本發(fā)明屬于先進(jìn)高效火力發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種新型燃煤超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不斷提高發(fā)電機(jī)組的效率是電力行業(yè)研究的永恒主題和目標(biāo)。對(duì)于發(fā)電企業(yè)而言，系統(tǒng)的循環(huán)效率越高，單位發(fā)電量的能耗就越低，對(duì)應(yīng)的能源消耗量和污染物排放量就越低。對(duì)于傳統(tǒng)的以蒸汽朗肯循環(huán)為能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組，若提高發(fā)電效率至50％左右，則需將主蒸汽參數(shù)提高至700℃，這就意味著需要花費(fèi)高昂的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和時(shí)間成本來研發(fā)新型鎳基高溫合金。為了避開材料方面的技術(shù)瓶頸，各國學(xué)者紛紛將目光轉(zhuǎn)移到新型動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的提升。經(jīng)過各國學(xué)者大量的前期研究和論證，目前普遍認(rèn)可的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)是極具潛力的新概念先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)。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(diǎn)，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)可以在620℃溫度范圍內(nèi)達(dá)到常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)700℃的效率，不需要再開發(fā)新型的高溫鎳基合金，且設(shè)備尺寸小于同參數(shù)的蒸汽機(jī)組，經(jīng)濟(jì)性非常好。
我國能源稟賦的特點(diǎn)決定了燃煤發(fā)電仍然是未來很長時(shí)期內(nèi)我國電力結(jié)構(gòu)的主體，因此，開發(fā)大型煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)非常符合我國的基本國情，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
雖然國際上關(guān)于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)是公開技術(shù)，但是目前國內(nèi)外關(guān)于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)大多是針對(duì)太陽能等新能源，而針對(duì)傳統(tǒng)化石能源，特別是煤基發(fā)電的新型系統(tǒng)鮮有涉及。對(duì)于煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)來講，由于整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中包括大量回?zé)嵯到y(tǒng)，鍋爐入口超臨界二氧化碳工質(zhì)溫度一般都要超過500℃。對(duì)于超臨界二氧化碳鍋爐來講，如果仍按照傳統(tǒng)蒸汽鍋爐的受熱面布置方法，在鍋爐尾部布置常規(guī)省煤器，則由于省煤器處傳熱溫壓小，工質(zhì)溫升通常只有幾攝氏度，使得受熱面布置不合理、經(jīng)濟(jì)性差。此外，煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)由于工質(zhì)入口溫度高，鍋爐尾部排煙溫度也較高，因此如何降低超臨界二氧化碳鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐熱效率也是至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種新型燃煤超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效的降低鍋爐排煙的溫度，并且發(fā)電效率及鍋爐的熱效率較高。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的新型燃煤超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，鍋爐包括依次相連通的爐膛、水平煙道及尾部煙道，爐膛內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜兴浔?、墻式再熱器及屏式過熱器，水平煙道內(nèi)布置有高溫再熱器，尾部煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜械蜏卦贌崞骷盁煔饫鋮s器，尾部煙道內(nèi)布置有低溫過熱器，低溫再熱器與低溫過熱器并排布置；
超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口分為兩路，其中一路與煙氣冷卻器的入口相連通，另一路與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，煙氣冷卻器的出口及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口通過管道并管后與水冷壁的入口相連通；
水冷壁的出口與低溫過熱器的入口相連通，低溫過熱器的出口與屏式過熱器的入口相連通，屏式過熱器的出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的高壓透平的入口相連通；
超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高壓透平的出口與墻式再熱器的入口相連通，墻式再熱器的出口與低溫再熱器的入口相連通，低溫再熱器的出口經(jīng)高溫再熱器與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的低壓透平相連通。
超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括預(yù)冷器、主壓縮機(jī)、再壓縮機(jī)、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞?、鍋爐、高壓透平、低壓透平及發(fā)電機(jī)；
低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口分為兩路，其中一路經(jīng)預(yù)冷器與主壓縮機(jī)的入口相連通，主壓縮機(jī)的出口與低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，另一路與再壓縮機(jī)的入口相連通，再壓縮機(jī)的出口與低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口通過管道并管后分為兩路，其中，一路與高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，另一路與煙氣冷卻器的入口相連通，高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口與煙氣冷卻器的出口經(jīng)管道并管后與水冷壁的入口相連通，水冷壁的出口依次經(jīng)低溫過熱器及屏式過熱器與高壓透平的入口相連通，高壓透平的出口與墻式再熱器的入口相連通，墻式再熱器的出口與低溫再熱器的入口相連通，低溫再熱器的出口經(jīng)高溫再熱器與低壓透平的入口相連通，低壓透平的出口與高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口相連通，高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)出口與低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)入口相連通，低壓透平的輸出軸與發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸相連接。
