CN109372600A - 改进型高效回热煤基超临界co2二次再热发电*** - Google Patents

改进型高效回热煤基超临界co2二次再热发电*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，包括二氧化碳高压透平二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平、高温回热加热器、低温回热加热器、再压缩机、主压缩机、冷凝器、燃煤锅炉空预器、空预器烟气旁路高温换热器、空预器烟气旁路低温换热器、锅炉一次再热器、锅炉二次再热器及烟气换热器冷侧旁路。通过本发明，设置二次再热二氧化碳发电***，可提高循环热效率0.3％；设置烟气加热二氧化碳的回热加热***，一方面减少了排烟损失，提高了锅炉效率0.5％，另一方面减少了回热加热器传热的不可逆换热损失，可提高了循环发电热效率约0.15％。通过本发明，可整体提高现有煤基超临界二氧化碳发电***循环效率约1％以上。

Description

改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***
技术领域
本发明属于超临界二氧化碳发电技术领域，尤其涉及一种改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***。
背景技术
超临界二氧化碳发电***，由于超临界二氧化碳具有化学性质稳定、密度高、循环***简单、结构紧凑、效率高等诸多特点，使得其成为近些年国内外研究重点。
从现有报道和发表的超临界二氧化碳发电研究成果和试验***看，与燃煤锅炉结合利用二氧化碳发电的高效先进***不多。一是回热***涉及受制于高效换热器，因为二氧化碳发电***中，回热加热器由于压力高、温度高，设计难度大，提高换热效率也是一个难题。
二是当前研究均未结合锅炉烟气热量的梯级利用，也导致锅炉排烟温度的居高不下，影响了整体发电循环热效率的提高。
因此，如何在确保回热加热器选型和尽量提高进入锅炉二氧化碳介质温度条件下，同时降低锅炉排烟温度和提高锅炉效率，继而提高整个发电循环热效率，是煤基超临界二氧化碳发电研究需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，通过设置锅炉烟气高温换热器和烟气低温换热器，来全部或部分加热进入回热加热器中的二氧化碳介质，一方面减少回热加热器换热温差不可逆损失，另一方面减少锅炉排烟热损失，从而提高整个超临界二氧化碳发电的循环热效率。
本发明提供了一种改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，包括二氧化碳高压透平二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平、高温回热加热器、低温回热加热器、再压缩机、主压缩机、冷凝器、燃煤锅炉空预器、空预器烟气旁路高温换热器、空预器烟气旁路低温换热器、锅炉一次再热器、锅炉二次再热器及烟气换热器冷侧旁路；
二氧化碳高压透平、二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平依次连接，且二氧化碳高压透平、二氧化碳中压透平之间连接有锅炉一次再热器，二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平之间连接有锅炉二次再热器；二氧化碳低压透平与高温回热加热器的第一入口连接，高温回热加热器的第一出口与低温回热加热器的第一入口连接；燃煤锅炉空预器的入口与烟气主管路连接，空预器烟气旁路高温换热器的第一入口与烟气旁路连接，空预器烟气旁路高温换热器的第一出口与空预器烟气旁路低温换热器的第一入口连接，空预器烟气旁路低温换热器的第一出口及燃煤锅炉空预器的出口与锅炉排烟管路连接；
低温回热加热器的第一出口通过第一管路与空预器烟气旁路低温换热器的第二入口连接，第一管路设有主压缩机及冷凝器，冷凝器相比主压缩机更靠近低温回热加热器的第一出口；空预器烟气旁路低温换热器的第二出口通过第二管路与低温回热加热器的第二入口连接，低温回热加热器的第二出口通过第三管路与空预器烟气旁路高温换热器的第二入口连接；空预器烟气旁路高温换热器的第二出口通过第四管路与高温回热加热器的第二入口连接，高温回热加热器的第二出口用于与锅炉省煤器连接；低温回热加热器的第一出口还通过第五管路与第三管路连接，第五管路设有再压缩机；
