一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)及方法，其將鍋爐尾部煙氣與超臨界CO2在第一熱交換器中進(jìn)行熱交換，使超臨界CO2溫度升高；升溫后的超臨界CO2通過汽輪機(jī)對(duì)外做功，然后通入第二熱交換器中；超臨界CO2在第二熱交換器中與水換熱后降溫，降溫后的超臨界CO2在壓氣機(jī)中進(jìn)行等溫壓縮處理后通入第一熱交換器或通入第三熱交換器再通入第一熱交換器以進(jìn)行循環(huán)，以此實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的利用。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐尾部煙氣余熱的高效梯級(jí)利用，具備環(huán)保、高效、簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于煙氣余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電廠鍋爐尾部煙氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器及除塵器后溫度仍高達(dá)130°C左右，此時(shí)的煙氣中仍含有大量的熱量，通常情況下尾部煙氣經(jīng)過脫硫處理后直接排入大氣中，這部分熱量沒有得到有效利用而直接損失，降低了能源利用效率。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于工業(yè)余熱利用系統(tǒng)有諸多的方案，例如，CN105298567A公開了一種采用超臨界二氧化碳工質(zhì)的工業(yè)余熱利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主工藝熱源、煙氣換熱器和分級(jí)串聯(lián)式的復(fù)合循環(huán)回路，其中分級(jí)串聯(lián)式的復(fù)合循環(huán)回路包括發(fā)電機(jī)、透平、回?zé)崞?、冷卻器和壓氣機(jī)，工作介質(zhì)在系統(tǒng)中經(jīng)透平后需經(jīng)過兩個(gè)回?zé)崞骰責(zé)嶂笤僖来谓?jīng)過冷卻器和壓氣機(jī)，即工作介質(zhì)先加熱又再冷卻，造成能源的浪費(fèi)，其需額外設(shè)置用于回?zé)岬幕責(zé)崞鳎覐?fù)合循環(huán)回路的線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了設(shè)備投入成本，并且其對(duì)余熱利用系統(tǒng)的具體布置位置也沒有給出指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)及方法，其中通過鍋爐尾部煙氣與超臨界CO2交換熱量，使得超臨界CO2得到熱量，該熱量既可以保證梯級(jí)用能系統(tǒng)的正常運(yùn)行又能對(duì)外做功，其無需額外設(shè)置回?zé)崞骷纯蓪?shí)現(xiàn)對(duì)外做功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，并且將超臨界CO2的熱能直接作為壓氣機(jī)的動(dòng)力源，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鍋爐余熱的利用，實(shí)現(xiàn)能源的高效梯級(jí)利用，進(jìn)一步降低成本。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用超臨界CO2作為循環(huán)工作介質(zhì)，其包括第一熱交換器、汽輪機(jī)、第二熱交換器和壓氣機(jī)，所述第一熱交換器、汽輪機(jī)、第二熱交換器和壓氣機(jī)依次相連，以形成超臨界CO2的循環(huán)閉合通道，其中:
[0006]所述第一熱交換器設(shè)于鍋爐的空氣預(yù)熱器和除塵器之間或除塵器和引風(fēng)機(jī)之間，其作為高溫?zé)煔馀c超臨界CO2熱量交換的場(chǎng)所，將煙氣中的熱量通過熱量交換轉(zhuǎn)化為超臨界C02的內(nèi)能，從而使超臨界C02溫度升尚；
[0007]所述汽輪機(jī)用于將超臨界CO2獲得的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的回收利用；
[0008]所述第二熱交換器用于對(duì)經(jīng)過汽輪機(jī)后的超臨界⑶2進(jìn)行降溫處理;所述壓氣機(jī)用于將降溫處理后的超臨界CO2進(jìn)行等溫壓縮處理，然后送入第一熱交換器中以進(jìn)行循環(huán)，所述壓氣機(jī)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)提供。
