一种超临界二氧化碳锅炉蒸气吹管系统的制作方法

1.本实用新型属于火电厂锅炉技术领域，涉及一种超临界二氧化碳锅炉蒸气吹管系统。


背景技术：

2.现代火电厂的发电工艺都是基于蒸汽朗肯循环的，蒸汽参数越高、再热次数越多，火电厂的发电效率越高。然而，受限于管道材料及受热面成本，当前火电厂的发电效率很难获得进一步的提高。
3.超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术以气体co2作为循环工质，相比蒸汽朗肯循环，具有工质能量密度大、系统构成简单、发电效率高等诸多优势，被视为可代替或部分代替传统蒸汽朗肯循环的新型发电技术。超临界二氧化碳机组内的工质，始终处于co2的临界点(304.13k/7.377mpa)以上，也即co2在循环过程中始终以气体形式存在。
4.以超临界二氧化碳为工质的电站锅炉，在正式投用前，需要完成蒸气吹管工作，以保证各级受热面内的杂质被排除干净。透平进气中若含有杂质，将对透平叶片的安全带来极大威胁。依据朗肯循环电站锅炉蒸汽吹管导则，当吹扫工况下的水蒸汽动量，大于bmcr工况下的水蒸汽动量时，锅炉受热面就可以得到有效的吹扫。在该吹扫工况下，若受热面出口打靶合格，则表明该受热面已吹洗干净。
5.定义吹扫系数为k，其为吹扫工况与bmcr工况水蒸汽动量之比，有效吹扫要求k＞1。k的具体计算公式如下所示：
6.吹管系数计算见公式(1)：
[0007][0008]
式中：
[0009]
k——吹管系数；
[0010]
d
b
——吹管工况蒸汽流量，t/h；
[0011]
v
b
——吹管工况蒸汽比体积，m3/kg；
[0012]
d0——锅炉最大连续蒸发量(bmcr)下况蒸汽流量，t/h；
[0013]
v0——锅炉bmcr工况蒸汽比体积，m3/kg。
[0014]
超临界二氧化碳锅炉沿用上述吹管系数定义。要求吹扫工况下，吹扫介质的气体动量大于锅炉brl工况的二氧化碳气体的动量。以5mw的超临界二氧化碳循环发电试验机组为例，其配套的超临界co2锅炉设计参数如下表所示。
[0015]
序号项目单位brl1主气出口流量t/h290.42主气出口压力mpa.a203主气出口温度℃6004再热气流量t/h295.02
5再热气出口压力mpa.g14.736再热气出口温度℃6007再热气进口压力mpa.g15.38再热器进口温度℃563
[0016]
若吹扫介质选用二氧化碳，并采取串联一段降压法吹管方案，则计算其brl工况的气体动量m0＝(290.4t/h)2×
(8.60948
×
10
‑3)＝726.056。在k＞1的情况下，则有k＝m
b
/m0＞1，即m
b
＝(d0)2×
v0＞726.056
[0017]
假设以过热器出口10mpa/450℃作为临吹门开启参数，则查询得到该参数下二氧化碳的比容为0.0137m3/kg(见二氧化碳比容表)，进一步计算得到d0＞230.2t/h(换算为63.89kg/s)，方能保证吹管系数＞1。
[0018][0019][0020]
以常规超临界机组单次降压吹扫2分钟，而k＞1的持续时间约50秒计算，单次吹管排放至大气的二氧化碳质量，最小为63.89kg/s
×
50s＝3194kg≈3.2t，若整个降压吹管共计100次有效吹扫，则共向大气排放二氧化碳约320t。
[0021]
上述吹管方案明显不满足经济性、环保性与安全性要求。
[0022]
1、物料成本高。目前工业用液体二氧化碳的采购价在5000
‑
10000元/吨。若采用上述方案，刨去燃料、电力、人工、设备折旧等各项费用，单二氧化碳一项，即需花费160万
‑
320万，这仅是针对5mw超小型机组而言的。若后续扩展至350mw、660mw，则吹管过程二氧化碳消耗量将是一笔巨大开销。与水蒸气锅炉两三块钱1吨水相比，超临界二氧化碳锅炉吹管的物料成本着实太高了，扩大至大机组后数百万的成本将变得难以接受。
[0023]
2、危险性较大。二氧化碳本身是无毒的，但连续、大量、定点排放至大气中后，由于其密度大于空气，会沉降至地表低处，造成排放点区域氧气含量降低，甚至引发窒息危险。这无疑严重威胁了地面人员、动物的生命健康。
[0024]
3、环保意义差。电厂作为排污企业，历来受到环保部门的严密监视。在全球变暖的忧虑日益加重的情况下，大量向大气中排放二氧化碳等温室气体，这样的吹管方案显然与降低碳排放背道而驰，也难以得到环保部门的审批通过，难以实际执行。
[0025]
超临界二氧化碳循环发电作为有潜力的高效发电形式，其落地应用必须要解决好基建期间新型锅炉的吹管问题。探索适用于超临界二氧化碳锅炉的成本低廉、安全环保的吹管工艺，对超临界二氧化碳机组的落地应用具有十分重要的意义。


