一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)及其工作方法，所述發(fā)電系統(tǒng)采用水和二氧化碳兩種工質(zhì)，發(fā)電循環(huán)采用水蒸汽動力循環(huán)和超臨界二氧化碳動力循環(huán)兩種循環(huán)；在鍋爐煙氣溫度高于900℃的高溫?zé)煔鈪^(qū)域布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面，煙氣溫度在300℃至900℃的中溫?zé)煔鈪^(qū)耦合布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面和超臨界二氧化碳動力循環(huán)受熱面，超臨界二氧化碳動力循環(huán)冷端換熱器熱量用于加熱水蒸汽動力循環(huán)工質(zhì)和鍋爐送風(fēng)，在低溫?zé)煔鈪^(qū)布置鍋爐送風(fēng)空氣預(yù)熱器和水蒸汽動力循環(huán)工質(zhì)加熱器；本發(fā)明能夠大幅度降低鍋爐中溫?zé)煔舛尾豢赡鎿p失，提高綜合發(fā)電效率。
【專利說明】
一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及火力發(fā)電能耗降低技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)及 工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 火力發(fā)電是我國電力生產(chǎn)的主體，如何降低火電廠能耗是我國節(jié)能減排的迫切需 求。目前，火電廠采用水蒸汽動力循環(huán)，降低火電廠能耗主要采用提高水蒸汽循環(huán)參數(shù)的方 法，但這種方法受到金屬材料性能、工質(zhì)（水)熱力學(xué)物性的限制。在大容量電站鍋爐中，中 溫?zé)煔舛?煙氣溫度低于900°C)，現(xiàn)有材料完全滿足設(shè)計需求，但煙氣與工質(zhì)的溫差在100 °C以上，甚至達到近300°C，造成了大量的不可逆損失。因此，在中溫?zé)煔舛危F(xiàn)有火力發(fā)電 系統(tǒng)設(shè)計存在較大的節(jié)能潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā) 電系統(tǒng)及工作方法，本發(fā)明能夠大幅度降低鍋爐中溫?zé)煔舛尾豢赡鎿p失，提高綜合發(fā)電效 率。
[0004] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)采用水和二氧化碳兩種工質(zhì)，發(fā)電循 環(huán)采用水蒸汽動力循環(huán)和超臨界二氧化碳動力循環(huán)兩種循環(huán);在鍋爐煙氣溫度高于900°C 的高溫?zé)煔鈪^(qū)域布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面，煙氣溫度在300°C至900°C的中溫?zé)煔鈪^(qū)耦合 布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面和超臨界二氧化碳動力循環(huán)受熱面，超臨界二氧化碳動力循環(huán) 冷端換熱器熱量用于加熱水蒸汽動力循環(huán)工質(zhì)和鍋爐送風(fēng)，在低溫?zé)煔鈪^(qū)布置鍋爐送風(fēng)空 氣預(yù)熱器和水蒸汽動力循環(huán)工質(zhì)加熱器。
[0006] 所述高溫?zé)煔鈪^(qū)域布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面包括相連接的水冷壁1和水蒸氣過 熱器2,水蒸氣過熱器2依次連接水蒸汽透平3、冷凝器4、水栗5和二氧化碳-水換熱器6水工 質(zhì)入口，二氧化碳-水換熱器6的水工質(zhì)出口連接水冷壁1;所述中溫?zé)煔鈪^(qū)內(nèi)布置二氧化碳 工質(zhì)加熱器8，二氧化碳工質(zhì)加熱器8入口連接壓縮機7出口，壓縮機7入口連接二氧化碳-水 換熱器6的二氧化碳工質(zhì)出口，二氧化碳工質(zhì)加熱器8出口依次連接二氧化碳透平9和二氧 化碳-水換熱器6的二氧化碳工質(zhì)入口；所述低溫?zé)煔鈪^(qū)布置空氣預(yù)熱器10。
