[发明专利]集成低温余热回收的超临界二氧化碳循环燃煤发电系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种集成低温余热回收的超临界二氧化碳循环烟气燃煤发电系统及运行方法，该系统包括两级主压缩机、级间冷却器、再压缩机、预冷器、三级回热器、锅炉、高压透平、中压透平、低压透平；锅炉炉膛内通过布置过热气冷壁和一次再热器共同承担炉膛辐射热负荷，防止过热超临界二氧化碳超温；本发明从中温回热器出口分流部分超临界二氧化碳工质进入锅炉后竖井烟道中温省煤器吸收高温烟气热量，从第二级主压缩机出口分流部分超临界二氧化碳工质进入锅炉尾部分流烟道低温省煤器吸收低温烟气热量，从而达到各辅助设备运行所需温度，提升辅助设备效率，同时实现锅炉中低温烟气热量梯级利用，降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率及电效率。

技术领域

本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种集成低温余热回收的超临界二氧化碳循环燃煤发电系统及运行方法。

背景技术

世界能源需求随着经济的高速发展持续增长，我国化石能源结构严重不平衡，因此煤炭一直是我国一次能源消费的主体。由于其他发电形式限制因素较多，且火力发电机组基数大，短时间内燃煤发电仍是我国主要发电方式。火电机组是我国煤炭的消费大户，每年的煤炭消费量约占全国煤炭消费总量的50％。

近年来，我国在火力发电行业取得了长足的进步，火电技术进步也从提高初参数、蒸汽再热等方式向全工况运行、余热深度利用等方向转变。同时，火电机组氮氧化物、硫化物和标准颗粒物排放标准不断降低，坚持走可持续发展道路。因此，改变火电发展思路，革新火力发电技术，提高火电发电效率，对我国节能减排工作具有重要意义。

超临界二氧化碳动力循环具有能量密度大、系统结构紧凑、循环效率高等优点。二氧化碳作为一种新型工质，无毒、不可燃，腐蚀性小，热稳定性，临界参数低；超临界状态的二氧化碳兼具有液体和气体的物理特性，密度大、粘性小、流动能力强、传热效率高、做功能力强。二氧化碳物性在临界点附近变化剧烈，当接近临界点时，密度急剧增大，压缩性减小，压缩机耗功减小，系统循环效率较高。超临界二氧化碳循环技术有良好的继承性，可基于现有的材料实现，避免开发耐高温镍基合金材料。超临界二氧化碳密度高，尺寸较小，结构紧凑，并且系统部件较少，初投资及维护成本较低。

因此，超临界二氧化碳动力循环有望取代蒸汽动力循环，大幅提高燃煤发电效率。而由于锅炉炉膛辐射热负荷较高，过热二氧化碳在锅炉中的吸热负荷较低，而在炉膛布置只布置单一的过热气冷壁会导致过热二氧化碳超温，从而造成管道金属壁温超温，影响锅炉安全运行，所以需要对锅炉炉膛内的辐射受热面进行合理布置；低温超临界二氧化碳经低温回热器、中温回热器和高温回热器加热，导致锅炉入口超临界二氧化碳温度较高，无法充分利用锅炉尾部烟道烟气热量，造成以下问题：

1、SCR脱硝装置入口烟温过高，影响SCR效率。

2、空气预热器入口烟温过高，空气预热器不可逆损失增大。

3、锅炉排烟温度过高，电除尘器效率降低，锅炉效率下降。

所以超临界二氧化碳动力循环系统构型有待进一步优化，急需通过合理布置加热器、回收烟气余热来满足各辅助设备运行温度、减少不可逆损失、提高循环效率。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成低温余热回收的超临界二氧化碳循环燃煤发电系统及运行方法，该锅炉炉膛内部上下布置一次再热器和过热气冷壁，共同承担炉膛辐射热负荷，减少过热二氧化碳吸热量，从而避免工质及金属壁温超温；该系统从高温回热器冷侧工质入口分流部分超临界二氧化碳吸收中温烟气热量，降低进入SCR脱硝装置烟气温度，提升SCR脱硝装置效率；利用低温回热器出口工质预热空气，之后再将空气送入空气预热器，一方面合理利用冷源损失，另一方面提升了空气预热器入口空气温度，可以将空气预热器出口烟气冷却至95℃而且不会发生低温腐蚀；从第二级主压缩机出口分流部分超临界二氧化碳吸收锅炉低温烟气热量，降低锅炉排烟温度，实现烟气热量的梯级利用，提高锅炉效率的同时提升电除尘器效率，进而提高发电效率。