本實(shí)用新型屬于超臨界二氧化碳高效火力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種無輻射受熱面的超臨界二氧化碳鍋爐。

背景技術(shù)：

發(fā)電機(jī)組效率的高低對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有著重要影響，我國能源儲備的構(gòu)成特點(diǎn)決定了火力發(fā)電仍然是未來幾十年內(nèi)我國電力行業(yè)的主力軍，因此，提高火力發(fā)電機(jī)組的效率在我國顯得尤為重要。目前，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)被普遍認(rèn)為是極具潛力的新概念先進(jìn)動力系統(tǒng)，這主要是由于超臨界二氧化碳具有能量密度大、傳熱效率高等特點(diǎn)，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)高效發(fā)電系統(tǒng)可以在620℃溫度范圍內(nèi)達(dá)到常規(guī)蒸汽朗肯循環(huán)700℃的效率，可以避開新型高溫合金材料的技術(shù)瓶頸和成本制約，且設(shè)備尺寸小于同參數(shù)的蒸汽機(jī)組，經(jīng)濟(jì)性非常好。超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)不僅可以用于光熱、核能，還可以很好的被利用在火力發(fā)電方向，在我國有著很好的發(fā)展前景。

與蒸汽朗肯循環(huán)相比，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的一大技術(shù)特點(diǎn)就是回?zé)崃糠浅４?。以目前比較先進(jìn)的600℃等級含分流再壓縮的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)為例，整個循環(huán)系統(tǒng)的回?zé)崃考s為鍋爐吸熱總量的2-3倍。高回?zé)崃刻岣吡搜h(huán)的平均吸熱溫度，進(jìn)而提高了循環(huán)的效率。

但是高回?zé)崃繋淼募夹g(shù)挑戰(zhàn)之一是鍋爐入口溫度很高，且鍋爐內(nèi)所有工質(zhì)均工作于溫度遠(yuǎn)高于大比熱區(qū)的區(qū)域，換熱能力較差，鍋爐受熱面易超溫。以600℃等級的超臨界二氧化碳鍋爐為例：若二氧化碳鍋爐仍采用傳統(tǒng)超臨界蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)型式，則水冷壁入口溫度約為500-530℃，比同參數(shù)的蒸汽鍋爐高150℃左右；該參數(shù)下，二氧化碳鍋爐水冷壁內(nèi)二氧化碳處于溫度遠(yuǎn)高于大比熱區(qū)的區(qū)域，而蒸汽鍋爐水冷壁內(nèi)水則處于大比熱區(qū)及其附近區(qū)域，后者工質(zhì)側(cè)對流換熱系數(shù)約為前者工質(zhì)側(cè)對流換熱系數(shù)的3-5倍，差異非常大。超臨界二氧化碳鍋爐入口工質(zhì)溫度高，水冷壁內(nèi)工質(zhì)換熱能力差，這給超臨界二氧化碳鍋爐的設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)，同時也意味著傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的超臨界蒸汽鍋爐的布置型式不適用于超臨界二氧化碳鍋爐。

然而經(jīng)調(diào)研可知，目前國內(nèi)外涉及超臨界二氧化碳鍋爐及其布置型式的公開成果和專利很少，更是鮮有關(guān)于解決超臨界二氧化碳鍋爐管壁超溫問題的資料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種無輻射受熱面的超臨界二氧化碳鍋爐，該布置方式能夠有效的解決超臨界二氧化碳鍋爐超溫問題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所述的無輻射受熱面的超臨界二氧化碳鍋爐，用于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，包括爐膛及煙道；

爐膛內(nèi)布置有爐膛隔熱墻，煙道內(nèi)布置有煙道包墻，煙道固定于爐膛的頂部，爐膛的側(cè)面設(shè)置有燃燒器，煙道內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置有低溫過熱器、低溫再熱器及中隔墻，其中，中隔墻的一側(cè)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置有高溫過熱器及中溫過熱器，中隔墻的另一側(cè)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置有高溫再熱器及中溫再熱器；

超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞骼鋫?cè)的出口經(jīng)低溫過熱器后分為兩路，其中，一路與煙道包墻的入口相連通，另一路與中隔墻的入口相連通，煙道包墻的出口及中隔墻的出口通過管道并管后依次經(jīng)中溫過熱器及高溫過熱器后與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中汽輪機(jī)高壓缸的入口相連通；

超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的再熱工質(zhì)出口依次經(jīng)低溫再熱器、中溫再熱器及高溫再熱器與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中汽輪機(jī)低壓缸的入口相連通。

還包括設(shè)于煙道內(nèi)的分流低溫省煤器，中隔墻及分流低溫省煤器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口分為兩路，其中一路與分流低溫省煤器的入口相連通，另一路與分流低溫省煤器的出口經(jīng)過管道并管后與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通。

煙道內(nèi)還設(shè)有SCR脫硝裝置，其中，分流低溫省煤器及SCR脫硝裝置沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾谩?/p>

煙道內(nèi)還設(shè)有空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器的出口與爐膛的空氣入口相連通。

