一种基于超临界CO2工质的燃煤锅炉发电系统的制作方法

本发明属于燃煤锅炉技术领域，尤其涉及一种基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电系统。

背景技术：

目前，提高发电机组效率、降低污染物的排放是电力行业研究的永恒主题和目标；锅炉系统主要是以蒸汽朗肯循环为主流的能量转换系统，全厂效率在40％左右。为了突破传统路线的瓶颈，一些新概念先进动力系统受到越来越多的关注，超临界CO₂工质具有合适的临界压力，无毒低成本，能量密度大，传热效率高，系统简单，结构紧凑等特点。超临界工质运用在发电领域是一个比较热门的话题，在专利201410091771.6一种超临界CO₂工质循环发电系统中，利用锅炉尾气的能量和吸收式制冷系统结合，处理后的超临CO₂推动汽轮机发电；同样应用在锅炉系统有专利201510117556.3一种新型超临界二氧化碳燃煤锅炉，该专利主要设计锅炉的形状以及受热面的布置。

然而已有的专利针对燃煤发电比较缺少，特别是对超临界CO₂在整个锅炉系统运行原理和过程。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电系统，旨在解决已有的专利针对燃煤发电比较缺少，特别是对超临界CO₂在整个锅炉系统运行原理和过程的问题；超临界CO₂代替水作为工质对整个锅炉以及汽轮机机组的设置有很大的改变。

本发明是这样实现的，一种基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电方法，所述基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电方法包括：

煤处理子系统将原煤经过破碎、干燥、研磨等操作送往锅炉子系统燃烧(由煤仓落下的原煤经给煤机送入磨煤机磨制成煤粉。在煤粉磨制的过程中需要热空气对煤进行加热和干燥。送风机将冷空气送入锅炉尾部的空气预热器被烟气加热。从空气预热器出来的热空气一部分经排粉风机送入磨煤机，对煤进行加热和干燥，同时这部分热空气也是输送煤粉的介质。从磨煤机排除的煤粉和空气的混合物经煤粉燃烧器进入炉膛燃烧---这些都是目前常见的技术)，燃烧后产生的高温烟气经所述尾气处理子系统脱硝、除尘、脱硫(该类技术很多种----能否使用尾气处理子系统脱硝装置、除尘装置、脱硫装置依次脱硝、除尘、脱硫)操作得到洁净烟气；

经尾气处理子系统处理所得的洁净烟气经所述二氧化碳捕捉子系统将高浓度的CO₂捕获，送往二氧化碳压缩子系统压缩得到高压的超临界CO₂补充给所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统；

经二氧化碳捕捉子系统未被捕获的烟气排放大气，二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统中，高压低温的超临界CO₂经过锅炉子系统的受热面换热变为高温高压的超临界CO₂，在二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统中的汽轮机机组作功发电。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电方法的基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电系统，所述基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电方法系统包括：

煤处理子系统，用于对原煤破碎、干燥、研磨；

锅炉子系统，与煤处理子系统连接，用于将处理的原煤燃烧，产生高温烟气；

尾气处理子系统，与锅炉子系统连接，用于将高温烟气进行脱硝、除尘、脱硫；

二氧化碳捕捉子系统，与尾气处理子系统连接，用于捕获高浓度的CO₂；

二氧化碳压缩子系统，与二氧化碳捕捉子系统连接，用于压缩高浓度的CO₂得到高压的超临界CO₂；

二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统，与二氧化碳压缩子系统连接，用于将未被捕获的烟气排放大气，高压低温的超临界CO₂经受热面换热变为高温高压的超临界CO₂。

进一步，所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统由主压缩机、第三级经济换热器、二氧化碳压缩子系统换热器、第二级经济换热器、第一级经济换热器、省煤器、过热器、第一级再热器、第二级再热器、第一级汽轮机6-10、第二级汽轮机、第三级汽轮机、辅助压缩机、二氧化碳吸收子系统换热器、冷却器组成。

低温低压的超临界CO₂经主压缩机压缩，一部分经第三级经济换热器低温侧加热，另一部分经二氧化碳压缩子系统换热器加热和第二级经济换热器低温侧出口气流混合；

第三级经济换热器低温侧出口气流，一部分流经省煤器加热，另一部分流经第二级经济换热器低温侧加热；第二级经济换热器低温侧出口气流，和来自二氧化碳压缩子系统换热器的气流以及经辅助压缩机出口气流汇合，流经第一级经济换热器低温侧加热；

