[发明专利]锅炉系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种锅炉系统，包括：锅炉本体、空气预热器、制粉装置、烟道和超临界二氧化碳循环换热回路。超临界二氧化碳循环换热回路包括超临界二氧化碳吸热器、超临界二氧化碳放热器、第一回路管道、第二回路管道和循环泵。超临界二氧化碳吸热器设在烟道内。超临界二氧化碳循环换热回路利用超临界二氧化碳作为换热媒介，将高温烟气中的热量交换给从空气预热器中流出的热一次风，对该热一次风进行二次加热，提升热一次风的温度。

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉技术领域，尤其是涉及一种以超临界二氧化碳为换热工质，提高热一次风温度的锅炉系统及其控制方法。

背景技术

大型燃煤锅炉的一次风经过空气预热器加热后，与部分冷一次风混合后进入制粉装置，实现磨煤机的通风和干燥，从而实现原煤的研磨、分离和输送。当锅炉的热一次风温度不足，或者煤质偏离设计值时，为了使制粉装置出力达到预期，通常需要加大热一次风量，甚至完全关闭冷一次风，利用过量的热一次风对磨煤机进行通风和干燥，但是这种操作会造成锅炉的二次风率减小，对应的二次风量和燃烬风量不能达到设计值，造成锅炉燃烧效率下降或导致污染物难以控制、锅炉排烟温度升高等问题。特别是对于燃烧高水分褐煤或者劣质煤的锅炉，由于热一次风温度低于设计值，造成一次风率远大于设计值，但是磨煤机的出口温度仍然过低，造成煤粉在炉膛内的燃烬存在困难，严重影响锅炉效率。

因此需要寻求提升热一次风温度的技术手段，相关技术中用于提高热一次风温度的技术手段主要有三种：第一种方案，在锅炉尾部布置管式热一次风加热器，将回转式空气预热器出口的热一次风送入到热一次风加热器中再次加热，提升温度后送入制粉装置，热一次风加热器一般布置在锅炉尾部的对流受热面中，比如布置在两级省煤器之间；第二种方案，在热一次风风道上设置蒸汽加热器，利用汽轮机的三段抽汽作为热源来加热热一次风，冷却后的三段抽汽再返回到三号高压加热器；第三种方案，在锅炉尾部对流受热面区域设置旁路烟道，例如将锅炉的低温过热器和省煤器两级受热面或者任何一级受热面进行烟气旁通，在旁路烟道上设置管式热一次风加热器，利用高温烟气将空气预热器出口的热一次风温度再次提升。但是上述技术方案存在缺点：利用锅炉侧或者汽机侧抽汽加热热一次风，会影响原热力系统和设备的运行方式和热力性能，且热一次风温度的提高还会受制于抽汽流量；采用管式的烟气换热器的技术方案，会受到锅炉布置空间和烟气系统流程走向的限制，并且气-气换热器的换热系数小，导致烟气换热器的尺寸过大，且换热器的可调节特性不足，会增加一次风机和二次风机的电耗，降低锅炉效率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种采用超临界二氧化碳循环换热回路提高热一次风温度的锅炉系统及其控制方法。

根据本发明实施例的一种锅炉系统，包括：锅炉本体，所述锅炉本体具有煤粉进口、热二次风进口和烟气出口；空气预热器，所述空气预热器具有一次风进口、二次风进口、第一热一次风出口、热二次风出口以及烟气进口，所述热二次风出口与所述热二次风进口连通；制粉装置，所述制粉装置具有煤粉出口、冷一次风进口和第一热一次风进口，所述煤粉出口和所述煤粉进口连通；烟道，所述烟道与所述烟气出口相连，所述烟道的出烟口与所述烟气进口连通；超临界二氧化碳循环换热回路，所述超临界二氧化碳循环换热回路包括超临界二氧化碳吸热器、超临界二氧化碳放热器、第一回路管道、第二回路管道和循环泵，所述超临界二氧化碳吸热器设在所述烟道内；所述超临界二氧化碳吸热器具有第一二氧化碳进口和第一二氧化碳出口，所述超临界二氧化碳放热器具有第二二氧化碳进口、第二二氧化碳出口、第二热一次风进口和第二热一次风出口，所述第一回路管道的第一端与所述第一二氧化碳进口相连，所述第一回路管道的第二端与所述第二二氧化碳出口相连，所述第二回路管道的第一端与所述第二二氧化碳进口相连，所述第二回路管道的第二端与所述第一二氧化碳出口相连，所述第二热一次风进口与所述第一热一次风出口连通，所述第二热一次风出口与所述第一热一次风进口连通，所述循环泵设在所述第一回路管道和所述第二回路管道中的一者上。