[发明专利]一种具有高安全性炉膛受热面的超临界二氧化碳锅炉系统

说明书

本发明涉及一种具有高安全性炉膛受热面的超临界二氧化碳锅炉系统，属于锅炉设备技术领域。包括超临界二氧化碳锅炉、透平、高温回热器、低温回热器、冷却器、压缩机、再循环风机、再循环烟气加热器、燃烧器、空气预热器和烟囱；本发明通过引入烟气再循环的设置降低了炉膛内烟气的整体温度水平，从而降低了炉膛内辐射传热的平均热负荷及其尖峰热负荷，以实现降低炉膛受热面温度。通过本发明可有效实现降低炉膛受热面壁温的目的，从而避免锅炉炉膛受热面超温的可能性，显著延长锅炉受热面的使用寿命并增加了锅炉炉膛受热面工作的安全性。

技术领域

本发明涉及一种具有高安全性炉膛受热面的超临界二氧化碳锅炉系统，属于锅炉设备技术领域。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环与水-蒸汽朗肯循环相比，有着全流量回热、回热量大的特点，其锅炉的进口工质温度远高于同参数下的水-蒸汽朗肯循环，这也就导致超临界二氧化碳锅炉炉膛受热面的工质温度水平较高。有资料显示，在25MPa，600℃的热力循环中，水蒸汽锅炉的进口工质温度约为300℃左右，而超临界二氧化碳锅炉的进口工质温度约为450℃左右。此外，水蒸汽锅炉水冷壁由于存在蒸发过程，管内传热系数较高，而根据当前的研究，超临界二氧化碳锅炉炉膛受热面管内换热系数通常远小于水蒸汽锅炉，在相同条件下超临界二氧化碳锅炉炉膛受热面的冷却能力较差，这就导致超临界二氧化碳锅炉炉膛受热面金属管壁温度进一步升高，大大增加了炉膛受热面管壁金属温度超温的风险，严重威胁炉膛受热面的工作安全。

发明内容

本发明的目的是为解决超临界二氧化碳锅炉炉膛受热面金属管壁温度超温的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种具有高安全性炉膛受热面的超临界二氧化碳锅炉系统，锅炉系统包括超临界二氧化碳锅炉、透平、高温回热器、低温回热器、冷却器、压缩机、再循环风机、再循环烟气加热器、燃烧器、空气预热器和烟囱；高温回热器设有低压侧进口、低压侧出口、高压侧进口和高压侧出口；低温回热器设有低压侧进口、低压侧出口、高压侧进口和高压侧出口；超临界二氧化碳锅炉受热面通过透平与高温回热器低压侧进口连接，高温回热器低压侧出口通过低温回热器低压侧进口和低压侧出口与冷却器和压缩机依次连接；压缩机再通过低温回热器高压侧进口和高压侧出口与高温回热器高压侧进口连接，高温回热器高压侧出口通过再循环烟气加热器与超临界二氧化碳锅炉受热面连接；超临界二氧化碳锅炉通过空气预热器分别与烟囱和再循环风机连接，再循环风机通过再循环烟气加热器与燃烧器连接；空气预热器分别与外界环境和燃烧器连接。

优选地，所述压缩机的数量设为大于等于1。

优选地，所述低温回热器低压侧出口设有分流装置，低温回热器低压侧出口通过分流装置与冷却器连接。

优选地，所述低温回热器高压侧出口设有分流装置，低温回热器高压侧出口通过分流装置与高温回热器高压侧进口连接。

优选地，所述再循环风机与空气预热器之间设有烟气净化装置。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.本发明提供一种具有高安全性炉膛受热面的超临界二氧化碳锅炉系统，通过引入烟气再循环的设置降低了炉膛内烟气的整体温度水平，从而降低了炉膛内辐射传热的平均热负荷及其尖峰热负荷，为实现降低炉膛受热面温度提供了重要的基础条件。通过设置再循环烟气加热器来加热温度相对较低的再循环烟气，从而降低了即将进入锅炉受热面的工质的温度水平。虽然进入炉膛的再循环烟气温度有所升高，但通过适当增加烟气再循环率进一步可以降低炉膛内烟气的温度水平。上述几个因素叠加作用，可有效实现降低炉膛受热面壁温的目的，从而大大避免锅炉炉膛受热面超温的可能性，显著延长了锅炉受热面的使用寿命并增加了锅炉炉膛受热面工作的安全性。

2.本发明采用再循环烟气加热器的设置进行能量交换，由于此能量交换过程属于锅炉系统内部的能量交换，不涉及与锅炉系统以外进行能量交换，因此该设置对锅炉系统的效率没有影响。