125 MW超临界CO2燃煤发电机组烟气再循环对锅炉热力性能及经济性的影响分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.24034

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 986-995.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.24034

125 MW超临界CO₂燃煤发电机组烟气再循环对锅炉热力性能及经济性的影响分析

陈璟¹, 刘辉², 朱萌³, 王灿³, 陈磊³, 周敬³, 许凯³, 江龙³, 胡松³, 向军³

^1.国电电力发展股份有限公司，北京市朝阳区 100101
^2.国家能源集团新能源技术研究院有限公司，北京市朝阳区 100024
^3.煤燃烧与低碳利用全国重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市 430074

收稿日期:2024-08-04 修回日期:2024-11-02 出版日期:2025-10-31 发布日期:2025-10-23
作者简介:陈璟(1970)，男，硕士，正高级工程师，主要研究方向为热能工程，16032543@chnenergy.com.cn；
刘辉(1987)，男，博士，高级工程师，研究方向为热力系统集成优化及新型储能等，calh1987@163.com；
朱萌(1996)，男，博士研究生，研究方向为超临界二氧化碳燃煤锅炉燃烧机理与概念设计等，501305092@qq.com；
王灿(1999)，男，硕士研究生，研究方向为超临界二氧化碳动力循环等，m202271281@hust.edu.cn；
陈磊(1997)，男，博士研究生，研究方向为超临界二氧化碳储能等，2502084033@qq.com；
周敬(1994)，男，博士，研究方向为超临界二氧化碳动力循环等，601156332@qq.com；
许凯(1986)，男，博士，讲师，研究方向为超临界二氧化碳动力循环、燃煤锅炉智能灵活发电等，本文通信作者，xukai@hust.edu.cn；
江龙(1985)，男，博士，副教授，研究方向为生物质废弃物高效洁净转化制氢/制生物燃料、燃煤锅炉智能灵活发电，jianglong@hust.edu.cn；
胡松(1973)，男，博士，教授，主要研究方向为生物质热反应机理及新型应用技术、传统化石能源高效洁净反应机理及应用技术等，hssh30@163.com；
向军(1968)，男，博士，教授，研究方向为锅炉高效低污染燃烧技术、新型动力循环系统、污染物生成机理与排放控制等，xiangjun@mail.hust.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U20A20303);国家能源集团科技项目(GJNY2030XDXM-19-10.1)

Analysis of Influence of Flue Gas Recirculation on Thermodynamic Performance and Economic Efficiency of 125 MW Supercritical CO₂ Coal-Fired Power Generation Unit

Jing CHEN¹, Hui LIU², Meng ZHU³, Can WANG³, Lei CHEN³, Jing ZHOU³, Kai XU³, Long JIANG³, Song HU³, Jun XIANG³

^1.GD Power Development Co. , Ltd. , Chaoyang District, Beijing 100101, China
^2.CHN Energy Group New Energy Technology Research Institute Co. , Ltd. , Chaoyang District, Beijing 100024, China
^3.State Key Laboratory of Coal Combustion (Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China

Received:2024-08-04 Revised:2024-11-02 Published:2025-10-31 Online:2025-10-23
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U20A20303);National Energy Group Technology Project(GJNY2030XDXM-19-10.1)

摘要/Abstract

摘要：

目的烟气再循环(flue gas recirculation，FGR)可有效解决超临界CO₂ (supercritical carbon dioxide，S-CO₂)锅炉炉膛壁面超温问题，选取合适的烟气再循环率是S-CO₂锅炉设计的关键。为此，研究分析了不同烟气再循环率对锅炉热力性能与经济性的影响。方法以一台125 MW S-CO₂燃煤机组锅炉为研究对象，在保持锅炉效率不变的情况下，采用热力计算方法对锅炉进行了不同烟气再循环率下的热力性能分析并提出了概念设计。在此基础上，进一步采用多级加权质量法和平准化度电成本对锅炉和机组的经济性进行了研究。结果随着烟气再循环率的增加，锅炉辐射受热面材料成本降低，其他受热面成本增加，锅炉本体总投资成本增加。然而，FGR会新增风机成本、燃料成本和额外成本。结论综合考虑安全性和经济性，推荐锅炉设计采用烟气再循环率为20%~30%。