[0007] 上述所述復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)的工作方法，水蒸氣動力循環(huán)工質(zhì)水經(jīng)二氧化 碳-水換熱器6后，進入鍋爐的水冷壁1和水蒸氣過熱器2中后進入水蒸氣透平3做功，而后進 入冷凝器4中凝結(jié)，然后經(jīng)水栗5升壓進入二氧化碳-水換熱器6完成循環(huán);二氧化碳經(jīng)二氧 化碳-水換熱器6冷卻降溫后進入壓縮機7升壓，而后送入鍋爐中溫?zé)煔鈪^(qū)布置的二氧化碳 工質(zhì)加熱器8升溫后進入二氧化碳透平9做功，然后送入二氧化碳-水換熱器6中完成循環(huán)； 空氣經(jīng)低溫?zé)煔舛尾贾玫目諝忸A(yù)熱器10后送入鍋爐中助燃燃料燃燒。
[0008] 和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點：
[0009] 1、本發(fā)明大幅度降低鍋爐中溫?zé)煔舛尾豢赡鎿p失，提高綜合發(fā)電效率。
[0010] 2、本發(fā)明降低空氣預(yù)熱、水蒸氣動力循環(huán)過冷水加熱過程不可逆損失，同時提高 空氣預(yù)熱器的運行安全可靠性。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0013] 下面描述本發(fā)明的工作原理：
[0014] 火力發(fā)電廠的不可逆損失主要發(fā)生在鍋爐之中，采用1 擁分析方法進行描述，即鍋 爐擁耗散主要發(fā)生在燃燒過程和傳熱過程。其中燃燒過程擁耗散是難以避免的，是火力發(fā) 電廠必然存在的不可逆損失，可以通過提高空氣預(yù)熱等方法降低。
[0015] 而傳熱過熱煙損失可以采用提高主蒸汽參數(shù)的方法降低，這主要受到材料的限 制，以現(xiàn)有材料條件，主蒸汽溫度難以突破620°C。
[0016] 現(xiàn)在鍋爐受熱面一般按照煙氣溫度下降方向，依次布置水冷壁、過熱器(與再熱器 多級交錯布置）、再熱器(與過熱器多級交錯布置）、省煤器、空氣預(yù)熱器。
[0017] 將鍋爐煙氣按照溫度分為高溫?zé)煔鈪^(qū)、中溫?zé)煔鈪^(qū)、低溫?zé)煔鈪^(qū)。各個煙氣區(qū)具有 傳熱過程1 擁耗散和煙損失，但是限制條件有所不同：
[0018] (1)高溫?zé)煔鈪^(qū)（t>900°C)，水蒸氣參數(shù)受到鍋爐受熱面材料的限制，造成1 擁耗散；
[0019] (2)中溫?zé)煔鈪^(qū)(900°C>t>300°C)，受到水蒸氣吸熱特性曲線的限制，造成擁耗散；
[0020] (3)低溫?zé)煔鈪^(qū)（t〈300°C)，受到煙氣低溫腐蝕的限制，造成火用耗散和煙損失。
[0021] 現(xiàn)有采用水蒸汽為單一工質(zhì)的火力發(fā)電系統(tǒng)中，中溫?zé)煔鈪^(qū)工質(zhì)與煙氣的溫差普 遍在100°C以上，部分達300°C以上。針對傳統(tǒng)水蒸汽動力循環(huán)中溫?zé)煔鈪^(qū)的不可逆損失較 大的問題，本發(fā)明復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)采用復(fù)合工質(zhì)，高溫?zé)煔鈪^(qū)布置水蒸汽動力循環(huán) 受熱面，中溫?zé)煔鈪^(qū)耦合布置水蒸氣動力循環(huán)受熱面、超臨界二氧化碳循環(huán)受熱面。超臨界 二氧化碳布雷頓循環(huán)等壓吸熱、放熱曲線與中溫?zé)煔舛螣煔夥艧崆€匹配較好，不可逆性 低。
