CN105091015A - 带有热联合的燃煤氧气设备 - Google Patents

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Abstract

燃煤氧气锅炉功率设备，其带有冷凝物***、燃烧***以及后燃烧CO2捕获设备，该设备构造且布置为从在燃烧***中产生的废气流移除CO2。冷凝***包括：多个系列低压加热器(7、8、9、31)，其在泵(3)的下游布置在流系列中；以及至少一个平行的低压加热器(22)，其布置成流体地平行于系列低压加热器(7、8、9、31)中的至少一个。废气热回收***、废气冷凝器以及气体处理单元热联合入冷凝物***。

Description

带有热联合的燃煤氧气设备
技术领域
本公开涉及联合CO2捕获和蒸汽/水功率循环的燃煤氧气设备的热布置。
背景技术
如今煤贡献了世界上的很大比例的电力产生，并且被期望在可预见的将来维持其支配份额。但是，显著的环境压力已经导致排放降低***的发展来满足日益增长的环境需求。作为结果，设备设计必须满足在降低的CO2、SO2、NOx排放水平下的高效率操作的对立要求。
这些发展出现的尤其有利的设备布置是带有CO2捕获的氧气燃烧蒸汽设备。不操作空气燃烧***，本***使用通常在空气分离单元中产生的氧气以用于初级燃料的燃烧。氧气燃烧过程产生具有作为其主要组分的CO2、水以及O2的废气，其中，按体积CO2浓度典型地大于大约70％。CO2的高浓度允许在气体处理单元中的相对简单的CO2捕获。
氧气燃烧捕获设备的典型的布置包括数个预CO2取出净化步骤。这些可包括：用于移除颗粒物质的静电除尘器；用于移除硫的废气脱硫器；以及用于水移除的废气冷凝器。出于热效率的原因，可此外将废气热回收***定位在静电除尘器和废气脱硫器之间。
在图1中显示了高效率氧气燃烧蒸汽设备的典型的水蒸汽循环的实例。设备包括由来自锅炉42的蒸汽供应的再加热蒸汽涡轮(HP、IP、LP)的三重压力系列。来自最后的低压蒸汽涡轮LP的废汽在精处理4之前在冷凝器2中冷凝，并在闭环中在返回至锅炉42之前被接连地泵压3穿过一系列的低压加热器6、7、8、9、31、供应水箱36以及高压加热器32。用于低压和高压加热器的热源典型地为从低压/中压以及高压蒸汽涡轮取出的蒸汽。
由于在确保最高效率循环中的大益处，存在对下列的持续需求：发现更好地在蒸汽功率设备内联合氧气燃烧捕获***的散热设备的方式。这需要带有设备循环的捕获***的散热器的最优化，来确保不浪费能量。尤其是，这需要如下考虑：如何将空气分离单元、废气热回收***、废气冷凝器以及气体处理单元联合入蒸汽循环。
发明内容
提供一种带有氧气供应***和废气CO2捕获***的燃煤氧气锅炉和蒸汽循环功率设备方案，其联合***的主要热产生源，以便提供灵活的设备操作和改善的整体设备热效率。
本公开基于提供如下解决方案的一般观点：如何将空气分离单元、废气热回收***、废气冷凝器以及气体处理单元的热源联合入蒸汽设备冷凝物***。
在一方面中，燃煤氧气锅炉功率设备包括水/蒸汽功率循环、冷凝物***、燃烧***以及CO2捕获***。
冷凝物***包括：泵，其用于加压冷凝物；在泵下游的多个系列低压加热器，其布置在流系列中，从一开始标号并且延伸至二、三、四等；以及至少一个平行的低压加热器，其布置成流体地平行于系列低压加热器中的至少一个。燃烧***具有空气分离单元，其用于产生富氧流，其中空气分离单元具有空气分离单元换热器，其带有空气分离单元换热器冷凝物管线，该管线连接至冷凝物***，使得空气分离单元换热器流体地平行于系列低压加热器中的至少两个。
燃烧***包括蒸汽锅炉，其用于利用具有废气流的富氧流使煤燃烧。
CO2捕获***构造且布置为从废气流移除CO2，并且具有废气热回收***、废气冷凝器以及气体处理单元。这些***和单元中的每一个可单独地且分离地通过冷凝物管线而热联合入冷凝物***，该冷凝物管线连接至冷凝物***换热器或直接连接至冷凝物***。
在一方面中，废气热回收***具有废气热回收***换热器和废气热回收***热流体管线，该管线连接至废气热回收***换热器和至少一个平行的低压加热器，以便形成分离的热流体***回路，该回路借助于至少一个平行的低压加热器将废气热回收***热连接至冷凝物***。
