔融溫度設(shè)置對(duì)流段的最大煙氣入口溫度（應(yīng)低于灰熔融溫度），從而設(shè)置輻射和對(duì)流傳熱之間的分流，即每個(gè)段吸收的熱量百分比。具有最高灰熔融溫度的燃料將允許更高的煙氣入口溫度和在對(duì)流段吸收的更高百分比的熱量。對(duì)于低煤階煤，灰熔融溫度降低，導(dǎo)致空氣盤管的面積要求增加（接近溫度降低），通過輻射熱傳遞產(chǎn)生的蒸汽百分比增加。相反，高階煤（如東部煙煤）允許較低的輻射熱傳遞，將更多的熱量轉(zhuǎn)移到空氣盤管，并降低對(duì)流段的投資成本。通常，煙煤的灰熔融溫度較高，褐煤的灰熔融溫度較低。在使用具有高灰熔融溫度的煤（如煙煤）和對(duì)流段金屬部件的耐熱合金的條件下，壓縮空氣的溫度可升高至約1900°F，煙氣溫度更高。對(duì)于高灰腐蝕電位的煤，管道涂層（如50 Cr/50 Ni）將適用。

輻射段配有適當(dāng)位于燃燒器燃燒區(qū)上方的管，稱為壓板，可用于蒸汽過熱或蒸汽過熱加蒸汽再熱。帶壓板的蒸汽發(fā)生管設(shè)計(jì)有足夠的表面，以控制進(jìn)入對(duì)流段的煙氣溫度，從而不超過所用煤的灰熔融溫度。然而，與傳統(tǒng)的電站鍋爐相比，水冷壁設(shè)計(jì)用于吸收較小百分比的熱量，而壓板的吸收百分比更大。也就是說，與傳統(tǒng)的公用事業(yè)鍋爐相比，臺(tái)板提供了額外的加熱服務(wù)。這些壓板提供了對(duì)流部分以前的一些服務(wù)。因此，它們既可調(diào)節(jié)煙氣入口溫度，又可釋放對(duì)流段，以實(shí)現(xiàn)分配給它的空氣加熱任務(wù)。也就是說，在加熱或不加熱的情況下，將大部分輻射段熱用于過熱，既可將煙氣溫度降低到理想范圍內(nèi)，又可接管一些傳統(tǒng)的對(duì)流段服務(wù)。因此，壓板可以以對(duì)本發(fā)明有利且獨(dú)特的方式與對(duì)流部分配合。