CN108661735B - 一种梯级利用烟气热能的超临界co2循环燃煤发电*** - Google Patents

一种梯级利用烟气热能的超临界co2循环燃煤发电*** Download PDF

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Abstract

本发明属于高效发电设备技术领域，尤其涉及一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电***，包括：低温回热器低压侧工质管道的出口分别与冷却器与第二压缩机分流阀门相连，冷却器通过第一压缩机与低温回热器高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门通过第二压缩机与低温回热器高压侧出口汇合后分别与第一余热回收***入口和第一高温回热器高压侧入口相连，第一高温回热器高压侧出口依次通过锅炉第一加热器、第一透平、再热***与第一高温回热器低压侧入口相连，第一高温回热器低压侧出口与第一余热回收***出口汇合后与低温回热器低压侧入口相连；第二余热回收***安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉***和锅炉炉膛相连。

Description

一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电***
技术领域
本发明属于高效发电设备技术领域，尤其涉及一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电***。
背景技术
超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO2循环)近年来在钠冷快堆发电、塔式太阳能光热发电、燃气轮机烟气余热利用等领域进行了较为广泛的研究。在水蒸气朗肯循环相关技术较为成熟的条件下进行这项研究是因为相比于水蒸气朗肯循环，S-CO2循环能够提供一些非常有吸引力的优势。
例如在相同的透平入口温度下，S-CO2循环相比于水蒸气朗肯循环在中等温区(550℃-700℃)能够有更高的效率。此外CO2化学性质不活泼，是一种性质很稳定的物质，故有可能使得CO2与管壁的腐蚀减弱。所以相比于水蒸气朗肯循环，在相同材料条件下，S-CO2循环的透平入口温度可能进一步提高，进而提升循环效率。所以S-CO2循环在效率提升方面有更高的潜力。
目前燃煤发电为世界提供稳定、充足的电力供应，燃煤发电占全球发电总量的39.3％，根据英国石油公司统计，煤炭的使用还可持续153年，远高于石油和天然气。虽然资源、环境、气候变化的压力使得燃煤发电面临着挑战，但燃煤发电在各类发电技术中占主导地位的现状在短期、中期仍然不会改变。所以探索和推广高效清洁的燃煤发电技术仍然具有重要意义。将S-CO2循环应用于燃煤发电领域是对燃煤发电技术的新的探索。
现有的水蒸气朗肯循环机组的一个重要发展方向就是通过提高机组参数来提升机组性能，如欧洲、美国等推行的700℃计划等，中国近年来也在推行上大压小的政策，倾向于建设大容量、高参数、低能耗的机组。对于水蒸气朗肯循环，虽然提高容量和参数会提高发电***性能，但同时也会增加***的复杂性，如近年来提出的适用于700℃等级的MaterCycle，仅高压、低压加热器就达到了10个，透平达到了6个。而相比于水蒸气朗肯循环，S-CO2循环在循环效率、材料耐腐性、***简化等方面都有很大的优势。
综上所述，S-CO2循环应用于燃煤发电领域有诸多潜在的优势。但同时也有着该***需要解决的难点，如由于S-CO2循环运行在高温区给锅炉尾部高温烟气余热利用带来的问题。这一问题的产生与循环布置相关，相同透平入口参数的S-CO2再压缩循环与传统的水蒸气朗肯循环相比，再压缩循环CO2工质在锅炉入口处的温度较高，由于烟气与锅炉入口处的CO2工质需要保证一定的温差，所以CO2工质在锅炉入口处的温度较高意味着该处的烟气温度同样较高，故锅炉的尾部烟道烟气余热较多，对于朗肯循环，当机组为二次再热超超临界机组时，省煤器入口水的温度(水在锅炉入口处的温度)大致在340℃左右，但对于布雷顿循环，这一温度会更高。与朗肯循环相比，在相同温压参数条件下，再压缩循环CO2在该处的温度为～410℃，当循环采用二次再热布置时这一温度为～510℃。故S-CO2机组锅炉尾部烟道存在大量的余热。余热如果得不到有效吸收会使得锅炉排入环境的热量增加，使得锅炉效率降低，从而降低热力***的总效率。