[实用新型]一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉

说明书

本实用新型公开了一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道；炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通，炉膛内设置有气冷壁，水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO₂过热器、高温CO₂过热器及高温CO₂再热器，尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO₂再热器、低温CO₂过热器、过热器、水冷壁及省煤器，其中，气冷壁、低温CO₂过热器、屏式CO₂过热器、高温CO₂过热器、低温CO₂再热器及高温CO₂再热器内流通的工质为二氧化碳，省煤器及水冷壁内流通的工质为水，过热器内流通的工质为水蒸气，该锅炉能够克服超临界CO₂工质温度高、尾部低温烟气热量吸收困难的确定。

技术领域

本实用新型属于火电厂锅炉技术领域，涉及一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉。

背景技术

现代燃煤电厂的发电工艺都是基于蒸汽朗肯循环。朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器四个主要装置组成。水在水泵中被压缩升压；然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机中膨胀作功(带动发电机发电)，作功后的低压蒸汽进入冷凝器，被冷却凝结成水。再回到水泵中，从而完成一个做功循环。

超临界二氧化碳(S-CO₂)发电系统是一种以超临界状态的CO₂为工质的布雷顿循环系统，其循环过程是：首先，S-CO₂经过压缩机升压；然后，利用外源加热器将S-CO₂工质等压加热；其次，工质进入涡轮机，推动涡轮做功，涡轮带动电机发电；最后，S-CO₂工质进入冷却器，恢复到初始状态。再进入压缩机，就形成一个闭式循环。

二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38MPa时(即CO₂的临界点)，其物理状态介于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。相比于水373.95℃/22.04MPa的临界值，较低的能耗就能使CO₂达到临界态，利用它作为循环工质，能够有效提高机组的发电效率，因而超临界二氧化碳循环发电技术有着光明的发展前景。

然后，在设计与模拟计算中，发现超临界二氧化碳锅炉存在以下问题：

由于现有的超临界CO₂循环发电系统中设计有高/低温回热器，CO₂进入锅炉前受到它们的预热，温度高达500℃。相比于水蒸气锅炉平均300℃的给水温度，二氧化碳锅炉入口工质温度高了近200℃。较高温度的CO₂进入锅炉后，只能吸收比它温度更高的烟气的热量，而对于温度低于500℃的烟气，其对高温CO₂将失去加热作用。尾部烟道低温烟气无法被吸收，蕴含的热量只能排放大气。这必然会带来巨大的排烟损失，严重降低锅炉的热效率。

如何克服超临界CO₂工质温度高，尾部低温烟气热量吸收的困难，是设计具有实用前景的超临界二氧化碳锅炉不得不考虑的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，该锅炉能够克服超临界CO₂工质温度高、尾部低温烟气热量吸收困难的确定。

为达到上述目的，本实用新型所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道；