[发明专利]一种超临界二氧化碳锅炉加热系统及加热方法

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳锅炉加热系统及加热方法，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，螺栓管圈提供超临界二氧化碳流通通道；外置再热器安装在外置式换热器的内部；所述对流过热器和对流再热器安装在烟道的内部；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。

技术领域

本发明属于高效火力发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳锅炉加热系统及加热方法。

背景技术

常规火力发电机组采用蒸汽朗肯循环工作，其效率的关键决定因素是主蒸汽参数，目前最先进的700℃超临界机组效率理论上可突破50％。然而，受现有材料和工艺制约，蒸汽参数提高有其极限且会带来机组造价的大幅攀升。如何在现有温度水平上，提高火力发电机组效率对于我国能源可持续发展和节能减排具有现实与长远意义。

超临界二氧化碳布雷顿循环是一种高效的新型动力循环，它利用二氧化碳临界温度较低的特点，通过在临界点以上压缩工质以减少压缩机耗功，从而使得循环热效率有效提高。该技术能够在较低的温度下达到与蒸汽朗肯循环相同的热效率，机组占地面积小、比造价低且实现了二氧化碳资源化利用，具有很好的发展潜力。然而，从目前公开的文献看，对超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的研究主要面向核能、太阳能及工业余热，鲜有针对煤炭、生物质等固体能源的火力发电系统的报道。我国的能源结构以煤为主，同时我国又是生物质资源大国，因而开发超临界二氧化碳布雷顿循环火力发电系统符合我国国情，市场前景广阔。

锅炉是超临界二氧化碳布雷顿循环火力发电系统的关键装备之一，对于300或600MW的火力发电系统，超临界二氧化碳布雷顿循环可采用一次再热的再压缩循环流程，此条件下，超临界二氧化碳锅炉在设计中面临诸多障碍：首先，进入锅炉的二氧化碳温度超过500℃，且比热小于水蒸气，使得炉膛内受热面管壁易超温，同时也使得导致锅炉排烟温度高，烟气热损失大；其次，循环大量回热且采用低压比，超临界二氧化碳在锅炉内温升小(约100℃)但流量远高于同热负荷下蒸汽锅炉，使得受热面布置方式不同于蒸汽锅炉；最后，超临界二氧化碳在锅炉内不发生相变，换热系数较低，所需换热面积大，会导致炉膛和尾部烟道受热面布置空间不足。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种超临界二氧化碳锅炉加热系统及加热方法。该锅炉加热系统可以用于300MW及600MW超临界二氧化碳布雷顿循环火力发电系统，具有较高加热效率、较低氮氧化物排放的优势，并能克服炉膛受热面管壁超温和受热面布置空间不足等问题。

为了解决以上问题，本发明的技术方案为：

一种超临界二氧化碳锅炉加热系统，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。