[發明專利]雙循環火力發電系統

在審

• 申請號: 202210167988.5
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114508398A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 牟文彪;肖剛;朱松強;趙虹
• 申請（專利權）人: 浙江省能源集團有限公司;浙江大學
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K17/02;F01K25/10;F01K27/00;F04B37/12;F01D13/02;F01D15/10
• 代理公司: 上海立群專利代理事務所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發明屬于火力發電技術領域，涉及一種雙循環火力發電系統，包括鍋爐，sCO₂布雷頓循環發電系統和蒸汽朗肯循環發電系統。sCO₂布雷頓循環發電系統用于吸收高溫煙氣能量，能夠達到超過sCO₂渦輪透平額定初參數的溫度。蒸汽朗肯循環發電系統吸收低溫煙氣能量，能夠產生過熱蒸汽做功發電，并進一步通過熱交換器吸收sCO₂高于額定初參數部分的能量，達到蒸汽透平額定的溫度參數。sCO₂布雷頓循環和蒸汽朗肯循環均采用透平高位布置方式，與現有火力發電系統單一的蒸汽循環系統的結構相比，本發明所述系統能夠充分合理地利用鍋爐煙氣熱量，提高能源利用效率和系統發電效率，同時減少高溫管材的使用，減弱介質對材料的高溫腐蝕，降低系統成本。

技術領域

本發明屬于火力發電技術領域，涉及一種雙循環火力發電系統。

背景技術

為進一步提高火力發電蒸汽朗肯循環效率，世界各國都在相繼開展更高參數的超超臨界火力發電機組技術研究，期望將透平進口溫度提高到700℃，發電循環效率達到50％水平。但蒸汽腐蝕問題嚴重，需要成本高昂的鎳基合金高溫蒸汽管道，成為目前限制這一技術的主要瓶頸之一。我國提出蒸汽輪機高位布置的方法，有效縮短了高溫蒸汽管道的布置距離，減少了耗材，降低了成本，為下一代火力發電行業的發展奠定了基礎。

另一方面，超臨界二氧化碳(sCO₂)布雷頓循環在中高溫熱源系統中具有更好的特性，近年來受到普遍的關注。相比于現有的蒸汽朗肯循環系統，sCO₂布雷頓循環應用于火力發電系統，具有如下優勢：首先，sCO₂布雷頓循環在中高溫條件下循環效率更高；透平設備和換熱器的體積小，重量輕，占地面積減小，更加便于高位布置方式；此外，二氧化碳對金屬腐蝕性較弱，材料成本也明顯降低。但以sCO₂為吸熱介質的燃煤鍋爐與傳統蒸汽鍋爐差異較大，同時面臨著介質流量大(是同等量級蒸汽流量的8倍)，尾部煙氣余熱多(500℃以下煙氣無法被二氧化碳吸收)等問題，有待進一步深入研究。

發明內容

針對以上問題，本發明提出一種雙循環火力發電系統，將sCO₂布雷頓循環與蒸汽朗肯循環耦合，以水和sCO₂兩種介質為動力循環工質的雙循環火力發電系統，與現有火力發電系統單一的蒸汽循環系統的結構相比，本發明系統能夠充分合理地利用鍋爐煙氣熱量，提高能量利用效率和系統發電效率，同時減少高溫管材的使用，減弱介質對材料的高溫腐蝕，降低系統成本。

本發明所述雙循環火力發電系統，包括鍋爐，以所述鍋爐內的高溫煙氣為熱源、以sCO₂為循環工質的sCO₂布雷頓循環發電系統和以所述鍋爐內的低溫煙氣為熱源、以蒸汽為循環工質的蒸汽朗肯循環發電系統，所述鍋爐的外部設有熱交換器，所述熱交換器用于把sCO₂吸收的多余能量換給蒸汽，sCO₂與所述高溫煙氣換熱，經所述熱交換器后、依次經過第一做功裝置、第一冷卻裝置、第一增壓裝置完成sCO₂布雷頓循環，蒸汽與所述低溫煙氣換熱，經第二做功裝置，與所述熱交換器中sCO₂換熱后、依次經過第三做功裝置、第四做功裝置、第二冷卻裝置、第二增壓裝置完成蒸汽朗肯循環；

所述第一做功裝置、所述第二做功裝置、所述第三做功裝置均采用高位布置的方式與所述鍋爐耦合布置，或所述第一做功裝置、所述第二做功裝置、所述第三做功裝置均采用高位布置的方式單獨布置于所述鍋爐的外周。

所述鍋爐可為π形鍋爐或塔式鍋爐，包括爐膛，主煙道和尾部余熱煙道，主煙道位于鍋爐的高溫區域，尾部余熱煙道位于鍋爐的低溫區域。

所述爐膛用于煤等化石燃料燃燒，其頂端與主煙道進口連通；

所述煙道可為水平煙道(π形鍋爐)或豎直煙道(塔式鍋爐)，用于高溫煙氣流動和受熱面布置，主煙道出口與尾部余熱煙道進口連通；