这就是S-CO2燃煤发电所面临的余热问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电***，包括：低温回热器3低压侧出口分别与冷却器1与第二压缩机分流阀门4相连，冷却器1通过第一压缩机2与低温回热器3高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门4通过第二压缩机5与低温回热器3高压侧出口汇合后分别与第一余热回收***300入口和第一高温回热器12高压侧入口相连，第一高温回热器12高压侧出口依次通过锅炉第一加热器13、第一透平14、再热***200与第一高温回热器12低压侧入口相连，第一高温回热器12低压侧出口与第一余热回收***300出口汇合后与低温回热器3低压侧入口相连；第二余热回收***400安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉***和锅炉炉膛相连。
所述再热***200由由锅炉第二加热器215、第二透平216、锅炉第三加热器217和第三透平218依次串联组成。
所述第一余热回收***300包括：第一余热回收***300入口通过第二高温回热器分流阀门306与第二高温回热器307高压侧入口相连，第二高温回热器307高压侧出口与第一尾部烟道加热器308入口相连，第一尾部烟道加热器308出口与第四透平309入口相连，第四透平309出口与第二高温回热器307低压侧入口相连，第二高温回热器307低压侧出口就是第一余热回收***300的出口。
在第二高温回热器307高压侧入口和出口之间并联第二尾部烟道加热器308a，在第二高温回热器307高压侧出口与第一尾部烟道加热器308入口之间串联第五透平311。
所述发电***适用于第一透平入口温度在700℃等级。
所述发电***适用于第一透平入口温度在600℃等级。
所述第二余热回收***400包括：一次风机419、二次风机420、空气预热器421；其中第二余热回收***400的入口即一次风机419、二次风机420的入口均与外界环境相连，一次风机419、二次风机420出口与空气预热器421入口相连，空气预热器421一次风出口与锅炉的制粉***相连，空气预热器421二次风出口与锅炉炉膛相连。
发电***的运行方法包括：
超临界二氧化碳工质在低温回热器低压侧出口分流，其中一路经过第二压缩机分流阀门进入第二压缩机，CO2工质经压缩后进入低温回热器高压侧出口，另一路进入冷却器向环境排热后，进入第一压缩机压缩，压缩后的工质进入低温回热器高压侧入口，在低温回热器高压侧出口CO2工质与第二压缩机出口工质汇合后分为两路，其中一路进入第一余热回收***，另一路进入第一高温回热器高压侧与低压侧工质换热，随后进入锅炉第一加热器吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，升温后的CO2工质进入第一透平做功，做功后的工质进入再热***，再热***排出的工质进入第一高温回热器低压侧，随后与第一余热回收***出口工质汇合后进入低温回热器低压侧并将热量传递给高压侧CO2工质，至此CO2工质完成一个循环；该循环不能吸收的余热将由第二余热回收***吸收。
所述第一余热回收***的运行方法包括：
CO2工质经第二高温回热器分流阀门从低温回热器高压侧出口进入第二高温回热器高压侧，在第二高温回热器高压侧与低压侧工质换热后进入第一尾部烟道加热器吸收烟气余热，升温后的CO2工质进入第四透平做功，做功后的CO2工质进入第二高温回热器低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收***。
所述第一余热回收***的运行方法包括：
CO2工质经第二高温回热器分流阀门从低温回热器高压侧出口流入第一余热回收***，在第一余热回收***中CO2工质在第二高温回热器分流阀门出口分流，其中一路进入第二尾部烟道加热器分流阀门，CO2流经第二尾部烟道加热器分流阀门后在第二尾部烟道加热器中吸收尾部烟道内的烟气余热，随后流入第二高温回热器高压侧出口，另一路流入第二高温回热器高压侧，在第二高温回热器高压侧出口与从第二尾部烟道加热器出口流出的CO2工质汇合后进入第五透平做功，做功后的CO2工质流入第一尾部烟道加热器中吸收烟气中的余热，CO2工质升温后流入第四透平做功，做功后的CO2工质流入第二高温回热器低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收***。
本发明的有益效果在于：
