本實(shí)用新型屬于超臨界二氧化碳高效火力發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種煤基雙二氧化碳工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

發(fā)電機(jī)組效率的高低對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有著重要影響，我國(guó)能源儲(chǔ)備的構(gòu)成特點(diǎn)決定了火力發(fā)電機(jī)組仍然是未來(lái)幾十年內(nèi)我國(guó)電力行業(yè)的主力軍，因此，提高火力發(fā)電機(jī)組的效率在我國(guó)顯得尤為重要。

提高蒸汽參數(shù)是一種有效的提高火力發(fā)電系統(tǒng)效率的方法，將蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)組的主蒸汽參數(shù)提高至700℃，可將機(jī)組的發(fā)電效率提高至50％左右。但是，目前700℃高溫合金材料開(kāi)發(fā)難度大，成本高，材料問(wèn)題成為了700℃發(fā)電技術(shù)的最大瓶頸。為了避開(kāi)材料方面的技術(shù)瓶頸，各國(guó)學(xué)者紛紛將目光轉(zhuǎn)移到新型動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的提升。經(jīng)過(guò)各國(guó)學(xué)者大量的前期研究和論證，目前普遍認(rèn)為超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)是極具潛力的新概念先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)。這主要是由于超臨界二氧化碳具有能量密度大、傳熱效率高等特點(diǎn)，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)可以在620℃溫度范圍內(nèi)達(dá)到常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)700℃的效率，避開(kāi)了新型的高溫合金的制約，且設(shè)備尺寸小于同參數(shù)的蒸汽機(jī)組，經(jīng)濟(jì)性非常好。

但是，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)作為一種新型的先進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)，仍然有一些問(wèn)題有待解決。尤其是對(duì)于用于火力發(fā)電的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)，其二氧化碳鍋爐與蒸汽鍋爐有顯著差別，二氧化碳鍋爐煙氣余熱梯級(jí)利用是目前亟待解決的問(wèn)題。

由于二氧化碳和水物性的不同，二氧化碳布雷頓循環(huán)與蒸汽朗肯循環(huán)的發(fā)電原理也有明顯差異，在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)火力發(fā)電系統(tǒng)中，二氧化碳鍋爐入口工質(zhì)的溫度比同參數(shù)蒸汽鍋爐高出100-200℃，這意味著當(dāng)600℃等級(jí)的超臨界二氧化碳鍋爐仍采用傳統(tǒng)超臨界蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，省煤器內(nèi)工質(zhì)溫度會(huì)達(dá)到500-550℃，省煤器處的煙氣溫度則會(huì)高達(dá)600℃以上，而省煤器后的空氣預(yù)熱器比較合理的煙氣入口溫度應(yīng)為400℃，這就導(dǎo)致了600℃-400℃的這部分煙氣余熱無(wú)法利用，鍋爐熱效率低，嚴(yán)重影響了機(jī)組的發(fā)電效率。此外，過(guò)高的煙氣溫度會(huì)造成空預(yù)器的損壞以及脫硝設(shè)備無(wú)法正常工作。因此，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)超臨界二氧化碳鍋爐煙氣熱量梯級(jí)利用的聯(lián)合循環(huán)，降低鍋爐排煙溫度，提高鍋爐及系統(tǒng)效率十分有必要。

然而經(jīng)調(diào)研可知，目前國(guó)內(nèi)外公開(kāi)成果和專(zhuān)利中關(guān)于以超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)為基礎(chǔ)的聯(lián)合循環(huán)火力發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)容很少，更沒(méi)有專(zhuān)利涉及通過(guò)聯(lián)合循環(huán)的方式解決超臨界二氧化碳鍋爐煙氣熱量梯級(jí)利用的問(wèn)題，同時(shí)現(xiàn)有的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)不能保證鍋爐尾部煙道內(nèi)空氣預(yù)熱器的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種煤基雙二氧化碳工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)超臨界二氧化碳鍋爐煙氣熱量的梯級(jí)利用，能夠保證鍋爐尾部煙道中空氣預(yù)熱器安全運(yùn)行。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所述的煤基雙二氧化碳工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括底層循環(huán)加熱器、底層循環(huán)發(fā)電機(jī)、底層循環(huán)透平、底層循環(huán)壓縮機(jī)及底層預(yù)冷器，底層循環(huán)加熱器位于高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的鍋爐尾部煙道內(nèi)，且底層循環(huán)加熱器位于高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中省煤器與空氣預(yù)熱器之間；

