CN103228890A - 带有co2捕集的联合循环动力设备和操作其的方法 - Google Patents
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Abstract
一种带有燃气涡轮(31-33)、蒸汽涡轮(39)和第一HRSG(36)的联合循环动力设备(30)包括用于从来自燃气涡轮(33)的排气至少部分地捕集CO2的CO2捕集设备(48)。该设备特别地包括第二HRSG或锅炉(43)，其布置成接收排气的一部分并将其热量传递到蒸汽和给水。在第二HRSG或锅炉(43)中生成的蒸汽被用于CO2捕集设备(48)的操作和/或操作驱动发电机和可选地CO2压缩机(65)的蒸汽涡轮(60，61)。根据本发明的动力设备(30)在动力设备部分负荷控制和动力设备效率中允许更大的灵活性。还要求保护一种操作动力设备的方法。
Description
技术领域
本发明与用于产生电能的联合循环动力设备有关，该联合循环动力设备包括燃气涡轮、蒸汽涡轮、热回收蒸汽发生器、以及集成在动力设备中用于捕集和压缩燃气涡轮的废气中的二氧化碳的设备。本发明还与操作该动力设备的方法有关。
背景技术
带有二氧化碳(CO2)捕集的联合循环动力设备是文献中熟知的，并且已在例如美国和瑞典的第一台试验动力设备中实现。
对于带有二氧化碳捕集设备的此类动力设备的已知概念包括带有燃气和蒸汽涡轮以及设计成使用来自燃气涡轮废气的热量生成蒸汽的热回收蒸汽发生器(HRSG)的联合循环动力设备。由此类HRSG排出的废气通常包含仅高达约4%体积流量的CO2。已经提出借助于例如使用诸如单乙醇胺的吸收溶液的吸收过程来捕集CO2的CO2捕集设备。在CO2吸收之后，吸收剂溶液被再热，以便释放呈纯气态形式的CO2。然后将释放的CO2气体压缩和冷却以允许储存。
最重要的是，由于通常呈抽取的蒸汽形式的热消耗和操作CO2捕集设备所需的辅助动力，与燃烧化石燃料的动力设备结合的CO2捕集设施的操作导致设备的总效率的显著降低。致力于降低这种效率缺陷的努力例如在O. Bolland和S. Saether的“New concepts for natural gas fired power plants which simplify the recovery of carbon dioxide”, Energy Conversion Management, Vol. 33, No. 5-8, pp. 467-475, 1992中讨论。基于CO2吸收过程的效率和废气中CO2的浓度之间的直接关系，提出了增加废气中的CO2浓度的各种方法。例如，废气返回燃气涡轮压缩机入口的再循环可导致通往CO2捕集设备的废气的浓度的翻倍和CO2捕集设备效率的随之增加。
还已知的是，废气中氧气的浓度影响CO2捕集设备的操作，因为氧气可导致吸收溶液的劣化，这可导致CO2捕集设备操作和维护成本的增加。
如在图1的示意图中示出的根据现有技术的典型联合循环动力设备1包括燃气和蒸汽涡轮以及用于处理由燃气涡轮用化石燃料的燃烧产生的所有废气的CO2捕集设备。其包括压缩机2和布置在轴S上以驱动发电机的燃气涡轮4、生成热气体以驱动燃气涡轮4的燃烧室3、以及下文称为HRSG的热回收蒸汽发生器5，其生成经由管线7引导以驱动蒸汽涡轮6的新蒸汽(live steam)。冷凝器8冷凝在涡轮6中膨胀的蒸汽，并且冷凝物/给水经由管线9返回到HRSG 5。从HRSG 5离开的废气经由管线10被引导至烟囱11。布置在废气管线10中的挡板(damper)10’将其中一些废气引导至管线12，管线12将其导引至废气冷却器13。鼓风机14迫使冷却的废气到CO2捕集设备15，在此例如CO2首先被贫吸收溶液吸收。通过所吸收的CO2富集的吸收溶液接着通过加热而再生，其中纯净的CO2气体从溶液释放。释放的CO2随后被处理以便进一步使用、输送或储存。不含CO2的剩余气体经由管线16被引导至烟囱11。
