[发明专利]超临界二氧化碳大型循环流化床燃煤锅炉及发电装置与发电方法

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳大型循环流化床燃煤锅炉及发电装置与发电方法，锅炉包括裤衩腿型单炉膛，炉膛两侧对称布置至少两组分离器，该分离器的上排气口连接烟道，回料段设有外置换热器；其中，炉膛内布置冷壁，炉膛外侧设有与冷壁连通的集箱，烟道内沿烟气流动方向设有低温再热器、上级省煤器、下级省煤器及空气预热器，外置换热器内设有高温加热器以及高温再热器，循环工质为超临界二氧化碳。本发明以超临界二氧化碳为循环工质结合裤衩腿型单炉膛，得到大型化、高效、相对低排的循环流化床燃煤锅炉，由其驱动的发电系统发电效率提高，配套的发电设备结构紧凑，体积小，材料初始经济投入小。

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉及发电装置与发电方法，尤其涉及一种超临界二氧化碳大型循环流化床燃煤锅炉及发电装置与发电方法。

背景技术

提高能源利用效率、减少环境污染是可持续性绿色能源战略的主要目标。为进一步提高现有火力发电厂中机组的发电效率，需提高燃煤锅炉的蒸汽参数，但提高后的蒸汽温度将超出现有高温合金材料的耐温上限，材料耐温性成为传统路线提高锅炉效率的瓶颈。各国学者的大量研究发现，超临界二氧化碳能量密度大，传热效率高，流动性强、易于扩散，腐蚀性相对于蒸汽小，故超临界二氧化碳用于燃煤发电领域是一个极具发展潜力的研究方向。同时，现有技术中通常采用煤粉锅炉，但其排污量较大，故实现锅炉的高效清洁燃烧成本较大；相比之下，裤衩腿结构炉膛煤颗粒燃尽率高，炉内脱硫效率好，排污量少，更加适合大型发电机组，但由于炉膛内含腐蚀气体，在水蒸气的气氛下，受热面容易发生腐蚀，故减小锅炉受热面腐蚀程度是需要考虑的关键点；与此同时，如何提高工质的循环效率，提高发电效率及减少初始经济投入也值得关注。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种污染物排放量较低、炉内受热面腐蚀程度较小、最终实现低经济投入的循环流化床燃煤锅炉；本发明的第二目的是提供由该锅炉驱动的发电装置；本发明的第三目的是提供该发电装置的发电方法。

技术方案：本发明所述的循环流化床燃煤锅炉，包括裤衩腿型单炉膛，炉膛两侧对称布置至少两组分离器，该分离器的上排气口连接烟道，回料段设有外置换热器；其中，所述炉膛内布置冷壁，炉膛外侧设有与冷壁连通的集箱，所述烟道内沿烟气流动方向设有低温再热器、上级省煤器、下级省煤器及空气预热器，所述外置换热器内设有与集箱连通的高温加热器以及与低温再热器连通的高温再热器，所述锅炉的循环工质为超临界二氧化碳。

优选的，所述炉膛两侧对称布置三组分离器；进一步地，位于两侧的两组分离器的回料段各设外置换热器，此时外置受热面的结构和种类可以完全一致；位于中间的一组分离器不设外置换热器；当然，为了防止高温加热器热量不够，也可将位于中间的外置换热器回料段的部分回料灰导入高温加热器。

优选的，所述炉膛的裤衩腿间设有呼吸连管，使左右床压尽量保持一致，防止出现“翻床”现象。

所述低温再热器为屏式再热器，屏的长度呈梯级渐变。“屏”是本领域专业术语，指受热面的管子弯曲成一个屏风一样的结构悬挂在锅炉中。

所述炉膛的裤衩腿底部各设布风板，进入炉膛的热空气分为一次风和二次风，其中，一次风从该布风板进入，二次风在炉膛的密相区分两层布置，然后分别从炉膛前、后、两侧以及裤衩腿内侧进入炉膛，其中，密相区是颗粒物体积浓度>10％(颗粒物体积/该区域体积)的区域。

所述冷壁布置于炉膛内壁及顶部，炉内不再布置其它受热面。

本发明所述由循环流化床燃煤锅炉驱动的发电装置，包括高压透平、低压透平和发电机，其中，所述高压透平的入口连接高温加热器，出口连接低温再热器，所述低压透平的入口连接高温再热器，出口依次连接高温回热器和低温回热器，所述低温回热器的热侧出口分为两条支路，其中第一支路连接第一压缩机，第二支路通过冷凝器、第二压缩机返回低温回热器后在其冷侧出口与第一支路汇合，然后又分为两条支路，其中第三支路依次连接下级省煤器和上级省煤器，第四支路连接高温回热器的冷侧入口，其冷侧出口与上级省煤器的出口汇合后进入炉膛。