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述超臨界CO2在第二熱交換器中降溫至31°C。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一熱交換器的入口煙氣溫度為100°C_180°C，出口煙氣溫度為50°01101€
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一熱交換器與汽輪機(jī)之間以及與壓氣機(jī)之間設(shè)置有閥門，該閥門用于控制超臨界CO2的流量。
[0012]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用超臨界CO2作為循環(huán)工作介質(zhì)，其包括第一熱交換器、汽輪機(jī)、第二熱交換器、壓氣機(jī)和第三熱交換器，所述第一熱交換器、汽輪機(jī)、第二熱交換器、壓氣機(jī)和第三熱交換器依次相連，以形成超臨界CO2的循環(huán)閉合通道，其中:
[0013]所述第一熱交換器設(shè)于鍋爐的空氣預(yù)熱器和除塵器之間，其作為高溫?zé)煔馀c超臨界CO2熱量交換的場(chǎng)所，將煙氣中的熱量通過熱量交換轉(zhuǎn)化為超臨界CO2的內(nèi)能，從而使超臨界CO2溫度升高；
[0014]所述汽輪機(jī)用于將超臨界CO2獲得的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的回收利用；
[0015]所述第二熱交換器用于對(duì)經(jīng)過汽輪機(jī)后的超臨界⑶^^進(jìn)行降溫處理;所述壓氣機(jī)用于將降溫處理后的超臨界CO2進(jìn)行等溫壓縮處理，然后送入第三熱交換器中，所述壓氣機(jī)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)提供；
[0016]所述第三熱交換器設(shè)于鍋爐的除塵器和引風(fēng)機(jī)之間，所述超臨界⑶2經(jīng)第三熱交換器后再次進(jìn)入第一熱交換器以進(jìn)行循環(huán)。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一熱交換器采用翅片式或管式高壓換熱器；當(dāng)出口煙氣溫度大于90°C時(shí)，采用耐高壓合金鋼材料制成，當(dāng)出口煙氣溫度小于等于90°C時(shí)，采用氟塑料或金屬噴涂耐腐蝕材料制成。
[0018]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了一種鍋爐梯級(jí)用能方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0019]經(jīng)過預(yù)熱或除塵后的鍋爐尾部煙氣與超臨界CO2在第一熱交換器中進(jìn)行熱交換，所述煙氣溫度降低生成凝結(jié)水，煙氣中的煙塵隨凝結(jié)水排出，超臨界CO2溫度升高；
[0020]升溫后的超臨界CO2通過汽輪機(jī)對(duì)外做功，然后通入第二熱交換器中；
[0021]超臨界⑶^^在第二熱交換器中與水換熱后降溫至31°C，降溫后的超臨界CO2在壓氣機(jī)中進(jìn)行等溫壓縮處理后通入第一熱交換器或通入第三熱交換器再通入第一熱交換器以進(jìn)行循環(huán)，以此實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的利用。
[0022]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓氣機(jī)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)提供。
[0023]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0024]1.本發(fā)明通過超臨界CO2在汽輪機(jī)中將獲得的能量對(duì)外做功，使能量形式得到轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)中將汽輪機(jī)部分功用于帶動(dòng)壓縮機(jī)做功，將其直接用于超臨界CO2的等溫壓縮，而汽輪機(jī)另一部分轉(zhuǎn)動(dòng)功則用于進(jìn)行發(fā)電或直接連接其他耗能系統(tǒng)，可有效利用鍋爐煙氣熱量，實(shí)現(xiàn)能量的高效梯級(jí)利用，提高了能源利用效率。本發(fā)明無需額外設(shè)置回?zé)崞骷纯蓪?shí)現(xiàn)對(duì)外做功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。