该发明针对将超临界CO2布雷顿循环应用于燃煤发电领域，提出了两种高效的超临界CO2布雷顿循环燃煤发电***，其特征在于两种***分别适合于不同的透平入口温度等级。其中一类适合于透平入口温度在700℃等级，另一类适合于600℃等级。
对于700℃等级的***，通过从低温回热器高压侧出口分流，部分CO2工质进入第一余热回收***，在回收***中，CO2工质在第二高温回热器内回热后进入锅炉尾部烟道中吸收烟气余热，吸热后的工质进入第五透平做功，这种布置形式能够有效吸收尾部烟道中的余热，并将余热转化为功。
对于600℃等级的***，通过从低温回热器高压侧出口分流，部分CO2工质同样进入第一余热回收***，但该回收***与700℃等级的回收***布置有较大区别，首先第二尾部烟道加热器的应用使得第二高温回热器进出口温差相同，这降低了第二高温回热器的可用能损失；同时该***将透平分为第四透平与第五透平，并将第四透平出口CO2工质首先通过第一尾部烟道加热器加热，随后进入第五透平做功，这一布置使得当第四透平出口温度保持不变时，使得第五透平入口温度较低，这也是该***适合于较低温度等级的原因。
本发明构建的两种高效的超临界CO2布雷顿循环燃煤发电***所包含的再热布置***200与第一余热回收***300、第二余热回收***400是并列关系，三者共同吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，再热布置***200的作用是提升循环效率，同时提高第一高温回热器12高压侧出口温度，该处温度的提高会使得锅炉尾部烟道烟气余热量增大，烟气的余热首先被第一余热回收***300吸收并转化为功，随后被第二余热回收***400吸收用于保证煤粉的正常燃烧。
第一余热回收***300与第二余热回收***400相互配合，共同吸收锅炉尾部烟道的烟气余热，使得锅炉烟气的排烟温度达到预设值，且保证了空气预热器内二次风的运行温度不高于400度。
对于适用于600℃等级的第一余热回收***的布置及运行特点：
第二尾部烟道加热器308a的作用是使得第二高温回热器307进出口温差相同，这降低了第二高温回热器307的可用能损失，当使得第四透平309出口温度保持不变时这种布置可以使得第五透平311入口温度较低，这也是该***适合于较低温度等级的原因。同时第二尾部烟道加热器308a与第一尾部烟道加热器308的布置位置不一定是并列关系，在实际应用时第一尾部烟道加热器308a的位置需与锅炉内烟气温度匹配，以降低烟气与CO2工质换热过程的可用能损失。
对于第二余热回收***的布置及运行特点：
空气预热器内一次风占比19％左右，一次风的最高温度在320度左右，二次风占比81％左右，二次风的最高温度小于400度。在这样的运行条件下，空气预热器能够保证体积维持在现有工程经验的水平，且能够通过调节二次风温度实现对余热的回收。
通过两类余热回收***的配合能够解决S-CO2燃煤发电***面临的余热问题，使得锅炉尾部烟道高温余热得到合理、高效的吸收；
一次风机、二次风机从外界环境吸收空气，并将空气送入空气预热器内与烟气换热，吸热后的一次风进入制粉***并携带煤粉进入锅炉，吸热后的二次风进入燃烧器用于助燃。被空气冷却的烟气可至120℃左右，最后烟气中剩余的热量将作为废热排入环境。
附图说明
图1为本发明基于超临界CO2布雷顿循环的700℃等级燃煤发电***实施例1的流程图；
图2为本发明基于超临界CO2布雷顿循环的600℃等级燃煤发电***实施例2的流程图；
图中：1-冷却器、2-第一压缩机、3-低温回热器、4-第二压缩机分流阀门、5-第二压缩机、306-第二高温回热器分流阀门、307-第二高温回热器、308-第一尾部烟道加热器、308a-第二尾部烟道加热器、309-第四透平、310-第二尾部烟道加热器分流阀门、311-第五透平、12-第一高温回热器、13-锅炉第一加热器、14-第一透平、215-锅炉第二加热器、216-第二透平、217-锅炉第三加热器、218-第三透平、419-一次风机、420-二次风机、421-空气预热器。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电***的2个实施例：
如图1所示的实施例1，包括：冷却器-1、第一压缩机-2、低温回热器-3、第二压缩机分流阀门-4、第二压缩机-5、第一高温回热器-12、锅炉第一加热器-13、第一透平-14、再热***200、第一余热回收***300、第二余热回收***400；