CO2捕集设备15经由管线17被供以从蒸汽涡轮6抽取的蒸汽，以便再生富CO2吸收溶液。所得的冷凝物经由管线18被引导回蒸汽动力设备的水蒸汽循环，例如经由给水箱引导至HRSG 5。来自HRSG 5的排气的一部分废气可经由管线19和鼓风机20再循环回燃气涡轮压缩机的入口，由此，再循环的废气与管线22中的新鲜环境空气混合。如图1所示带有此类废气再循环的动力设备被布置成用于处理CO2捕集设备中的所有废气以用于CO2的分离。
发明内容
本发明的目的是提出一种带有CO2捕集设备的用于产生电能的联合循环动力设备，该CO2捕集设备相比现有技术的这类动力设备具有增加的CO2捕集效率。
本发明的另一目的是提出一种允许降低操作成本的操作此类动力设备的方法。
一种用于产生电能的联合循环动力设备包括：至少一个燃气涡轮；第一或主热回收蒸汽发生器HRSG，其用于借助于由燃气涡轮排放且经由排气管线引导至HRSG的气体生成蒸汽；以及此外至少一个蒸汽涡轮，其由在HRSG中生成的蒸汽驱动。动力设备还操作地与CO2捕集设备连接，该CO2捕集设备被布置和构造成用于借助于贫吸收溶液来吸收包含在废气中的CO2，其中，在吸收CO2气体之后，富含CO2的吸收溶液可通过再热而再生，以便释放呈纯气态形式的CO2。
根据本发明，动力设备包括第二热回收蒸汽发生器(HRSG)或锅炉(boiler)和用于从联合循环动力设备通往第二HRSG或锅炉的燃气涡轮排气的管线。第二HRSG或锅炉被构造和布置成从燃气涡轮接收排气并将排气的热量传递至给水和/或蒸汽以及生成蒸汽以用于蒸汽涡轮或CO2捕集设备或两者的运行。联合循环动力设备特别包括在排气管线中的挡板或分流器，其被布置成将排气流分成分别在第一和第二气体管线中的第一和第二部分排气流，其中用于第一部分流的第一气体管线通往烟囱且用于第二部分流的第二气体管线通往第二HRSG或锅炉。
根据本发明带有在排气流中的挡板的动力设备允许以两种不同方式将第一部分排气流引导至烟囱，或者直接至烟囱，或者经由第一HRSG间接地，取决于挡板在排气管线中的放置，即在第一HRSG之后或之前。
在本发明的第一实施例中，挡板或分流器布置在处于将排气从燃气涡轮导引至第一HRSG的管线中的燃气涡轮排气中。它将第二部分排气流引导至第二HRSG并将第一部分排气流引导至第一HRSG。在该布置中，高温(500°C以上，例如约600°C)的排气可通往第二HRSG。
在本发明的第二实施例中，挡板或分流器布置在处于从第一HRSG引出的排气管线中的HRSG排气中。这将第二部分排气引导至第二HRSG并将第一部分排气流引导至烟囱。在该布置中，较低温度(例如，从80至100°C)的排气可通入第二HRSG中。
在本发明的示例性实施例中，动力设备还包括将排气从第二HRSG或锅炉引导至CO2捕集设备的管线。
根据本发明的动力设备允许充分捕集包含在排气中且由燃气涡轮用的化石燃料的燃烧产生的CO2。特别地，本发明还允许排气中CO2的部分捕集。另外，其允许旨在借助于第二HRSG内的补充燃烧进行CO2捕集的排气的CO2浓度的增加。
在另一示例性实施例中，第二HRSG或锅炉特别地包括补充燃烧组件，其增加在HRSG中可用的热量并减少穿过其的排气的氧含量。
补充燃烧还招致废气的氧浓度的降低，这继而减慢CO2捕集设备中CO2吸收溶液的劣化速率。溶液的使用寿命由此增加，并且CO2捕集设备的维护成本可降低。
此外，其通过将排气中的热量传递到流动介质(例如，CO2捕集设备的富吸收溶液)而允许使用该热量，由此支持溶液的再生。为了支持CO2捕集设备而从联合循环设备的蒸汽涡轮抽取蒸汽由此被避免或可至少减少，使得有价值的蒸汽可进一步用来驱动涡轮，并且可提高蒸汽涡轮效率。