第一级经济换热器低温侧出口气流和省煤器气流汇合，经锅炉子系统的所述过热器加热，流入第一级汽轮机作功，得到的汽轮机乏汽经锅炉子系统中的第一级再热器加热流入第二级汽轮机作功，得到的汽轮机乏汽经锅炉子系统中的第二级再热器加热流入第三级汽轮机作功，经过三级汽轮机作功得到高温低压的超临界CO₂气流；

所得气流经第一级经济换热器高温侧降温，一部分气流流入第二级经济换热器高温侧，另一部分流入二氧化碳吸收子系统换热器换热；第二级经济换热器高温侧出口气流一部分流入辅助压缩机中，另一部分气流和来自流入二氧化碳吸收子系统换热器出口气流汇合，流入第三级经济换热器高温侧；最终，气流经过所述冷却器，完成整套循环。

本发明提供的基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电系统，针对超临界CO₂在锅炉的应用，燃煤电厂用超临界CO₂的Brayton循环代替传统蒸汽朗肯循环过程，全厂效率高达50％以上。本发明提高了导致减少燃料的供给，减少了污染物的排放，同时加入CO₂捕捉系统，进一步提高了节能减排的效果。本发明高效的全厂效率以及低污染物排放，同时充分利用烟气中CO₂，达到节能减排的效果；整套循环下来其汽轮机效率高达51％左右，远远高于传统汽轮机组。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统结构示意图；

图中：1、煤处理子系统；2、锅炉子系统；3、尾气处理子系统；4、二氧化碳捕捉子系统；5、二氧化碳压缩子系统；6、二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统；6-1、主压缩机；6-2、第三级经济换热器；6-3、二氧化碳压缩子系统换热器；6-4、第二级经济换热器；6-5、第一级经济换热器；6-6、省煤器；6-7、过热器；6-8、第一级再热器；6-9、第二级再热器；6-10、第一级汽轮机；6-11、第二级汽轮机；6-12、第三级汽轮机；6-13、辅助压缩机；6-14、二氧化碳吸收子系统换热器；6-15、冷却器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的基于超临界CO₂工质的燃煤锅炉发电系统由煤处理子系统1、锅炉子系统2、尾气处理子系统3、二氧化碳捕捉子系统4、二氧化碳压缩子系统5和二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统6组成。

煤处理子系统1，用于对原煤破碎、干燥、研磨。

锅炉子系统2，与煤处理子系统1连接，用于将处理的原煤燃烧，产生高温烟气。

尾气处理子系统3，与锅炉子系统2连接，用于将高温烟气进行脱硝、除尘、脱硫。

二氧化碳捕捉子系统4，与尾气处理子系统3连接，用于捕获高浓度的CO₂。

二氧化碳压缩子系统5，与二氧化碳捕捉子系统4连接，用于压缩高浓度的CO₂得到高压的超临界CO₂。

二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统6，与二氧化碳压缩子系统5连接，用于将未被捕获的烟气排放大气，高压低温的超临界CO₂经受热面换热变为高温高压的超临界CO₂。

如图2所示，本发明实施例的二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统6由主压缩机6-1、第三级经济换热器6-2、二氧化碳压缩子系统换热器6-3、第二级经济换热器6-4、第一级经济换热器6-5、省煤器6-6、过热器6-7、第一级再热器6-8、第二级再热器6-9、第一级汽轮机6-10、第二级汽轮机6-11、第三级汽轮机6-12、辅助压缩机6-13、二氧化碳吸收子系统换热器6-14、冷却器6-15组成。

低温低压的超临界CO₂经主压缩机6-1压缩，一部分经第三级经济换热器6-2低温侧加热，另一部分经二氧化碳压缩子系统换热器6-3加热和第二级经济换热器6-4低温侧出口气流混合；

第三级经济换热器6-2低温侧出口气流，一部分流经省煤器6-6加热，另一部分流经第二级经济换热器6-4低温侧加热；第二级经济换热器6-4低温侧出口气流，和来自二氧化碳压缩子系统换热器6-3的气流以及经辅助压缩机6-13出口气流汇合，流经第一级经济换热器6-5低温侧加热；

第一级经济换热器6-5低温侧出口气流和省煤器6-6气流汇合，经锅炉子系统的所述过热器6-7加热，流入第一级汽轮机6-10作功，得到的汽轮机乏汽经锅炉子系统中的第一级再热器6-8加热流入第二级汽轮机6-11作功，得到的汽轮机乏汽经锅炉子系统中的第二级再热器6-9加热流入第三级汽轮机6-12作功，经过三级汽轮机作功得到高温低压的超临界CO₂气流；