所述低温回热器3低压侧工质管道的出口分别与冷却器1与第二压缩机分流阀门4工质管道的入口相连，冷却器1工质管道的出口与第一压缩机2工质管道的入口相连，第一压缩机2工质管道的出口与低温回热器3高压工质管道的侧入口相连，第二压缩机分流阀门4工质管道的出口与第二压缩机5工质管道的入口相连，低温回热器3高压侧工质管道的出口与第二压缩机5工质管道的出口汇合后分别与第一余热回收***300工质管道的入口和第一高温回热器12高压工质管道的侧入口相连，第一高温回热器12高压侧工质管道的出口与锅炉第一加热器13工质管道的入口相连，锅炉第一加热器13工质管道的出口与第一透平14工质管道的入口相连，第一透平14工质管道的出口与再热***200工质管道的入口相连，再热***200工质管道的出口与第一高温回热器12低压侧工质管道的入口相连，第一高温回热器12低压侧工质管道的出口与第一余热回收***300工质管道的出口汇合后与低温回热器3低压侧工质管道的入口相连。
本实施例中再热布置***200包括：锅炉第二加热器215、第二透平216、锅炉第三加热器217、第三透平218，其中再热布置***200工质管道的入口就是锅炉第二加热器215工质管道的入口，锅炉第二加热器215工质管道的入口与第一透平14工质管道的出口相连，锅炉第二加热器215工质管道的出口、第二透平216工质管道的入出口、锅炉第三加热器217工质管道的入出口、第三透平218工质管道的入口依次相连，第三透平218工质管道的出口为再热布置***200的工质管道出口，第三透平218工质管道的出口与第一高温回热器12低压侧工质管道的入口相连。
本实施例中第一余热回收***300包括：第二高温回热器分流阀门306、第二高温回热器307、第一尾部烟道加热器308、第四透平309；其中第一余热回收***300的工质管道的入口就是第二高温回热器分流阀门306工质管道的入口，第一余热回收***300的工质管道入口与低温回热器3高压侧工质管道的出口相连，第二高温回热器分流阀门306工质管道的出口与第二高温回热器307高压侧工质管道的入口相连，第二高温回热器307高压侧工质管道的出口与第一尾部烟道加热器308工质管道的入口相连，第一尾部烟道加热器308工质管道的出口与第四透平309工质管道的入口相连，第四透平309工质管道的出口与第二高温回热器307低压侧工质管道的入口相连，第二高温回热器307低压侧工质管道的出口就是第一余热回收***300工质管道的出口，第一余热回收***300工质管道的出口与低温回热器3低压侧工质管道的入口相连。
本实施例中第二余热回收***400包括：一次风机419、二次风机420、空气预热器421；本实施例中空气预热器421为三分仓式空气预热器，包括：一次风空气工质通道、二次风空气工质通道和烟气工质通道；其中第二余热回收***400的入口为外界环境，第二余热回收***400的工质管道的入口也是一次风机419、二次风机420工质管道的入口，一次风机419、二次风机420工质管道的入口与外界环境相连，一次风机419、二次风机420工质管道的出口与空气预热器421一次风空气工质通道、二次风空气工质通道入口相连，空气预热器421一次风工质通道的出口与锅炉的制粉***相连，空气预热器421二次风工质通道的出口与锅炉炉膛相连。
超临界二氧化碳工质在循环***中的工作流程如下所述：
超临界二氧化碳工质在低温回热器3低压侧工质管道的出口(此时工质的状态为：98.79-102.07℃，7.70MPa)分流，其中一路经过第二压缩机分流阀门4进入第二压缩机5入口(此时工质的状态为：98.79-102.07℃，7.70MPa，第二压缩机分流阀门4内流过的流量占总流量的30.47-29.47％)，CO2工质经压缩后进入低温回热器3高压侧出口(此时工质的状态为：258.19-270.83℃，35.97-38.68MPa)，另一路CO2工质进入冷却器向环境排热后，进入第一压缩机2压缩(此时工质的状态为：32.00℃，7.60MPa)，压缩后的工质进入低温回热器3高压侧入口(此时工质的状态为：88.79-92.07℃，36.07-38.78MPa)，在低温回热器3高压侧出口CO2工质与第二压缩机5出口工质汇合后分为两路，其中一路进入第一余热回收***300，另一路进入第一高温回热器12高压侧与低压侧工质换热，随后进入锅炉第一加热器13(此时工质的状态为：541.09-628.26℃，35.87-38.58MPa)吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，升温后的CO2工质(此时工质的状态为：650.00-750.00℃，35.00-38.00MPa)进入第一透平14做功，做功后的工质(此时工质的状态为：580.85-671.96℃，21.31-22.51MPa)进入再热***200，再热***200排出的工质进入第一高温回热器12低压侧(此时工质的状态为：585.42-676.07℃，7.90MPa)，随后与第一余热回收***300出口工质汇合后进入低温回热器3低压侧(此时工质的状态为：268.19-280.83℃，7.80MPa)并将热量传递给高压侧CO2工质，至此CO2工质完成一个循环。该循环不能吸收的余热将由第二余热回收***400吸收。