当其将动力设备的CO2排放充分地减少至当局或法规要求的限值内时，部分CO2捕集是有利的。其能够实现相比带有完全CO2捕集的动力设备改善的性能和收益性，其中废气被处理以便以高达90%的捕集率分离CO2。
带有补充燃烧的第二HRSG或锅炉一方面允许减少穿过其的废气中的残余氧含量，且由此使CO2吸收过程带有较低的O2含量，使得CO2吸收溶液载有更少氧气。这导致归因于O2的减小的吸收流体的劣化速率和由此吸收溶液的更长使用寿命。此外，归因于补充燃烧的燃烧产生具有约6%的增加的CO2体积浓度的来自第二HRSG或锅炉的排气。这允许CO2捕集设备的增加效率，因为每废气质量流的蒸汽和能耗要求降低。
带有燃气涡轮排气的第二HRSG的操作允许CO2捕集设备和蒸汽涡轮的更灵活操作，因为可通过两种不同的HRSG来提供热量以用于富CO2吸收溶液的再沸和/或蒸汽抽取，例如，来自从中压涡轮到低压涡轮的交叉管的低压蒸汽、或冷再热蒸汽、或来自蒸汽涡轮的新蒸汽。
根据本发明的动力设备的另一优点在于，动力设备的部分负荷操作的灵活性可大大增加。在动力设备部分负荷操作下，转移至第二HRSG或锅炉的排气流可保持恒定，使得处理该排气的CO2捕集设备也在恒定负荷下运行。如果需要捕集更少的CO2，则也可减小到第二HRSG的流量。
在本发明的示例性实施例中，排气管线中的挡板或分流器被布置成用于分流，使得从第二HRSG或锅炉到排气流的第二流在从燃气涡轮离开的总排气流的10%至60%的范围内。这可能是动力设备的满负荷运行以及部分负荷运行的情况。
代替第二HRSG，动力设备可包括锅炉，其中该锅炉可以是燃气锅炉、燃煤锅炉或燃油锅炉。
在包括锅炉代替第二HRSG的动力设备的实施例中，可在锅炉中实现近化学计量燃烧，使得在来自该锅炉的排气中的所得CO2浓度达到6%-8%的水平。由于操作其所需的蒸汽的减少，这有利于更大的CO2捕集设备效率。
在两种情况下，根据本发明带有第二HRSG或锅炉的动力设备在仍然满足CO2捕集要求的同时使得增加的部分负荷操作灵活性和增加的部分负荷动力设备性能成为可能。
在本发明的另一示例性实施例中，动力设备另外包括背压蒸汽涡轮，其被构造和布置成从第二HRSG或锅炉接收蒸汽，其中蒸汽涡轮驱动发电机。可将另一低压蒸汽涡轮借助于诸如同步自脱(SSS)离合器的自动离合器布置在与背压蒸汽涡轮和发电机相同的轴上。在背压蒸汽涡轮中膨胀的蒸汽可通往低压蒸汽涡轮以用于产生电力和/或通往CO2捕集设备再沸器以用于富吸收溶液再生或作为与HRSG尾端富吸收溶液热交换器结合的调节蒸汽。
本发明的另一实施例包括CO2压缩机，其与驱动压缩机的蒸汽涡轮一起布置在单个轴上。蒸汽涡轮由在第二HRSG中生成的新蒸汽操作。
在所有公开的实施例中，动力设备可包括用于按需要将增加的新鲜环境空气引入到第二HRSG或锅炉的装置，以便稳定HRSG内的补充燃烧或者燃气、燃油或燃煤锅炉内的燃烧。
结合附图公开了动力设备的另外的具体实施例。
一种根据本发明的用于操作包括生成排气流的燃气涡轮、第一HRSG、蒸汽涡轮和CO2捕集设备的联合循环动力设备的方法，包括：将排气流的第一部分从燃气涡轮引导至烟囱；将排气流的第二部分从燃气涡轮引导至另外的第二HRSG或锅炉；操作第二HRSG或锅炉以生成蒸汽，并将该蒸汽引导至CO2捕集设备或至另一蒸汽涡轮或两者。
根据本发明的特定方法包括：将排气流的第二部分在其从燃气涡轮离开之后立即转移，并将其引导至第二HRSG或锅炉。
根据本发明的另一方法包括：将排气流的第二部分在其穿过第一HRSG和其从第一HRSG离开之后转移，并将其引导至第二HRSG。
在本发明的另一特定方法中，借助于在第二HRSG中的补充燃烧而减少排气中的残余氧含量。如前所述，排气中减少的氧含量增加了CO2吸收溶液的使用寿命。
在第二HRSG或锅炉中生成的蒸汽的特定用途包括在CO2捕集设备中再热富CO2吸收溶液。根据动力设备和/或CO2捕集设备的操作负荷，由于来自主联合循环蒸汽涡轮的抽取蒸汽的减少使用，这可允许更大的灵活性和性能增加。
