燃煤超临界CO_(2)发电系统锅炉换热面布置及优化

超临界二氧化碳(sCO_(2))循环用于燃煤发电系统时,由于循环流量大,锅炉内将产生超大压降,大幅降低循环效率.本团队前期提出的基于1/8减阻原理的分流流动模式能够解决以上问题,同时使锅炉换热面成为模块化设计.当对锅炉换热面模块进行布置时,存在两个核心难点,一是由于sCO_(2)入炉温度高,换热系数低,炉膛内冷却壁极易超温;二是sCO_(2)循环热效率对压降敏感,需兼顾压降惩罚.基于此,本文以1000 MWe一次再热燃煤sCO_(2)发电系统为研究对象,耦合热力学循环计算及锅炉热力与冷却壁流动传热计算,以降低冷却壁壁温为目标,兼顾循环热效率,对模块化锅炉的换热面进行了布置及优化.本文提出了烟道内对流换热面的"再分流"设计,可大幅降低压降;提出了一种炉膛冷却壁包含四个模块的创新布置方案("4-Part"方案),与冷却壁包含三个模块的布置方案("3-Part"方案)相比,"4-Part"方案使锅炉内主流、再热的低温工质全部进入冷却壁,可显著降低壁温,同时使循环热效率升高;发现随冷却壁再热模块出口温度的改变,"4-Part"方案存在最优设计工况,最优工况下冷却壁危险点壁温比"3-Part"方案降低18.66°C,达到628.64°C,可使现有材料在现有炉型下满足设计要求.本文提出的一次再热燃煤sCO_(2)锅炉换热面布置方案,为后续燃煤锅炉的研究提供了新的思路及参考.