[0025]2.本發(fā)明系統(tǒng)中工作介質(zhì)的流動(dòng)不需要另外提供動(dòng)力，通過鍋爐尾部煙氣與超臨界CO2交換熱量，超臨界CO2得到的熱量既可以保證梯級(jí)用能系統(tǒng)的正常運(yùn)行又能對(duì)外做功，運(yùn)行費(fèi)用低。
[0026]3.本發(fā)明的超臨界CO2具有粘度低、密度高、安全不易燃易爆、無毒無腐蝕等特點(diǎn)，在系統(tǒng)中能夠安全的利用，不會(huì)對(duì)設(shè)備存在潛在危害;本發(fā)明在除塵器前加裝本系統(tǒng)，可以有效降低除塵器入口煙溫，提高除塵器除塵效率。
[0027]4.本發(fā)明還對(duì)交換器的入口煙氣溫度和出口煙氣溫度進(jìn)行研究和限定，適用于不同電廠鍋爐尾部煙氣的回收利用，整套系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，調(diào)節(jié)靈活;本發(fā)明還對(duì)鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)的具體布置位置進(jìn)行研究和設(shè)定，當(dāng)其設(shè)置在空氣預(yù)熱器和除塵器之間時(shí)，煙氣在熱交換器中換熱降溫后，可以減少煙氣中顆粒物的比電阻，從而提高除塵器的除塵效率，當(dāng)其設(shè)置在除塵器和引風(fēng)機(jī)之間時(shí)，通過除塵器后煙氣中顆粒物含量極少，煙氣與超臨界CO2在熱交換器中進(jìn)行換熱時(shí)效率提高，且對(duì)熱交換器的磨損減小，有利于提高熱交換器的使用壽命。
[0028]5.本發(fā)明中的熱交換器、閥門、壓氣機(jī)及汽輪機(jī)均為常用機(jī)械，維修方便，容易實(shí)現(xiàn)，且汽輪機(jī)大小可根據(jù)不同系統(tǒng)容量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，整套系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活、適用范圍廣。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033]本發(fā)明的基本原理是通過將高溫鍋爐尾部煙氣通入熱交換器2中與超臨界⑶2進(jìn)行熱量交換，使得部分煙氣熱量交換到超臨界CO2中，通過超臨界CO2在汽輪機(jī)中對(duì)外做功使得這部分能量轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能，從而使得部分煙氣熱量能得到有效的利用;做功后的超臨界CO2在熱交換器7中與冷源進(jìn)行熱量交換后降溫，通過壓氣機(jī)等溫壓縮后通入熱交換器2中進(jìn)行循環(huán)利用，從而保證整套系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括第一熱交換器2、汽輪機(jī)6、第二熱交換器7和壓氣機(jī)8，第一熱交換器2、汽輪機(jī)6、第二熱交換器7和壓氣機(jī)8依次相連，以形成工作介質(zhì)流動(dòng)的循環(huán)閉合通道，該系統(tǒng)采用超臨界CO2作為循環(huán)工作介質(zhì)，由于電廠鍋爐尾部煙氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器及除塵器后溫度仍高達(dá)130°C，采用普通介質(zhì)很難利用此部分煙氣的熱量，本發(fā)明采用的超臨界CO2具有臨界壓力為7.377MPa，臨界溫度為30.98°C的物理特性，由于其臨界溫度低，因此在第一熱交換器2中能與煙氣順利的進(jìn)行熱量交換，獲得煙氣的部分余熱，同時(shí)其臨界壓力高，升溫后的超臨界CO2可以沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)從而將從煙氣處得到的熱能轉(zhuǎn)化為可利用的機(jī)械能。
[0035]下面對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)部件進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036]第一熱交換器2提供高溫?zé)煔馀c超臨界CO2熱量交換的場(chǎng)所，其用于將煙氣中的部分熱量通過熱量交換轉(zhuǎn)化為超臨界0)2的內(nèi)能，從而使超臨界CO2溫度升高，其可以設(shè)于空氣預(yù)熱器I和除塵器3之間，如圖1所示，或者設(shè)于除塵器3和引風(fēng)機(jī)4之間，如圖2所示，超臨界CO2與煙氣在第一熱交換器2中進(jìn)行熱量交換使煙氣溫度降低，使得煙氣的含濕率降低，此時(shí)，煙氣溫度降低，煙氣中水蒸氣凝結(jié)成水，煙氣中顆粒物也進(jìn)入水煙氣含濕率降低，煙塵濃度下降，而工作介質(zhì)超臨界0)2則通過與煙氣的熱中，量交換獲得煙氣的部分熱能，從而溫度升高。