在另一方面中，气体处理单元具有带有热流体管线的换热器，该管线形成分离的热流体***回路的部分。
在另一方面中，零低压加热器定位于在系列的低压加热器和至少一个平行的加热器上游的冷凝物中。在一方面中，废气冷凝器在零低压加热器的任一侧直接连接至冷凝物***。
本发明的又一目的在于，克服或至少改良现有技术的缺点和不足或提供有益的备选项。
本公开的其它的特征和优点从结合附图进行的下列描述将变得显而易见，附图借助于实例示出了本发明的示范实施例。
附图说明
借助于实例，在下文中参照附图而更加充分地描述了本公开的实施例，其中：
图1是现有技术燃煤氧气锅炉功率设备的示意图；
图2是燃煤氧气锅炉功率设备的示范实施例的示意图；
图3是燃煤氧气锅炉功率设备的另一示范实施例的示意图；
图4是燃煤氧气锅炉功率设备的另一示范实施例的示意图，在其中，仅仅废气热回收***和气体处理***热联合入冷凝物***；以及
图5是燃煤氧气锅炉功率设备的另一示范实施例的示意图，其显示了空气分离单元和带有零低压加热器的废气冷凝器的联合。
附图标记：
1冷凝器取出泵第一级
2冷凝器
3泵
5空气分离单元换热器冷凝物管线
4冷凝物精处理设备
6系列低压加热器#0
7系列低压加热器#1
8系列低压加热器#2
9系列低压加热器#3
10高压加热器
11空气分离单元换热器
14废气冷凝器冷凝物管线
15旁通阀
16废气冷凝器
22平行低压加热器
30气体处理单元热流体管线
31系列低压加热器#4
32控制阀
33气体处理单元换热器
36供应水箱
38控制阀
39废气热回收***热流体管线
40废气热回收***换热器
41备用冷却器
42锅炉
44控制阀
HP高压蒸汽涡轮
IP中压蒸汽涡轮
LP低压蒸汽涡轮。
具体实施方式
现在参照附图描述本公开的示范实施例，其中，遍及附图相同的标号用来意指相同的元件。在下列描述中，出于说明的目的，提出许多具体细节来提供本公开的透彻理解。但是，本公开可不在这些具体细节下实践，并且不限于在本文中公开的示范实施例。
如在图2和图3中所显示的，燃煤氧气锅炉功率设备的示范实施例包括：带有冷凝物***的水/蒸汽功率循环，燃烧***，以及用于从废气流移除CO2的CO2捕获***，该废气流在燃烧***中产生。
冷凝物***包括用于冷凝蒸汽的冷凝器2。一旦冷凝，那么通过泵3将冷凝物加压，然后在进入供应水箱36之前供应穿过多个低压加热器7、8、9、22、31。多个低压加热器7、8、9、31布置成系列，来形成系列的低压加热器7、8、9、31。平行的低压加热器22平行于系列的低压加热器7、8、9、31中的至少一个。平行的低压加热器22可包括多于一个平行的低压加热器22，并且还可布置为，使得其平行于系列的低压加热器7、8、9、31中的多于一个。在图2中显示的示范实施例中，平行的低压加热器22布置为平行于第一两个上游系列低压加热器7、8。
在示范实施例中，燃烧***包括空气分离单元，其用于产生富氧流。空气分离单元包括空气分离单元换热器11，其借助于空气分离单元换热器冷凝物管线5热联合入冷凝物***。富氧流被进一步供应入燃煤氧气锅炉，其中，煤的燃烧产生废气流。
CO2捕获***构造为在数个处理步骤中从废气移除CO2，该处理步骤可包括废气热回收***、废气冷凝器以及气体处理单元。如在图2中所显示的，在示范实施例中，这些***包括换热器。
在图2中显示的示范实施例中，废气热回收换热器40和气体处理单元换热器33共享热流体回路，该回路包括气体处理单元热流体管线30和废气热回收***热流体管线39。热流体循环通过连接至至少一个平行的低压加热器22而热联合入冷凝物***。可选地，如在图2中所显示的，热流体循环可包括备用冷却器41，其优选地在至少一个平行的低压加热器22的下游的废气热回收***热流体管线39中。该备用冷却器41具有如下优点：增加***灵活性；和向热流体循环提供附加的冷却能力，因而为废气热回收***热流体管线39和废气热回收***换热器40提供热保护。