来自锅炉的二氧化碳新蒸汽进入二氧化碳高压透平中做功，排汽进入锅炉一次再热器继续加热，然后返回二氧化碳中压透平继续做功，排汽再次进入锅炉二次再热器继续加热，然后再次返回进入二氧化碳低压透平继续做功，二氧化碳低压透平中做功后排出的二氧化碳作为热侧介质进入高温回热加热器中被冷却，空预器烟气旁路高温换热器中二氧化碳被烟气加热后，作为冷侧介质进入高温回热加热器中继续被二氧化碳低压透平排汽加热，被加热后二氧化碳介质进入锅炉省煤器继续吸热，最终成为二氧化碳新蒸汽进入二氧化碳高压透平，高温回热加热器中被第一次冷却的二氧化碳低压透平排汽，作为热侧介质进入低温回热加热器中继续冷却，低温回热加热器中被冷却的二氧化碳，作为热侧介质进入冷凝器中被继续冷却，低温回热加热器中热侧介质，进入再压缩机的入口被其压缩，低温回热加热器中冷侧介质与再压缩机出口介质混合，作为冷侧介质共同进入空预器烟气旁路高温换热器，冷凝器中被冷却后的二氧化碳介质，进入主压缩机中被压缩，主压缩机排出的二氧化碳作为冷侧介质，全部或部分进入空预器烟气旁路低温换热器中继续被烟气加热，再压缩机排出的二氧化碳作为冷侧介质，全部或部分进入空预器烟气旁路高温换热器中被烟气加热，空预器烟气旁路低温换热器中二氧化碳被加热后，作为冷侧介质继续进入低温回热加热器中被加热，空预器烟气旁路高温换热器中的烟气被冷却后，进入空预器烟气旁路低温换热器中继续被冷却，锅炉烟气并列进入燃煤锅炉空预器和烟气旁路，在烟气旁路中，烟气先后被空预器烟气旁路高温换热器、空预器烟气旁路低温换热器冷却，燃煤锅炉空预器出口烟气与空预器烟气旁路低温换热器出口烟气混合后，作为锅炉排烟一起排出。
进一步地，第一管路、第二管路之间以及第三管路、第四管路之间设有烟气换热器冷侧旁路，再压缩机出口二氧化碳经过烟气换热器冷侧旁路直接进入高温回热加热器冷侧入口中，主压缩机出口的二氧化碳直接经过烟气换热器冷侧旁路直接进入低温回热加热器冷侧入口中。
借由上述方案，通过改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，在实现高效回热加热同时，可更有利于降低锅炉排烟温度，减少排烟损失，从而使得整个发电循环热效率提高，。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***的结构示意图。
图中标号：
1-二氧化碳高压透平；2-二氧化碳中压透平；3-二氧化碳低压透平；4-高温回热加热器；5-低温回热加热器；6-再压缩机；7-主压缩机；8-冷凝器；9-燃煤锅炉空预器；10-空预器烟气旁路高温换热器；11-空预器烟气旁路低温换热器；12-锅炉一次再热器；13-锅炉二次再热器；14-烟气换热器冷侧旁路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，包括二氧化碳高压透平1、二氧化碳中压透平2、二氧化碳低压透平3、高温回热加热器4、低温回热加热器5、再压缩机6、主压缩机7、冷凝器8、燃煤锅炉空预器9、空预器烟气旁路高温换热器10、空预器烟气旁路低温换热器11、锅炉一次再热器12、锅炉二次再热器13及烟气换热器冷侧旁路14；
二氧化碳高压透平1、二氧化碳中压透平2、二氧化碳低压透平3依次连接，且二氧化碳高压透平1、二氧化碳中压透平2之间连接有锅炉一次再热器12，二氧化碳中压透平2、二氧化碳低压透平3之间连接有锅炉二次再热器13；二氧化碳低压透平3与高温回热加热器4的第一入口连接，高温回热加热器4的第一出口与低温回热加热器5的第一入口连接；燃煤锅炉空预器9的入口与烟气主管路连接，空预器烟气旁路高温换热器10的第一入口与烟气旁路连接，空预器烟气旁路高温换热器10的第一出口与空预器烟气旁路低温换热器11的第一入口连接，空预器烟气旁路低温换热器11的第一出口及燃煤锅炉空预器9的出口与锅炉排烟管路连接；