[0037]汽輪機(jī)6分別與第一熱交換器2和第二熱交換器7相連，其用于將超臨界C02在第一熱交換器2中獲得的煙氣的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能而對(duì)外做功，以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的回收利用，通過汽輪機(jī)6后的超臨界CO2的壓力和溫度均會(huì)有所降低。
[0038]第二熱交換器7用于對(duì)經(jīng)過汽輪機(jī)6后的降溫降壓的超臨界⑶2進(jìn)行降溫處理，具體的，超臨界CO2在第二換熱器7中與水進(jìn)行熱量交換降溫到31°C，本發(fā)明采用的超臨界CO2具有臨界壓力為7.377MPa，臨界溫度為30.98 °C的物理特性，在第二換熱器7中將超臨界CO2降溫至31°C，保證了整個(gè)循環(huán)中CO2都處于超臨界狀態(tài)。
[0039]壓氣機(jī)8是超臨界CO2等溫壓縮系統(tǒng)，通過汽輪機(jī)6后的超臨界CO2壓力會(huì)降低，為保證介質(zhì)在熱交換器中順利流動(dòng)并始終保持超臨界狀態(tài)，通過壓氣機(jī)對(duì)其進(jìn)行等溫壓縮，然后將等溫壓氣處理后的超臨界CO2送入第一熱交換器2中以進(jìn)行循環(huán)。本發(fā)明中壓氣機(jī)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)提供，即直接利用超臨界CO2獲得的煙氣的熱能作為壓氣機(jī)的動(dòng)力源，帶動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)做功從而帶動(dòng)壓氣機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的多次利用。
[0040]為了便于超臨界CO2流量的控制，在第一熱交換器2與汽輪機(jī)6之間設(shè)置有閥門5，第一熱交換器2與壓氣機(jī)8之間設(shè)置有閥門5，閥門5可用來控制超臨界CO2的流量，當(dāng)鍋爐工況發(fā)生變化時(shí)能通過閥門調(diào)整系統(tǒng)中超臨界CO2的流量，從而保證整套系統(tǒng)的順利運(yùn)行。[0041 ] 進(jìn)一步的，第一熱交換器2的入口煙氣溫度為100°C_180°C，出口煙氣溫度為50°C-110°c，設(shè)置此出口煙氣溫度既充分利用了煙氣的熱量，又保證了后續(xù)脫硫設(shè)備的正常運(yùn)行。本發(fā)明的熱交換器2采用翅片式或管式高壓換熱器，當(dāng)熱交換器2的設(shè)計(jì)出口煙氣溫度大于90°C時(shí)，其采用耐高壓合金鋼等金屬材料制成，當(dāng)設(shè)計(jì)出口煙氣溫度不大于90°C時(shí)，其采用氟塑料或金屬噴涂耐腐蝕材料制成，根據(jù)出口溫度的不同選擇不同的制備材料，可有效避免煙氣對(duì)熱交換器2的低溫腐蝕。
[0042]本發(fā)明的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)除了可放在鍋爐空氣預(yù)熱器器I之后、除塵器3之前，或者放于除塵器3之后、引風(fēng)機(jī)4之前，其還可以設(shè)置兩級(jí)熱交換器，串聯(lián)運(yùn)行，用于鍋爐尾部煙氣熱量回收，即設(shè)置三個(gè)熱交換器，包括第一熱交換器2、第二熱交換器7和第三熱交換器9。如圖3所示，第一熱交換器2設(shè)于鍋爐的空氣預(yù)熱器I和除塵器3之間，其作為高溫?zé)煔馀c超臨界CO2熱量交換的場(chǎng)所，將煙氣中的熱量通過熱量交換轉(zhuǎn)化為超臨界CO2的內(nèi)能，從而使超臨界CO2溫度升高;第二熱交換器7用于對(duì)經(jīng)過汽輪機(jī)6后的超臨界CO2進(jìn)行降溫處理;第三熱交換器9設(shè)于鍋爐的除塵器3和引風(fēng)機(jī)4之間，超臨界CO2經(jīng)第三熱交換器9后再進(jìn)入第一熱交換器2以進(jìn)行循環(huán)。
[0043]本發(fā)明通過超臨界CO2在汽輪機(jī)中將獲得的能量對(duì)外做功，使能量形式得到轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)中將汽輪機(jī)部分功用于帶動(dòng)壓縮機(jī)做功，而另一部分的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功則可用于進(jìn)行發(fā)電或直接連接其他耗能系統(tǒng)，通過此發(fā)明可有效的利用鍋爐煙氣熱量，通過該系統(tǒng)不同的設(shè)計(jì)方法，可以實(shí)現(xiàn)能量的高效梯級(jí)利用。
