[实用新型]双循环火力发电系统

说明书

本实用新型属于火力发电技术领域，涉及一种双循环火力发电系统，包括锅炉，sCO₂布雷顿循环发电系统和蒸汽朗肯循环发电系统。sCO₂布雷顿循环发电系统用于吸收高温烟气能量，能够达到超过sCO₂涡轮透平额定初参数的温度。蒸汽朗肯循环发电系统吸收低温烟气能量，能够产生过热蒸汽做功发电，并进一步通过热交换器吸收sCO₂高于额定初参数部分的能量，达到蒸汽透平额定的温度参数。sCO₂布雷顿循环和蒸汽朗肯循环均采用透平高位布置方式，与现有火力发电系统单一的蒸汽循环系统的结构相比，本实用新型所述系统能够充分合理地利用锅炉烟气热量，提高能源利用效率和系统发电效率，同时减少高温管材的使用，减弱介质对材料的高温腐蚀，降低系统成本。

技术领域

本实用新型属于火力发电技术领域，涉及一种双循环火力发电系统。

背景技术

为进一步提高火力发电蒸汽朗肯循环效率，世界各国都在相继开展更高参数的超超临界火力发电机组技术研究，期望将透平进口温度提高到700℃，发电循环效率达到50％水平。但蒸汽腐蚀问题严重，需要成本高昂的镍基合金高温蒸汽管道，成为目前限制这一技术的主要瓶颈之一。我国提出蒸汽轮机高位布置的方法，有效缩短了高温蒸汽管道的布置距离，减少了耗材，降低了成本，为下一代火力发电行业的发展奠定了基础。

另一方面，超临界二氧化碳(sCO₂)布雷顿循环在中高温热源系统中具有更好的特性，近年来受到普遍的关注。相比于现有的蒸汽朗肯循环系统，sCO₂布雷顿循环应用于火力发电系统，具有如下优势：首先，sCO₂布雷顿循环在中高温条件下循环效率更高；透平设备和换热器的体积小，重量轻，占地面积减小，更加便于高位布置方式；此外，二氧化碳对金属腐蚀性较弱，材料成本也明显降低。但以sCO₂为吸热介质的燃煤锅炉与传统蒸汽锅炉差异较大，同时面临着介质流量大(是同等量级蒸汽流量的8倍)，尾部烟气余热多(500℃以下烟气无法被二氧化碳吸收)等问题，有待进一步深入研究。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提出一种双循环火力发电系统，将sCO₂布雷顿循环与蒸汽朗肯循环耦合，以水和sCO₂两种介质为动力循环工质的双循环火力发电系统，与现有火力发电系统单一的蒸汽循环系统的结构相比，本实用新型系统能够充分合理地利用锅炉烟气热量，提高能量利用效率和系统发电效率，同时减少高温管材的使用，减弱介质对材料的高温腐蚀，降低系统成本。

本实用新型所述双循环火力发电系统，包括锅炉，以所述锅炉内的高温烟气为热源、以sCO₂为循环工质的sCO₂布雷顿循环发电系统和以所述锅炉内的低温烟气为热源、以蒸汽为循环工质的蒸汽朗肯循环发电系统，所述锅炉的外部设有热交换器，所述热交换器用于把sCO₂吸收的多余能量换给蒸汽，sCO₂与所述高温烟气换热，经所述热交换器后、依次经过第一做功装置、第一冷却装置、第一增压装置完成sCO₂布雷顿循环，蒸汽与所述低温烟气换热，经第二做功装置，与所述热交换器中sCO₂换热后、依次经过第三做功装置、第四做功装置、第二冷却装置、第二增压装置完成蒸汽朗肯循环；

所述第一做功装置、所述第二做功装置、所述第三做功装置均采用高位布置的方式与所述锅炉耦合布置，或所述第一做功装置、所述第二做功装置、所述第三做功装置均采用高位布置的方式单独布置于所述锅炉的外周。

所述锅炉可为π形锅炉或塔式锅炉，包括炉膛，主烟道和尾部余热烟道，主烟道位于锅炉的高温区域，尾部余热烟道位于锅炉的低温区域。

所述炉膛用于煤等化石燃料燃烧，其顶端与主烟道进口连通；

所述烟道可为水平烟道(π形锅炉)或竖直烟道(塔式锅炉)，用于高温烟气流动和受热面布置，主烟道出口与尾部余热烟道进口连通；