在图2中显示的又一示范实施例中，废气冷凝器换热器冷凝物管线14具有：第一端部，其连接至在冷凝物泵3和第一系列低压加热器7之间的冷凝物***；和第二端部，其连接至在第一端部冷凝物***连接点和第一系列低压加热器7之间的冷凝物***。在示范实施例中，冷凝物***包括旁通阀15，其用于旁通废气冷凝器换热器冷凝物管线14。旁通阀15定位在废气冷凝器换热器冷凝物管线14的第一端部和废气冷凝器换热器冷凝物管线14的第二端部之间。在这种布置中，在旁通阀15打开时，冷凝物优先地流动穿过在废气冷凝器换热器冷凝物管线14的第一和第二端部之间的冷凝物管线，而不是穿过废气冷凝器换热器。为了有助于旁通流，可将附加阀(未显示)定位在废气冷凝器换热器冷凝物管线14中，其中，附加阀在旁通阀15打开来开始旁通时关闭，并且在旁通阀关闭来将所有的冷凝物流引导至废气冷凝器换热器时打开，以便在废气冷凝器被隔离以用于例如维护或非捕获操作时允许设备操作。在备选的示范实施例中，旁通阀部分地打开，来控制流动穿过废气冷凝器换热器16的冷凝物的比率，并且同时旁通废气冷凝器换热器16。
在图2中显示的又一示范实施例中，气体处理单元热流体管线30具有：第一端部，其连接至在废气热回收***换热器40上游的废气热回收***热流体管线39；和第二端部，其连接至在废气热回收***换热器40下游的废气热回收***热流体管线39。
在示范实施例中，气体处理单元热流体管线30包括控制阀32，其适于调整穿过气体处理单元换热器33的冷凝物流。
在示范实施例中，废气热回收***热流体管线39包括控制阀44，其在气体处理单元热流体管线30的第一端部下游并且在气体处理单元热流体管线30的第二端部上游，其中，控制阀44适于调整穿过废气热回收***换热器40的热流体流。
在图2和图3中显示的示范实施例还包括全局控制阀38，其用于空气分离单元、气体处理单元以及废气热回收***的热回收冷凝物流。该控制阀38定位在冷凝物管线中。在示范实施例中，全局控制阀38平行于至少一个平行的加热器22。在另一示范实施例中，控制阀平行于至少一个平行的低压加热器22，并且在系列低压加热器的第三个9的第二系列低压加热器8的下游。该点可在不同的示范实施例中根据来自至少一个平行加热器22的冷凝物结合行进穿过系列低压加热器7、8、9、31的冷凝物的位置而改变。
在示范实施例中，空气分离单元换热器冷凝物管线5具有第一端部，其在空气分离单元换热器11的上游，在废气冷凝器换热器冷凝物管线14的第一端部和泵3之间连接至冷凝物***。在备选的示范实施例中，空气分离单元换热器冷凝物管线5的第一端部在废气冷凝器换热器冷凝物管线14的第二端部和第一系列低压加热器7之间连接至冷凝物***。
在示范实施例中，空气分离单元换热器冷凝物管线5具有第二端部，其在空气分离单元换热器11的下游，在如下位置连接至冷凝物***：在至少一个平行低压加热器22的下游，且在一个示范实施例中，在系列低压加热器的第二个8和系列低压加热器的第三个9之间，并且在另一示范实施例中，在系列低压加热器的第三个9和系列低压加热器的第四个31之间。
在图4中显示的示范实施例中，气体处理单元***和CO2捕获***的废气热回收***热联合入冷凝物***。该示范实施例包括零系列低压加热器6，其在系列低压加热器7、8、9、31的上游。在该布置中，至少平行低压加热器22平行于第一系列低压加热器7，其定位于在零系列低压加热器6的下游的冷凝物***中。
在图5中显示的示范实施例中，废气冷凝器借助于在相反端部处连接的废气冷凝器换热器冷凝物管线14，在零系列低压加热器6的任一侧连接至冷凝物***。
在图5中显示的另一示范实施例中，带有空气分离单元换热器冷凝物管线5的空气分离单元换热器11在泵3和零系列低压加热器6之间连接至冷凝物***。
尽管本公开已经在本文中显示和描述成被认为最实用的示范性实施例，但是本领域技术人员将理解，本公开可以其它具体形式体现。例如，在说明书中对包括处于单数形式的换热器的各种***进行引用。示范实施例还可应用至包括多个换热器的***，该换热器布置成平行于冷凝物供应和返回管线或与其系列。本公开实施例因而被认为在任何方面均为说明性且不受限制的。本公开的范围通过所附权利要求而不是前述描述指出，并且在本公开的含义和范围以及其等同方案内的所有改变均意图包括在本文中。

Claims (21)

1.一种燃煤氧气锅炉功率设备，包括：
冷凝物***，其包括：
