本發(fā)明屬于先進(jìn)發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界二氧化碳二次再熱燃煤發(fā)電鍋爐系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于提高發(fā)電機(jī)組的效率、減少污染物的排放是一個(gè)永恒的話題，因此一些新概念動(dòng)力系統(tǒng)得到關(guān)注。超臨界二氧化碳的物理性質(zhì)特殊，在相同的負(fù)荷要求下，以其作為工質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)尺寸更小、結(jié)構(gòu)更緊湊，可以節(jié)約占地面積、降低造價(jià)，同時(shí)由于其能量密度比水大，在現(xiàn)有鋼材耐高溫水平的情況下，以超臨界二氧化碳為工質(zhì)的鍋爐系統(tǒng)效率更高。

在二氧化碳減排的背景下，隨著二氧化碳捕集、利用研究的深入，將有助于以超臨界二氧化碳為工質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。檢索相關(guān)專利發(fā)現(xiàn)，目前還沒(méi)有把二氧化碳捕集、利用與以超臨界二氧化碳為工質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合起來(lái)的案例，如專利201610038208.1一種煤基超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)雙分流高效發(fā)電系統(tǒng)、201510117556.3一種新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐。

在超臨界二氧化碳二次再熱燃煤發(fā)電鍋爐系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，有時(shí)會(huì)存在再熱工質(zhì)溫度過(guò)熱度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中的解決辦法如下：發(fā)明專利201610654055.3一種超臨界二氧化碳鍋爐輻射受熱面布置方法，其在爐膛燃燒器下部布置再熱工質(zhì)輻射受熱面、在燃燒器周圍區(qū)域和上部區(qū)域布置主工質(zhì)輻射受熱面的方法，其不足之處在于：只能實(shí)現(xiàn)一次再熱做功，無(wú)法二次再熱做功，并且能量梯級(jí)利用率低，造成能量浪費(fèi)；發(fā)明專利201510117556.3一種新型超臨界二氧化碳燃煤鍋爐，其為臥式爐結(jié)構(gòu)且其在爐膛內(nèi)布置三個(gè)級(jí)別的附壁輻射冷卻受熱面，其不足之處在于：一方面，三個(gè)級(jí)別的附壁輻射冷卻受熱面的比例和位置是一定的，其不能靈活適應(yīng)不同負(fù)荷下?tīng)t膛內(nèi)部的燃燒和傳熱情況，也不能在不同負(fù)荷下對(duì)一次再熱工質(zhì)和二次再熱工質(zhì)的過(guò)熱度不足問(wèn)題進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，另一方面，臥式爐結(jié)構(gòu)有其固有的缺陷，煙氣氣流水平流動(dòng)而熱氣流會(huì)自發(fā)向上，所以在同一個(gè)斷面上煙氣溫度上高下低，溫度場(chǎng)實(shí)際分布與設(shè)計(jì)相差會(huì)較大，換熱不好，受熱面的利用效果不好，同時(shí)其必須使用更大功率的風(fēng)機(jī)對(duì)煙氣進(jìn)行引流，能耗較高。因此現(xiàn)有技術(shù)中缺乏解決再熱工質(zhì)過(guò)熱度不達(dá)標(biāo)問(wèn)題的有效手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種超臨界二氧化碳二次再熱燃煤發(fā)電鍋爐系統(tǒng)，其能對(duì)一次再熱工質(zhì)、二次再熱工質(zhì)的加熱程度進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，以有效解決其過(guò)熱度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種超臨界二氧化碳二次再熱燃煤發(fā)電鍋爐系統(tǒng)，包括爐膛和煙道，所述爐膛豎直設(shè)置，所述煙道的一端與所述爐膛的上端部連通，所述爐膛的側(cè)壁由冷卻壁和再熱壁組成，所述冷卻壁位于所述再熱壁下方，所述冷卻壁的中部和下部區(qū)域設(shè)置有燃燒器，所述再熱壁由一次再熱壁和二次再熱壁組成，所述一次再熱壁和二次再熱壁的離地高度相等或接近，所述煙道內(nèi)沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向分級(jí)設(shè)置有過(guò)熱器模塊和再熱器模塊。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁由前壁、后壁、左壁和右壁組成，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下兩端均各自設(shè)置有獨(dú)立的聯(lián)箱，所述一次再熱壁由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成，剩下的壁及其兩端的獨(dú)立聯(lián)箱組成二次再熱壁。前壁、后壁、左壁和右壁中的每一個(gè)均在自己的上下兩端設(shè)有獨(dú)立的獨(dú)立聯(lián)箱，可保證方便的實(shí)現(xiàn)多種組合的一次再熱壁和二次再熱壁。現(xiàn)有的鍋爐的爐膛的截面大多均為矩形，故本發(fā)明提供的發(fā)明鍋爐系統(tǒng)的爐膛截面也優(yōu)選為矩形。爐膛截面為矩形，則長(zhǎng)寬不同，故前壁后壁的吸熱面積與左壁右壁的吸熱面積不同，這使得一次再熱壁和二次再熱壁具有更多種不同的組合，以方便調(diào)節(jié)再熱工質(zhì)的溫度。

