[发明专利]一种中间预热的煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统

说明书

本发明公开了一种中间预热的煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，该系统为闭式间接加热的超临界二氧化碳发电系统，包括主压缩机、低压透平、发电机、预冷器、低温回热器、高温回热器、锅炉、高压透平、再压缩机和混合器。其中锅炉又包括主工质辐射受热面、再热工质辐射受热面、高温过热器、高温再热器、低温再热器、低温过热器、中间预热器和空气预热器。本发明通过在锅炉尾部烟道的低温再热器、低温过热器后，空气预热器前布置中间预热器，在对混合器后、高温回热器冷侧入口前的工质进行预热的同时，有效的利用了锅炉尾部烟道的余热，降低了锅炉排烟温度，提升了锅炉热效率和整个系统的发电效率。

技术领域

本发明属于超临界二氧化碳高效火力发电领域，具体涉及一种中间预热的煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统。

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，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，提高燃煤发电机组的效率在我国显得尤为重要。目前国际上公认的提高燃煤发电机组效率的两条主流技术路线是700℃发电技术和超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术。700℃发电技术是指将传统的蒸汽朗肯循环发电机组的主蒸汽参数提高至700℃，可将机组的发电效率提高至50％左右。700℃发电技术是最为直接的一种提高机组发电效率的方法，但是，目前700℃高温合金材料开发难度大，成本高，材料问题成为了700℃发电技术的最大瓶颈。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系统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。

但是，超临界二氧化碳布雷顿循环高效发电系统作为一种新型的先进发电系统，仍然有一些问题有待解决。例如，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。由于二氧化碳和水物性的不同，二氧化碳布雷顿循环与蒸汽朗肯循环的发电原理也有明显差异，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比同参数蒸汽锅炉高出100-200℃，这意味着当600℃等级的超临界二氧化碳锅炉仍采用传统超临界蒸汽锅炉的结构形式时，沿烟气方向的最后一级对流受热面内工质温度会达到500-550℃，该对流受热面处的烟气温度则会高达600℃以上，而该受热面后的空气预热器比较合理的烟气入口温度应为400℃，这就导致了600℃-400℃的这部分烟气余热无法利用，锅炉热效率低，严重影响了机组的发电效率，此外，过高的烟气温度会造成空预器的损坏以及脱硝设备无法正常工作。因此，提出一种燃煤锅炉和二氧化碳布雷顿循环优化结合的发电系统显得十分有必要。

然而经调研可知，目前国内外公开成果和专利中介绍超临界二氧化碳布雷顿循环应用在燃煤发电领域的内容很少，更鲜有专利涉及解决上述燃煤锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环匹配问题的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决燃煤锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环匹配的问题，提供了一种中间预热的煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，该系统有效地实现了燃煤锅炉和超临界二氧化碳布雷顿循环的优化结合，充分利用了超临界二氧化碳锅炉尾部烟道的烟气余热，提高了锅炉的热效率和系统的发电效率，同时保证了锅炉尾部空气预热器和脱硝设备的安全运行。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种中间预热的煤基超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，包括主压缩机、低压透平、发电机、预冷器、低温回热器、高温回热器、高压透平、再压缩机、混合器和作为热源的锅炉，锅炉包括加热系统、再热系统、中间预热器和空气预热器；

低压透平与主压缩机、发电机相连；