关键词: 火力发电, 燃煤发电, 超临界二氧化碳(S-CO₂), 锅炉, 经济分析, 烟气再循环(FGR), 热计算

Abstract:

Objectives Flue gas recirculation (FGR) can effectively mitigate the issue of high furnace wall temperature in supercritical carbon dioxide (S-CO₂) boilers. The selection of an appropriate flue gas recirculation rate is critical for the design of S-CO₂ boilers. Therefore, this study analyzes the influence of different flue gas recirculation rates on the thermodynamic performance and economic efficiency of the boilers. Methods A 125 MW S-CO₂ coal-fired boiler is taken as the research object. The thermodynamic performance of the boiler under different flue gas recirculation rates is analyzed using a thermodynamic calculation method and the conceptual design is proposed, while keeping the boiler efficiency constant. On this basis, the economic efficiency of the boiler and the unit is further studied using the multistage weighted mass method and levelized cost of electricity. Results With increasing flue gas recirculation rate, the material cost of boiler’s radiant heating surface decreases, while the cost of other heating surfaces increases, leading to an increase in the total investment cost of the boiler. However, FGR results in additional costs for fans, fuel, and other extra expenses. Conclusions Considering both safety and economic efficiency, a flue gas recirculation rate of 20%-30% is recommended for optimal boiler design.

Key words: thermal power generation, coal-fired power generation, supercritical carbon dioxide (S-CO₂), boiler, economic analysis, flue gas recirculation (FGR), thermal calculation

中图分类号:

TK 22

陈璟, 刘辉, 朱萌, 王灿, 陈磊, 周敬, 许凯, 江龙, 胡松, 向军. 125 MW超临界CO₂燃煤发电机组烟气再循环对锅炉热力性能及经济性的影响分析[J]. 发电技术, 2025, 46(5): 986-995.

Jing CHEN, Hui LIU, Meng ZHU, Can WANG, Lei CHEN, Jing ZHOU, Kai XU, Long JIANG, Song HU, Jun XIANG. Analysis of Influence of Flue Gas Recirculation on Thermodynamic Performance and Economic Efficiency of 125 MW Supercritical CO₂ Coal-Fired Power Generation Unit[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(5): 986-995.

图/表 13

参考文献 30

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循环参数	设计值	循环参数	设计值
MC入口温度/℃	32.00	BC效率/%	89.00
MC入口压力/MPa	7.60	BC分流比	0.347
MC出口压力/MPa	26.00	CW质量流量/(t/h)	3 325.4
BC入口温度/℃	84.53	RCW质量流量/(t/h)	3 749.2
BC入口压力/MPa	7.70	BH质量流量/(t/h)	423.8
BC出口压力/MPa	25.90	CW入口温度/℃	524.92
LTR入口温度(高温测)/℃	77.33	CW入口压力/MPa	25.80
LTR出口温度(高温测)/℃	201.60	RH入口温度/℃	522.49
HTR和LTR夹点温度/℃	5.00	RH入口压力/MPa	14.05
各部件压降(除锅炉外)/MPa	0.10	SH出口温度/℃	600.00
HPT效率/%	94.00	SH出口压力/MPa	25.00
LPT效率/%	94.00	RH出口温度/℃	600.00
MC效率/%	89.00	RH出口压力/MPa	13.45