進(jìn)一步，所述一次再熱壁由所述前壁和后壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成，所述二次再熱壁由所述左壁和右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成。

進(jìn)一步，所述一次再熱壁由所述前壁和左壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成，所述二次再熱壁由所述后壁和右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成。

進(jìn)一步，所述一次再熱壁由所述前壁、后壁和左壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成，所述二次再熱壁由所述右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成。

進(jìn)一步，所述過(guò)熱器模塊包括沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置的屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和低溫過(guò)熱器，所述再熱器模塊包括沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置的高溫再熱器組和低溫再熱器組，所述高溫再熱器組包括并聯(lián)設(shè)置的一次高溫再熱器和二次高溫再熱器(并聯(lián)設(shè)置是指一次高溫再熱器和二次高溫再熱器在煙氣流動(dòng)方向上于同一位置設(shè)置，煙氣同時(shí)通過(guò)兩者)，所述低溫再熱器組包括串聯(lián)設(shè)置的一次低溫再熱器和二次低溫再熱器(串聯(lián)設(shè)置是指一次低溫再熱器和二次低溫再熱器在煙氣流動(dòng)方向上先后設(shè)置，煙氣流動(dòng)時(shí)先通過(guò)一次低溫再熱器，再通過(guò)二次低溫再熱器)。

進(jìn)一步，所述煙道由水平煙道和豎直煙道組成，所述水平煙道的兩端分別與所述爐膛及所述豎直煙道的上端連通，所述水平煙道內(nèi)設(shè)置有所述屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器組，所述豎直煙道沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置有煙氣擋板、省煤器和空氣預(yù)熱器，所述煙氣擋板的一側(cè)設(shè)置有所述低溫過(guò)熱器，所述煙氣擋板的另一側(cè)設(shè)置有所述低溫再熱器組。

進(jìn)一步，所述一次高溫再熱器出口和二次高溫再熱器的出口均通過(guò)獨(dú)立的管道及相應(yīng)的閥門分別與所述前壁、后壁、左壁和右壁下端的四個(gè)所述獨(dú)立聯(lián)箱連通，所述前壁、后壁、左壁和右壁上端的四個(gè)所述獨(dú)立聯(lián)箱均通過(guò)獨(dú)立的管道及相應(yīng)的閥門分別與氣輪機(jī)的高壓缸入口和氣輪機(jī)中壓缸入口連通，所述屏式過(guò)熱器的出口與氣輪機(jī)的超高壓缸入口連通。

進(jìn)一步，所述冷卻壁在豎直方向的長(zhǎng)度為0.5l≤l1＜l，所述再熱壁在豎直方向的長(zhǎng)度為0＜l2≤0.5l，l為爐膛高度，l1為冷卻壁在豎直方向的長(zhǎng)度，l2為再熱壁在豎直方向的長(zhǎng)度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)再熱壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，包括離地高度相近或相等的一次再熱壁和二次再熱壁，即相當(dāng)于沿一豎直面將再熱壁剖分成兩部分(包括但不限于該種情況)，在不增加爐膛高度和也不需將爐膛設(shè)計(jì)為臥式結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)了以超臨界二氧化碳為工質(zhì)在冷卻壁處吸熱后的超高壓做功、在一次再熱壁處吸熱后的高壓做功和在二次再熱壁處吸熱后的中、低壓做功，沒(méi)有臥式爐的固有缺陷，傳熱效率高，可二次做功，對(duì)能量梯級(jí)利用，能源的利用效率高。

