本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鍋爐及包括該鍋爐的發(fā)電系統(tǒng)，該鍋爐使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)產(chǎn)生高溫高壓狀態(tài)下的熱介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)的使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐是循環(huán)該工作介質(zhì)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的鍋爐，并且包括：燃燒爐，向其中供應(yīng)工作介質(zhì)并加熱；熱交換部，其與該燃燒爐連接并且向其中供應(yīng)在該燃燒爐中加熱的工作介質(zhì)；熱介質(zhì)注入部，其位于該熱交換部中；以及供應(yīng)部，其與該熱交換部連接并且將該熱介質(zhì)供應(yīng)到該熱介質(zhì)注入部中。在該熱交換部中，供應(yīng)到該熱介質(zhì)注入部中的熱介質(zhì)與所加熱的工作介質(zhì)進(jìn)行熱交換。該熱介質(zhì)通過熱交換達(dá)到閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)。此外，該工作介質(zhì)是液態(tài)金屬。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐及包括其的發(fā)電系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種鍋爐，更具體地涉及一種鍋爐及包括其的發(fā)電系統(tǒng)，該鍋爐使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)生產(chǎn)高溫高壓狀態(tài)下的熱介質(zhì)。本專利技術(shù)是根據(jù)RCOE推進(jìn)項(xiàng)目在戰(zhàn)略與財(cái)政部支持的韓國生產(chǎn)技術(shù)研究院進(jìn)行的，并于2015年在“應(yīng)對氣候變化的下一代能量生產(chǎn)系統(tǒng)”的研究標(biāo)題下以分配識別號EO150006進(jìn)行。
技術(shù)介紹
通常，用于生產(chǎn)蒸氣或發(fā)電的鍋爐中配備有許多水管，以向其中供水，獲得高溫高壓下的蒸氣，并將其用作熱源或蒸汽輪機(jī)。特別是在發(fā)電的情況下，由于使用蒸汽輪機(jī)的Rankin循環(huán)的效率隨著蒸汽的溫度和壓力增加而增加，所以獲得高溫高壓下的蒸汽以改善發(fā)電效率是至關(guān)重要的。例如，在目前商業(yè)化的煤熱發(fā)電的粉煤鍋爐的情況下，采用主蒸汽壓力為241巴、主蒸汽溫度為566℃、再加熱蒸汽溫度為593℃的超超臨界(USC)條件。為了提高效率，正在開發(fā)適用于700℃以上蒸汽溫度的更高超臨界(HSC)條件的鍋爐。同樣，為了產(chǎn)生高溫高壓下的蒸汽，需要在鍋爐內(nèi)安裝許多熱介質(zhì)注入部(或熱交換管)以進(jìn)行蒸汽生產(chǎn)。特別地，能夠在溫度和壓力升高時(shí)承受升高的溫度和壓力的蒸汽條件的高溫部分的熱介質(zhì)注入部的材料的性能是重要的。在USC鍋爐的情況下，使用非常高成本的鋼，但是對于HSC鍋爐，能夠承受更高溫高壓蒸汽的材料尚未商業(yè)化。在將蒸汽保持在高溫高壓的部分處，傳熱變得特別重要，并且在生產(chǎn)過程中，熱介質(zhì)注入部的焊接耐久性和耐腐蝕性被認(rèn)為是非常重要的，導(dǎo)致鍋爐價(jià)格高昂。然而，在大多數(shù)情況下，熱介質(zhì)注入部發(fā)生故障，導(dǎo)致巨大的損壞。同時(shí)，最近在世界各地(包括韓國)一直在努力使用二氧化碳代替水作為鍋爐的工作介質(zhì)。二氧化碳的臨界溫度和壓力分別為31.04℃和72.8atm，分別在低于水的超臨界溫度的溫度(374℃)和壓力(218atm)下變?yōu)槌R界狀態(tài)。此外，已知使用超臨界CO2作為工作介質(zhì)的渦輪機(jī)相比于蒸汽輪機(jī)具有尺寸減小的效果。然而，在常規(guī)鍋爐中使用CO2時(shí)，能夠承受高溫高壓下的超臨界CO2的材料仍在研究之中。作為常規(guī)技術(shù)的示例，韓國專利公開號2010-0104563公開了一種使用諸如油的工作介質(zhì)間接地加熱熱介質(zhì)注入部的鍋爐，以解決由直接加熱熱介質(zhì)注入部引起的問題。然而，作為用于加熱熱介質(zhì)注入部的介質(zhì)的油的沸點(diǎn)為約250℃和350℃之間，不可能如上所述使熱介質(zhì)成為超臨界或超超臨界狀態(tài)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[技術(shù)問題]在這方面，為了解決上述常規(guī)問題，已經(jīng)設(shè)計(jì)了本專利技術(shù)。本專利技術(shù)提供一種鍋爐以及使用其的發(fā)電系統(tǒng)，該鍋爐使用能夠產(chǎn)生臨界溫度和壓力或更高下的熱介質(zhì)的液態(tài)金屬，而不會破壞其中熱介質(zhì)流動(dòng)的熱介質(zhì)注入部。[技術(shù)方案]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本專利技術(shù)的使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐是使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的鍋爐，并且包括：燃燒爐，向其中供應(yīng)所述工作介質(zhì)并加熱；熱交換部，其與所述燃燒爐連接，并且將所述燃燒爐中加熱的所述工作介質(zhì)供應(yīng)到燃燒爐；熱介質(zhì)注入部，其一側(cè)與所述熱交換部連接；以及供應(yīng)部，其與所述熱介質(zhì)注入部的另一側(cè)連接，并且通過所述熱交換部將所述熱介質(zhì)供應(yīng)至所述熱介質(zhì)注入部。