一种燃煤发电系统的制作方法

本实用新型涉及发电技术领域，特别是涉及一种燃煤发电系统。

背景技术：

燃煤发电是我国主要的供电方式之一，并且在当前及今后相当长一段时期内仍将占据最大的发电量份额，但是，燃煤发电正面临提质增效和转型发展的严峻形势。长远来看，为了满足降低二氧化碳排放的要求，一方面需要加快研制更高参数的机组，即下一代700℃等级超超临界机组。但是，这一技术路线需要大量采用昂贵的镍基高温合金，机组成本非常高；另一方面需要在现有的600℃等级的材料和设备制造技术的基础上创新性地开发新型的燃煤发电技术。

近年来，超临界二氧化碳循环技术发展迅速，关键技术不断取得突破。超临界二氧化碳循环系统简单、结构紧凑、效率高、可空冷，并且可以与各种热源组成发电系统。因此，超临界二氧化碳循环在火力发电、核能发电、太阳能热发电、余热发电、地热发电、生物质发电等领域均具有良好的应用前景。超临界二氧化碳循环也可以与燃煤锅炉集成，代替汽轮机组，形成新型燃煤发电系统，600℃等级的超临界二氧化碳循环机组有望达到700℃等级超超临界机组的发电效率。但是，考虑到超临界二氧化碳循环深度回热的特点，工质进入热源的温度较高，将它直接与燃煤锅炉集成时，势必造成锅炉排烟温度过高，有损锅炉热效率，所以必须有针对性地构建适合的循环方式，这是开发新型燃煤发电系统亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于超临界二氧化碳循环的新型高效燃煤发电系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃煤发电系统，包括：有机工质循环组、燃煤锅炉组及超临界二氧化碳循环组；

所述有机工质循环组包括循环泵、蒸发器、回热器、过热器、膨胀机及冷凝器，所述循环泵的出口连接蒸发器的有机工质进口，所述蒸发器的有机工质出口连接所述回热器的高压侧进口，所述回热器的高压侧出口连接所述过热器的有机工质进口，所述过热器的有机工质出口连接所述膨胀机的进口，所述膨胀机的出口连接所述回热器的低压侧进口，所述回热器的低压侧出口连接所述冷凝器的进口，所述冷凝器的出口连接所述循环泵的进口；

所述燃煤锅炉组包括锅炉，所述锅炉内设有加热器、再热器、高温省煤器及低温省煤器；

所述超临界二氧化碳循环组包括第一超临界二氧化碳循环组和第二超临界二氧化碳循环组，所述第一超临界二氧化碳循环组包括第一主压缩机、第一低温回热器、第一高温回热器、第一高压透平、低压透平、第一再压缩机及预冷器，所述第一主压缩机的出口连接所述第一低温回热器的高压侧进口，所述第一低温回热器的高压侧出口连接所述第一高温回热器的高压侧进口，所述第一高温回热器的高压侧出口连接所述高温省煤器的工质侧进口，所述高温省煤器的工质侧出口连接所述加热器的工质进口，所述加热器的工质出口连接所述第一高压透平的进气口，所述第一高压透平的排气口连接所述再热器的工质进口，所述再热器的工质出口连接所述低压透平的进口，所述低压透平的出口连接所述第一高温回热器的低压侧进口，所述第一高温回热器的低压侧出口连接所述第一低温回热器的低压侧进口，第一低温回热器的低压侧出口连接所述有机工质循环的蒸发器的二氧化碳工质进口和所述第一再压缩机的进口，所述蒸发器的二氧化碳工质出口连接所述预冷器的工质进口，所述预冷器的工质出口连接所述第一主压缩机的进口，所述第一再压缩机的出口连接所述第一高温回热器的高压侧进口；

所述第二超临界二氧化碳循环组包括第二主压缩机、第二低温回热器、第二高温回热器、第二高压透平、第二再压缩机，所述第二主压缩机的出口连接所述第二低温回热器的高压侧进口，所述第二低温回热器的高压侧出口连接所述第二高温回热器的高压侧进口，所述第二高温回热器的高压侧出口连接所述低温省煤器的工质侧进口，所述低温省煤器的工质侧出口连接所述第二高压透平的进气口，所述第二高压透平的排气口连接所述第二高温回热器的低压侧进口，所述第二高温回热器的低压侧出口连接所述第二低温回热器的低压侧进口，所述第二低温回热器的低压侧出口连接所述有机工质循环的过热器的二氧化碳工质进口和所述第二再压缩机的进口，所述过热器的二氧化碳工质出口连接所述第二主压缩机的进口，所述第二主压缩机的出口连接所述第二高温回热器的高压侧进口。

可选的，所述燃煤锅炉还包括空气预热器，所述空气预热器的一次风出口和二次风出口连接所述锅炉的炉膛，所述空气预热器的排烟出口连接所述过热器的烟气进口。

可选的，所述的空气预热器为空冷预热器或水冷预热器。

可选的，所述燃煤锅炉为超临界锅炉或超超临界锅炉。

可选的，所述第一超临界二氧化碳循环组和所述第二超临界二氧化碳循环组均采用高位布置。本实用新型技术方案所述的“高位布置”是指布置于燃煤锅炉三分之一以上的高度。

可选的，所述有机工质循环组中的有机工质选自氟利昂、异丁烷、五氟丙烷、四氟乙烷中的一种。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的燃煤发电系统具有如下有益效果：