为了在部分CO2捕集中更大的灵活性，从第二HRSG或锅炉离开的排气流也被引导至CO2捕集设备，但也可借助于排气管线中的挡板从第二HRSG转移至烟囱。
根据本发明的另一特定方法还包括下列中的一个或多个：将蒸汽从联合循环动力设备的蒸汽涡轮引导至第二HRSG或锅炉，并将再热的蒸汽引导回该蒸汽涡轮；将在第二HRSG或锅炉中生成的蒸汽作为新蒸汽引导至联合循环动力设备的蒸汽涡轮；将蒸汽从第二HRSG引导至CO2捕集设备以在富CO2吸收溶液的再热和再生中使用；将冷凝物从CO2捕集设备引导至第二HRSG或锅炉以用于生成蒸汽。
补充燃烧允许包含在废气中的残余氧的燃烧，以在离开第二HRSG或锅炉的废气中维持恒定的CO2浓度。可在废气中保持最小氧浓度以允许典型地用废气的完全燃烧，该废气实际上不含残余的未燃烧烃且不含CO。离开第二HRSG或锅炉的废气中的恒定CO2浓度为随后的CO2捕集设备确保良好的操作条件，从而提高整个设备效率。由于后续燃烧，引导至第二HRSG或锅炉的废气导致比引导至第一HRSG或锅炉的废气更高的蒸汽和动力产生。因此，通过控制引导至第一HRSG或锅炉的废气质量流与引导至第二HRSG或锅炉的废气质量流的比率，可控制设备的总动力输出。
附图说明
图1示出根据现有技术的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备。
图2示出根据本发明的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备的实施例，其带有第二HRSG或锅炉以及用于将排气流转移至第二HRSG或锅炉的挡板和用于将燃气涡轮排气的一部分转移至第二HRSG或锅炉的挡板。
图3示出根据本发明的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备的另一实施例，其带有第二HRSG或锅炉以及带有高压或中压蒸汽涡轮、发电机及低压蒸汽涡轮的单轴布置。
图4示出根据本发明的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备的另一实施例，其带有第二HRSG或锅炉以及高压或中压蒸汽涡轮、发电机、低压蒸汽涡轮和蒸汽涡轮驱动的CO2压缩机的单轴布置。
图5示出根据本发明的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备的另一实施例，其带有第二HRSG或锅炉和背压蒸汽涡轮与CO2压缩机的布置以及向CO2捕集设备内的再沸器提供蒸汽的另一变型。
图6示出根据本发明的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备的另一实施例，其带有第二HRSG或锅炉和用于从HRSG或从由来自HRSG的蒸汽驱动的蒸汽涡轮向CO2捕集设备提供蒸汽的布置。
图7示出根据本发明的带有CO2捕集设备的联合循环动力设备的另一实施例，其带有第二HRSG或锅炉和布置在第一HRSG之后以将废气引导至第二HRSG的挡板。它还包括带有高压或中压蒸汽涡轮、发电机和低压蒸汽涡轮的单轴布置。
不同附图中的相同标号指代呈相同构型的相同元件。
具体实施方式
如图2至图7所示的根据本发明的用于产生电力的动力设备30基本上包括第一单元30a和第二单元30b，其中单元30a包括带有燃气涡轮压缩机31、燃烧室32和驱动发电机的燃气涡轮33的联合循环动力设备。排气管线34、35将由燃气涡轮排放的气体引导至第一HRSG 36，在此，其被用于蒸汽生成并随后通过废气管线37，废气管线37将排气引导至烟囱38。
在第一HRSG中生成的蒸汽经由新蒸汽管线40通往蒸汽涡轮39，其继而驱动另一发电机。由蒸汽涡轮39排放的蒸汽通入冷凝器39’中，并且所得的冷凝物经由管线39a被导入HRSG 36中以用于生成蒸汽，由此完成水蒸汽循环。