(2)本發(fā)明的一次再熱壁和二次再熱壁的受熱面積可以據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整，即其吸熱量可調(diào)節(jié)，一次再熱壁可以選擇前、后、左、右四壁中的任一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)，剩下的為二次再熱壁，可適應(yīng)不同負(fù)荷的一次再熱做功和二次再熱做功，通過(guò)適當(dāng)?shù)拈y門開(kāi)閉即可選擇特定組合的一次再熱壁和二次再熱壁，故可靈活調(diào)節(jié)再熱工質(zhì)的溫度，保證再熱工質(zhì)的過(guò)熱度達(dá)標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種超臨界二氧化碳二次再熱燃煤發(fā)電鍋爐系統(tǒng)的示意圖；

圖2為圖1所示的鍋爐系統(tǒng)沿a-a的剖面示意圖；

圖3為圖1所示的鍋爐系統(tǒng)各部件的連接關(guān)系示意圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1.冷卻壁；2.燃燒器；3.再熱壁；3-1.一次再熱壁；3-2.二次再熱壁；4.屏式過(guò)熱器；5.高溫過(guò)熱器；6.一次高溫再熱器；7.二次高溫再熱器；8.一次低溫再熱器；9.二次低溫再熱器；10.低溫過(guò)熱器；11.省煤器；12.空氣預(yù)熱器；13.壓縮機(jī)；14.超高壓缸；15.高壓缸；16.中壓缸；17.低壓缸。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1至3所示，本發(fā)明提供一種超臨界二氧化碳二次再熱燃煤發(fā)電鍋爐系統(tǒng)，包括爐膛和煙道，所述爐膛豎直設(shè)置，所述爐膛的側(cè)壁由冷卻壁1和再熱壁3組成，所述冷卻壁1位于所述再熱壁3下方，所述冷卻壁1的中部和下部區(qū)域設(shè)置有燃燒器2，所述再熱壁3由一次再熱壁3-1和二次再熱壁3-2組成，所述一次再熱壁3-1和二次再熱壁3-2的離地高度相等或接近，所述煙道內(nèi)沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向分級(jí)設(shè)置有過(guò)熱器模塊和再熱器模塊。

進(jìn)一步，所述爐膛的橫截面為矩形，所述再熱壁3由前壁、后壁、左壁和右壁組成，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下兩端均各自設(shè)置有獨(dú)立的聯(lián)箱，所述一次再熱壁3-1由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱組成。

進(jìn)一步，所述過(guò)熱器模塊包括沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置的屏式過(guò)熱器4、高溫過(guò)熱器5和低溫過(guò)熱器10，所述再熱器模塊包括沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置的高溫再熱器組和低溫再熱器組，所述高溫再熱器組包括并列設(shè)置的一次高溫再熱器6和二次高溫再熱器7，所述低溫再熱器組包括串聯(lián)設(shè)置的一次低溫再熱器8和二次低溫再熱器9。

進(jìn)一步，所述煙道由水平煙道和豎直煙道組成，所述水平煙道的兩端分別與所述爐膛及所述豎直煙道的上端連通，所述水平煙道內(nèi)設(shè)置有所述屏式過(guò)熱器4、高溫過(guò)熱器5和高溫再熱器組，所述豎直煙道沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次設(shè)置有煙氣擋板、省煤器11和空氣預(yù)熱器12，所述煙氣擋板的一側(cè)設(shè)置有所述低溫過(guò)熱器10，所述煙氣擋板的另一側(cè)設(shè)置有所述低溫再熱器組。

進(jìn)一步，所述冷卻壁1在豎直方向的長(zhǎng)度為0.5l≤l1＜l，所述再熱壁3在豎直方向的長(zhǎng)度為0＜l2≤0.5l，l為爐膛高度，l1為冷卻壁1在豎直方向的長(zhǎng)度，l2為再熱壁3在豎直方向的長(zhǎng)度。