底層循環(huán)加熱器的出口依次經(jīng)底層循環(huán)透平、底層預(yù)冷器及底層循環(huán)壓縮機(jī)與底層循環(huán)加熱器的入口相連通，底層循環(huán)壓縮機(jī)、底層循環(huán)透平及底層循環(huán)發(fā)電機(jī)同軸設(shè)置。

高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐、高溫回?zé)崞鳌⒌蜏鼗責(zé)崞?、主壓縮機(jī)、再壓縮機(jī)、透平、發(fā)電機(jī)及預(yù)冷器，鍋爐包括水冷壁、過(guò)熱器、省煤器、底層循環(huán)加熱器、空氣預(yù)熱器；

過(guò)熱器、省煤器、底層循環(huán)加熱器及空氣預(yù)熱器位于鍋爐的尾部煙道內(nèi)且沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置，透平的乏氣出口依次經(jīng)高溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)及低溫回?zé)崞鞯臒醾?cè)后分為兩路，其中一路與再壓縮機(jī)的入口相連通，另一路依次經(jīng)預(yù)冷器及主壓縮機(jī)與低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口與再壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道并管后與高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通，高溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口依次經(jīng)省煤器、鍋爐的水冷壁及過(guò)熱器與透平的入口相連通；空氣預(yù)熱器的出氣口與鍋爐的空氣入口相連通。

鍋爐的尾部煙道內(nèi)設(shè)有SCR脫硝裝置，底層循環(huán)加熱器、SCR脫硝裝置及空氣預(yù)熱器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾谩?/p>

鍋爐為π型鍋爐。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型所述的煤基雙二氧化碳工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中鍋爐的尾部煙道中增加低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的底層循環(huán)加熱器，實(shí)現(xiàn)高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)合發(fā)電，其中，底層循環(huán)加熱器位于省煤器與空氣預(yù)熱器之間，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐煙氣熱量的梯級(jí)利用，解決傳統(tǒng)二氧化碳布雷頓循環(huán)中中溫?zé)煔鉄崃繜o(wú)法合理利用的難題，降低鍋爐排煙問(wèn)題，提高鍋爐效率及系統(tǒng)的發(fā)電效率，同時(shí)降低進(jìn)入到空氣預(yù)熱器中煙氣的溫度，保證空氣預(yù)熱器安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為主壓縮機(jī)、2為再壓縮機(jī)、3為低溫回?zé)崞鳌?為高溫回?zé)崞鳌?為鍋爐、51為省煤器、52為水冷壁、53為過(guò)熱器、54為底層循環(huán)加熱器、55為空氣預(yù)熱器、6為透平、7為發(fā)電機(jī)、8為預(yù)冷器、9為底層循環(huán)壓縮機(jī)、10為底層循環(huán)透平、11為底層循環(huán)發(fā)電機(jī)、12為底層預(yù)冷器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本實(shí)用新型所述的煤基雙二氧化碳工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括底層循環(huán)加熱器54、底層循環(huán)發(fā)電機(jī)11、底層循環(huán)透平10、底層循環(huán)壓縮機(jī)9及底層預(yù)冷器12，底層循環(huán)加熱器54位于高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的鍋爐尾部煙道內(nèi)，且底層循環(huán)加熱器54位于高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中省煤器51與空氣預(yù)熱器55之間；底層循環(huán)加熱器54的出口依次經(jīng)底層循環(huán)透平10、底層預(yù)冷器12及底層循環(huán)壓縮機(jī)9與底層循環(huán)加熱器54的入口相連通，底層循環(huán)壓縮機(jī)9、底層循環(huán)透平10及底層循環(huán)發(fā)電機(jī)11同軸設(shè)置。