动力设备30的单元30b主要包括第二HRSG 43，其利用借助于挡板或分流器34’从排气管线34分支的来自单元30a的热排气操作。排气被用于热传递到在各种压力和温度范围内的各种流体，并且最终首先经由管线46引导至排气冷却器47且然后至CO2捕集设备48。管线46中的另一挡板允许排气流的进一步分开，其一部分经由管线46’引导至烟囱38’或至管线37和烟囱38。
管线34中的第一挡板34’被布置成将在管线34中流动的从燃气涡轮离开的排气的10%至60%转移至第二部分流管线42和第二HRSG 43。经由管线43’’供给燃料的补充燃烧组件43’在HRSG 43内操作，以便尽可能多地降低废气中的氧含量且在CO2捕集设备中借助于CO2吸收溶液进行处理。为了稳定第二HRSG内的燃烧并增加动力，补充燃烧组件可经由管线44被供给导入补充燃烧燃料管线43’’中的另外空气。
该动力设备中的两个HRSG被用于从来自蒸汽涡轮冷凝器的冷凝物生成蒸汽，以及用于加热或再热来自各种源的蒸汽。
第一HRSG 36和第二HRSG 43经由分别通往其低压低温部分的管线39a和39b被供以来自蒸汽涡轮冷凝器39’的冷凝物。来自CO2捕集设备的另外的冷凝物经由管线50和50’分别被引导至第一HRSG 36和第二HRSG 43，该冷凝物由在CO2捕集设备内的CO2吸收溶液再沸器中冷凝的蒸汽产生，并且具有比冷凝器39的温度更高的温度。
第一HRSG 36和第二HRSG 43两者生成分别经由管线52和40引导至蒸汽涡轮39的新蒸汽。它们还被构造成生成分别经由管线54和41引导至相同蒸汽涡轮39的再热蒸汽。它们还被构造成生成用于诸如CO2吸收溶液的再生的在CO2捕集设备中的直接或间接用途的蒸汽。
第二HRSG 43还被构造成用于在CO2捕集设备的再生器再沸器之前预热富CO2吸收溶液，使得再沸器中的所需蒸汽可最小化至足以调节所需温度的水平。该构型将既增加再生过程的热力学效率又降低投资成本。
CO2捕集设备由用于CO2吸收溶液的再生的蒸汽操作且被供以该蒸汽，其中该蒸汽经由管线49’从联合循环蒸汽涡轮39被抽取并与经由管线49提供的来自第二HRSG 43的蒸汽结合。相比现有技术的带有CO2捕集的动力设备，该构型允许减少自蒸汽涡轮49’的蒸汽抽取，从而改善蒸汽涡轮的性能。
可选地，从第二HRSG引出且标记为R的另外的蒸汽管线可将蒸汽提供至CO2捕集设备再沸器，以进一步支持其操作。
图3示出根据本发明的另一动力设备，其包括如图所示且结合图2中的单元30a讨论的所有元件。图3示出具体地在单元30b内的本发明的另一示例性实施例。其包括带有具有燃料管线43’’和空气管线44的补充燃烧组件43’的第二HRSG 43。与图3的实施例不同，其另外包括具有高压或中压蒸汽涡轮60、发电机76和低压蒸汽涡轮61的单轴布置。低压蒸汽涡轮借助于诸如同步自脱(SSS)离合器的自动离合器45连接到发电机。新蒸汽经由管线62由第二HRSG 43提供至蒸汽涡轮60。冷凝器63提供用于冷凝在涡轮61中膨胀的蒸汽。其冷凝物被引导至HRSG 43的低压部分。
在高压或中压蒸汽涡轮60中膨胀的蒸汽一部分经由管线64被引导至CO2捕集设备，以用于与来自图3的管线49的使用的蒸汽类似的用途。在并非来自高压或中压蒸汽涡轮60的所有排放蒸汽需要被CO2捕集设备使用的情况下，蒸汽流的其余部分可被引导至低压蒸汽涡轮61以用于发电。其余蒸汽也可用来加热低压蒸汽涡轮61，使得其可快速启动，以借助于发电机76和自动离合器45来发电。这尤其可用于以下情况中：当CO2捕集设备正在部分负荷下运行且其操作需要减少的蒸汽量和热量时，或者当CO2捕集设备跳闸且存在过量的可用热量和蒸汽时。
它还可进一步用于动力增加或用于电网频率响应。
