一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環雙分流高效發電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于先進高效發電設備領域，涉及一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環雙分流高效發電系統。
【背景技術】
[0002]發電機組效率的高低對國民經濟的發展和環境保護都有著重要影響，尤其是在以火力發電為主的中國，提高燃煤機組的效率就顯得尤為重要。然而，對于傳統的以蒸汽朗肯循環為能量轉換系統的發電機組，若提高發電效率至50%左右，則需將主蒸汽參數提高至700°C，這就意味著需要花費高昂的經濟代價和時間成本來研發新型鎳基高溫合金。為了避開材料方面的技術瓶頸，各國學者紛紛將目光轉移到新型動力循環系統，以期實現發電效率的提升。經過各國學者大量的前期研究和論證，目前普遍認為超臨界二氧化碳布雷頓循環是極具潛力的新概念先進動力系統。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，超臨界二氧化碳布雷頓循環高效發電系統可以在620°C溫度范圍內達到常規蒸汽朗肯循環700°C的效率，不需要再開發新型的高溫合金，且設備尺寸小于同參數的蒸汽機組，經濟性非常好。
[0003]我國能源儲備的構成特點決定了燃煤發電機組仍然是未來幾十年內我國電力行業的主力軍，因此，煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環高效發電系統非常符合我國國情，在我國將有非常好的發展前景。
[0004]但是，常規的含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環和傳統結構的鍋爐直接結合并不合適，最主要的問題體現在以下兩方面:首先，在傳統的超臨界二氧化碳分流再壓縮布雷頓循環中，高溫回熱器的冷側和熱側工質流量一樣，此時冷側、熱側工質物性的差異導致高溫回熱器熱端換熱溫差較高，高溫回熱器的效率仍有提升空間；其次，由于二氧化碳和水物性的不同，以及布雷頓循環與朗肯循環的差異，在煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統中，二氧化碳鍋爐入口工質的溫度遠高于同參數的蒸汽鍋爐，即省煤器內工質的溫度要遠高于同參數的蒸汽鍋爐，這會導致省煤器后、空氣預熱器前的煙氣溫度過高(以22MPa，600/600/32°C的循環參數為例，二氧化碳鍋爐入口工質的溫度約為530°C，省煤器后煙氣的溫度則高達550°C_650°C，遠高于同參數蒸汽鍋爐省煤器后煙溫的350?400°C。)，不利于鍋爐最終排煙溫度的降低，且會嚴重影響脫硝設備的正常工作。
[0005]經調研可知，以往的關于超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統的公開成果和專利中均存在上述問題。例如，專利“用于太陽能裝置的超臨界二氧化碳渦輪”(200710306179.3)中提及的含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環中就存在高溫回熱器熱端換熱溫差偏高，高溫回熱器換熱效率較低的問題。專利“煤基新型超臨界工質多級分流再熱式高效發電系統”(201520152457.4)中提及的含多級分流的系統中，分流工質均從回熱器的熱側通道引出，而熱側二氧化碳的平均比熱容要小于冷側工質的平均比熱容，這會導致高溫回熱器和低溫回熱器的冷熱側換熱溫差均增大，降低了回熱器的換熱效率；而且從回熱器熱側引出工質進入鍋爐尾部煙道對煙氣的降溫效果不如從回熱器冷側引出工質的效果好。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環雙分流高效發電系統，該系統能夠實現燃煤鍋爐和超臨界二氧化碳布雷頓循環的優化結合，并且高溫回熱器的換熱效率、鍋爐的熱效率及發電系統的效率較高。
[0007]為達到上述目的，本發明所述的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環雙分流高效發電系統包括低溫回熱器、預冷器、主壓縮機、再壓縮機、高溫回熱器、鍋爐、高壓透平、低壓透平、鍋爐及發電機；
[0008]鍋爐沿煙氣流通的方向由依次相連通的燃燒通道、主換熱通道及尾部煙道組成，其中，燃燒通道內沿煙道流動的方向依次設有水冷壁及再熱水冷壁，主換熱通道內沿煙氣流通的方向依次設有高溫過熱器及高溫再熱器，尾部煙道內沿煙氣流通的方向依次設有擋板、省煤器及低溫省煤器，擋板的兩側設有低溫再熱器及低溫過熱器；
[0009]低溫回熱器熱側的乏氣出口分為兩路，其中，一路經預冷器與主壓縮機的入口相連通，主壓縮機的出口與低溫回熱器的冷側入口相連通，另一路與再壓縮機的入口相連通，再壓縮機的出口與低溫回熱器的冷側出口通過管道并管后分為兩路，其中，一路與高溫回熱器的冷側入口相連通，另一路與分流低溫省煤器的入口相連通，高溫回熱器冷側出口及分流低溫省煤器的出口均與省煤器的入口相連通，省煤器的出口依次經鍋爐的水冷壁、低溫過熱器及高溫過熱器后與高壓透平的一次氣入口相連通，高壓透平的乏氣出口依次經再熱水冷壁、低溫再熱器及高溫再熱器后與低壓透平的二次氣入口相連通，低壓透平的乏氣出口經高溫回熱器的熱側與低溫回熱器熱側的乏氣入口相連通，發電機的驅動軸與低壓透平的輸出軸相連接。
[0010]所述尾部煙道內還設有空氣預熱器。
[0011]本發明具有以下有益效果:
[0012]本發明所述的煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環雙分流高效發電系統在工作過程中，鍋爐的尾部煙道中設有分流低溫省煤器，低溫回熱器冷側出口及再壓縮機出口的二氧化碳分為兩路，其中一路進入到高溫回熱器，另一路進入到分流低溫省煤器中，再通過與鍋爐的煙氣側進行換熱，從而預熱部分中溫工質，同時有效的降低超臨界二氧化碳鍋爐省煤器后的煙氣溫度，進而減小了空氣預熱器的尺寸，有效降低鍋爐排煙溫度，提高鍋爐熱效率。另外，需要說明的是，本發明采用再分流設計，使高溫回熱器冷側工質流量低于熱側工質流量，降低了高溫回熱器冷熱側的換熱溫差，從而提升了高溫回熱器的換熱效率。在具體操作時，再分流的分流量可根據分流低溫省煤器需降低的煙氣溫度進行適當調節，盡量減小鍋爐的排煙熱損失，以期達到最優的鍋爐熱效率。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的結構示意圖。
[0014]其中，I為預冷器、2為主壓縮機、3為再壓縮機、4為低溫回熱器、5為高溫回熱器、6為鍋爐、7為高壓透平、8為低壓透平、9為發電機、61為水冷壁、62為再熱水冷壁、63為高溫過熱器、64為高溫再熱器、65為低溫再熱器、66為低溫過熱器、67為省煤器、68為分流低溫省煤器、69為空氣預熱器。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0016]參考圖