技术实现要素：

[0026]
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超临界二氧化碳锅
炉蒸气吹管系统，该系统具有成本低廉及安全环保的特点。
[0027]
为达到上述目的，本实用新型所述的超临界二氧化碳锅炉蒸气吹管系统包括进水管道、省煤器、气冷壁、储罐、过热器、高压旁路临吹门、再热器靶板器、高压主气门、过热器靶板器、再热器、低压主气门、低压透平、高温回热器、低温回热器、预冷器、储气罐、压缩机及控制阀门；
[0028]
进水管道经省煤器及气冷壁与储罐的入口相连通，储罐的顶部出口经过热器后分为两路，其中一路经高压旁路临吹门与再热器靶板器的入口相连通，另一路经高压主气门、过热器靶板器、再热器及低压主气门与再热器靶板器的入口相连通；
[0029]
低压透平的出口经高温回热器的放热侧、低温回热器的放热侧及预冷器与储气罐的入口相连通，储气罐的出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口进高低温回热器的吸热侧及高压回热器的吸热侧与控制阀门的入口相连通，控制阀门的出口与省煤器的入口相连通。
[0030]
再热器靶板器的出口处安装有消音器。
[0031]
高压主气门与过热器靶板器之间设置有主路临吹门。
[0032]
储罐的底部出口处设置有排水阀。
[0033]
过热器靶板器与再热器之间设置有集粒器。
[0034]
省煤器、气冷壁、过热器及再热器均为金属蛇形管。
[0035]
储罐为厚壁柱体容器，且储罐的出口处设置有汽水分离器。
[0036]
高压主气门及低压主气门均为液压油控制的关断门。
[0037]
进水管道上设置有进水阀。
[0038]
本实用新型具有以下有益效果：
[0039]
本实用新型所述的超临界二氧化碳锅炉蒸气吹管系统在具体操作时，先利用储罐中的水通过炉膛进行加热，储罐排出的蒸汽经过热器形成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽依次经主路临吹门、过热器靶板器、再热器及再热器靶板器，同时对沿途的管路进行吹扫，蒸汽吹扫完成后，储气罐输出的二氧化碳经压缩机升压、低温回热器升温及高温回热器升温后进入到省煤器中，通过二氧化碳对管路进行吹扫，吹扫效果好，且具有成本低廉及安全环保的特点。
附图说明
[0040]
图1为本实用新型的结构示意图。
[0041]
其中，1为进水阀、2为省煤器、3为气冷壁、4为排水阀、5为储罐、6为过热器、7为高压主气门、8为主路临吹门、9为过热器靶板器、10为集粒器、11为再热器、12为低压主气门、13为高压旁路临吹门、14为再热器靶板器、15为消音器、16为低压透平、17为储气罐、18为压缩机、19为预冷器、20为低温回热器、21为高温回热器。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
[0043]
参考图1，本实用新型所述的超临界二氧化碳锅炉蒸气吹管系统包括进水管道、省煤器2、气冷壁3、储罐5、过热器6、高压旁路临吹门13、再热器靶板器14、高压主气门7、过热
器靶板器9、再热器11、低压主气门12、低压透平16、高温回热器21、低温回热器20、预冷器19、储气罐17、压缩机18及控制阀门；进水管道经省煤器2及气冷壁3与储罐5的入口相连通，储罐5的顶部出口经过热器6后分为两路，其中一路经高压旁路临吹门13与再热器靶板器14的入口相连通，另一路经高压主气门7、过热器靶板器9、再热器11及低压主气门12与再热器靶板器14的入口相连通；低压透平16的出口经高温回热器21的放热侧、低温回热器20的放热侧及预冷器19与储气罐17的入口相连通，储气罐17的出口与压缩机18的入口相连通，压缩机18的出口进高低温回热器20的吸热侧及高压回热器的吸热侧与控制阀门的入口相连通，控制阀门的出口与省煤器2的入口相连通。
[0044]
再热器靶板器14的出口处安装有消音器15；高压主气门7与过热器靶板器9之间设置有主路临吹门8；储罐5的底部出口处设置有排水阀4；过热器靶板器9与再热器11之间设置有集粒器10。
[0045]
省煤器2、气冷壁3、过热器6及再热器11均为金属蛇形管；储罐5为厚壁柱体容器，且储罐5的出口处设置有汽水分离器；高压主气门7及低压主气门12均为液压油控制的关断门；进水管道上设置有进水阀1。
[0046]
本实用新型的具体工作过程为：
[0047]
整个吹扫过程按吹扫介质的不同，分为2个阶段，第1阶段为水蒸气吹扫阶段，其目的是清理受热面管子内的杂质；第2阶段为压缩空气吹扫阶段，其目的是排净受热面管子内残留的水分。
[0048]
将储罐5补水至正常液位，同时锅炉维持燃烧，升温升压，以达到吹管控制参数，此时打开主路临吹门8，储罐5输出的高温高压水蒸气依次经过热器6、主路临吹门8、过热器靶板器9、集粒器10、再热器11、再热器靶板器14及消音器15后排出到大气中，以吹扫沿途管道，蒸汽的大颗粒杂质通过集粒器10进行阻挡，吹扫完成后，关闭主路临吹门8，重新开始蓄积压力，吹扫若干次后，当气流中仍有杂质时，则在过热器靶板器9中的光滑靶板表面留下斑痕，当光滑靶板受到气流冲击后，光滑靶板表面无超标斑痕，则认为过热器靶板器9前的管道已经清理干净，吹管过程中要求至少停炉2次，每次停炉冷却时间大于12h，停炉结束后，锅炉重新上水、点火、吹管。
[0049]
第2阶段：当第1阶段打靶检验合格后，由于超临界二氧化碳锅炉未设置疏水及排气门，因此受热面管子内残留的水分难以排出，此时向省煤器2中通入压缩空气，通过压缩空气对管道中的水分进行蒸发吹扫。