CN214307058U - 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉 - Google Patents
一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道；炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通，炉膛内设置有气冷壁，水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器、高温CO2过热器及高温CO2再热器，尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器、低温CO2过热器、过热器、水冷壁及省煤器，其中，气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、低温CO2再热器及高温CO2再热器内流通的工质为二氧化碳，省煤器及水冷壁内流通的工质为水，过热器内流通的工质为水蒸气，该锅炉能够克服超临界CO2工质温度高、尾部低温烟气热量吸收困难的确定。
Description
技术领域
本实用新型属于火电厂锅炉技术领域，涉及一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉。
背景技术
现代燃煤电厂的发电工艺都是基于蒸汽朗肯循环。朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器四个主要装置组成。水在水泵中被压缩升压；然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机中膨胀作功(带动发电机发电)，作功后的低压蒸汽进入冷凝器，被冷却凝结成水。再回到水泵中，从而完成一个做功循环。
超临界二氧化碳(S-CO2)发电***是一种以超临界状态的CO2为工质的布雷顿循环***，其循环过程是：首先，S-CO2经过压缩机升压；然后，利用外源加热器将S-CO2工质等压加热；其次，工质进入涡轮机，推动涡轮做功，涡轮带动电机发电；最后，S-CO2工质进入冷却器，恢复到初始状态。再进入压缩机，就形成一个闭式循环。
二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38MPa时(即CO2的临界点)，其物理状态介于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。相比于水373.95℃/22.04MPa的临界值，较低的能耗就能使CO2达到临界态，利用它作为循环工质，能够有效提高机组的发电效率，因而超临界二氧化碳循环发电技术有着光明的发展前景。
然后，在设计与模拟计算中，发现超临界二氧化碳锅炉存在以下问题：
由于现有的超临界CO2循环发电***中设计有高/低温回热器，CO2进入锅炉前受到它们的预热，温度高达500℃。相比于水蒸气锅炉平均300℃的给水温度，二氧化碳锅炉入口工质温度高了近200℃。较高温度的CO2进入锅炉后，只能吸收比它温度更高的烟气的热量，而对于温度低于500℃的烟气，其对高温CO2将失去加热作用。尾部烟道低温烟气无法被吸收，蕴含的热量只能排放大气。这必然会带来巨大的排烟损失，严重降低锅炉的热效率。
如何克服超临界CO2工质温度高，尾部低温烟气热量吸收的困难，是设计具有实用前景的超临界二氧化碳锅炉不得不考虑的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，该锅炉能够克服超临界CO2工质温度高、尾部低温烟气热量吸收困难的确定。
为达到上述目的，本实用新型所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道；
炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通，炉膛内设置有气冷壁，水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器、高温CO2过热器及高温CO2再热器，尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器、低温CO2过热器、过热器、水冷壁及省煤器，其中，气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、低温CO2再热器及高温CO2再热器内流通的工质为二氧化碳，省煤器及水冷壁内流通的工质为水，过热器内流通的工质为水蒸气。
外界的压缩机出口依次经气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、外界的高压透平、低温CO2再热器、高温CO2再热器及外界的低压透平与外界的压缩机入口相连通。
外界给水泵的出口经省煤器及水冷壁与外界汽包的入口相连通，外界汽包的蒸汽出口经过热器与外界背压机的入口相连通。
还包括气冷壁入口集箱，其中，外界的压缩机出口经气冷壁入口集箱与气冷壁相连通。
还包括气冷壁出口集箱，气冷壁经气冷壁出口集箱与低温CO2过热器相连通。
还包括省煤器入口集箱，其中，外界给水泵的出口经省煤器入口集箱与省煤器相连通。
外界汽包的出水口连接有锅炉疏水管道。
尾部竖直烟道的出口连接有烟囱。
外界背压机的排汽口连通有工业供汽管道。
水冷壁采用螺旋式结构。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉在具体操作时，采用水蒸气及二氧化碳这两种工质，即气冷壁、低温CO2过热器、屏式CO2过热器、高温CO2过热器、低温CO2再热器及高温CO2再热器内流通的工质为二氧化碳；省煤器及水冷壁内流通的工质为水，过热器内流通的工质为水蒸气，即利用CO2吸收高中温烟气的热量，利用水蒸气吸收尾部烟道低温烟气的热量，彻底解决超临界二氧化碳锅炉入口工质温度高、尾部低温烟气热量难吸收的问题，显著提高S-CO2锅炉的效率，最终有效提高机组的发电效率。
附图说明
图1为本实用新型的原理图。
其中，1为气冷壁入口集箱、2为气冷壁、3为气冷壁出口集箱、4为低温CO2过热器、5为屏式CO2过热器、6为高温CO2过热器、7为高压透平、8为低温CO2再热器、9为高温CO2再热器、10为低压透平、11为省煤器入口集箱、12为省煤器、13为水冷壁、14为汽包、15为过热器、16为背压机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，本实用新型所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道；炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通，炉膛内设置有气冷壁2，水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6及高温CO2再热器9，尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器8、低温CO2过热器4、过热器15、水冷壁13及省煤器12，其中，气冷壁2、低温CO2过热器4、屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6、低温CO2再热器8及高温CO2再热器9内流通的工质为二氧化碳，省煤器12及水冷壁13内流通的工质为水，过热器15内流通的工质为水蒸气。
