超临界二氧化碳动力循环燃煤锅炉发电系统及调温方法与流程

本发明涉及发电设备领域，特别涉及一种超临界二氧化碳动力循环燃煤锅炉发电系统及调温方法。

背景技术：

1、如今火力发电技术的发展基本接近瓶颈，传统燃煤发电系统的效率提高存在很大的难度。采用水为循环工质，蒸汽朗肯循环效率的提高已接近极限，为提高总效率，减小热损失，只能不断提高循环的参数，但这受到材料的限制。若盲目地追求高温高压，将很难找到能够承受更高蒸汽参数的合适材料且投资成本亦将大幅度提高。由于这些情况的出现，作为一种新型工质应用于动力系统的超临界二氧化碳得到了广泛关注。二氧化碳比水更容易实现超临界状态，高温氧化性弱于水蒸气，且由于超临界二氧化碳所具有的特殊物理性质，以其作为工质的布雷顿循环具有很多优势，相较于蒸汽朗肯循环，在相同的透平入口温度下，s-co2布雷顿循环的循环效率可提升3％-5％，由于系统使用的透平和压缩机尺寸小，且采用高效紧凑的印刷电路板式换热器，发电系统变得更加紧凑，占地面积也更小。另外，由于超临界二氧化碳能量密度比水大，按照现有钢材耐高温水平，超临界二氧化碳锅炉系统可实现更高的效率。

2、一次再热分流再压缩是超临界二氧化碳燃煤发电系统中研究最为活跃的系统布置之一，其具有系统简单、布置紧凑和效率高等优点。然而与传统水蒸汽循环发电系统相比，超临界二氧化碳燃煤发电系统中锅炉入口工质温度由200℃～300℃显著提高至约500℃。由于不存在相变过程，致使传统的喷水减温调节技术难以适用。此外，系统采用布雷顿循环后，循环特性使得超临界二氧化碳锅炉内工质的流量大，是水蒸气朗肯循环的8倍左右。为保证超临界二氧化碳锅炉的安全稳定运行，其应确保在不同负荷下保持额定气温和一定的气温调节能力，否则将会导致系统效率降低锅炉安全问题。传统电站的蒸汽锅炉主要通过“煤水比”和喷水减温系统调节过热汽温。但超临界二氧化碳锅炉整个系统中各处工质均处于超临界状态，二氧化碳仍属气态，采取喷入锅炉入口附近区域的二氧化碳的做法由于没有气化潜热，冷却效果不佳。工质侧带来的变化使得传统技术方案对超临界二氧化碳燃煤锅炉的气温调节失效。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种超临界二氧化碳动力循环燃煤锅炉发电系统及调温方法，有效的克服了现有技术的缺陷。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种超临界二氧化碳动力循环燃煤锅炉发电系统，包括：

4、超临界二氧化碳锅炉系统，包括磨煤机、炉膛和与炉膛上端相连的烟道，上述烟道内自前向后间隔布置有受热面结构，上述炉膛上的燃烧器连接磨煤机的出粉口；

5、动力循环发电系统，包括高温回热器、低温回热器、预冷器、主压缩机、再压缩机、高压透平、低压透平和发电机，上述预冷器的进口及出口、主压缩机的进口及出口、再压缩机的进口及出口、高压透平的进口及出口、低压透平的进口及出口、高温回热器的壳程入口及壳程出口、低温回热器的壳程入口及出口首尾顺次连接；上述高压透平及低压透平共同与上述发电机传动连接；上述主压缩机的出口、低温回热器的管程入口及出口、高温回热器的管程入口及出口、炉膛顺次连接，上述低温回热器的壳程出口连接上述再压缩机的进口；

6、烟气再循环系统，包括引风机和再循环风机，上述烟道的尾部、引风机、再循环风机和炉膛的底部顺次连接。

7、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

8、进一步，上述受热面结构包括屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温再热器、低温过热器和分流省煤器，上述高温过热器和分流省煤器分别布置在上述烟道连接炉膛的位置以及靠近上述烟道尾端的位置。

9、进一步，上述烟道的尾端设有空气预热器，上述空气预热器的出口、引风机、再循环风机和炉膛的底部顺次连接，经上述再循环风机分流引入上述炉膛中的烟气流量占上述烟道尾部烟气总流量的5-40％。