上述***运行流程所述的再热布置***200与第一余热回收***300、第二余热回收***400是并列关系，三者共同吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，再热布置***200的作用是提升循环效率，同时提高第一高温回热器12高压侧出口温度，该处温度的提高会使得锅炉尾部烟道烟气余热量增大，烟气的余热首先被第一余热回收***300吸收并转化为功，随后被第二余热回收***400用于保证煤粉的正常燃烧。
上述***运行流程所述的再热布置***200包括：锅炉第二加热器215、第二透平216、锅炉第三加热器217、第三透平218，其中在第一透平14做功后的CO2工质进入锅炉第二加热器215，升温后的工质(此时工质的状态为：650.00-750.00℃，21.14-22.38MPa)进入第二透平216，工质在第二透平216做功后(此时工质的状态为：583.14-674.05℃，12.98-13.34MPa)进入锅炉第三加热器217，升温后的工质(此时工质的状态为：650.00-750.00℃，12.76-13.17MPa)进入第三透平218做功，工质在第三透平218的出口流出再热布置***200。
上述***运行流程所述的***适用于透平入口温度为700℃等级时，第一余热回收***300包括：第二高温回热器分流阀门306、第二高温回热器307、第一尾部烟道加热器308、第四透平309；CO2工质经第二高温回热器分流阀门306(第二高温回热器分流阀门306内流过的流量占总流量的15.39-18.36％)从低温回热器3高压侧出口进入第二高温回热器307高压侧，在第二高温回热器307高压侧与低压侧工质换热后(此时工质的状态为：334.91-395.66℃，35.87-38.58MPa)进入第一尾部烟道加热器308吸收烟气余热，升温后的CO2工质(此时工质的状态为：541.09-628.26℃，35.67-38.38MPa)进入第四透平309做功，做功后的CO2工质(此时工质的状态为：360.36-427.11℃，7.90MPa)进入第二高温回热器307低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收***300。
上述***运行流程所述的第二余热回收***400包括：一次风机419、二次风机420、空气预热器421；一次风机419、二次风机420从外界环境吸收空气，并将空气送入空气预热器421内(此时一次风温：31.00℃，二次风温：21.00℃)与烟气换热，吸热后的一次风(此时一次风温：320.00℃)进入制粉***并携带煤粉进入锅炉，吸热后的二次风(此时二次风温：294.20-380.70℃)进入燃烧器用于助燃。被空气冷却的烟气可至120℃左右，最后烟气中剩余的热量将作为废热排入环境。
如图2所示的实施例1，包括：冷却器-1、第一压缩机-2、低温回热器-3、第二压缩机分流阀门-4、第二压缩机-5、第一高温回热器-12、锅炉第一加热器-13、第一透平-14、再热***200、第一余热回收***300、第二余热回收***400；
所述低温回热器3低压侧工质管道的出口分别与冷却器1与第二压缩机分流阀门4工质管道的入口相连，冷却器1工质管道的出口与第一压缩机2工质管道的入口相连，第一压缩机2工质管道的出口与低温回热器3高压工质管道的侧入口相连，第二压缩机分流阀门4工质管道的出口与第二压缩机5工质管道的入口相连，低温回热器3高压侧工质管道的出口与第二压缩机5工质管道的出口汇合后分别与第一余热回收***300工质管道的入口和第一高温回热器12高压工质管道的侧入口相连，第一高温回热器12高压侧工质管道的出口与锅炉第一加热器13工质管道的入口相连，锅炉第一加热器13工质管道的出口与第一透平14工质管道的入口相连，第一透平14工质管道的出口与再热***200工质管道的入口相连，再热***200工质管道的出口与第一高温回热器12低压侧工质管道的入口相连，第一高温回热器12低压侧工质管道的出口与第一余热回收***300工质管道的出口汇合后与低温回热器3低压侧工质管道的入口相连。