循环参数	设计值	循环参数	设计值
MC入口温度/℃	32.00	BC效率/%	89.00
MC入口压力/MPa	7.60	BC分流比	0.347
MC出口压力/MPa	26.00	CW质量流量/(t/h)	3 325.4
BC入口温度/℃	84.53	RCW质量流量/(t/h)	3 749.2
BC入口压力/MPa	7.70	BH质量流量/(t/h)	423.8
BC出口压力/MPa	25.90	CW入口温度/℃	524.92
LTR入口温度(高温测)/℃	77.33	CW入口压力/MPa	25.80
LTR出口温度(高温测)/℃	201.60	RH入口温度/℃	522.49
HTR和LTR夹点温度/℃	5.00	RH入口压力/MPa	14.05
各部件压降(除锅炉外)/MPa	0.10	SH出口温度/℃	600.00
HPT效率/%	94.00	SH出口压力/MPa	25.00
LPT效率/%	94.00	RH出口温度/℃	600.00
MC效率/%	89.00	RH出口压力/MPa	13.45

类别	参数	数值
	干燥无灰基挥发分质量分数V_daf/%	34.73
工业分析	收到基水分质量分数M_ar/%	15.55
	收到基灰分质量分数A_ar/%	8.80
	收到基碳质量分数C_ar/%	61.70
	收到基氢质量分数H_ar/%	3.67
元素分析	收到基氧质量分数O_ar/%	8.56
	收到基氮质量分数N_ar/%	1.12
	收到基硫质量分数S_ar/%	0.60
性能指标	收到基低位发热量Q_{net, ar}/(kJ/kg)	23 442

类别	参数	数值
	干燥无灰基挥发分质量分数V_daf/%	34.73
工业分析	收到基水分质量分数M_ar/%	15.55
	收到基灰分质量分数A_ar/%	8.80
	收到基碳质量分数C_ar/%	61.70
	收到基氢质量分数H_ar/%	3.67
元素分析	收到基氧质量分数O_ar/%	8.56
	收到基氮质量分数N_ar/%	1.12
	收到基硫质量分数S_ar/%	0.60
性能指标	收到基低位发热量Q_{net, ar}/(kJ/kg)	23 442

参数	300 MW S-CO₂锅炉
参数	计算值	设计值	误差/%
屏底烟温	1 270.7 ℃	—	—
炉膛出口烟温	1 030.7 ℃	1 025.0 ℃	0.56
排烟温度	1 14.2 ℃	1 10.0 ℃	3.82
主蒸汽出口温度	601.0 ℃	602.0 ℃	-0.17
主蒸汽出口压力	32.15 MPa	32.00 MPa	0.47
再热蒸汽出口温度	622.2 ℃	622.0 ℃	0.03
再热蒸汽出口压力	17.98 MPa	17.80 MPa	1.00

125 MW超临界CO₂燃煤发电机组烟气再循环对锅炉热力性能及经济性的影响分析

Analysis of Influence of Flue Gas Recirculation on Thermodynamic Performance and Economic Efficiency of 125 MW Supercritical CO₂ Coal-Fired Power Generation Unit

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摘要/Abstract

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图/表 13

参考文献 30

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编辑推荐

Metrics

参数	数值
固定开支率	0.12
折扣利率	0.06
煤炭增值率	0.02
C_LOM上升率	0.02
容量因子	0.85
煤炭价格/(元/t)	682
建造时长/a	3
设备寿命/a	30

参数	烟气再循环率
参数	10%	20%	30%	40%
发电功率/MW	125	125	125	125
净功率/MW	119.93	119.84	119.73	119.58
锅炉效率/%	93.39	93.39	93.39	93.39
循环效率/%	50.57	50.57	50.57	50.57
净效率/%	45.31	45.27	45.23	45.17
煤耗量/(t⋅h^-1)	40.65	40.65	40.65	40.65

成本项	烟气再循环率
成本项	10%	20%	30%	40%
C_LCC	0.121 8	0.122 9	0.123 8	0.126 9
C_LOM	0.063 0	0.063 0	0.063 0	0.063 0
C_LFP	0.293 2	0.293 4	0.293 7	0.294 0
C_XC	0.129 4	0.129 5	0.129 6	0.129 8
C_LCOE	0.607 4	0.608 8	0.610 1	0.613 7

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