10、进一步，上述空气预热器的出口通过一次风机连接上述磨煤机的进风口。

11、进一步，还包括换热器，上述换热器的壳程入口及出口分别连接上述炉膛，上述低温回热器的出口、换热器管程入口及出口、分流省煤器的进口顺次连接，经上述低温回热器的出口分流进入上述换热器的管程入口的流体工质流量占上述低温回热器的出口处流体工质总流量的0-25％。

12、进一步，上述混合器的出口连接上述高温过热器的进口以及高温再热器的进口，经上述预冷器的出口分流进入上述混合器的流体工质流量占上述预冷器的出口处流体工质总流量的0-15％。

13、还提供一种超临界二氧化碳动力循环燃煤锅炉发电系统的调温方法，包括如下方式：

14、s1、在锅炉内的主蒸气和再热气的温度均高于额定气温或者均低于额定气温时，调节由上述磨煤机、一次风机组成的送粉通道的进煤粉量，直至主蒸气和再热气均达到额定气温区域；

15、或s2、在锅炉内的主蒸气与额定气温的偏差为0～+10℃范围且再热气与额定气温的偏差为-10～0℃范围时，采用烟气再循环方式，开启与上述引风机相连的再循环风机，经上述再循环风机分流引入上述炉膛中的烟气流量占上述烟道尾部烟气总流量的5％～15％；

16、或s3、在锅炉内的主蒸气与额定气温的偏差为10～+20℃范围且再热气与额定气温的偏差为-10～0℃范围时，开启与上述引风机相连的再循环风机，增加烟气再循环；同时开启上述低温回热器出口与上述分流省煤器相连的通道，并开启换热器与炉膛内部相连的通道，使得上述炉膛内的高温流体工质与经上述低温回热器来的流体工质通过上述换热器进行热量交换，低温回热器来的工质经换热器升温后引到位于烟道尾部的分流省煤器；

17、或s4、在锅炉内的主蒸气与额定气温偏差为20～+30℃范围且再热气与额定气温的偏差为-10～0℃范围时，先开启与上述引风机相连的再循环风机，增加烟气再循环；同时开启上述低温回热器与上述分流省煤器相连的通道，并开启换热器与炉膛内部相连的通道，使得上述炉膛内的高温流体工质与经上述低温回热器来的流体工质通过上述换热器进行热量交换，并开启上述预冷器出口与上述高温过热器之间的通道，从上述预冷器来的低温流体工质通过上述混合器与高温流体工质直接混合。

18、或s5、在锅炉内的主蒸气与额定气温偏差为-10～0℃范围且再热气与额定气温的偏差为0～+10℃范围时，开启与上述引风机出口相连的再循环风机，在已有烟气再循环的基础上减少烟气再循环的量，经上述再循环风机分流引入上述炉膛中的烟气流量占上述烟道尾部烟气总流量的5％～15％；

19、或s6、在锅炉内的主蒸气与额定气温偏差为-10～0℃范围且再热气与额定气温的偏差为10～+20℃范围时，开启与上述引风机出口相连的再循环风机，减少烟气再循环；同时开启上述低温回热器出口与上述分流省煤器相连的通道，并开启换热器与炉膛内部相连的通道，使得上述炉膛内的高温流体工质与经上述低温回热器来的流体工质通过上述换热器进行热量交换；

20、或s7、在锅炉内的主蒸气与额定气温偏差为-10～0℃范围且再热气与额定气温的偏差为20～+30℃范围时，先开启与上述引风机出口相连的再循环风机，减少烟气再循环；同时开启上述预冷器出口与上述高温过热器之间的通道，从上述预冷器来的低温流体工质通过混合器与高温流体工质直接混合；

21、或s8、若气温偏差不在s1-s7上述的范围内，则先采用s1中的方式调节给煤量，将主气或再热气中偏差较小的气温调节至0～±10℃以内，然后再利用第s2-s7的调节方法进行调节。

22、本发明的有益效果是：

23、1)针对超临界二氧化碳锅炉调温手段缺乏的问题，设计了多种调温手段，可以针对不同的气温偏差情况进行精细调节。

24、2)提出了应用于超临界二氧化碳燃煤锅炉的组合式气温调节方法，针对在不同气温偏差范围下的情形进行单一或多种组合的气温调控，由于气温难以通过单一的调节达到目的，因此多种方法相互配合进行组合调节可以更好地保障超临界二氧化碳锅炉的高效安全运行。