泵(3)，其用于加压冷凝物；
多个系列低压加热器，其在泵的下游布置在流系列中，并且在冷凝物流的方向上相继地标号；以及
至少一个平行的低压加热器，其布置成流体地平行于所述系列低压加热器中的第一个的至少一个；
CO2捕获***，其构造且布置为从所述锅炉的废气流移除CO2，其具有：
废气热回收***，其具有：废气热回收***换热器；以及废气热回收***热流体管线，其连接至所述废气热回收***换热器以及所述至少一个平行的低压加热器；和
气体处理单元，其具有：气体处理单元换热器；气体处理单元热流体管线，其连接至所述气体处理单元换热器；以及所述至少一个平行的低压加热器，
其中，所述废气热回收***热流体管线和所述气体处理单元热流体管线形成热流体回路。
2.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述至少一个平行的低压加热器布置成平行于所述系列低压加热器中的所述第一个和所述系列低压加热器中的第二个。
3.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述至少一个平行的低压加热器布置成平行于系列低压加热器中的第一个、所述系列低压加热器中的第二个、以及所述系列低压加热器中的第三个。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述至少一个平行的低压加热器由一个平行的低压加热器组成。
5.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括在所述冷凝物***中的零系列低压加热器，其在所述至少一个平行的低压加热器和所述多个系列低压加热器两者的上游。
6.根据权利要求5所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括燃烧***，其具有空气分离单元以用于产生富氧流，所述空气分离单元具有带有空气分离单元换热器冷凝物管线的空气分离单元换热器，所述管线具有在所述泵和所述零系列低压加热器之间连接至所述冷凝物***的第一端部。
7.根据权利要求5所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括废气冷凝器换热器，其包括废气冷凝器换热器冷凝物管线，所述管线具有：
第一端部，其在所述泵和所述零系列低压加热器之间连接至所述冷凝物***；以及
第二端部，其在所述零系列低压加热器和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***。
8.根据权利要求7所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括燃烧***，其具有空气分离单元以用于产生富氧流，所述空气分离单元具有带有空气分离单元换热器冷凝物管线的空气分离单元换热器，所述管线具有在所述泵和所述零系列低压加热器之间连接至所述冷凝物***的第一端部。
9.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括燃烧***，其具有空气分离单元以用于产生富氧流，所述空气分离单元具有带有空气分离单元换热器冷凝物管线的空气分离单元换热器，所述管线连接至所述冷凝物***，使得所述空气分离单元换热器流体地平行于所述系列低压加热器中的至少两个。
10.根据权利要求9所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述空气分离单元换热器冷凝物管线具有第二端部，其在所述空气分离单元换热器的下游，并且在所述系列低压加热器中的第二个(8)和所述系列低压加热器中的第三个之间连接至所述冷凝物***。
11.根据权利要求9所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述空气分离单元换热器冷凝物管线具有第二端部，其在所述空气分离单元换热器的下游，并且在系列低压加热器中的第三个和所述系列低压加热器中的第四个之间连接至所述冷凝物***。