[0044]本發(fā)明還提供了一種鍋爐梯級(jí)用能方法，其主要包括如下步驟:
[0045]經(jīng)過預(yù)熱或除塵后的鍋爐尾部煙氣與超臨界CO2在第一熱交換器2中進(jìn)行熱交換，所述煙氣溫度降低生成凝結(jié)水，煙氣中的煙塵隨凝結(jié)水排出，超臨界CO2溫度升高;通過熱交換器2后的煙氣經(jīng)過后續(xù)處理后由煙囪排入大氣；
[0046]升溫后的超臨界CO2通過汽輪機(jī)6對(duì)外做功，然后通入第二熱交換器7中；
[0047]通過汽輪機(jī)后的超臨界⑶2在熱交換器7中與冷源進(jìn)行熱量交換后降溫至熱交換器2入口處溫度，具體降溫至31°C，為保證整個(gè)梯級(jí)用能系統(tǒng)的連續(xù)進(jìn)行，將降溫后的超臨界CO2在壓氣機(jī)8中進(jìn)行等溫壓縮至熱交換器2入口壓力，壓縮后的超臨界CO2由管道持續(xù)通入熱交換器2中進(jìn)行吸熱換熱，或通入第三熱交換器9再通入第一熱交換器2中進(jìn)行循環(huán)，以此實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的利用。
[0048]以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例，通過本實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的工作過程進(jìn)行描述和說明。
[0049]—般通過空氣預(yù)熱器后的煙氣溫度在130°C左右，此時(shí)的煙氣可作為干煙氣處理設(shè)計(jì)熱交換器2出口溫度為90°C，由此可計(jì)算出煙氣比焓降為40.2KJ/kg，并設(shè)置熱交換器2入口超臨界CO2的壓力為lOOatm，溫度為31°C，出口溫度為85°C，由于阻力超臨界CO2壓力會(huì)有損失，則此時(shí)出口壓力為98atm。
[0050]本例中煙氣的質(zhì)量流量為140kg/h，每小時(shí)煙氣換熱量為5628KJ，超臨界⑶2進(jìn)入第一熱交換器2時(shí)的參數(shù)(即入口參數(shù))為10atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，31°C。超臨界⑶2在第一熱交換器2與煙氣換熱后升溫至85°C，通過第一熱交換器2換熱后的超臨界⑶2通過管路進(jìn)入汽輪機(jī)6，超臨界CO2在汽輪機(jī)6中將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過汽輪機(jī)6后超臨界CO2壓力溫度均有所降低，在換熱器7中超臨界CO2與水進(jìn)行換熱后降溫至31°C，降溫后的超臨界CO2在壓氣機(jī)8中被等溫壓縮到10atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，壓縮后的CO2通入第一熱交換器2中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。通過此工作過程超臨界CO2與煙氣進(jìn)行熱交換獲得能量后升溫，此部分能量推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，一部分用于超臨界CO2的壓縮，另一部分可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)外供能，實(shí)現(xiàn)鍋爐余熱的梯級(jí)利用。
[0051]綜上，本系統(tǒng)能夠?qū)煔庥酂徇M(jìn)行利用，由于鍋爐中煙氣量大，因此通過本發(fā)明系統(tǒng)可以大幅利用鍋爐熱量，達(dá)到工業(yè)節(jié)能目標(biāo)。
[0052]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)采用超臨界CO2作為循環(huán)工作介質(zhì)，其包括第一熱交換器(2)、汽輪機(jī)(6)、第二熱交換器(7)和壓氣機(jī)(8)，所述第一熱交換器(2)、汽輪機(jī)(6)、第二熱交換器(7)和壓氣機(jī)(8)依次相連，以形成超臨界CO2的循環(huán)閉合通道，其中: 所述第一熱交換器(2)設(shè)于鍋爐的空氣預(yù)熱器(I)和除塵器(3)之間或除塵器(3)和引風(fēng)機(jī)(4)之間，其作為高溫?zé)煔馀c超臨界CO2熱量交換的場(chǎng)所，將煙氣中的熱量通過熱量交換轉(zhuǎn)化為超臨界CO2的內(nèi)能，從而使超臨界CO2溫度升高； 所述汽輪機(jī)(6)用于將超臨界CO2獲得的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的回收利用； 所述第二熱交換器(7)用于對(duì)經(jīng)過汽輪機(jī)(6)后的超臨界CO2進(jìn)行降溫處理;所述壓氣機(jī)(8)用于將降溫處理后的超臨界CO2進(jìn)行等溫壓縮處理，然后送入第一熱交換器(2)中以進(jìn)行循環(huán)，所述壓氣機(jī)(8)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)(6)提供。