所得气流经第一级经济换热器6-5高温侧降温，一部分气流流入第二级经济换热器6-4高温侧，另一部分流入二氧化碳吸收子系统换热器6-3换热；第二级经济换热器6-4高温侧出口气流一部分流入辅助压缩机6-13中，另一部分气流和来自流入二氧化碳吸收子系统换热器6-3出口气流汇合，流入第三级经济换热器6-2高温侧；最终，气流经过所述冷却器6-15，完成整套循环。

本发明的工作原理：

所述煤处理子系统将原煤经过破碎、干燥、研磨等操作送往所述锅炉子系统燃烧，燃烧后产生的高温烟气经所述尾气处理子系统脱硝、除尘、脱硫等操作得到洁净烟气。经所述尾气处理子系统处理所得的洁净烟气经所述二氧化碳捕捉子系统将高浓度的CO₂捕获，送往所述二氧化碳压缩子系统压缩得到高压的超临界CO₂补充给所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统，经所述二氧化碳捕捉子系统未被捕获的烟气排放大气。所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统中，高压低温的超临界CO₂经过所述锅炉子系统的受热面换热变为高温高压的超临界CO₂，在所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统中的汽轮机机组作功发电。

所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统包括汽轮机、多种类型的换热器、压缩机等。低温低压的超临界CO₂经所述主压缩机压缩，一部分经所述第三级经济换热器低温侧加热，另一部分经所述二氧化碳压缩子系统换热器加热和所述第二级经济换热器低温侧出口气流混合；所述第三级经济换热器低温侧出口气流，一部分流经所述省煤器加热，另一部分流经所述第二级经济换热器低温侧加热；所述第二级经济换热器低温侧出口气流，和来自所述二氧化碳压缩子系统换热器的气流以及经所述辅助压缩机出口气流汇合，流经所述第一级经济换热器低温侧加热；所述第一级经济换热器低温侧出口气流和所述省煤器气流汇合，经所述锅炉子系统的所述过热器加热，流入所述第一级汽轮机作功，得到的汽轮机乏汽经所述锅炉子系统中的第一级再热器加热流入第二级汽轮机作功，得到的汽轮机乏汽经所述锅炉子系统中的第二级再热器加热流入第三级汽轮机作功，经过三级汽轮机作功得到高温低压的超临界CO₂气流；所得气流经所述第一级经济换热器高温侧降温，一部分气流流入所述第二级经济换热器高温侧，另一部分所述流入二氧化碳吸收子系统换热器换热；所述第二级经济换热器高温侧出口气流一部分流入所述辅助压缩机中，另一部分气流和来自所述流入二氧化碳吸收子系统换热器出口气流汇合，流入所述第三级经济换热器高温侧；最终，气流经过所述冷却器，完成整套循环。

优选地，所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统中工质都处于超临界状态。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

本发明的实施例保持进煤量为133.36t/h，使用的样品煤如表一所示，空气进气量为1000t/h。

表一、样品的元素分析和工业分析

所述二氧化碳Brayton汽轮机循环子系统，31℃,7.4Mpa的超临界CO₂经所述主压缩机绝热压缩到32Mpa，分两股流，一部分70％经所述第三级经济换热器低温侧加热，另一部分30％经所述二氧化碳压缩子系统换热器充分利用其中的余热；所述第三级经济换热器低温侧出口气流，一部分流经所述省煤器加热，另一部分流经所述第二级经济换热器低温侧加热；所述第二级经济换热器低温侧出口气流，和来自所述二氧化碳压缩子系统换热器的气流以及经所述辅助压缩机出口气流汇合，流经所述第一级经济换热器低温侧加热；所述第一级经济换热器低温侧出口气流和所述省煤器气流汇合，经所述锅炉子系统的所述过热器加热，其蒸气参数620℃，31.1Mpa，流入所述第一级汽轮机作功，得到的汽轮机乏汽经所述锅炉子系统中的第一级再热器加热，温度达620℃，流入第二级汽轮机作功，得到的汽轮机乏汽经所述锅炉子系统中的第二级再热器加热至620℃流入第三级汽轮机作功，经过三级汽轮机作功得到高温低压的超临界CO₂气流；所得气流经所述第一级经济换热器高温侧降温，一部分气流流入所述第二级经济换热器高温侧，另一部分所述流入二氧化碳吸收子系统换热器换热；所述第二级经济换热器高温侧出口气流30％流入所述辅助压缩机绝热压缩到31.9Mpa，另一部分气流和来自所述流入二氧化碳吸收子系统换热器出口气流汇合，流入所述第三级经济换热器高温侧；最终，气流经过冷却器降温至31℃，完成整套循环。整套循环下来其汽轮机效率高达51％左右，远远高于传统汽轮机组。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。