在所述熱交換部中，進(jìn)行供應(yīng)至所述熱介質(zhì)注入部的所述熱介質(zhì)與所加熱的工作介質(zhì)之間的熱交換。所述熱介質(zhì)通過所述熱交換達(dá)到閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)。此外，所述工作介質(zhì)是液態(tài)金屬。將通過熱交換將溫度降低至預(yù)定溫度以下的液態(tài)金屬供應(yīng)至燃燒爐，在其中加熱，然后再供應(yīng)至熱交換部，產(chǎn)生液態(tài)金屬的再循環(huán)。再加熱液態(tài)金屬的溫度優(yōu)選高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)。此外，作為通過使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的鍋爐，本專利技術(shù)提供了一種鍋爐，其使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，包括：兩個(gè)以上的燃燒爐，向其中供應(yīng)加熱到不同溫度的所述工作介質(zhì)；兩個(gè)以上的熱交換部，其與相應(yīng)數(shù)量的燃燒爐連接，并且向其中供應(yīng)在每個(gè)燃燒爐中在不同溫度下加熱的所述工作介質(zhì)；熱介質(zhì)注入部，其一側(cè)將所述熱介質(zhì)供應(yīng)至所述熱交換部中具有最低溫度的所述熱交換部；以及供應(yīng)部，其與所述熱介質(zhì)注入部的另一側(cè)連接，并且向其中供應(yīng)所述熱介質(zhì)，其中，在兩個(gè)以上的熱交換部中進(jìn)行從所述熱介質(zhì)注入部的端部供應(yīng)的所述熱介質(zhì)和所述工作介質(zhì)的熱交換，其中，所述熱介質(zhì)通過所述熱交換逐漸達(dá)到閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)，并且所述工作介質(zhì)是液態(tài)金屬。將通過所述熱交換將溫度降低至預(yù)定溫度以下的液態(tài)金屬供應(yīng)至燃燒爐中在最低溫度下加熱的燃燒爐，再加熱并再供應(yīng)至熱交換部中的一個(gè)，從而再循環(huán)液態(tài)金屬，其中，再加熱液態(tài)金屬的溫度優(yōu)選地高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)。此外，本專利技術(shù)提供了一種鍋爐，其使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，包括：燃燒爐，向其中供應(yīng)工作介質(zhì)并加熱；熱交換部，其與所述燃燒爐連接并且將所述燃燒爐中加熱的所述工作介質(zhì)供應(yīng)到燃燒爐；管道，其位于所述熱交換部中；熱介質(zhì)注入部，其一側(cè)與所述管道連接；以及供應(yīng)部，其與所述熱介質(zhì)注入部的另一側(cè)連接，并且將所述熱介質(zhì)供應(yīng)至所述熱交換部中的所述管道，其中，在所述熱交換部中進(jìn)行通過所述管道供應(yīng)的所述熱介質(zhì)與所加熱的工作介質(zhì)之間的熱交換，其中，所述熱介質(zhì)通過所述熱交換達(dá)到閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)，并且所述工作介質(zhì)是液態(tài)金屬。此外，本專利技術(shù)提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括：鍋爐，其使用所述液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)；以及渦輪機(jī)，其用于使用閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)下的熱介質(zhì)產(chǎn)生電力。液態(tài)金屬優(yōu)選地選自由錫、鉍、鉛和鎵組成的組。[有益效果]當(dāng)將液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)供應(yīng)至燃燒爐內(nèi)的注入部(管道)時(shí)，當(dāng)通過向其直接供應(yīng)諸如水或二氧化碳的熱介質(zhì)而進(jìn)行加熱時(shí)產(chǎn)生相變，與相變有關(guān)的注入部或管道中的熱應(yīng)力的問題可以得到解決。特別地，可以從根本上防止熱介質(zhì)處于超臨界狀態(tài)并影響注入部材料的性能時(shí)引起的注入部件的破壞所引起的問題，從而顯著提高熱介質(zhì)注入部的壽命。此外，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過僅在由于液態(tài)金屬和熱介質(zhì)的熱交換而產(chǎn)生臨界點(diǎn)以上的高溫高壓下的熱介質(zhì)的部分使用能夠承受超超臨界條件的材料，能夠構(gòu)成更經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，并且通過加熱熱交換部(其中存在具有恒溫的液態(tài)金屬)中的熱介質(zhì)，能夠更加穩(wěn)定地改善發(fā)電系統(tǒng)的效率。此外，通過添加通過控制用作工作介質(zhì)的液態(tài)金屬的量和溫度來將燃燒爐中產(chǎn)生的熱量儲存一段時(shí)間的功能，從而可以實(shí)現(xiàn)能夠響應(yīng)于電力需求的波動(dòng)的效果。