SCR脫硝裝置與空氣預(yù)熱器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾谩?/p>

進(jìn)入到分流低溫省煤器中的二氧化碳工質(zhì)的流量占超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞骼鋫?cè)輸出的二氧化碳工質(zhì)流量的8％。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型所述的無輻射受熱面的超臨界二氧化碳鍋爐通過爐膛隔熱墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍋爐輻射受熱面，使?fàn)t膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的所有熱量隨著煙氣進(jìn)入到煙道中，并被煙道中的低溫過熱器、低溫再熱器、中隔墻、高溫過熱器及高溫再熱器的受熱面吸收利用，從而有效的解決鍋爐出口工質(zhì)溫度高和二氧化碳水冷壁換熱能力不足帶來的超臨界二氧化碳鍋爐水冷壁超溫的難題。同時低溫過熱器、低溫再熱器及中隔墻沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?，高溫過熱器及中溫過熱器沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾茫邷卦贌崞骷爸袦卦贌崞餮責(zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?，設(shè)計較為合理，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐煙氣熱量的梯級利用，本實(shí)用新型可以將鍋爐排煙溫度降至100-120℃以下，與傳統(tǒng)的鍋爐布置形式相比，本實(shí)用新型既能保證超臨界二氧化碳鍋爐能夠達(dá)到同參數(shù)超臨界蒸汽鍋爐的熱效率，又有效地解決鍋爐進(jìn)口工質(zhì)溫度高和二氧化碳水冷壁換熱能力不足帶來的二氧化碳鍋爐水冷壁超溫的難題。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為爐膛、2為煙道、3為爐膛隔熱墻、4為燃燒器、5為低溫過熱器、6為低溫再熱器、7為中隔墻、8為高溫過熱器、9為高溫再熱器、10為中溫過熱器、11為中溫再熱器、12為分流低溫省煤器、13為SCR脫硝裝置、14為空氣預(yù)熱器、15為煙道包墻。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本實(shí)用新型所述的無輻射受熱面的超臨界二氧化碳鍋爐，用于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，包括爐膛1及煙道2；爐膛1內(nèi)布置有爐膛隔熱墻3，煙道2內(nèi)布置有煙道包墻15，煙道2固定于爐膛1的頂部，爐膛1的側(cè)面設(shè)置有燃燒器4，煙道2內(nèi)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置有低溫過熱器5、低溫再熱器6及中隔墻7，其中，中隔墻7的一側(cè)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置有高溫過熱器8及中溫過熱器10，中隔墻7的另一側(cè)沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来卧O(shè)置有高溫再熱器9及中溫再熱器11；超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞骼鋫?cè)的出口經(jīng)低溫過熱器5后分為兩路，其中，一路與煙道包墻15的入口相連通，另一路與中隔墻7的入口相連通，煙道包墻15的出口及中隔墻7的出口通過管道并管后依次經(jīng)中溫過熱器10及高溫過熱器8后與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中汽輪機(jī)高壓缸的入口相連通；超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的再熱工質(zhì)出口依次經(jīng)低溫再熱器6、中溫再熱器11及高溫再熱器9與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中汽輪機(jī)低壓缸的入口相連通。

本實(shí)用新型還包括設(shè)于煙道2內(nèi)的分流低溫省煤器12，中隔墻7及分流低溫省煤器12沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?，超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)出口分為兩路，其中一路與分流低溫省煤器12的入口相連通，另一路與分流低溫省煤器12的出口經(jīng)過管道并管后與超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞鞯睦鋫?cè)入口相連通；煙道2內(nèi)還設(shè)有SCR脫硝裝置13，其中，分流低溫省煤器12及SCR脫硝裝置13沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?；煙?內(nèi)還設(shè)有空氣預(yù)熱器14，空氣預(yù)熱器14的出口與爐膛1的空氣入口相連通；SCR脫硝裝置13與空氣預(yù)熱器14沿?zé)煔饬魍ǖ姆较蛞来尾贾?；進(jìn)入到分流低溫省煤器12中的二氧化碳工質(zhì)的流量占超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞骼鋫?cè)輸出的二氧化碳工質(zhì)流量的8％。

煙氣流程為：燃料由燃燒器4噴入爐膛1進(jìn)行燃燒，由于爐膛1內(nèi)布置有爐膛隔熱墻3，煙氣和燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)入煙道2，在煙道2內(nèi)，煙氣依次經(jīng)過低溫過熱器5及低溫再熱器6，隨后進(jìn)入雙煙道中，其中，煙氣在前煙道內(nèi)依次經(jīng)過高溫過熱器8及中溫過熱器10降溫，在后煙道內(nèi)煙氣依次經(jīng)過高溫再熱器9及中溫再熱器11降溫，降溫后的煙氣在雙煙道出口匯合，然后依次流經(jīng)分流低溫省煤器12、SCR脫硝裝置13及空氣預(yù)熱器14，最后再排出煙道2進(jìn)入后續(xù)的環(huán)保設(shè)施。

鍋爐內(nèi)的主工質(zhì)的流程為：超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中高溫回?zé)崞骼鋫?cè)輸出的工質(zhì)在低溫過熱器5中吸熱后分為兩路，其中一路進(jìn)入到煙道包墻15，另一路進(jìn)入中隔墻7，匯流后依次進(jìn)入到中溫過熱器10及高溫過熱器8中加熱至設(shè)計參數(shù)，然后再送入汽輪機(jī)高壓缸中做功；

鍋爐內(nèi)的再熱工質(zhì)的流程為：再熱工質(zhì)依次進(jìn)入低溫再熱器6、中溫再熱器11和高溫再熱器9中加熱至設(shè)計參數(shù)，最后送至汽輪機(jī)低壓缸做功。

特別的，鍋爐內(nèi)的分流預(yù)熱工質(zhì)的流程為：超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中低溫回?zé)崞骼鋫?cè)的出口分為兩路，其中一路進(jìn)入到分流低溫省煤器12內(nèi)加熱，再與另一路匯流后進(jìn)入到超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的高溫回?zé)崞骼鋫?cè)中，其中，進(jìn)入分流低溫省煤器12的工質(zhì)流量為低溫回?zé)崞骼鋫?cè)輸出的總工質(zhì)流量的8％。