一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法与流程

本发明涉及燃煤发电技术领域，特别涉及一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法。

背景技术：

燃煤发电是我国主要发电方式,但是燃煤会造成环境污染，所以提高火电发电效率、减少煤炭燃烧对我国节能减排具有重大意义。近年来，常规蒸汽动力循环火力发电技术日趋成熟，提高火电发电效率的技术从提高初参数、蒸汽再热等方式向全工况运行、余热深度利用等方向转变。因此，改变火电发展思路、革新火力发电技术对提高火电发电效率具有重要意义。超临界二氧化碳动力循环系统具有能量密度大、系统结构紧凑、循环效率高等特点，所以将其应用到燃煤发电领域有望大幅提高燃煤发电效率。

虽然再压缩超临界二氧化碳布雷顿循环具有较高的循环效率，但是将其直接应用到煤粉锅炉热源存在一定问题。与传统蒸汽朗肯循环不同，超临界二氧化碳布雷顿循环锅炉入口工质温度较高，大约490℃左右，空预器入口烟气温度约为375℃，这将导致锅炉尾部烟道520℃～375℃左右中低温烟气热量无法利用，造成锅炉排烟温度过高，锅炉效率下降，系统发电效率较低，所以超临界二氧化碳动力循环系统构型有待进一步优化。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统及运行方法，具有降低排烟温度，提高锅炉效率，同时保证超临界二氧化碳循环有较高的热效率，从而使系统具有较高的发电效率的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统，包括主压缩机1，主压缩机1的输出端依次连接低温回热器2和中温回热器3，中温回热器3输出端分流为主回路和分流回路；

所述的主回路上分别包括与中温回热器3输出端相连的高温回热器4及锅炉省煤器5、过热气冷壁6、低温过热器7、高温过热器8、高压透平9、再热气冷壁10、低温再热器11、高温再热器12和低压透平13；

所述的分流回路包括与中温回热器3输出端相连的第一级中压透平16，第一级中压透平16输出端依次连接分流过热器17、第二级中压透平18；

所述的低压透平13输出的排气端与高温回热器4相连，高温回热器4输出端与第二级中压透平18输出的排气端混合后，依次在中温回热器3、低温回热器2放热后分流成两路，即主压缩回路和再压缩回路，主压缩回路输出端通过预冷器15连接主压缩机1，完成闭合循环；再压缩回路输出端通过压缩机14与低温回热器2冷侧出口相连通。

所述的过热气冷壁6、再热气冷壁10、低温过热器7、低温再热器11、高温过热器8、高温再热器12、省煤器5、分流过热器17和空预器19从下到上依次布置构成塔式锅炉。

所述低温回热器2、中温回热器3和高温回热器4构成回热系统。

所述第一级中压透平16、分流过热器17和第二级中压透平18构成中间再热系统。

一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统的运行方法，包括以下步骤；

工质经主压缩机1升压后，依次在低温回热器2、中温回热器3中吸热，然后分流成两路，即主回路和分流回路；主回路工质依次在高温回热器4及锅炉省煤器5、过热气冷壁6、低温过热器7、高温过热器8中吸热，温度升高后进入高压透平9部分膨胀做功，温度和压力都降低后，工质依次在再热气冷壁10、低温再热器11和高温再热器12中吸热，温度再次升高后进入低压透平13完全膨胀做功；分流回路工质在第一级中压透平16部分膨胀做功后，进入分流过热器17吸热，温度升高后进入第二级中压透平18完全膨胀做功；低压透平13排气在高温回热器4中放热后，与第二级中压透平18排气混合，依次在中温回热器3、低温回热器2放热后分流成两路，即主压缩回路和再压缩回路；主压缩回路工质在预冷器15中放热后，进入主压缩机1，完成闭合循环；再压缩回路工质经再压缩机14升压后与低温回热器2冷侧出口工质混合；冷空气在空气预热器19中预热后进入炉膛辅助燃烧。

所述系统使用的工质为超临界二氧化碳。

本发明的有益效果：

1本发明从中温回热器冷侧出口分流部分高温工质，通过在第一级中压透平部分膨胀做功降到较低温度后，去分流过热器充分回收中低温烟气热量，从而降低排烟温度，提高锅炉效率。