外界的压缩机出口依次经气冷壁2、低温CO2过热器4、屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6、外界的高压透平7、低温CO2再热器8、高温CO2再热器9及外界的低压透平10与外界的压缩机入口相连通。
外界给水泵的出口经省煤器12及水冷壁13与外界汽包14的入口相连通，外界汽包14的蒸汽出口经过热器15与外界背压机16的入口相连通。
本实用新型还包括气冷壁入口集箱1，其中，外界的压缩机出口经气冷壁入口集箱1与气冷壁2相连通。
本实用新型还包括气冷壁出口集箱3，气冷壁2经气冷壁出口集箱3与低温CO2过热器4相连通。
本实用新型还包括省煤器入口集箱11，其中，外界给水泵的出口经省煤器入口集箱11与省煤器12相连通。
外界汽包14的出水口连接有锅炉疏水管道；尾部竖直烟道的出口连接有烟囱；外界背压机16的排汽口连通有工业供汽管道；水冷壁13采用螺旋式结构。
本实用新型的具体工作过程为：
本实用新型的2套受热面共享1个炉膛及烟道，燃料在炉膛中燃烧放热，压缩机输出的CO2气体经气冷壁入口集箱1进入气冷壁2中，以辐射方式吸收炉膛火焰中心区域的高温(＞1000℃)烟气热量，然后依次经低温CO2过热器4、屏式CO2过热器5及高温CO2过热器6继续吸热，最终达到额定参数，然后送入高压透平7中膨胀做功，以带动叶轮旋转，并驱动发电机发电，高压透平7排出的乏气依次经低温CO2再热器8及高温CO2再热器9吸收热量，然后送入低压透平10中膨胀做功，以带动叶轮旋转，继而驱动发电机发电，低压透平10排出的乏气进入到压缩机中，准备进行下一次循环。
炉膛排出的烟气依次经屏式CO2过热器5、高温CO2过热器6、高温CO2再热器9、低温CO2再热器8及低温CO2过热器4换热降温至600℃以下后进入到尾部竖直烟道内，再在尾部竖直烟道内，通过过热器15换热降温、水冷壁13换热降温及省煤器12换热降温至350℃左右后排出。
给水泵输出的锅炉给水经省煤器入口集箱11进入到省煤器12中进行换热预热，再进入到水冷壁13中进行吸收热量，其中，考虑到水动力工况的稳定性，水冷壁13采用螺旋式结构，水冷壁13输出的热水进入到汽包14中进行汽水分离，其中，分离出来的湿蒸气进入过热器15中继续加热成过热蒸汽，然后送入背压机16中做功，背压机16排出的尾汽输入至工业供汽***中，为热用户提供生产用高温蒸汽，汽包14分离出来的水作为锅炉疏水输出。
Claims (10)
1.一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，包括炉膛、水平烟道及尾部竖直烟道；
炉膛的烟气出口与水平烟道与尾部竖直烟道相连通，炉膛内设置有气冷壁(2)，水平烟道内沿烟气流动方向依次设置有屏式CO2过热器(5)、高温CO2过热器(6)及高温CO2再热器(9)，尾部竖直烟道内自上到下依次设置有低温CO2再热器(8)、低温CO2过热器(4)、过热器(15)、水冷壁(13)及省煤器(12)，其中，气冷壁(2)、低温CO2过热器(4)、屏式CO2过热器(5)、高温CO2过热器(6)、低温CO2再热器(8)及高温CO2再热器(9)内流通的工质为二氧化碳，省煤器(12)及水冷壁(13)内流通的工质为水，过热器(15)内流通的工质为水蒸气。
2.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，外界的压缩机出口依次经气冷壁(2)、低温CO2过热器(4)、屏式CO2过热器(5)、高温CO2过热器(6)、外界的高压透平(7)、低温CO2再热器(8)、高温CO2再热器(9)及外界的低压透平(10)与外界的压缩机入口相连通。
3.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，外界给水泵的出口经省煤器(12)及水冷壁(13)与外界汽包(14)的入口相连通，外界汽包(14)的蒸汽出口经过热器(15)与外界背压机(16)的入口相连通。
4.根据权利要求2所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，还包括气冷壁入口集箱(1)，其中，外界的压缩机出口经气冷壁入口集箱(1)与气冷壁(2)相连通。
5.根据权利要求2所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，还包括气冷壁出口集箱(3)，气冷壁(2)经气冷壁出口集箱(3)与低温CO2过热器(4)相连通。
6.根据权利要求3所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，还包括省煤器入口集箱(11)，其中，外界给水泵的出口经省煤器入口集箱(11)与省煤器(12)相连通。
7.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，外界汽包(14)的出水口连接有锅炉疏水管道。
8.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，尾部竖直烟道的出口连接有烟囱。
9.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，外界背压机(16)的排汽口连通有工业供汽管道。
10.根据权利要求1所述的具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉，其特征在于，水冷壁(13)采用螺旋式结构。
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| CN202120170410.6U CN214307058U (zh) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022156218A1 (zh) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 西安热工研究院有限公司 | 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉 |
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2021
- 2021-01-21 CN CN202120170410.6U patent/CN214307058U/zh active Active
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| WO2022156218A1 (zh) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 西安热工研究院有限公司 | 一种具有双工质的高效超临界二氧化碳锅炉 |
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