本实施例中再热布置***200包括：锅炉第二加热器215、第二透平216、锅炉第三加热器217、第三透平218，其中再热布置***200工质管道的入口就是锅炉第二加热器215工质管道的入口，锅炉第二加热器215工质管道的入口与第一透平14工质管道的出口相连，锅炉第二加热器215工质管道的出口、第二透平216工质管道的入出口、锅炉第三加热器217工质管道的入出口、第三透平218工质管道的入口依次相连，第三透平218工质管道的出口为再热布置***200的工质管道出口，第三透平218工质管道的出口与第一高温回热器12低压侧工质管道的入口相连。
本实施例中第一余热回收***300包括：第二高温回热器分流阀门306、第二高温回热器307、第一尾部烟道加热器308、第二尾部烟道加热器分流阀门310、第二尾部烟道加热器308a、第四透平309、第五透平311；其中第一余热回收***300的工质管道的入口就是第二高温回热器分流阀门306工质管道的入口，第一余热回收***300工质管道的入口与低温回热器3高压侧工质管道的出口相连，第二高温回热器分流阀门306工质管道的出口与第二高温回热器307高压侧工质管道的入口和第二尾部烟道加热器分流阀门310工质管道的入口分别相连，第二尾部烟道加热器分流阀门310工质管道的出口与第二尾部烟道加热器308a工质管道的入口相连、第二尾部烟道加热器308a工质管道的出口与第二高温回热器307高压侧工质管道的出口汇合后与第五透平311工质管道的入口相连，第五透平311工质管道的出口与第一尾部烟道加热器308工质管道的入口相连，第一尾部烟道加热器308工质管道的出口与第四透平309工质管道的入口相连，第四透平309工质管道的出口与第二高温回热器307低压侧工质管道的入口相连，第二高温回热器307低压侧工质管道的出口就是第一余热回收***300的工质管道的出口，第一余热回收***300工质管道的出口与低温回热器3低压侧工质管道的入口相连。
本实施例第二尾部烟道加热器308a的作用是使得第二高温回热器307进出口温差相同，这降低了第二高温回热器307的可用能损失，当使得第五透平311出口温度保持不变时这种布置可以使得第四透平309入口温度较低，这也是该***适合于较低温度等级的原因。
本实施例中第二余热回收***400包括：一次风机419、二次风机420、空气预热器421；本实施例中空气预热器421为三分仓式空气预热器，包括：一次风空气工质通道、二次风空气工质通道和烟气工质通道；其中第二余热回收***400的入口为外界环境，第二余热回收***400的工质管道的入口也是一次风机419、二次风机420工质管道的入口，一次风机419、二次风机420工质管道的入口与外界环境相连，一次风机419、二次风机420工质管道的出口与空气预热器421一次风空气工质通道、二次风空气工质通道入口相连，空气预热器421一次风工质通道的出口与锅炉的制粉***相连，空气预热器421二次风工质通道的出口与锅炉炉膛相连。
超临界二氧化碳工质在循环***中的工作流程如下所述：
超临界二氧化碳工质在低温回热器3低压侧工质管道的出口(此时工质的状态为：93.03-98.79℃，7.70MPa)分流，其中一路经过第二压缩机分流阀门4进入第二压缩机5入口(此时工质的状态为：93.03-98.79℃，7.70MPa，第二压缩机分流阀门4内流过的流量占总流量的32.40-30.47％)，CO2工质经压缩后进入低温回热器3高压侧出口(此时工质的状态为：235.87-258.19℃，31.52-35.97MPa)，另一路CO2工质进入冷却器向环境排热后，进入第一压缩机2压缩(此时工质的状态为：32.00℃，7.60MPa)，压缩后的工质进入低温回热器3高压侧入口(此时工质的状态为：83.03-88.79℃，31.62-36.07MPa)，在低温回热器3高压侧出口CO2工质与第二压缩机5出口工质汇合后分为两路，其中一路进入第一余热回收***300，另一路进入第一高温回热器12高压侧与低压侧工质换热，随后进入锅炉第一加热器13(此时工质的状态为：501.62-541.09℃，31.42-35.87MPa)吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，升温后的CO2工质(此时工质的状态为：600-650.00℃，30.00-35.00MPa)进入第一透平14做功，做功后的工质(此时工质的状态为：540.22-580.85℃，19.23-21.31MPa)进入再热***200，再热***200排出的工质进入第一高温回热器12低压侧(此时工质的状态为：545.16-585.42℃，7.90MPa)，随后与第一余热回收***300出口工质汇合后进入低温回热器3低压侧(此时工质的状态为：245.87-268.19℃，7.80MPa)并将热量传递给高压侧CO2工质，至此CO2工质完成一个循环。该循环不能吸收的余热将由第二余热回收***400吸收。