高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括鍋爐5、高溫回?zé)崞?、低溫回?zé)崞?、主壓縮機(jī)1、再壓縮機(jī)2、透平6、發(fā)電機(jī)7及預(yù)冷器8，鍋爐5包括水冷壁52、過(guò)熱器53、省煤器51、底層循環(huán)加熱器54、空氣預(yù)熱器55；過(guò)熱器53、省煤器51、底層循環(huán)加熱器54及空氣預(yù)熱器55位于鍋爐5的尾部煙道內(nèi)且沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置，透平6的乏氣出口依次經(jīng)高溫回?zé)崞?的熱側(cè)及低溫回?zé)崞?的熱側(cè)后分為兩路，其中一路與再壓縮機(jī)2的入口相連通，另一路依次經(jīng)預(yù)冷器8及主壓縮機(jī)1與低溫回?zé)崞?的冷側(cè)入口相連通，低溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口與再壓縮機(jī)2的出口通過(guò)管道并管后與高溫回?zé)崞?的冷側(cè)入口相連通，高溫回?zé)崞?的冷側(cè)出口依次經(jīng)省煤器51、鍋爐5的水冷壁52及過(guò)熱器53與透平6的入口相連通，空氣預(yù)熱器55的出氣口與鍋爐5的空氣入口相連通。

另外，鍋爐5的尾部煙道內(nèi)設(shè)有SCR脫硝裝置，底層循環(huán)加熱器54、SCR脫硝裝置及空氣預(yù)熱器55沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?；鍋爐5為π型鍋爐。

高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工作過(guò)程為：透平6輸出的乏氣依次流經(jīng)高溫回?zé)崞?的熱側(cè)及低溫回?zé)崞?的熱側(cè)對(duì)各自冷側(cè)工質(zhì)進(jìn)行加熱，低溫回?zé)崞?熱側(cè)輸出的工質(zhì)分為兩路，其中一路經(jīng)預(yù)冷器8冷卻放熱后進(jìn)入到主壓縮機(jī)1中升壓，然后再進(jìn)入到低溫回?zé)崞?的冷側(cè)中吸熱，另一路進(jìn)入到再壓縮機(jī)2中升壓，低溫回?zé)崞?冷側(cè)輸出的工質(zhì)與再壓縮機(jī)2輸出的工質(zhì)匯流后進(jìn)入到高溫回?zé)崞?的冷側(cè)吸熱形成鍋爐5的新工質(zhì)，鍋爐5的新工質(zhì)依次經(jīng)過(guò)省煤器51、水冷壁52和過(guò)熱器53加熱形成高溫高壓工質(zhì)，然后再進(jìn)入到透平6中做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電，并成為乏氣，至此工質(zhì)在高參數(shù)超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的閉式布雷頓循環(huán)。

低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的工作過(guò)程為：底層循環(huán)透平10輸出的乏氣經(jīng)底層預(yù)冷器12預(yù)冷后進(jìn)入到底層循環(huán)壓縮機(jī)9中升壓，再進(jìn)入到底層循環(huán)加熱器54與鍋爐5尾部煙道中進(jìn)行換熱，使其達(dá)到溫度達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，然后再進(jìn)入到底層循環(huán)透平10中做功，并形成乏氣，至此工質(zhì)在底層循環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的閉式布雷頓循環(huán)。

底層循環(huán)加熱器54布置在鍋爐5的尾部煙道，省煤器51、底層循環(huán)加熱器54及空氣預(yù)熱器55沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?，底層循環(huán)加熱器54有效吸收了省煤器51至空氣預(yù)熱器55之間的中溫?zé)煔鉄崃?以600℃機(jī)組為例，中溫?zé)煔鉃闇囟却蠹s在600℃至400℃的煙氣)，通過(guò)低參數(shù)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)使該部分煙氣熱量轉(zhuǎn)化為電能，既實(shí)現(xiàn)了鍋爐5中煙氣余熱的梯級(jí)利用，又保證了空氣預(yù)熱器55煙氣側(cè)入口溫度處于一個(gè)合理的范圍，確保空氣預(yù)熱器55安全穩(wěn)定運(yùn)行。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。