2本发明主流工质和分流工质都采用再热方式分段膨胀，可实现较高的循环效率。

3本发明热源为煤粉锅炉，但是同样适用温度范围较广的其他热源，如太阳能热烟囱等。

4本发明采用塔式锅炉，同样使用其他型式的锅炉，如π型等。

附图说明

图1为本发明一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统，包括主压缩机1、再压缩机14、预冷器15、低温回热器2、中温回热器3、高温回热器4、高压透平9、低压透平13、第一级中压透平16、第二级中压透平18、过热气冷壁6、再热气冷壁10、低温过热器7、低温再热器11、高温过热器8、高温再热器12、省煤器5、分流过热器17和空预器19；其中，

主压缩机1出口、低温回热器2冷侧进出口、中温回热器3冷侧进出口、高温回热器4进出口、省煤器5进出口、过热气冷壁6进出口、低温过热器7进出口、高温过热器8进出口、高压透平9进出口、再热气冷壁10进出口、低温再热器11进出口、高温再热器12进出口、低压透平13进出口、高温回热器4热侧进出口、中温回热器3热侧进出口、低温回热器2热侧进出口、预冷器15进出口、主压缩机1入口依次相连通；中温回热器3冷侧出口、第一级中压透平16进出口、分流过热器17进出口、第二级中压透平18进出口、中温回热器3热侧入口依次相连通；低温回热器2热侧出口、再压缩机14进出口、低温回热器2冷侧出口依次连通。

作为本发明的优选实施方式，过热气冷壁6、再热气冷壁10、低温过热器7、低温再热器11、高温过热器8、高温再热器12、省煤器5、分流过热器17和空预器19从下到上依次布置构成塔式锅炉。

作为本发明的优选实施方式，低温回热器2、中温回热器3和高温回热器4构成回热系统。

作为本发明的优选实施方式，第一级中压透平16、分流过热器17和第二级中压透平18构成中间再热系统。

作为本发明的优选实施方式，系统使用的工质为超临界二氧化碳。

该系统采用三级回热器布置，从中温回热器3冷侧出口分流部分较高温度的超临界二氧化碳工质，先在第一级中压透平16部分膨胀做功，然后进入锅炉尾部分流过热器17再热，温度升高在第二级中压透平18完全膨胀做功，温度降低后汇入中温回热器3热侧进口，一方面回收锅炉尾部中低温烟气热量，降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，另一方面再热方式有利于提高平均吸热温度，提高循环效率；本发明具有较高的发电效率，同样适用以太阳能热烟囱为热源的发电领域。

如图1所示，本发明的一种三级回热中间再热超临界二氧化碳燃煤发电系统的运行方法，工质经主压缩机1升压后，依次在低温回热器2、中温回热器3中吸热，然后分流成两路，即主回路和分流回路；主回路工质依次在高温回热器4及锅炉省煤器5、过热气冷壁6、低温过热器7、高温过热器8中吸热，温度升高后进入高压透平9部分膨胀做功，温度和压力都降低后，工质依次在再热气冷壁10、低温再热器11和高温再热器12中吸热，温度再次升高后进入低压透平13完全膨胀做功；分流回路工质在第一级中压透平16部分膨胀做功后，进入分流过热器17吸热，温度升高后进入第二级中压透平18完全膨胀做功；低压透平13排气在高温回热器4中放热后，与第二级中压透平18排气混合，依次在中温回热器3、低温回热器2放热后分流成两路，即主压缩回路和再压缩回路；主压缩回路工质在预冷器15中放热后，进入主压缩机1，完成闭合循环；再压缩回路工质经再压缩机14升压后与低温回热器2冷侧出口工质混合；冷空气在空气预热器19中预热后进入炉膛辅助燃烧。

再压缩机14出口工质温度较低，与中低温烟气温差较大，如果直接用来回收中低温烟气热量，会造成大量不可逆损失。高温回热器4冷侧出口工质温度过高，本身无法回收中低温烟气热量，即使其完全膨胀做功后，温度仍然较高，同样无法回收中低温烟气热量。而通过布置中温回热器3可以将工质加热到合适温度，分流部分工质使其部分膨胀做功后，温度降低到可以回收中低温烟气热量，从而降低排烟温度，提高锅炉效率，进而提高发电效率，而这部分再热工质可以继续完全膨胀做功，温度降低后可以与中温回热器3热侧入口温度相近的工质混合。

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