[发明专利]一种超临界二氧化碳锅炉加热系统及加热方法

权利要求书

1.一种超临界二氧化碳锅炉加热系统，其特征在于：包括锅炉、螺旋管圈过热器、分离器、外置式换热器、外置再热器、烟道、对流过热器和对流再热器，其中，所述螺旋管圈过热器安装在锅炉的炉膛内部，其为螺旋管圈结构，螺旋管圈提供超临界二氧化碳流通通道；

所述外置再热器安装在外置式换热器的内部，提供超临界二氧化碳流通通道；

所述对流过热器和对流再热器安装在烟道的内部，均提供超临界二氧化碳流通通道；

炉膛的上端与分离器的进口连通，分离器的烟气出口与所述烟道的一端连通，分离器的固体颗粒出口与所述外置式换热器的进口，外置式换热器的出口与锅炉的炉膛连通；

螺旋管圈过热器与对流过热器并联设置；

外置再热器与对流再热器并联设置；

炉膛内的过热器采用螺旋管圈结构代替传统的水冷壁结构，与对流过热器并联，通过调节进入螺旋管圈过热器和对流过热器中的超临界二氧化碳的流量比，可有效避免螺旋管圈过热器进口温度过高和非相变换热带来的管壁超温问题；同时采用对流过热器，利用烟道中的烟气对超临界二氧化碳加热，增加了受热面，可以解决炉膛内受热面布置空间不足的问题；

采用外置再热器和对流再热器并联，可以方便、灵活的调节超临界二氧化碳的再热温度；

利用分离器对烟气进行气固分离，并利用固体颗粒对外置再热器中的超临界二氧化碳进行加热，回收了烟气中固体颗粒的热量，提高了能量的利用率；

所述分离器的固体颗粒出口端还与返料阀连通，返料阀与外置式换热器并联，且返料阀与锅炉的炉腔连通；

所述对流过热器和对流再热器并排设置，且超临界二氧化碳的流向均与烟气逆流；

对流过热器和对流再热器之间布置炉墙。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳锅炉加热系统，其特征在于：所述炉墙的一端活动安装有可以调节流经对流过热器和对流再热器的挡板。

3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳锅炉加热系统，其特征在于：对流过热器和对流再热器的下游安装有省煤器，对流过热器和对流再热器的出口均与省煤器的进口连通；

省煤器中的超临界二氧化碳的流向与烟气流向相反。

4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳锅炉加热系统，其特征在于：所述省煤器的下游设置有空气预热器。

5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳锅炉加热系统，其特征在于：所述空气预热器与省煤器之间设置有与锅炉的炉腔连通的烟道，该烟道上设置有风机。

6.利用权利要求1-5任一所述一种超临界二氧化碳锅炉加热系统对超临界二氧化碳加热的方法，其特征在于：包括如下步骤：

超临界二氧化碳分为两路，分别进入螺旋管圈过热器和对流过热器，进入螺旋管圈过热器的一路超临界二氧化碳与炉膛中的烟气和固体颗粒的混合物换热，进入对流过热器的一路超临界二氧化碳与烟道中的烟气换热，两路超临界二氧化碳在螺旋管圈过热器和对流过热器的出口汇合后送入高压透平；

高压透平出口的超临界二氧化碳分为两路，分别进入外置再热器和对流再热器，进入外置再热器的一路超临界二氧化碳与从烟气中分离出的固体颗粒换热，进入对流再热器的一路超临界二氧化碳与烟道中的烟气换热；两路超临界二氧化碳在两者出口汇合后送入低压透平进口；

低压透平出口的超临界二氧化碳依次进入高温回热器和低温回热器的低压侧被冷却，低温回热器出口的超临界二氧化碳分为两路，一路经冷却器进一步冷却后进入主压缩机，经压缩后进入低温回热器高压侧，另一路进入再压压缩机被压缩，两路在高温回热器前汇合后进入高温回热器高压侧被加热；进入省煤器的超临界二氧化碳从主压缩机后引出，经省煤器加热后与高温回热器出口的超临界二氧化碳分为两路，分别进入螺旋管圈过热器和对流过热器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：进入螺旋管圈过热器的超临界二氧化碳流量占超临界二氧化碳总流量的55-65％；

进入外置再热器的超临界二氧化碳流量占超临界二氧化碳总流量的55-65％；

上述方法还包括将省煤器下游的烟气部分引入锅炉中循环利用的步骤，引入锅炉的烟气量为烟气总量的12-17％。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：螺旋管圈过热器的超临界二氧化碳工质进口布置在炉膛底部，其流动方向与烟气流动方向布置为顺流；

外置再热器中超临界二氧化碳工质流动方向与固体颗粒运动方向布置为顺流；

对流过热器中超临界二氧化碳工质流动方向与烟气流动方向布置为逆流；

对流再热器中超临界二氧化碳工质流动方向与烟气流动方向布置为逆流。