图4示出包括带有补充燃烧的第二HRSG 43的在单元30a和单元30b中具有与结合图3所示出和讨论的相同的元件、以及与第二HRSG 43操作地连接的单轴布置的另一实施例的动力设备。另外，该实施例包括具有CO2压缩机65的单轴布置，除了发电机76之外，CO2压缩机65由中压或高压涡轮60和低压蒸汽涡轮61并借助于离合器45来驱动。
第二HRSG 43和单轴布置由此进一步支持CO2捕集过程，具体而言捕获的CO2的压缩以用于运输和/或储存。
图5示出包括单元30b的变型的本发明的另一实施例。具体而言，除了带有补充燃烧的第二HRSG之外，其包括具有背压蒸汽涡轮60’的单轴布置，背压蒸汽涡轮60’被供以来自HRSG 43的新蒸汽并驱动CO2压缩机66和发电机。
图6示出带有如在此前的图2至图5中讨论的单元30a以及包括第二HRSG 43的单元30b的另一实施例的动力设备的实施例。单元30b具体包括借助于由第二HRSG 43经由管线72提供的新蒸汽驱动的蒸汽涡轮70。在涡轮70中膨胀的蒸汽在冷凝器71中冷凝，其中所得冷凝物被导引回HRSG 43。管线73-75提供用于将新蒸汽和从涡轮70抽取的蒸汽或两者引导至CO2捕集设备以支持其操作。该蒸汽也可用来驱动与CO2捕集设备连接的布置成驱动CO2压缩机的另一蒸汽涡轮。
图7示出包括带有单元30a和30b的联合循环动力设备的本发明的另一实施例，其中单元30a包括带有驱动发电机的燃气涡轮31-33、燃气涡轮排气管线34、第一HRSG 36和通往烟囱38的废气管线37的联合循环动力设备。其还包括由在第一HRSG 36中生成的蒸汽驱动的蒸汽涡轮39，蒸汽涡轮39驱动另一发电机。动力设备还包括CO2捕集设备48和第二HRSG 43，以用于生成蒸汽以支持CO2捕集和/或另外的蒸汽涡轮60和61的操作。
在该实施例中，燃气涡轮排气管线34将所有排气直接导引至第一HRSG 36，其中由该HRSG排放的气体被导入排气管线37中。在烟囱38之前，排气管线37包括挡板或分流器37’，其将从第一HRSG 36流出的这种较低温度排气流分成到管线37’’的第一排气流和保留在管线37中并被引导至烟囱38的第二排气流。包括鼓风机80的管线37’’将第二排气流引导至第二HRSG 43。代替使用鼓风机80，可增加燃气涡轮背压。
在第二HRSG 43中生成的包含管线37’’中的燃气涡轮排气流的热量的蒸汽被提供至高压或中压蒸汽涡轮60和驱动发电机76的低压蒸汽涡轮61。另外，如同图3的实施例中的情况，自动离合器(未示出)布置在发电机和涡轮61之间的轴上。来自第二HRSG 43的新蒸汽经由管线62提供至蒸汽涡轮60。冷凝器63冷凝在蒸汽涡轮62中膨胀的蒸汽。类似于图3的实施例，在涡轮60中膨胀的蒸汽一部分可用于涡轮61中，并且另一部分经由管线64被引导至CO2捕集设备48，以支持CO2捕集操作以及结合图3描述的其它用途。
附图标记
1 动力设备
2 燃气涡轮压缩机
3 燃烧室
4 燃气涡轮
5 HRSG
6 蒸汽涡轮
7 新蒸汽管线
8 蒸汽冷凝器
9 冷凝物/给水管线
10 来自第一HRSG出口的排气/废气管线
10’ 用于废气再循环/废气处理(CO2捕集)的挡板
11 烟囱
12 废气管线
13 废气冷却器
14 鼓风机
15 CO2捕集设备
16 从CO2捕集设备至烟囱的用于不含CO2的气体的管线
17 至CO2捕集设备的蒸汽管线
18 返回水蒸汽循环的冷凝物管线
19 废气再循环管线
20 鼓风机
21 至压缩机的用于空气的管线
22 环境空气管线
30 动力设备
30a 带有联合循环动力设备的单元
30b 带有第二HRSG的单元
31 燃气涡轮压缩机
32 燃烧室
33 燃气涡轮
34, 35 燃气涡轮排气管线
34’ 挡板或分流器
36 第一HRSG
37 从第一HRSG至烟囱的废气管线
37’ 挡板/分流器
37’’ 至第二HRSG或锅炉的排气管线
38 烟囱
39 蒸汽涡轮
39’ 蒸汽冷凝器