低温回热加热器5的第一出口通过第一管路与空预器烟气旁路低温换热器11的第二入口连接，第一管路设有主压缩机7及冷凝器8，冷凝器8相比主压缩机7更靠近低温回热加热器5的第一出口；空预器烟气旁路低温换热器11的第二出口通过第二管路与低温回热加热器5的第二入口连接，低温回热加热器5的第二出口通过第三管路与空预器烟气旁路高温换热器10的第二入口连接；空预器烟气旁路高温换热器10的第二出口通过第四管路与高温回热加热器4的第二入口连接，高温回热加热器4的第二出口用于与锅炉省煤器等换热面连接；低温回热加热器5的第一出口还通过第五管路与第三管路连接，第五管路设有再压缩机6；
来自锅炉的二氧化碳新蒸汽进入二氧化碳高压透平1中做功，排汽进入锅炉一次再热器12继续加热，然后返回二氧化碳中压透平2继续做功，排汽再次进入锅炉二次再热器13继续加热，然后再次返回进入二氧化碳低压透平3继续做功，二氧化碳低压透平3中做功后排出的二氧化碳作为热侧介质进入高温回热加热器4中被冷却，空预器烟气旁路高温换热器10中二氧化碳被烟气加热后，作为冷侧介质进入高温回热加热器4中继续被二氧化碳低压透平3排汽加热，被加热后二氧化碳介质进入锅炉省煤器等换热面继续吸热，最终成为二氧化碳新蒸汽进入二氧化碳高压透平1，高温回热加热器4中被第一次冷却的二氧化碳低压透平3排汽，作为热侧介质进入低温回热加热器5中继续冷却，低温回热加热器5中被冷却的二氧化碳，作为热侧介质进入冷凝器8中被继续冷却，低温回热加热器5中热侧介质，进入再压缩机6的入口被其压缩，低温回热加热器5中冷侧介质与再压缩机6出口介质混合，作为冷侧介质共同进入空预器烟气旁路高温换热器10，冷凝器8中被冷却后的二氧化碳介质，进入主压缩机7中被压缩，主压缩机7排出的二氧化碳作为冷侧介质，全部或部分进入空预器烟气旁路低温换热器11中继续被烟气加热，再压缩机6排出的二氧化碳作为冷侧介质，全部或部分进入空预器烟气旁路高温换热器10中被烟气加热，空预器烟气旁路低温换热器11中二氧化碳被加热后，作为冷侧介质继续进入低温回热加热器5中被加热，空预器烟气旁路高温换热器10中的烟气被冷却后，进入空预器烟气旁路低温换热器11中继续被冷却，锅炉烟气并列进入燃煤锅炉空预器9和烟气旁路，在烟气旁路中，烟气先后被空预器烟气旁路高温换热器10、空预器烟气旁路低温换热器11冷却，燃煤锅炉空预器9出口烟气与空预器烟气旁路低温换热器11出口烟气混合后，作为锅炉排烟一起排出。
在本实施例中，第一管路、第二管路之间以及第三管路、第四管路之间设有烟气换热器冷侧旁路14，空预器烟气旁路高温换热器10、空预器烟气旁路低温换热器11的冷侧即二氧化碳侧，与烟气换热器冷侧旁路14为并联关系，冷侧二氧化碳工质可不经过空预器烟气旁路高温换热器10、空预器烟气旁路低温换热器11直接进入下游设备中，再压缩机6出口二氧化碳可经过烟气换热器冷侧旁路14直接进入高温回热加热器4冷侧入口中，主压缩机7出口的二氧化碳直接可经过烟气换热器冷侧旁路14直接进入低温回热加热器5冷侧入口中。
本实施例提供的改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，拥有二氧化碳高压透平1、二氧化碳中压透平2、二氧化碳低压透平3等至少三个透平，二次再热新蒸汽参数可以达700-1200℃、35MPa等级。二氧化碳作为发电循环的介质，通过主压缩机7、再压缩机6压缩升温，不仅被二氧化碳低压透平3的二氧化碳排汽逐级加热，并在空预器烟气旁路高温换热器10、空预器烟气旁路低温换热器11中被燃煤锅炉的烟气进行逐级加热，通过透平侧、锅炉侧两种不同的回热加热方式，使得进入燃煤锅炉的二氧化碳温度达到近520℃甚至更高，以提高进入锅炉的初始二氧化碳介质温度，可提高循环发电热效率近0.3％。
同时，通过设置烟气换热器加热二氧化碳介质，一是进一步降低了燃煤锅炉排烟的烟气温度，减少了排烟损失，提高了锅炉效率0.5％，二是进一步利用了烟气热量加热二氧化碳介质，提高了进入回热加热器的工质温度，可减小高温回热加热器4、低温回热加热器5中的平均换热温差至小于3℃，减少了不可逆换热损失，提高了整个发电循环的有效能，也可提高了循环发电热效率约0.15％。通过该***可整体提高现有煤基超临界二氧化碳发电***循环效率约1％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，其特征在于，包括二氧化碳高压透平、二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平、高温回热加热器、低温回热加热器、再压缩机、主压缩机、冷凝器、燃煤锅炉空预器、空预器烟气旁路高温换热器、空预器烟气旁路低温换热器、锅炉一次再热器、锅炉二次再热器及烟气换热器冷侧旁路；
