[发明专利]煤基新型超临界工质多级分流再热式高效发电系统

说明书

技术领域

本发明属于先进高效发电系统技术领域，具体涉及一种煤基新型超临界工质多级分流再热式高效发电系统。

背景技术

不断提高发电机组效率是电力行业发展的永恒主题和目标。目前，世界上最先进的超超临界蒸汽发电机组的主蒸汽温度600℃，再热蒸汽温度620℃，发电效率从1960年的39％提高到现在的44.5％。如果希望进一步提高机组效率，需要将蒸汽温度提高到700℃。早在上世纪90年代，欧美日等发达国家就已经相继开展了相关研究，然而由于经费削减、固定投资过高、高温部件实炉挂片试验出现裂纹等原因，欧洲的AD700计划、美国A-USC计划和日本的先进超超临界发电技术计划都相继取消或是暂时搁置，并未有实质性进展，目前仅有少数研究机构还在继续进行相关研究。在先进700℃项目重重受阻，前景不明的情况下，发展一种利用新型超临界工质的高效发电循环，替代传统的蒸汽朗肯循环，在不增加高等级合金材料的情况下，进一步提高发电机组效率逐渐成为电力行业未来发展的新方向。

新型超临界工质(二氧化碳、氦气和氧化二氮等)具有能量密度大，传热效率高，系统简单等先天优势，可以大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。应用新型超临界工质的布雷顿循环发电技术已经是公开技术，如美国专利US7685820“超临界二氧化碳聚光太阳能发电系统装置”详述了通过熔盐换热并采用超临界二氧化碳气体作为动力工质的装置构造。与此相类似的有中国专利200710306179.3和200910175484.2“槽式太阳能聚热发电装置”采用包括二氧化碳气体在内的多种气体做传热工质。但总的看，目前使用新型超临界工质布雷顿循环热发电技术还仅仅处于起步阶段，已有的专利多数为针对太阳能等新能源的初步概念设计，系统循环效率普遍不高(多为40％以下)。针对传统化石能源，特别是燃煤发电的实用高效发电系统更是缺乏，还需要大量的原创性工作，从而进一步提高系统循环效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对燃煤发电的特点，提出一种新型超临界工质多级分流再热式高效发电系统，替代传统的蒸汽发电系统，在相同参数下，可将系统热功转换效率提高3％-5％。本发明在标准超临界工质布雷顿循环的基础上采取了以下创新性的改进措施，从而大大提高了系统循环效率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

煤基新型超临界工质多级分流再热式高效发电系统，包括锅炉多级再热系统、透平多级发电系统、工质多级分流再压缩系统以及烟气多级余热回收系统；工质在工质多级分流再压缩系统内被分流为两部分分级压缩，一部分直接进入锅炉多级再热系统内被分级加热，加热后的工质通过与透平多级发电系统交互配合做功发电，做完功的工质流回工质多级分流再压缩系统；另一部分进入烟气多级余热回收系统与烟气进行换热，换热后的工质与直接进入锅炉多级再热系统的工质汇合后进入锅炉多级再热系统。

所述工质多级分流再压缩系统包括主压缩机、超临界工质预冷器、多级再压缩系统以及回热器；工质由主压缩机加压后，流过回热器的一侧，进入锅炉多级再热系统；回热器另一侧的工质入口与透平多级发电系统相连，工质出口分为两路，一路与多级再压缩系统相连，另一路与超临界工质预冷器的入口相连，超临界工质预冷器的出口与主压缩机的入口相连通；多级再压缩系统的工质出口与烟气多级余热回收系统相连。

所述回热器包括依次级联的低温回热器和高温回热器，多级再压缩系统包括一级再压缩机和二级再压缩机；低温回热器一侧的入口与主压缩机相连，高温回热器一侧的出口与锅炉多级再热系统相连；高温回热器另一侧的入口与透平多级发电系统相连，出口分为两路，一路与二级再压缩机相连，另一路与低温回热器另一侧的入口相连，低温回热器另一侧的出口分为两路，一路与一级再压缩机相连，另一路与超临界工质预冷器的入口相连；一级再压缩机和二级再压缩机的出口均与烟气多级余热回收系统相连。

所述锅炉多级再热系统包括布置在超临界工质锅炉内的多级过热系统，多级再热系统沿烟气流向均匀布置在空气煤粉入口与烟气出口之间。

所述超临界工质锅炉内设置过热系统和二级再热系统，过热系统包括低温过热器和高温过热器，二级再热系统分为一次再热系统和二次再热系统，其中一次再热系统包括一次低温再热器和一次高温再热器，二次再热系统包括二次低温再热器和二次高温再热器；从炉膛空气煤粉入口上方到烟气出口之间，烟气依次流过高温过热器，一次高温再热器，二次高温再热器，二次低温再热器，一次低温再热器和低温过热器；