本發(fā)明屬于燃煤鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，提高發(fā)電機(jī)組效率、降低污染物的排放是電力行業(yè)研究的永恒主題和目標(biāo)；鍋爐系統(tǒng)主要是以蒸汽朗肯循環(huán)為主流的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，全廠效率在40％左右。為了突破傳統(tǒng)路線的瓶頸，一些新概念先進(jìn)動力系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，超臨界CO₂工質(zhì)具有合適的臨界壓力，無毒低成本，能量密度大，傳熱效率高，系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。超臨界工質(zhì)運(yùn)用在發(fā)電領(lǐng)域是一個(gè)比較熱門的話題，在專利201410091771.6一種超臨界CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，利用鍋爐尾氣的能量和吸收式制冷系統(tǒng)結(jié)合，處理后的超臨CO₂推動汽輪機(jī)發(fā)電；同樣應(yīng)用在鍋爐系統(tǒng)有專利201510117556.3一種新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐，該專利主要設(shè)計(jì)鍋爐的形狀以及受熱面的布置。

然而已有的專利針對燃煤發(fā)電比較缺少，特別是對超臨界CO₂在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行原理和過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電系統(tǒng)，旨在解決已有的專利針對燃煤發(fā)電比較缺少，特別是對超臨界CO₂在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行原理和過程的問題；超臨界CO₂代替水作為工質(zhì)對整個(gè)鍋爐以及汽輪機(jī)機(jī)組的設(shè)置有很大的改變。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電方法，所述基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電方法包括：

煤處理子系統(tǒng)將原煤經(jīng)過破碎、干燥、研磨等操作送往鍋爐子系統(tǒng)燃燒(由煤倉落下的原煤經(jīng)給煤機(jī)送入磨煤機(jī)磨制成煤粉。在煤粉磨制的過程中需要熱空氣對煤進(jìn)行加熱和干燥。送風(fēng)機(jī)將冷空氣送入鍋爐尾部的空氣預(yù)熱器被煙氣加熱。從空氣預(yù)熱器出來的熱空氣一部分經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)送入磨煤機(jī)，對煤進(jìn)行加熱和干燥，同時(shí)這部分熱空氣也是輸送煤粉的介質(zhì)。從磨煤機(jī)排除的煤粉和空氣的混合物經(jīng)煤粉燃燒器進(jìn)入爐膛燃燒---這些都是目前常見的技術(shù))，燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)所述尾氣處理子系統(tǒng)脫硝、除塵、脫硫(該類技術(shù)很多種----能否使用尾氣處理子系統(tǒng)脫硝裝置、除塵裝置、脫硫裝置依次脫硝、除塵、脫硫)操作得到潔凈煙氣；

經(jīng)尾氣處理子系統(tǒng)處理所得的潔凈煙氣經(jīng)所述二氧化碳捕捉子系統(tǒng)將高濃度的CO₂捕獲，送往二氧化碳壓縮子系統(tǒng)壓縮得到高壓的超臨界CO₂補(bǔ)充給所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)；

經(jīng)二氧化碳捕捉子系統(tǒng)未被捕獲的煙氣排放大氣，二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)中，高壓低溫的超臨界CO₂經(jīng)過鍋爐子系統(tǒng)的受熱面換熱變?yōu)楦邷馗邏旱某R界CO₂，在二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)中的汽輪機(jī)機(jī)組作功發(fā)電。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電方法的基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電系統(tǒng)，所述基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電方法系統(tǒng)包括：

煤處理子系統(tǒng)，用于對原煤破碎、干燥、研磨；

鍋爐子系統(tǒng)，與煤處理子系統(tǒng)連接，用于將處理的原煤燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔猓?/p>

尾氣處理子系統(tǒng)，與鍋爐子系統(tǒng)連接，用于將高溫?zé)煔膺M(jìn)行脫硝、除塵、脫硫；

二氧化碳捕捉子系統(tǒng)，與尾氣處理子系統(tǒng)連接，用于捕獲高濃度的CO₂；

二氧化碳壓縮子系統(tǒng)，與二氧化碳捕捉子系統(tǒng)連接，用于壓縮高濃度的CO₂得到高壓的超臨界CO₂；

二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)，與二氧化碳壓縮子系統(tǒng)連接，用于將未被捕獲的煙氣排放大氣，高壓低溫的超臨界CO₂經(jīng)受熱面換熱變?yōu)楦邷馗邏旱某R界CO₂。