所述二氧化碳高压透平、二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平依次连接，且所述二氧化碳高压透平、二氧化碳中压透平之间连接有所述锅炉一次再热器，所述二氧化碳中压透平、二氧化碳低压透平之间连接有所述锅炉二次再热器；所述二氧化碳低压透平与所述高温回热加热器的第一入口连接，所述高温回热加热器的第一出口与所述低温回热加热器的第一入口连接；所述燃煤锅炉空预器的入口与烟气主管路连接，所述空预器烟气旁路高温换热器的第一入口与烟气旁路连接，所述空预器烟气旁路高温换热器的第一出口与所述空预器烟气旁路低温换热器的第一入口连接，所述空预器烟气旁路低温换热器的第一出口及燃煤锅炉空预器的出口与锅炉排烟管路连接；
所述低温回热加热器的第一出口通过第一管路与所述空预器烟气旁路低温换热器的第二入口连接，所述第一管路设有主压缩机及冷凝器，所述冷凝器相比所述主压缩机更靠近所述低温回热加热器的第一出口；所述空预器烟气旁路低温换热器的第二出口通过第二管路与所述低温回热加热器的第二入口连接，所述低温回热加热器的第二出口通过第三管路与所述空预器烟气旁路高温换热器的第二入口连接；所述空预器烟气旁路高温换热器的第二出口通过第四管路与所述高温回热加热器的第二入口连接，所述高温回热加热器的第二出口用于与锅炉省煤器连接；所述低温回热加热器的第一出口还通过第五管路与所述第三管路连接，所述第五管路设有再压缩机；
来自锅炉的二氧化碳新蒸汽进入所述二氧化碳高压透平中做功，排汽进入所述锅炉一次再热器继续加热，然后返回所述二氧化碳中压透平继续做功，排汽再次进入所述锅炉二次再热器继续加热，然后再次返回进入所述二氧化碳低压透平继续做功，所述二氧化碳低压透平中做功后排出的二氧化碳作为热侧介质进入所述高温回热加热器中被冷却，所述空预器烟气旁路高温换热器中二氧化碳被烟气加热后，作为冷侧介质进入所述高温回热加热器中继续被所述二氧化碳低压透平排汽加热，被加热后二氧化碳介质进入锅炉省煤器继续吸热，最终成为二氧化碳新蒸汽进入所述二氧化碳高压透平，所述高温回热加热器中被第一次冷却的二氧化碳低压透平排汽，作为热侧介质进入所述低温回热加热器中继续冷却，所述低温回热加热器中被冷却的二氧化碳，作为热侧介质进入所述冷凝器中被继续冷却，所述低温回热加热器中热侧介质，进入所述再压缩机的入口被其压缩，所述低温回热加热器中冷侧介质与所述再压缩机出口介质混合，作为冷侧介质共同进入所述空预器烟气旁路高温换热器，所述冷凝器中被冷却后的二氧化碳介质，进入所述主压缩机中被压缩，所述主压缩机排出的二氧化碳作为冷侧介质，全部或部分进入所述空预器烟气旁路低温换热器中继续被烟气加热，所述再压缩机排出的二氧化碳作为冷侧介质，全部或部分进入所述空预器烟气旁路高温换热器中被烟气加热，所述空预器烟气旁路低温换热器中二氧化碳被加热后，作为冷侧介质继续进入所述低温回热加热器中被加热，所述空预器烟气旁路高温换热器中的烟气被冷却后，进入所述空预器烟气旁路低温换热器中继续被冷却，锅炉烟气并列进入所述燃煤锅炉空预器和烟气旁路，在烟气旁路中，烟气先后被所述空预器烟气旁路高温换热器、空预器烟气旁路低温换热器冷却，所述燃煤锅炉空预器出口烟气与所述空预器烟气旁路低温换热器出口烟气混合后，作为锅炉排烟一起排出。
2.根据权利要求1所述的改进型高效回热煤基超临界CO2二次再热发电***，其特征在于，所述第一管路、第二管路之间以及第三管路、第四管路之间设有烟气换热器冷侧旁路，所述再压缩机出口二氧化碳经过所述烟气换热器冷侧旁路直接进入所述高温回热加热器冷侧入口中，所述主压缩机出口的二氧化碳直接经过所述烟气换热器冷侧旁路直接进入所述低温回热加热器冷侧入口中。
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