上述***运行流程所述的再热布置***200与第一余热回收***300、第二余热回收***400是并列关系，三者共同吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，再热布置***200的作用是提升循环效率，同时提高第一高温回热器12高压侧出口温度，该处温度的提高会使得锅炉尾部烟道烟气余热量增大，烟气的余热首先被第一余热回收***300吸收并转化为功，随后被第二余热回收***400用于保证煤粉的正常燃烧。
上述***运行流程所述的再热布置***200包括：锅炉第二加热器215、第二透平216、锅炉第三加热器217、第三透平218，其中在第一透平14做功后的CO2工质进入锅炉第二加热器215，升温后的工质(此时工质的状态为：600.00-650.00℃，19.01-21.14MPa)进入第二透平216，工质在第二透平216做功后(此时工质的状态为：542.75-583.14℃，12.33-12.98MPa)进入锅炉第三加热器217，升温后的工质(此时工质的状态为：600.00-650.00℃，12.04-12.76MPa)进入第三透平218做功，工质在第三透平218的出口流出再热布置***200。
上述***运行流程所述的***适用于透平入口温度为600℃等级时，第一余热回收***300包括：第二高温回热器分流阀门306、第二高温回热器307、第二尾部烟道加热器308a、第二尾部烟道加热器分流阀门310、第一尾部烟道加热器308、第四透平309、第五透平311；CO2工质经第二高温回热器分流阀门306(第二高温回热器分流阀门306内流过的流量占总流量的12.53-14.55％)从低温回热器3高压侧出口流入第一余热回收***300，在第一余热回收***300中CO2工质在第二高温回热器分流阀门306出口分流，其中一路进入第二尾部烟道加热器分流阀门310(第二尾部烟道加热器分流阀门310内流过的流量占总流量的1.74-1.96％)，CO2流经第二尾部烟道加热器分流阀门310后在第二尾部烟道加热器308a中吸收尾部烟道内的烟气余热，随后流入第二高温回热器307高压侧出口(此时工质的状态为：409.21-438.19℃，31.42-35.87MPa)，另一路流入第二高温回热器307高压侧，在第二高温回热器307高压侧出口(此时工质的状态为：409.21-438.19℃，31.42-35.87MPa)与从第二尾部烟道加热器308a出口流出的CO2工质汇合后进入第五透平311做功，做功后的CO2工质(此时工质的状态为：331.23-350.57℃，15.96-17.03MPa)流入第一尾部烟道加热器308中吸收烟气中的余热，CO2工质升温后(此时工质的状态为：501.62-541.09℃，15.76-16.83MPa)流入第四透平309做功，做功后的CO2工质(此时工质的状态为：419.21-448.17℃，7.90MPa)流入第二高温回热器307低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收***300。
上述***运行流程所述的第二余热回收***400包括：一次风机419、二次风机420、空气预热器421；一次风机419、二次风机420从外界环境吸收空气，并将空气送入空气预热器421内(此时一次风温：31.00℃，二次风温：21.00℃)与烟气换热，吸热后的一次风(此时一次风温：320.00℃)进入制粉***并携带煤粉进入锅炉，吸热后的二次风(此时二次风温：289.00-316.60℃)进入燃烧器用于助燃。被空气冷却的烟气可至120℃左右,最后烟气中剩余的热量将作为废热排入环境。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种梯级利用烟气热能的超临界CO2循环燃煤发电***，包括：低温回热器(3)低压侧出口分别与冷却器(1)与第二压缩机分流阀门(4)相连，冷却器(1)通过第一压缩机(2)与低温回热器(3)高压侧入口相连，第二压缩机分流阀门(4)通过第二压缩机(5)与低温回热器(3)高压侧出口汇合后分别与第一余热回收***(300)入口和第一高温回热器(12)高压侧入口相连，第一高温回热器(12)高压侧出口依次通过锅炉第一加热器(13)、第一透平(14)、再热***(200)与第一高温回热器(12)低压侧入口相连，第一高温回热器(12)低压侧出口与第一余热回收***(300)出口汇合后与低温回热器(3)低压侧入口相连；第二余热回收***(400)安装在锅炉尾部烟道并分别与锅炉制粉***和锅炉炉膛相连；