進(jìn)一步，所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)由主壓縮機(jī)、第三級經(jīng)濟(jì)換熱器、二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器、第二級經(jīng)濟(jì)換熱器、第一級經(jīng)濟(jì)換熱器、省煤器、過熱器、第一級再熱器、第二級再熱器、第一級汽輪機(jī)6-10、第二級汽輪機(jī)、第三級汽輪機(jī)、輔助壓縮機(jī)、二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器、冷卻器組成。

低溫低壓的超臨界CO₂經(jīng)主壓縮機(jī)壓縮，一部分經(jīng)第三級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱，另一部分經(jīng)二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器加熱和第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流混合；

第三級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流，一部分流經(jīng)省煤器加熱，另一部分流經(jīng)第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱；第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流，和來自二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器的氣流以及經(jīng)輔助壓縮機(jī)出口氣流匯合，流經(jīng)第一級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱；

第一級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流和省煤器氣流匯合，經(jīng)鍋爐子系統(tǒng)的所述過熱器加熱，流入第一級汽輪機(jī)作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)鍋爐子系統(tǒng)中的第一級再熱器加熱流入第二級汽輪機(jī)作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)鍋爐子系統(tǒng)中的第二級再熱器加熱流入第三級汽輪機(jī)作功，經(jīng)過三級汽輪機(jī)作功得到高溫低壓的超臨界CO₂氣流；

所得氣流經(jīng)第一級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)降溫，一部分氣流流入第二級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)，另一部分流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器換熱；第二級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)出口氣流一部分流入輔助壓縮機(jī)中，另一部分氣流和來自流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器出口氣流匯合，流入第三級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)；最終，氣流經(jīng)過所述冷卻器，完成整套循環(huán)。

本發(fā)明提供的基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電系統(tǒng)，針對超臨界CO₂在鍋爐的應(yīng)用，燃煤電廠用超臨界CO₂的Brayton循環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)蒸汽朗肯循環(huán)過程，全廠效率高達(dá)50％以上。本發(fā)明提高了導(dǎo)致減少燃料的供給，減少了污染物的排放，同時(shí)加入CO₂捕捉系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了節(jié)能減排的效果。本發(fā)明高效的全廠效率以及低污染物排放，同時(shí)充分利用煙氣中CO₂，達(dá)到節(jié)能減排的效果；整套循環(huán)下來其汽輪機(jī)效率高達(dá)51％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽輪機(jī)組。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、煤處理子系統(tǒng)；2、鍋爐子系統(tǒng)；3、尾氣處理子系統(tǒng)；4、二氧化碳捕捉子系統(tǒng)；5、二氧化碳壓縮子系統(tǒng)；6、二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)；6-1、主壓縮機(jī)；6-2、第三級經(jīng)濟(jì)換熱器；6-3、二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器；6-4、第二級經(jīng)濟(jì)換熱器；6-5、第一級經(jīng)濟(jì)換熱器；6-6、省煤器；6-7、過熱器；6-8、第一級再熱器；6-9、第二級再熱器；6-10、第一級汽輪機(jī)；6-11、第二級汽輪機(jī)；6-12、第三級汽輪機(jī)；6-13、輔助壓縮機(jī)；6-14、二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器；6-15、冷卻器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于超臨界CO₂工質(zhì)的燃煤鍋爐發(fā)電系統(tǒng)由煤處理子系統(tǒng)1、鍋爐子系統(tǒng)2、尾氣處理子系統(tǒng)3、二氧化碳捕捉子系統(tǒng)4、二氧化碳壓縮子系統(tǒng)5和二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)6組成。

煤處理子系統(tǒng)1，用于對原煤破碎、干燥、研磨。

鍋爐子系統(tǒng)2，與煤處理子系統(tǒng)1連接，用于將處理的原煤燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔狻?/p>

