[发明专利]超临界二氧化碳燃煤锅炉及其多级烟气再循环方法

说明书

本发明首先公开了一种超临界二氧化碳燃煤锅炉，包括炉膛、锅炉烟道和再循环烟道；所述炉膛包括小炉膛段、大炉膛段和炉膛过渡段；所述炉膛的壁面设置有底二次风喷口、一次风喷口、二次风喷口、OFA风喷口和SOFA风喷口；所述再循环烟道的出口端分成五条出口支路烟道，分别与各路风喷口独立连通；各所述出口支路烟道分别设置有循环风分控阀。本发明其次公开了上述超临界二氧化碳燃煤锅炉的多级烟气再循环方法，将从锅炉烟道中抽取的再循环烟气按照一定比例与底二次风、一次风、二次风、OFA风或SOFA风中的至少二者进行混合后从对应的喷口送入炉膛中。本发明能够在掺混再循环烟气的同时保证煤粉高效燃烧。

技术领域

本发明属于超临界二氧化碳燃煤锅炉领域，具体是指一种超临界二氧化碳燃煤锅炉及其多级烟气再循环方法。

背景技术

当下，以水作为循环工质的燃煤发电系统遇到了效率瓶颈。为提高总效率，减少传热损失，只能不断提高工质循环的参数，但这又受到了材料的限制，越来越难找到能够适应高蒸汽参数的材料，且材料成本也越来越高。由于这些情况的出现，超临界二氧化碳动力系统得到关注。超临界二氧化碳具有特殊的物理性质，以其作为工质的发电系统拥有更小的尺寸和更小的占地面积，而且由于其能量密度比水大，按照现有钢材耐高温水平，超临界二氧化碳锅炉系统效率更高。

然而，超临界二氧化碳的传热系数只有水工质传热系数的1/3左右，同时，由于超临界二氧化碳布雷顿循环的特性，锅炉进口超临界二氧化碳温度将达到400～500℃左右，压力也在30MPa以上，为保证吸热，势必会导致壁面温度升高。当壁面温度升高后，显然就会引起炉膛壁面超温安全问题。

利用烟气再循环来处理超临界二氧化碳锅炉的炉膛壁面温度过高问题是一个有潜力的解决方案。这种方案通过烟气再循环，能够降低炉膛的整体温度，降低炉膛热流密度，使得热力型NO_x的生成大大减少，抑制结焦，炉膛安全性提升；同时还增大了烟气体积，有利于对流受热面的布置。但是，由于烟气再循环降低了炉膛的整体温度，会使得燃烧效率大大降低。

目前，烟气再循环一般是从炉膛底部直接喷入或与一次风(或二次风)预混后重新进入炉膛进行循环，例如申请号为201820962786.9的中国专利，将再循环烟气在空气预热器中与一次风连通形成混合风再送入炉膛。也有部分专利采用分层思想，例如申请号为201820769536.3中国专利，将循环烟气分为了两部分，一部分与二次风混合送入炉膛，一部分在炉膛的上部烟道位置送入炉膛。上述方案的不足之处均在于虽然实现了烟气再循环的基本要求，但大大降低了燃烧效率或在负荷变动时不能保证较高的燃烧效率，这与超临界二氧化碳锅炉要求更高的总效率是相违背的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳燃煤锅炉及其多级烟气再循环方法，能够在掺混再循环烟气的同时保证煤粉高效的燃烧。

为实现上述目的，本发明所设计的超临界二氧化碳燃煤锅炉，包括炉膛、锅炉烟道和再循环烟道；所述炉膛包括位于下部、口径(即宽深)较小的小炉膛段，位于上部、口径较大的大炉膛段，以及连接在二者之间起到过渡作用的炉膛过渡段；所述炉膛的壁面设置有底二次风喷口、一次风喷口、二次风喷口、OFA风喷口和SOFA风喷口；所述底二次风喷口、一次风喷口和二次风喷口设置在小炉膛段的壁面上，所述OFA风喷口设置在小炉膛段、大炉膛段和炉膛过渡段三者之一的壁面上，所述SOFA风喷口设置在大炉膛段的壁面上；所述再循环烟道的出口端设置有五条出口支路烟道，五条所述出口支路烟道分别与底二次风喷口、一次风喷口、二次风喷口、OFA风喷口和SOFA风喷口独立连通；五条所述出口支路烟道均设置有控制支路通过的烟气流量的循环风分控阀。

优选地，所述再循环烟道上还设置有循环风机和循环风总控阀。

优选地，所述锅炉烟道的尾部依次设置有空气预热器、除尘器和引风机，所述再循环烟道的进口端设置有三条进口支路烟道，三条所述进口支路烟道均与锅炉烟道连通且分别连接在空气预热器前、除尘器前和引风机前。