所述再热***(200)由锅炉第二加热器(215)、第二透平(216)、锅炉第三加热器(217)和第三透平(218)依次串联组成；
所述第一余热回收***(300)包括：第一余热回收***(300)入口通过第二高温回热器分流阀门(306)与第二高温回热器(307)高压侧入口相连，第二高温回热器(307)高压侧出口与第一尾部烟道加热器(308)入口相连，第一尾部烟道加热器(308)出口与第四透平(309)入口相连，第四透平(309)出口与第二高温回热器(307)低压侧入口相连，第二高温回热器(307)低压侧出口就是第一余热回收***(300)的出口。
2.根据权利要求1所述发电***，其特征在于，在第二高温回热器(307)高压侧入口和出口之间并联第二尾部烟道加热器(308a)，在第二高温回热器(307)高压侧出口与第一尾部烟道加热器(308)入口之间串联第五透平(311)。
3.根据权利要求2所述发电***，其特征在于，所述发电***适用于第一透平入口温度在700℃等级。
4.根据权利要求2所述发电***，其特征在于，所述发电***适用于第一透平入口温度在600℃等级。
5.根据权利要求1～4任一所述发电***，其特征在于，所述第二余热回收***(400)包括：一次风机(419)、二次风机(420)、空气预热器(421)；其中第二余热回收***(400)的入口即一次风机(419)、二次风机(420)的入口均与外界环境相连，一次风机(419)、二次风机(420)出口与空气预热器(421)入口相连，空气预热器(421)一次风出口与锅炉的制粉***相连，空气预热器(421)二次风出口与锅炉炉膛相连。
6.根据权利要求1～4任一所述发电***，其特征在于，所述发电***的运行方法包括：
超临界二氧化碳工质在低温回热器低压侧出口分流，其中一路经过第二压缩机分流阀门进入第二压缩机，CO2工质经压缩后进入低温回热器高压侧出口，另一路进入冷却器向环境排热后，进入第一压缩机压缩，压缩后的工质进入低温回热器高压侧入口，在低温回热器高压侧出口CO2工质与第二压缩机出口工质汇合后分为两路，其中一路进入第一余热回收***，另一路进入第一高温回热器高压侧与低压侧工质换热，随后进入锅炉第一加热器吸收锅炉内煤粉燃烧产生的热量，升温后的CO2工质进入第一透平做功，做功后的工质进入再热***，再热***排出的工质进入第一高温回热器低压侧，随后与第一余热回收***出口工质汇合后进入低温回热器低压侧并将热量传递给高压侧CO2工质，至此CO2工质完成一个循环；该循环不能吸收的余热将由第二余热回收***吸收。
7.根据权利要求1所述发电***，其特征在于，所述第一余热回收***的运行方法包括：
CO2工质经第二高温回热器分流阀门从低温回热器高压侧出口进入第二高温回热器高压侧，在第二高温回热器高压侧与低压侧工质换热后进入第一尾部烟道加热器吸收烟气余热，升温后的CO2工质进入第四透平做功，做功后的CO2工质进入第二高温回热器低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收***。
8.根据权利要求2～4任一所述发电***，其特征在于，所述第一余热回收***的运行方法包括：
CO2工质经第二高温回热器分流阀门从低温回热器高压侧出口流入第一余热回收***，在第一余热回收***中CO2工质在第二高温回热器分流阀门出口分流，其中一路进入第二尾部烟道加热器分流阀门，CO2流经第二尾部烟道加热器分流阀门后在第二尾部烟道加热器中吸收尾部烟道内的烟气余热，随后流入第二高温回热器高压侧出口，另一路流入第二高温回热器高压侧，在第二高温回热器高压侧出口与从第二尾部烟道加热器出口流出的CO2工质汇合后进入第五透平做功，做功后的CO2工质流入第一尾部烟道加热器中吸收烟气中的余热，CO2工质升温后流入第四透平做功，做功后的CO2工质流入第二高温回热器低压侧，在与高压侧工质换热后流出第一余热回收***。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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