尾氣處理子系統(tǒng)3，與鍋爐子系統(tǒng)2連接，用于將高溫?zé)煔膺M(jìn)行脫硝、除塵、脫硫。

二氧化碳捕捉子系統(tǒng)4，與尾氣處理子系統(tǒng)3連接，用于捕獲高濃度的CO₂。

二氧化碳壓縮子系統(tǒng)5，與二氧化碳捕捉子系統(tǒng)4連接，用于壓縮高濃度的CO₂得到高壓的超臨界CO₂。

二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)6，與二氧化碳壓縮子系統(tǒng)5連接，用于將未被捕獲的煙氣排放大氣，高壓低溫的超臨界CO₂經(jīng)受熱面換熱變?yōu)楦邷馗邏旱某R界CO₂。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)6由主壓縮機(jī)6-1、第三級經(jīng)濟(jì)換熱器6-2、二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器6-3、第二級經(jīng)濟(jì)換熱器6-4、第一級經(jīng)濟(jì)換熱器6-5、省煤器6-6、過熱器6-7、第一級再熱器6-8、第二級再熱器6-9、第一級汽輪機(jī)6-10、第二級汽輪機(jī)6-11、第三級汽輪機(jī)6-12、輔助壓縮機(jī)6-13、二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器6-14、冷卻器6-15組成。

低溫低壓的超臨界CO₂經(jīng)主壓縮機(jī)6-1壓縮，一部分經(jīng)第三級經(jīng)濟(jì)換熱器6-2低溫側(cè)加熱，另一部分經(jīng)二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器6-3加熱和第二級經(jīng)濟(jì)換熱器6-4低溫側(cè)出口氣流混合；

第三級經(jīng)濟(jì)換熱器6-2低溫側(cè)出口氣流，一部分流經(jīng)省煤器6-6加熱，另一部分流經(jīng)第二級經(jīng)濟(jì)換熱器6-4低溫側(cè)加熱；第二級經(jīng)濟(jì)換熱器6-4低溫側(cè)出口氣流，和來自二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器6-3的氣流以及經(jīng)輔助壓縮機(jī)6-13出口氣流匯合，流經(jīng)第一級經(jīng)濟(jì)換熱器6-5低溫側(cè)加熱；

第一級經(jīng)濟(jì)換熱器6-5低溫側(cè)出口氣流和省煤器6-6氣流匯合，經(jīng)鍋爐子系統(tǒng)的所述過熱器6-7加熱，流入第一級汽輪機(jī)6-10作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)鍋爐子系統(tǒng)中的第一級再熱器6-8加熱流入第二級汽輪機(jī)6-11作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)鍋爐子系統(tǒng)中的第二級再熱器6-9加熱流入第三級汽輪機(jī)6-12作功，經(jīng)過三級汽輪機(jī)作功得到高溫低壓的超臨界CO₂氣流；

所得氣流經(jīng)第一級經(jīng)濟(jì)換熱器6-5高溫側(cè)降溫，一部分氣流流入第二級經(jīng)濟(jì)換熱器6-4高溫側(cè)，另一部分流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器6-3換熱；第二級經(jīng)濟(jì)換熱器6-4高溫側(cè)出口氣流一部分流入輔助壓縮機(jī)6-13中，另一部分氣流和來自流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器6-3出口氣流匯合，流入第三級經(jīng)濟(jì)換熱器6-2高溫側(cè)；最終，氣流經(jīng)過所述冷卻器6-15，完成整套循環(huán)。

本發(fā)明的工作原理：

所述煤處理子系統(tǒng)將原煤經(jīng)過破碎、干燥、研磨等操作送往所述鍋爐子系統(tǒng)燃燒，燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)所述尾氣處理子系統(tǒng)脫硝、除塵、脫硫等操作得到潔凈煙氣。經(jīng)所述尾氣處理子系統(tǒng)處理所得的潔凈煙氣經(jīng)所述二氧化碳捕捉子系統(tǒng)將高濃度的CO₂捕獲，送往所述二氧化碳壓縮子系統(tǒng)壓縮得到高壓的超臨界CO₂補(bǔ)充給所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)，經(jīng)所述二氧化碳捕捉子系統(tǒng)未被捕獲的煙氣排放大氣。所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)中，高壓低溫的超臨界CO₂經(jīng)過所述鍋爐子系統(tǒng)的受熱面換熱變?yōu)楦邷馗邏旱某R界CO₂，在所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)中的汽輪機(jī)機(jī)組作功發(fā)電。