燃煤发电系统包括燃煤锅炉组、超临界二氧化碳循环组及有机工质循环组，充分利用了系统产生的热量，提高了机组的发电效率。

所述第一超临界二氧化碳循环组和第二超临界二氧化碳循环组均采用高位布置，从而减少工质管道的长度和压损。

燃煤发电系统可采用现有的600℃等级的超超临界汽轮机组的材料，因此可以确保设备造价与现有超超临界汽轮机组相当，同时，充分发挥了超临界二氧化碳循环的高效率优势，提高了机组的发电效率，使机组发电成本优于现有的超超临界汽轮机组。

采用两个超临界二氧化碳循环组，充分吸收锅炉排烟热量，确保锅炉热效率，并且采用系统的余热发电，进一步提高机组的发电效率和经济性，采用温度不高于630℃的机组便可达到700℃等级超超临界汽轮机组的发电效率。

在空冷条件下，本实用新型的机组依然可保持高效率，显著优于同等参数的超超临界汽轮机组。

附图说明

图1为本实用新型实施例的燃煤发电系统的结构示意图；

其中：1-第一主压缩机，2-第一低温回热器，3-第一高温回热器，4-第一高压透平，5-低压透平，6-第一再压缩机，7-预冷器，11-第二主压缩机，12-第二低温回热器，13-第二高温回热器，14-第二高压透平，15-第二再压缩机，21-循环泵，22-蒸发器，23-回热器，24-过热器，25-膨胀机，26-冷凝器，31-锅炉，32-加热器，33-再热器，34-高温省煤器，35-低温省煤器，36-空气预热器，100-燃煤锅炉组，200-第一超临界二氧化碳循环，300-第二超临界二氧化碳循环，400-有机工质循环。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型技术方案进行详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例的燃煤发电系统，包括：有机工质循环组400、燃煤锅炉组300及超临界二氧化碳循环组。

有机工质循环组400包括循环泵21、蒸发器22、回热器23、过热器24、膨胀机25及冷凝器26，循环泵21的出口连接蒸发器22的有机工质进口，蒸发器22的有机工质出口连接回热器23的高压侧进口，回热器23的高压侧出口连接过热器24的有机工质进口，过热器24的有机工质出口连接膨胀机25的进口，膨胀机25的出口连接回热器23的低压侧进口，回热器23的低压侧出口连接冷凝器26的进口，冷凝器26的出口连接循环泵21的进口。

燃煤锅炉组100包括锅炉31，锅炉31内设有加热器32、再热器33、高温省煤器34、低温省煤器35及空气预热器36，空气预热器36的一次风出口和二次风出口连接锅炉31的炉膛，空气预热器36的排烟出口连接过热器24的烟气进口。

超临界二氧化碳循环组包括第一超临界二氧化碳循环组200和第二超临界二氧化碳循环组300，第一超临界二氧化碳循环组200包括第一主压缩机1、第一低温回热器2、第一高温回热器3、第一高压透平4、低压透平5、第一再压缩机6及预冷器7，第一主压缩机1的出口连接第一低温回热器2的高压侧进口，第一低温回热器2的高压侧出口连接第一高温回热器3的高压侧进口，第一高温回热器3的高压侧出口连接高温省煤器34的工质侧进口，高温省煤器34的工质侧出口连接加热器32的工质进口，加热器32的工质出口连接第一高压透平4的进气口，第一高压透平4的排气口连接再热器33的工质进口，再热器33的工质出口连接低压透平5的进口，低压透平5的出口连接第一高温回热器3的低压侧进口，第一高温回热器3的低压侧出口连接第一低温回热器2的低压侧进口，第一低温回热器2的低压侧出口连接有机工质循环400的蒸发器22的二氧化碳工质进口和第一再压缩机6的进口，蒸发器22的二氧化碳工质出口连接预冷器7的工质进口，预冷器7的工质出口连接第一主压缩机6的进口，第一再压缩机6的出口连接第一高温回热器3的高压侧进口。

第二超临界二氧化碳循环组300包括第二主压缩机11、第二低温回热器12、第二高温回热器13、第二高压透平14、第二再压缩机15，第二主压缩机11的出口连接第二低温回热器12的高压侧进口，第二低温回热器12的高压侧出口连接第二高温回热器13的高压侧进口，第二高温回热器13的高压侧出口连接低温省煤器35的工质侧进口，低温省煤器35的工质侧出口连接第二高压透平14的进气口，第二高压透平14的排气口连接第二高温回热器13的低压侧进口，第二高温回热器13的低压侧出口连接第二低温回热器12的低压侧进口，第二低温回热器12的低压侧出口连接有机工质循环400的过热器24的二氧化碳工质进口和第二再压缩机15的进口，过热器24的二氧化碳工质出口连接第二主压缩机11的进口，第二主压缩机11的出口连接第二高温回热器13的高压侧进口。