39a,39b 冷凝物管线
40 新蒸汽管线
41 蒸汽管线
42 至第二HRSG的用于排气部分流的管线
43 第二HRSG
43’ 补充燃烧组件
43’’ 用于补充燃烧的燃料管线
44 空气管线
45 自动离合器
46 至CO2捕集设备的排气管线
46’ 至烟囱的废气管线
47 气体冷却器
48 CO2捕集设备
49,49’ 至CO2捕集设备的蒸汽管线
50 从CO2捕集设备至第二HRSG的冷凝物管线
52 新蒸汽管线
53,54 再热蒸汽管线
60 高压或中压蒸汽涡轮
60’ 蒸汽涡轮
61 低压蒸汽涡轮
62 新蒸汽管线
63 蒸汽冷凝器
64 至CO2捕集设备的蒸汽管线
65, 66 CO2压缩机
70 蒸汽涡轮
71 蒸汽冷凝器
72 至蒸汽涡轮的新蒸汽
73,74,75 至CO2捕集设备的蒸汽管线
76 发电机
80 鼓风机
S 轴
R 再生锅炉。
Claims (15)
1. 一种用于电能产生的联合循环动力设备(30)，包括：至少一个燃气涡轮(31-33)；第一或主热回收蒸汽发生器HRSG(36)，其用于借助于由所述燃气涡轮(33)排放且经由排气管线(34)被引导至所述HRSG(36)的气体生成蒸汽；以及至少一个蒸汽涡轮(39)，其由在所述第一HRSG(36)中生成的蒸汽驱动，其中所述动力设备与CO2捕集设备(48)操作地连接，所述CO2捕集设备(48)被布置和构造成用于借助于吸收溶液去除包含在所述燃气涡轮排气中的CO2，其中所述吸收溶液能够被再热以便释放纯气态CO2，其特征在于，
所述动力设备包括第二热回收蒸汽发生器HRSG或锅炉(43)，其被构造和布置成接收燃气涡轮排气并将热量从所述燃气涡轮排气传递到蒸汽和/或给水，并且所述第二HRSG或锅炉(43)被构造和布置成生成蒸汽以用于至少一个另外的蒸汽涡轮(60, 60’, 70)或所述CO2捕集设备(48)或两者，
并且所述联合循环动力设备(30)包括在燃气涡轮排气管线(34, 37)中的挡板或分流器(34’)，其被布置成将排气流分成第一和第二部分排气流，其中所述动力设备(30)包括管线(35, 37, 42, 37’’)，以将所述第一部分排气流引导至烟囱(38)并将所述第二部分排气流引导至所述第二HRSG或锅炉(43)，
其中，所述挡板或分流器(34’, 37’)被布置成将到达所述分流器或挡板(34, 37’)的所述排气流的10%至60%转移至所述第二排气流(42, 37’’)中且至所述第二HRSG或锅炉(43)。
2. 根据权利要求1所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述挡板或分流器(34’)被布置在从所述燃气涡轮(33)通往所述第一HRSG(36)的排气管线(34)中，并且管线(35)被布置成将所述第一部分排气流从所述分流器(34’)引导至所述第一HRSG(36)，且另一管线(42)被布置成将所述第二部分排气流从所述分流器(34’)引导至所述第二HRSG或锅炉(43)。
3. 根据权利要求1所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述挡板或分流器(37’)被布置在从所述第一HRSG(36)引出且至所述烟囱(38)的排气管线中，并且管线(37)被布置成将所述第一部分排气流从所述分流器(37’)引导至所述烟囱(38)，且另一管线(37’’)被布置成将所述第二部分排气流从所述分流器(37’)引导至所述第二HRSG或锅炉(43)。
4. 根据前述权利要求中的一项所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述动力设备包括至少一个管线(49)以将在所述第二HRSG或锅炉(43)中生成的蒸汽引导至所述CO2捕集设备(48)。