附圖說明圖1是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐的示意圖。圖2是根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐的示意圖。圖3是根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐的示意圖。具體實(shí)施方式如上所述的本專利技術(shù)的目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)將從本專利技術(shù)的適當(dāng)?shù)氖纠詫?shí)施方式中變得更為明顯。在該過程中，為了清楚和方便的解釋，附圖中所示的構(gòu)成元件的線或尺寸的厚度可能被夸大。此外，考慮本專利技術(shù)中的功能來定義后述的所有術(shù)語，并且可以根據(jù)用戶、操作者的意圖或習(xí)慣而不同。因此，應(yīng)當(dāng)基于本專利技術(shù)的整個(gè)說明書的內(nèi)容來公開這些術(shù)語的定義。此外，所描述的示例性實(shí)施方式僅用于說明的目的，并不旨在限制本專利技術(shù)的技術(shù)范圍。使用本專利技術(shù)的液態(tài)金屬作為工作介質(zhì)的鍋爐及使用其的發(fā)電系統(tǒng)的每個(gè)構(gòu)成元件可以以集成形式使用，或者分開并分別使用。此外，根據(jù)使用的形式，可以省略一些構(gòu)成元件。以下，參考附圖(圖1)詳細(xì)說明根據(jù)本專利技術(shù)的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鍋爐，其使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，包括：燃燒爐(100)，向其供應(yīng)的所述工作介質(zhì)在其中加熱；熱交換部(200)，其與所述燃燒爐(100)連接并且將所述燃燒爐(100)中加熱的所述工作介質(zhì)供應(yīng)到所述燃燒爐(100)；熱介質(zhì)注入部(300)，其一側(cè)與所述熱交換部(200)連接；以及供應(yīng)部(400)，其與所述熱介質(zhì)注入部(300)的另一側(cè)連接并且通過所述熱介質(zhì)注入部(300)將所述熱介質(zhì)供應(yīng)至所述熱交換部(200)，其中，在所述熱交換部(200)中，在供應(yīng)到所述熱介質(zhì)注入部(300)中的所述熱介質(zhì)與所加熱的工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換，其中，所述熱介質(zhì)通過所述熱交換達(dá)到閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)，并且所述工作介質(zhì)是液態(tài)金屬。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.12.19 KR 10-2014-01843561.一種鍋爐，其使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，包括：燃燒爐(100)，向其供應(yīng)的所述工作介質(zhì)在其中加熱；熱交換部(200)，其與所述燃燒爐(100)連接并且將所述燃燒爐(100)中加熱的所述工作介質(zhì)供應(yīng)到所述燃燒爐(100)；熱介質(zhì)注入部(300)，其一側(cè)與所述熱交換部(200)連接；以及供應(yīng)部(400)，其與所述熱介質(zhì)注入部(300)的另一側(cè)連接并且通過所述熱介質(zhì)注入部(300)將所述熱介質(zhì)供應(yīng)至所述熱交換部(200)，其中，在所述熱交換部(200)中，在供應(yīng)到所述熱介質(zhì)注入部(300)中的所述熱介質(zhì)與所加熱的工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換，其中，所述熱介質(zhì)通過所述熱交換達(dá)到閾值點(diǎn)以上的高溫高壓狀態(tài)，并且所述工作介質(zhì)是液態(tài)金屬。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其中，將通過所述熱交換而降低至低于預(yù)定溫度的所述液態(tài)金屬供應(yīng)至所述燃燒爐(100)，將液態(tài)金屬再加熱并再供應(yīng)至所述熱交換部(200)，從而使所述液態(tài)金屬再循環(huán)，其中，再加熱所述液態(tài)金屬的溫度高于所述液態(tài)金屬的熔點(diǎn)。3.一種鍋爐，其使工作介質(zhì)循環(huán)以與熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，包括：兩個(gè)以上的燃燒爐(100)，向其中供應(yīng)加熱到不同溫度的所述工作介質(zhì)；兩個(gè)以上的熱交換部(200)，與相應(yīng)數(shù)目的燃燒爐(100)連接并且向其供應(yīng)在每個(gè)燃燒爐(100)中在不同溫度下加熱的所述工作介質(zhì)；熱介質(zhì)注入部(300)，其一側(cè)將所述熱介質(zhì)供應(yīng)至所述熱交換部(200)當(dāng)中具有最低溫度的所述熱交換部(220)；以及供應(yīng)部(400)，與所述熱介質(zhì)注入部(300)的另一側(cè)連接并且...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李殷道，梁元，方炳烈，鄭秀和，文智泓，
申請(專利權(quán))人：韓國生產(chǎn)技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：韓國,KR
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