具體的，如圖3所示各部件的連接方式為：壓縮機(jī)13出口與省煤器11入口連通，省煤器11出口與冷卻壁1入口獨(dú)立聯(lián)箱連通，冷卻壁1出口獨(dú)立聯(lián)箱與低溫過(guò)熱器10入口連通，低溫過(guò)熱器10出口與高溫過(guò)熱器5入口連通，高溫過(guò)熱器5出口與屏式過(guò)熱器4入口連通，屏式過(guò)熱器4出口與氣輪機(jī)的超高壓缸14入口連通；氣輪機(jī)超高壓缸14出口與一次低溫再熱器8入口連通，一次低溫再熱器8出口與一次高溫再熱器6入口連通，所述一次高溫再熱器6出口和二次高溫再熱器7的出口均通過(guò)獨(dú)立的管道及相應(yīng)的閥門分別與所述前壁、后壁、左壁和右壁下端的四個(gè)所述獨(dú)立聯(lián)箱連通，所述前壁、后壁、左壁和右壁上端的四個(gè)所述獨(dú)立聯(lián)箱均通過(guò)獨(dú)立的管道及相應(yīng)的閥門分別與氣輪機(jī)的高壓缸15入口和氣輪機(jī)中壓缸16入口連通，氣輪機(jī)高壓缸15的出口與二次低溫再熱器9入口連通，所述二次低溫再熱器9出口與二次高溫再熱器7的入口連通，所述汽輪中壓缸16出口與低壓缸17的入口連通，所述低壓缸17的出口與壓縮機(jī)13連通，完成整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

依據(jù)一次再熱和二次再熱特定的負(fù)荷要求，可通過(guò)控制相應(yīng)閥門的啟閉，靈活的選擇所述前壁、后壁、左壁和右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱中的不同組合分別構(gòu)成一次再熱壁3-1和二次再熱壁3-2。

實(shí)施例1

如圖2所示，在特定的負(fù)荷要求下，以前壁、后壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱為一次再熱壁3-1，左壁和右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱為二次再熱壁3-2。

閥門的開(kāi)閉情況及具體連通關(guān)系如下：一次高溫再熱器6出口與所述前壁和后壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，二次高溫再熱器7出口與所述左壁和右壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，所述前壁和后壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的高壓缸15入口之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，所述左壁和右壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的中壓缸16入口之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟；同時(shí)，一次高溫再熱器6出口與所述左壁和右壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，二次高溫再熱器7出口與所述前壁和后壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，所述前壁和后壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的中壓缸16入口之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，所述左壁和右壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的高壓缸15入口之間的連接管道上的閥門關(guān)閉。

實(shí)施例2

在另一特定的負(fù)荷要求下，以前壁、左壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱為一次再熱壁3-1，后壁和右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱為二次再熱壁3-2。

閥門的開(kāi)閉情況及具體連通關(guān)系如下：一次高溫再熱器6出口與所述前壁和左壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，二次高溫再熱器7出口與所述后壁和右壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，所述前壁和左壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的高壓缸15入口之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，所述后壁和右壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的中壓缸16入口之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟；同時(shí)，一次高溫再熱器6出口與所述后壁和右壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，二次高溫再熱器7出口與所述前壁和左壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，所述前壁和左壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的中壓缸16入口之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，所述后壁和右壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的高壓缸15入口之間的連接管道上的閥門關(guān)閉。

實(shí)施例3

在另外特定的負(fù)荷要求下，以前壁、后壁和左壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱為一次再熱壁3-1，右壁及相應(yīng)的獨(dú)立聯(lián)箱為二次再熱壁3-2。

閥門的開(kāi)閉情況及具體連通關(guān)系如下：一次高溫再熱器6出口與所述前壁、后壁和左壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，二次高溫再熱器7出口與所述右壁下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，所述前壁、后壁和左壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的高壓缸15入口之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟，所述右壁上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的中壓缸16入口之間的連接管道上的閥門開(kāi)啟；同時(shí)，一次高溫再熱器6出口與所述右壁下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，二次高溫再熱器7出口與所述前壁、后壁和左壁各自下端獨(dú)立聯(lián)箱之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，所述前壁、后壁和左壁各自上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的中壓缸16入口之間的連接管道上的閥門關(guān)閉，所述右壁上端獨(dú)立聯(lián)箱與氣輪機(jī)的高壓缸15入口之間的連接管道上的閥門關(guān)閉。

即當(dāng)負(fù)荷發(fā)生改變后，根據(jù)實(shí)際的一次再熱工質(zhì)和二次再熱工質(zhì)過(guò)熱度不足的具體情況，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的閥門啟閉或開(kāi)度對(duì)一次再熱壁3-1和二次再熱壁3-2的吸熱面積和工質(zhì)流量進(jìn)行分配調(diào)整，以使一次再熱工質(zhì)和二次再熱工質(zhì)的過(guò)熱度達(dá)標(biāo)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，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、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。