[0022]而常規(guī)火力發(fā)電系統(tǒng)中，采用蒸汽動力循環(huán)。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)，水蒸氣動力循環(huán)工質(zhì)水經(jīng)二氧化碳-水換熱器6后，進入鍋爐的水冷壁1和水蒸氣過熱器2中后進入水蒸氣透平3做功，而后進入 冷凝器4中凝結(jié)，然后經(jīng)水栗5升壓進入二氧化碳-水換熱器6完成循環(huán);二氧化碳經(jīng)二氧化 碳-水換熱器6冷卻降溫后進入壓縮機7升壓，而后送入鍋爐中溫?zé)煔鈪^(qū)布置的二氧化碳工 質(zhì)加熱器8升溫后進入二氧化碳透平9做功，然后送入二氧化碳-水換熱器6中完成循環(huán)；空 氣經(jīng)低溫?zé)煔舛尾贾玫目諝忸A(yù)熱器10后送入鍋爐中助燃燃料燃燒。
【主權(quán)項】
1. 一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)電系統(tǒng)采用水和二氧化碳兩種工 質(zhì)，發(fā)電循環(huán)采用水蒸汽動力循環(huán)和超臨界二氧化碳動力循環(huán)兩種循環(huán);在鍋爐煙氣溫度 高于900°C的高溫?zé)煔鈪^(qū)域布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面，煙氣溫度在300°C至900°C的中溫 煙氣區(qū)耦合布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面和超臨界二氧化碳動力循環(huán)受熱面，超臨界二氧化 碳動力循環(huán)冷端換熱器熱量用于加熱水蒸汽動力循環(huán)工質(zhì)和鍋爐送風(fēng)，在低溫?zé)煔鈪^(qū)布置 鍋爐送風(fēng)空氣預(yù)熱器和水蒸汽動力循環(huán)工質(zhì)加熱器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述高溫?zé)煔鈪^(qū)域 布置水蒸汽動力循環(huán)受熱面包括相連接的水冷壁（1)和水蒸氣過熱器（2)，水蒸氣過熱器 (2)依次連接水蒸汽透平(3)、冷凝器(4)、水栗(5)和二氧化碳-水換熱器(6)水工質(zhì)入口，二 氧化碳-水換熱器(6)的水工質(zhì)出口連接水冷壁（1);所述中溫?zé)煔鈪^(qū)內(nèi)布置二氧化碳工質(zhì) 加熱器(8)，二氧化碳工質(zhì)加熱器(8)入口連接壓縮機(7)出口，壓縮機(7)入口連接二氧化 碳-水換熱器(6)的二氧化碳工質(zhì)出口，二氧化碳工質(zhì)加熱器(8)出口依次連接二氧化碳透 平（9)和二氧化碳-水換熱器（6)的二氧化碳工質(zhì)入口；所述低溫?zé)煔鈪^(qū)布置空氣預(yù)熱器 (IO)03. 權(quán)利要求2所述復(fù)合工質(zhì)火力發(fā)電系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:水蒸氣動力循環(huán)工 質(zhì)水經(jīng)二氧化碳-水換熱器(6)后，進入鍋爐的水冷壁（1)和水蒸氣過熱器(2)中后進入水蒸 氣透平(3)做功，而后進入冷凝器(4)中凝結(jié)，然后經(jīng)水栗（5)升壓進入二氧化碳-水換熱器 (6)完成循環(huán)；二氧化碳經(jīng)二氧化碳-水換熱器(6)冷卻降溫后進入壓縮機(7)升壓，而后送 入鍋爐中溫?zé)煔鈪^(qū)布置的二氧化碳工質(zhì)加熱器(8)，升溫后進入二氧化碳透平(9)做功，然 后送入二氧化碳-水換熱器(6)中完成循環(huán);空氣經(jīng)低溫?zé)煔舛尾贾玫目諝忸A(yù)熱器（10)后送 入鍋爐中助燃燃料燃燒。
【文檔編號】F01K25/00GK105888755SQ201610397937
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】劉明, 嚴俊杰, 李 根, 王進仕, 種道彤, 劉繼平
【申請人】西安交通大學(xué)