2.如權(quán)利要求1所述的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，其特征在于，所述超臨界CO2在第二熱交換器(7)中降溫至31°C。3.如權(quán)利要求2所述的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一熱交換器(2)的入口煙氣溫度為100°C-180°C，出口煙氣溫度為50°C-110°C。4.如權(quán)利要求2所述的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一熱交換器(2)與汽輪機(jī)(6)之間以及與壓氣機(jī)(8)之間設(shè)置有閥門(5)，該閥門用于控制超臨界CO2的流量。5.—種鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)采用超臨界CO2作為循環(huán)工作介質(zhì)，其包括第一熱交換器(2)、汽輪機(jī)(6)、第二熱交換器(7)、壓氣機(jī)(8)和第三熱交換器(9)，所述第一熱交換器(2)、汽輪機(jī)(6)、第二熱交換器(7)、壓氣機(jī)(8)和第三熱交換器(9)依次相連，以形成超臨界CO2的循環(huán)閉合通道，其中: 所述第一熱交換器(2)設(shè)于鍋爐的空氣預(yù)熱器(I)和除塵器(3)之間，其作為高溫?zé)煔馀c超臨界CO2熱量交換的場(chǎng)所，將煙氣中的熱量通過熱量交換轉(zhuǎn)化為超臨界CO2的內(nèi)能，從而使超臨界CO2溫度升高； 所述汽輪機(jī)(6)用于將超臨界CO2獲得的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的回收利用； 所述第二熱交換器(7)用于對(duì)經(jīng)過汽輪機(jī)(6)后的超臨界CO2進(jìn)行降溫處理;所述壓氣機(jī)(8)用于將降溫處理后的超臨界CO2進(jìn)行等溫壓縮處理，然后送入第三熱交換器(9)中，所述壓氣機(jī)(8)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)(6)提供； 所述第三熱交換器(9)設(shè)于鍋爐的除塵器(3)和引風(fēng)機(jī)(4)之間，所述超臨界CO2經(jīng)第三熱交換器(9)后再次進(jìn)入第一熱交換器(2)以進(jìn)行循環(huán)。6.如權(quán)利要求1-5所述的鍋爐梯級(jí)用能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一熱交換器(2)采用翅片式或管式高壓換熱器;當(dāng)出口煙氣溫度大于90 V時(shí)，采用耐高壓合金鋼材料制成，當(dāng)出口煙氣溫度小于等于90°C時(shí)，采用氟塑料或金屬噴涂耐腐蝕材料制成。7.一種鍋爐梯級(jí)用能方法，其特征在于，包括如下步驟: 經(jīng)過預(yù)熱或除塵后的鍋爐尾部煙氣與超臨界CO2在第一熱交換器(2)中進(jìn)行熱交換，所述煙氣溫度降低生成凝結(jié)水，煙氣中的煙塵隨凝結(jié)水排出，超臨界CO2溫度升高； 升溫后的超臨界CO2通過汽輪機(jī)(6)對(duì)外做功，然后通入第二熱交換器(7)中； 超臨界⑶2在第二熱交換器(7)中與水換熱后降溫至31°C，降溫后的超臨界CO2在壓氣機(jī)(8)中進(jìn)行等溫壓縮處理后通入第一熱交換器(2)或通入第三熱交換器(9)再通入第一熱交換器(2)以進(jìn)行循環(huán)，以此實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的利用。8.如權(quán)利要求7所述的鍋爐梯級(jí)用能方法，其特征在于，所述壓氣機(jī)(8)的動(dòng)力源由汽輪機(jī)(6)提供。
【文檔編號(hào)】F01K27/02GK105840260SQ201610171816
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】向軍, 卿夢(mèng)霞, 胡松, 蘇勝, 汪, 汪一, 徐俊, 唐浩, 孫志君
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)