所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)包括汽輪機(jī)、多種類型的換熱器、壓縮機(jī)等。低溫低壓的超臨界CO₂經(jīng)所述主壓縮機(jī)壓縮，一部分經(jīng)所述第三級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱，另一部分經(jīng)所述二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器加熱和所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流混合；所述第三級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流，一部分流經(jīng)所述省煤器加熱，另一部分流經(jīng)所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱；所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流，和來自所述二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器的氣流以及經(jīng)所述輔助壓縮機(jī)出口氣流匯合，流經(jīng)所述第一級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱；所述第一級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流和所述省煤器氣流匯合，經(jīng)所述鍋爐子系統(tǒng)的所述過熱器加熱，流入所述第一級汽輪機(jī)作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)所述鍋爐子系統(tǒng)中的第一級再熱器加熱流入第二級汽輪機(jī)作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)所述鍋爐子系統(tǒng)中的第二級再熱器加熱流入第三級汽輪機(jī)作功，經(jīng)過三級汽輪機(jī)作功得到高溫低壓的超臨界CO₂氣流；所得氣流經(jīng)所述第一級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)降溫，一部分氣流流入所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)，另一部分所述流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器換熱；所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)出口氣流一部分流入所述輔助壓縮機(jī)中，另一部分氣流和來自所述流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器出口氣流匯合，流入所述第三級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)；最終，氣流經(jīng)過所述冷卻器，完成整套循環(huán)。

優(yōu)選地，所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)中工質(zhì)都處于超臨界狀態(tài)。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

本發(fā)明的實(shí)施例保持進(jìn)煤量為133.36t/h，使用的樣品煤如表一所示，空氣進(jìn)氣量為1000t/h。

表一、樣品的元素分析和工業(yè)分析

所述二氧化碳Brayton汽輪機(jī)循環(huán)子系統(tǒng)，31℃,7.4Mpa的超臨界CO₂經(jīng)所述主壓縮機(jī)絕熱壓縮到32Mpa，分兩股流，一部分70％經(jīng)所述第三級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱，另一部分30％經(jīng)所述二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器充分利用其中的余熱；所述第三級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流，一部分流經(jīng)所述省煤器加熱，另一部分流經(jīng)所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱；所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流，和來自所述二氧化碳壓縮子系統(tǒng)換熱器的氣流以及經(jīng)所述輔助壓縮機(jī)出口氣流匯合，流經(jīng)所述第一級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)加熱；所述第一級經(jīng)濟(jì)換熱器低溫側(cè)出口氣流和所述省煤器氣流匯合，經(jīng)所述鍋爐子系統(tǒng)的所述過熱器加熱，其蒸氣參數(shù)620℃，31.1Mpa，流入所述第一級汽輪機(jī)作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)所述鍋爐子系統(tǒng)中的第一級再熱器加熱，溫度達(dá)620℃，流入第二級汽輪機(jī)作功，得到的汽輪機(jī)乏汽經(jīng)所述鍋爐子系統(tǒng)中的第二級再熱器加熱至620℃流入第三級汽輪機(jī)作功，經(jīng)過三級汽輪機(jī)作功得到高溫低壓的超臨界CO₂氣流；所得氣流經(jīng)所述第一級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)降溫，一部分氣流流入所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)，另一部分所述流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器換熱；所述第二級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)出口氣流30％流入所述輔助壓縮機(jī)絕熱壓縮到31.9Mpa，另一部分氣流和來自所述流入二氧化碳吸收子系統(tǒng)換熱器出口氣流匯合，流入所述第三級經(jīng)濟(jì)換熱器高溫側(cè)；最終，氣流經(jīng)過冷卻器降溫至31℃，完成整套循環(huán)。整套循環(huán)下來其汽輪機(jī)效率高達(dá)51％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽輪機(jī)組。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。