[发明专利]超临界CO2布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO2工质分流减阻系统

说明书

本发明公开了属于高效发电设备领域的一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统，包括：第一冷却壁、第二冷却壁、第一过热器、第二过热器、省煤器、第一透平、再热布置系统和压缩系统；其中再热布置系统先将输入的工质送入锅炉内吸热，随后做功；压缩系统使得工质在锅炉入口处的温度和质量流量进一步降低。本发明将炉内主流受热面分割成若干部分因此在极大地保证了炉内压降基础上，实现了提高循环效率、温度更容易调节及烟气温度额外降低等功效。本发明解决超临界CO₂布雷顿循环与燃煤火力发电耦合的诸多关键问题，且系统布置简单、运行参数稳定、热力系统及锅炉效率较高。

技术领域

本发明属于高效发电设备领域，具体涉及一种超临界CO₂布雷顿循环燃煤发电锅炉的CO₂工质分流减阻系统。

技术背景

煤炭作为一次能源在全球用能结构中扮演着重要角色，其储量大、易开采、使用经验丰富，以中国为例，煤在中国一次能源消费结构中占75％，为世界燃煤消费总量的四分之一。尤其是电力部门，火电机组占总装机容量的70％以上，其中绝大多数为燃煤的汽轮机电站。然而煤炭的使用加重了环保负担，加剧了温室效应，在这样的现状下，开发先进动力循环技术提高机组性能对煤炭高效清洁利用具有重要意义。

超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO₂循环)作为一类先进动力循环近年来在太阳能及核能领域研究较多，但在燃煤火力发电领域研究较少。S-CO₂循环效率高，系统简单，结构紧凑，且CO₂工质临界参数较低、化学性质不活泼，这些特性使S-CO₂循环获得了越来越多的关注。众多学者以S-CO₂循环为基础针对不同热源探究高效、合理的热力系统布置形式。

故结合我国能源消费国情，将S-CO₂循环引入燃煤火力发电领域，构建合理、高效的燃煤火力发电系统，为高效低污染发电提供变革性技术。

相对于常规水蒸气朗肯循环，由于CO₂工质在锅炉入口处的温度高，故在相同的主汽温度条件下，工质在锅炉内的温升小，且由于CO₂与水的物理性质上的差异，在锅炉中CO₂比热容比水的比热容小，故根据Q＝cmΔt可知，若吸收相同热量，S-CO₂循环的质量流量较大，对于相同容量的机组，S-CO₂机组的质量流量要比水机组大6-8倍。质量流量的提高使得锅炉受热面设计、布置困难，例如当水冷壁管内径为23mm、管数为1196根时水冷壁压降可达到几十兆帕，这对于循环来说是不可接受的，故如何合理选择管径、管数以及如何对受热面进行布置同样为提高S-CO₂循环特性的关键。

此外，汽机侧的热力系统优化布置形式总体上可以分为回热、间冷、再热三类，燃煤火力发电热源与核能及太阳能区别较大，热力系统布置形式对热力循环及锅炉受热面布置产生直接影响，如上述提到的再热会使得CO₂工质在锅炉入口处的温度提高，使得余热回收困难，但再热能够提高循环效率。而间冷会使压缩机耗功减小，同时会适当降低工质在锅炉入口处的温度，在计算工况下能够降低5℃左右，但间冷会对低温回热器的运行特性产生影响。回热能够降低冷源损失，提高循环效率，尤其是分流再压缩回热布置，且使低温回热器冷热侧工质热容量接近，提高回热效果，但回热同样会提高CO₂工质在锅炉入口处的温度。故如何合理、高效的构建热力系统同样为提高S-CO₂循环特性的关键。

因此，要实现超临界CO₂布雷顿循环在燃煤火力发电领域的应用需要综合考虑机炉一体化的设计思路，最终实现合理、高效的超临界CO₂布雷顿循环燃煤火力发电系统。

发明内容