[实用新型]一种煤基超临界二氧化碳布雷顿循环双分流高效发电系统

说明书

技术领域

本实用新型属于先进高效发电设备领域，涉及一种煤基超临界二氧 化碳布雷顿循环双分流高效发电系统。

背景技术

发电机组效率的高低对国民经济的发展和环境保护都有着重要影 响，尤其是在以火力发电为主的中国，提高燃煤机组的效率就显得尤为 重要。然而，对于传统的以蒸汽朗肯循环为能量转换系统的发电机组， 若提高发电效率至50％左右，则需将主蒸汽参数提高至700℃，这就意味 着需要花费高昂的经济代价和时间成本来研发新型镍基高温合金。为了 避开材料方面的技术瓶颈，各国学者纷纷将目光转移到新型动力循环系 统，以期实现发电效率的提升。经过各国学者大量的前期研究和论证， 目前普遍认为超临界二氧化碳布雷顿循环是极具潜力的新概念先进动力 系统。这主要是由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特 点，超临界二氧化碳布雷顿循环高效发电系统可以在620℃温度范围内 达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，不需要再开发新型的高温合金， 且设备尺寸小于同参数的蒸汽机组，经济性非常好。

我国能源储备的构成特点决定了燃煤发电机组仍然是未来几十年内 我国电力行业的主力军，因此，煤基超临界二氧化碳布雷顿循环高效发 电系统非常符合我国国情，在我国将有非常好的发展前景。

但是，常规的含分流再压缩的超临界二氧化碳布雷顿循环和传统结 构的锅炉直接结合并不合适，最主要的问题体现在以下两方面：首先， 在传统的超临界二氧化碳分流再压缩布雷顿循环中，高温回热器的冷侧 和热侧工质流量一样，此时冷侧、热侧工质物性的差异导致高温回热器 热端换热温差较高，高温回热器的效率仍有提升空间；其次，由于二氧 化碳和水物性的不同，以及布雷顿循环与朗肯循环的差异，在煤基超临 界二氧化碳布雷顿循环发电系统中，二氧化碳锅炉入口工质的温度远高 于同参数的蒸汽锅炉，即省煤器内工质的温度要远高于同参数的蒸汽锅 炉，这会导致省煤器后、空气预热器前的烟气温度过高(以22MPa， 600/600/32℃的循环参数为例，二氧化碳锅炉入口工质的温度约为 530℃，省煤器后烟气的温度则高达550℃-650℃，远高于同参数蒸汽锅 炉省煤器后烟温的350～400℃。)，不利于锅炉最终排烟温度的降低，且 会严重影响脱硝设备的正常工作。

经调研可知，以往的关于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的公 开成果和专利中均存在上述问题。例如，专利“用于太阳能装置的超临 界二氧化碳涡轮”(200710306179.3)中提及的含分流再压缩的超临界二 氧化碳布雷顿循环中就存在高温回热器热端换热温差偏高，高温回热器 换热效率较低的问题。专利“煤基新型超临界工质多级分流再热式高效 发电系统”(201520152457.4)中提及的含多级分流的系统中，分流工质 均从回热器的热侧通道引出，而热侧二氧化碳的平均比热容要小于冷侧 工质的平均比热容，这会导致高温回热器和低温回热器的冷热侧换热温 差均增大，降低了回热器的换热效率；而且从回热器热侧引出工质进入 锅炉尾部烟道对烟气的降温效果不如从回热器冷侧引出工质的效果好。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种煤基 超临界二氧化碳布雷顿循环双分流高效发电系统，该系统能够实现燃煤 锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环的优化结合，并且高温回热器的换热 效率、锅炉的热效率及发电系统的效率较高。

为达到上述目的，本实用新型所述的煤基超临界二氧化碳布雷顿循 环双分流高效发电系统包括低温回热器、预冷器、主压缩机、再压缩机、 高温回热器、锅炉、高压透平、低压透平、锅炉及发电机；

锅炉沿烟气流通的方向由依次相连通的燃烧通道、主换热通道及尾 部烟道组成，其中，燃烧通道内沿烟道流动的方向依次设有水冷壁及再 热水冷壁，主换热通道内沿烟气流通的方向依次设有高温过热器及高温 再热器，尾部烟道内沿烟气流通的方向依次设有挡板、省煤器及低温省 煤器，挡板的两侧设有低温再热器及低温过热器；