5. 根据前述权利要求中的一项所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述动力设备包括管线(62, 72)以将在所述第二HRSG或锅炉(43)中生成的蒸汽引导至另一蒸汽涡轮(60, 60’, 61, 70)的。
6. 根据前述权利要求中的一项所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述动力设备包括补充燃烧组件(43’)。
7. 根据前述权利要求中的一项所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述动力设备还包括通往所述CO2捕集设备(48)的用于由所述第二HRSG或锅炉(43)排放的气体的管线(46)。
8. 根据权利要求5至7中的一项所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述动力设备(30)包括布置在单个轴上的由在所述第二HRSG或锅炉(43)中生成的蒸汽驱动的高压或中压蒸汽涡轮(60, 60’)和发电机(76)，并且在于，所述动力设备(30)包括布置在所述单个轴上的CO2压缩机(65, 66)。
9. 根据权利要求5、6或7所述的联合循环动力设备(30)，其特征在于，所述动力设备(30)包括布置成从所述第二HRSG或锅炉(43)接收蒸汽并驱动发电机(76)的蒸汽涡轮(70)，并且所述动力设备(30)还包括管线(73-75)，以将来自所述第二HRSG或锅炉(43)的蒸汽或从所述蒸汽涡轮(70)抽取的蒸汽或两者引导至所述CO2捕集设备(48)。
10. 一种操作包括燃气涡轮(31-33)、第一热回收蒸汽发生器HRSG(36)、蒸汽涡轮(39)和CO2捕集设备(48)的联合循环动力设备(30)的方法，包括：
将所述排气流的第一部分从所述燃气涡轮(33)引导至烟囱(38)，
将排气流的第二部分从所述燃气涡轮(33)引导至另外的第二HRSG或锅炉(43)，
操作所述第二HRSG或锅炉(43)以生成蒸汽，并将该蒸汽引导至所述CO2捕集设备(48)或至另一蒸汽涡轮(60, 61, 60’, 70)或两者。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
将所述排气流的所述第二部分借助于分流器(34’)从所述燃气涡轮(33)转移至所述第二HRSG(43)，所述分流器(34’)在所述燃气涡轮(33)之后且在所述第一HRSG(36)之前布置在所述排气管线中；或者
将所述排气流的所述第二部分借助于分流器(37’)从所述燃气涡轮(33)转移至所述第二HRSG(43)，所述分流器(37’)在所述第一HRSG(36)之后布置在所述排气管线中。
12. 根据前述权利要求10至11中的一项所述的方法，其特征在于，将从所述第二HRSG或锅炉(43)离开的所述排气流的至少一部分引导至所述CO2捕集设备(48)。
13. 根据前述权利要求10至12中的一项所述的方法，其特征在于，使用在所述第二HRSG或锅炉(43)中生成的所述蒸汽来再热所述CO2捕集设备(48)中的CO2吸收溶液。
14. 根据前述权利要求10至13中的一项所述的方法，其特征在于，借助于补充燃烧而在所述第二HRSG或锅炉(43)中燃烧所述排气中的残余氧。
15. 根据前述权利要求10至14中的一项所述的方法，其特征在于，
在所述第二HRSG或锅炉(43)中燃烧残余氧以在离开所述第二HRSG或锅炉(43)的所述废气中维持恒定的CO2浓度，以及
通过改变被引导至第一HRSG或锅炉(36)的废气质量流与被引导至所述第二HRSG或锅炉(43)的废气质量流的比率而控制所述设备的动力输出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130731 |