尾部煙道內(nèi)還布置有SCR脫硝裝置，煙氣冷卻器與SCR脫硝裝置沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植肌?/p>
尾部煙道內(nèi)還布置有空氣預(yù)熱器，煙氣冷卻器與空氣預(yù)熱器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植肌?/p>
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明所述的新型燃煤超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其中，鍋爐包括爐膛、水平煙道及尾部煙道，將墻式再熱器及屏式過熱器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较虿贾糜跔t膛內(nèi)，將高溫再熱器布置于水平煙道內(nèi)，將低溫再熱器、低溫過熱器及煙氣冷卻器布置于尾部煙道中，從而使鍋爐滿足超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工作要求，同時(shí)通過煙氣冷卻器分流超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞骼鋫?cè)輸出的超臨界二氧化碳工質(zhì)，分流出來的超臨界二氧化碳工質(zhì)在煙氣冷卻器中與尾部煙道中的煙氣進(jìn)行換熱升溫，從而降低鍋爐排煙的溫度，升溫后的超臨界二氧化碳工質(zhì)進(jìn)入到水冷壁中，鍋爐的熱效率較高，從而有效提高發(fā)電系統(tǒng)的效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1為預(yù)冷器、2為主壓縮機(jī)、3為再壓縮機(jī)、4為低溫回?zé)崞鳌?為高溫回?zé)崞鳌?為鍋爐、7為高壓透平、8為低壓透平、9為發(fā)電機(jī)、61為水冷壁、62為墻式再熱器、63為屏式過熱器、64為高溫再熱器、65為低溫再熱器、66為低溫過熱器、67為煙氣冷卻器、68為SCR脫硝裝置、69為空氣預(yù)熱器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
參考圖1，本發(fā)明所述的新型燃煤超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐6及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，鍋爐6包括依次相連通的爐膛、水平煙道及尾部煙道，爐膛內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜兴浔?1、墻式再熱器62及屏式過熱器63，水平煙道內(nèi)布置有高溫再熱器64，尾部煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾糜械蜏卦贌崞?5及煙氣冷卻器67，尾部煙道內(nèi)布置有低溫過熱器66，低溫再熱器65與低溫過熱器66并排布置；超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口分為兩路，其中一路與煙氣冷卻器67的入口相連通，另一路與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞?的冷側(cè)入口相連通，煙氣冷卻器67的出口及超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口通過管道并管后與水冷壁61的入口相連通；水冷壁61的出口與低溫過熱器66的入口相連通，低溫過熱器66的出口與屏式過熱器63的入口相連通，屏式過熱器63的出口與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的高壓透平7的入口相連通；超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高壓透平7的出口與墻式再熱器62的入口相連通，墻式再熱器62的出口與低溫再熱器65的入口相連通，低溫再熱器65的出口經(jīng)高溫再熱器64與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的低壓透平8相連通。
所述超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括預(yù)冷器1、主壓縮機(jī)2、再壓縮機(jī)3、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞?、鍋爐6、高壓透平7、低壓透平8及發(fā)電機(jī)9；低溫回?zé)崞?的熱側(cè)出口分為兩路，其中一路經(jīng)預(yù)冷器1與主壓縮機(jī)2的入口相連通，主壓縮機(jī)2的出口與低溫回?zé)崞?的冷側(cè)入口相連通，另一路與再壓縮機(jī)3的入口相連通，再壓縮機(jī)3的出口與低溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口通過管道并管后分為兩路，其中，一路與高溫回?zé)崞?的冷側(cè)入口相連通，另一路與煙氣冷卻器67的入口相連通，高溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口與煙氣冷卻器67的出口經(jīng)管道并管后與水冷壁61的入口相連通，水冷壁61的出口依次經(jīng)低溫過熱器66及屏式過熱器63與高壓透平7的入口相連通，高壓透平7的出口與墻式再熱器62的入口相連通，墻式再熱器62的出口與低溫再熱器65的入口相連通，低溫再熱器65的出口經(jīng)高溫再熱器64與低壓透平8的入口相連通，低壓透平8的出口與高溫回?zé)崞?的熱側(cè)入口相連通，高溫回?zé)崞?的熱側(cè)出口與低溫回?zé)崞?的熱側(cè)入口相連通，低壓透平8的輸出軸與發(fā)電機(jī)9的驅(qū)動(dòng)軸相連接。
另外，尾部煙道內(nèi)還布置有SCR脫硝裝置68，煙氣冷卻器67與SCR脫硝裝置68沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植?，尾部煙道?nèi)還布置有空氣預(yù)熱器69，煙氣冷卻器67與空氣預(yù)熱器69沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来畏植肌?/p>
本發(fā)明的具體工作工程為：
低溫回?zé)崞?熱側(cè)出來的乏氣分為兩部分，一部分通過預(yù)冷器1冷卻后進(jìn)入主壓縮機(jī)2升壓，然后再進(jìn)入低溫回?zé)崞?的冷側(cè)進(jìn)行預(yù)熱升溫，另一部分直接通過再壓縮機(jī)3升壓后與低溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口工質(zhì)進(jìn)行匯流后分為兩路，一路進(jìn)入高溫回?zé)崞?冷側(cè)進(jìn)行預(yù)熱升溫，另一路引入煙氣冷卻器67中與尾部煙道中的煙氣進(jìn)行換熱，兩路工質(zhì)再在水冷壁61的入口匯合，再依次流經(jīng)水冷壁61、低溫過熱器66及屏式過熱器63；屏式過熱器63流出工質(zhì)進(jìn)入高壓透平7膨脹做功，做功后的排氣依次經(jīng)墻式再熱器62、低溫再熱器65和高溫再熱器64后進(jìn)入低壓透平8做功，低壓透平8的乏氣依次流經(jīng)高溫回?zé)崞?熱側(cè)及低溫回?zé)崞?熱側(cè)，用來加熱由壓縮機(jī)升壓后的新工質(zhì)。
為了進(jìn)一步降低鍋爐6排煙溫度，提高鍋爐6熱效率，本發(fā)明在尾部煙道內(nèi)布置有煙氣冷卻器67，其中，換熱后煙氣的煙溫降低到SCR脫硝反應(yīng)的適宜溫度區(qū)間，即350℃～400℃，然后降溫后的煙氣進(jìn)入SCR脫硝裝置68進(jìn)行脫硝處理，脫硝處理后的煙氣進(jìn)入到空氣預(yù)熱器69中對(duì)進(jìn)入到鍋爐6中的空氣進(jìn)行加熱，使加熱后空氣的溫度滿足爐膛燃燒及傳熱要求。
以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。