所述第一超临界二氧化碳循环组200和第二超临界二氧化碳循环组300采用高位布置，从而减少工质管道的长度和压损。

在本实施例中，所述有机工质循环组400中的有机工质可以为氟利昂、异丁烷、五氟丙烷、四氟乙烷等。

在工作时，第一超临界二氧化碳循环组200的温度不超过650℃，压力不超过35mpa。第二超临界二氧化碳循环组300的温度范围为60℃～550℃，压力不超过35mpa。有机工质循环组400的温度不超过130℃。空气预热器36的二次风温度为380℃以上，空气预热器36的排烟温度为120℃以下。

本实用新型实施例的吸收式海水淡化与闭式循环发电系统按的工作方法进行：

锅炉31的炉膛内燃烧产生热量，通过加热器32和再热器33传递给第一超临界二氧化碳循环组200的工质，炉膛排烟先经过高温省煤器34将热量传递给第一超临界二氧化碳循环组200的工质，再经过低温省煤器35释放热量给第二超临界二氧化碳循环组300的工质，再进入空气预热器36，一次风和二次风分别进入空气预热器36，然后一次风与煤粉混合进入炉膛，二次风直接进入炉膛，二次风温度约为400℃，空气预热器36排烟进入有机工质循环400的过热器24用于加热有机工质。

在第一超临界二氧化碳循环组200中，采用分流再压缩一次再热循环方式，二氧化碳工质进入第一主压缩机1增压至32mpa，第一主压缩机1出口的二氧化碳工质经第一低温回热器2吸收低压透平5排出工质的低温段热量，然后与第一再压缩机6出口工质汇合后进入第一高温回热器3吸收低压透平5排出工质的高温段热量，第一高温回热器3出来的工质经高温省煤器34、加热器32吸收热量达到620℃，再进入第一高压透平4做功，第一高压透平4排出的工质经再热器33加热至620℃，再进入低压透平5做功，低压透平5排气依次经第一高温回热器3、第一低温回热器2释放热量，再分为两路：一路进入第一再压缩机增压至32mpa，另一路进入蒸发器22、预冷器7冷却后再回到第一主压缩机1。

在第二超临界二氧化碳循环组300中，采用分流再压缩循环方式，二氧化碳工质进入第二主压缩机11增压至32mpa，第二主压缩机11出口的二氧化碳工质经第二低温回热器12吸收第二高压透平14排出工质的低温段热量，然后与第二再压缩机15出口工质汇合后进入第二高温回热器13吸收第二高压透平14排出工质的高温段热量，第二高温回热器13出来的工质经低温省煤器35吸收热量达到525℃，再进入第二高压透平14做功，第二高压透平14排气依次经第二高温回热器13、第二低温回热器12释放热量，再分为两路：一路进入第二再压缩机15增压至32mpa，另一路进入再热器33释放热量后再回到第二主压缩机11。

在有机工质循环400中，采用带回热的朗肯循环，有机工质(如：r245fa)进入循环泵21增压至0.42mpa，循环泵21出口的有机工质依次经蒸发器22、回热器23和过热器24吸收热量达到110℃，再进入膨胀机25做功，膨胀机25排出的有机工质经回热器23释放余热，再进入将冷凝器26冷凝，最后回到循环泵21。

需要说明的是，本实用新型技术方案涉及到的设备均属于现有设备，在本实施例中，具体采用如下设备：第一主压缩机(轴流式二氧化碳压缩机)，第一低温回热器(印刷电路板换热器)，第一高温回热器(印刷电路板换热器)，第一高压透平(轴流式二氧化碳透平)，低压透平(轴流式二氧化碳透平)，第一再压缩机(轴流式二氧化碳压缩机)，预冷器(管式冷却器)，第二主压缩机(轴流式二氧化碳压缩机)，第二低温回热器(印刷电路板换热器)，第二高温回热器(印刷电路板换热器)，第二高压透平(轴流式二氧化碳透平)，第二再压缩机(轴流式二氧化碳压缩机)，循环泵(离心泵)，蒸发器(管壳式换热器)，回热器(管壳式换热器)，过热器(管壳式换热器)，膨胀机(离心式透平膨胀机)，冷凝器(管式冷却器)，锅炉(塔式锅炉)，加热器(不锈钢高温管式加热器)，再热器(不锈钢高温管式再热器)，高温省煤器(不锈钢管式省煤器)，低温省煤器(合金钢管式省煤器)，空气预热器(回转式空气预热器)。

通过上述实施例的燃煤发电系统进行发电，其发电净效率可达48％(lhv)以上，比现有的620℃温度参数的超临界汽轮发电机组高2～3个百分点，接近700℃等级超超临界汽轮发电机组的效率。上述实施例中的发电系统可采用现有的620℃温度参数的超临界汽轮发电机组的材料，不需要使用更高等级的材料，加上超临界二氧化碳循环的系统简化、结构紧凑的优点，设备造价方面具有良好的经济性优势。

以上详细描述了本实用新型的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。