12.根据权利要求9所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，CO2捕获***还包括废气冷凝器换热器，其具有废气冷凝器换热器冷凝物管线，所述管线热连接至所述废气冷凝器换热器，所述废气冷凝器换热器冷凝物管线具有：
第一端部，其在所述泵和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***；以及
第二端部，其在所述第一端部和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***；并且
所述空气分离单元换热器冷凝物管线具有上游端部，其在所述废气冷凝器换热器冷凝物管线的所述第二端部和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***。
13.根据权利要求9所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述CO2捕获***还包括废气冷凝器换热器，其具有废气冷凝器换热器冷凝物管线，所述管线热连接至所述废气冷凝器换热器，所述废气冷凝器换热器冷凝物管线具有：
第一端部，其在所述泵和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***；以及
第二端部，其在所述第一端部和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***；并且
所述空气分离单元换热器冷凝物管线具有上游端部，其在所述废气冷凝器换热器冷凝物管线的所述第一端部和所述泵之间连接至所述冷凝物***。
14.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述CO2捕获***还包括废气冷凝器换热器，其具有废气冷凝器换热器冷凝物管线，所述管线热连接至所述废气冷凝器换热器，所述废气冷凝器换热器冷凝物管线具有：
第一端部，其在所述泵(3)和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***；以及
第二端部，其在所述第一端部和所述系列低压加热器中的所述第一个之间连接至所述冷凝物***。
15.根据权利要求14所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述冷凝物***包括旁通阀，其定位在所述废气冷凝器换热器冷凝物管线的所述第一端部和所述废气冷凝器换热器冷凝物管线的所述第二端部之间。
16.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述废气热回收***热流体管线包括备用冷却器。
17.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述气体处理单元热流体管线包括控制阀，其适于调整穿过所述气体处理单元换热器的热流体的流。
18.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，所述废气热回收***热流体管线包括控制阀，其在所述气体处理单元热流体管线的上游端部的下游并且在所述气体处理单元热流体管线的下游端部的上游，其中，所述控制阀适于调整穿过所述废气热回收***换热器的热流体的流。
19.根据权利要求1所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括在所述冷凝物***中的控制阀，其平行于所述至少一个平行加热器。
20.根据权利要求2所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括在所述冷凝物***中的控制阀，其平行于所述至少一个平行低压加热器，其中，所述控制阀定位在所述系列低压加热器中的所述第二个的下游。
21.根据权利要求2所述的燃煤氧气锅炉功率设备，其特征在于，还包括在所述冷凝物***中的控制阀，其平行于所述至少一个平行低压加热器，其中，所述控制阀定位在所述系列低压加热器中的第三个的下游。
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