用于操作联合循环发电设备的方法和使用该方法的联合循环发电设备技术

本发明专利技术公开了一种方法，其用于操作带有综合CO2捕获单元(14)的联合循环发电设备(10)，其中燃气涡轮(11)的烟道气体沿着烟道气体路径被引导经过热回收蒸汽发生器(19)、烟道气体冷却回路(13)和CO2吸收器(33)。通过操作燃气涡轮(11)以在其出口处具有背压(p1)，其补偿沿着烟道气体路径的大多数或所有烟道气体的压力损失，从而实现了努力的减少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作联合循环发电设备的方法和使用该方法的联合循环发电设备
本专利技术涉及具有CO2捕获和储存能力的联合循环发电设备的技术。其涉及根据权利要求1的序言所述的一种用于操作联合循环发电设备的方法。其还涉及一种使用该方法的联合循环发电设备。
技术介绍
图1显示了具有综合碳捕获和储存(CCS)设施的联合循环发电设备(CCPP)的简图。图1的联合循环发电设备10包括燃气涡轮11、水/蒸汽循环12、烟道气体冷却回路13和CO2捕获单元14。燃气涡轮11是顺序燃烧类型，并且包括压缩机15、第一燃烧器16、第一涡轮17、第二燃烧器16'和第二涡轮17'，压缩机15压缩周围空气18。第二涡轮17'的排气经过热回收蒸汽发生器19，其是水/蒸汽循环12的一部分。排气的热用于在热回收蒸汽发生器19中产生蒸汽。蒸汽驱动一组蒸汽涡轮，其包括高压蒸汽涡轮20、根据要求的中间压力蒸汽涡轮以及此外根据要求的低压蒸汽涡轮。离开最后的蒸汽涡轮的蒸汽在冷凝器24中进行冷凝，并且生成的水通过给水泵25泵送回热回收蒸汽发生器19。来自蒸汽涡轮20的中间抽取蒸汽被引入CO2吸收器33，如线路23所示。在已经经过热回收蒸汽发生器19之后，排气在后续的排放部阻尼器26中被分流成第一部分和第二部分，第一部分进入排放部28中，并且第二部分经过通风阻尼器27并进入烟道气体冷却回路13中，其在冷却器29中被冷却下来。作为冷却水回路的一部分，冷却器29包括根据要求的热交换器和泵。在被冷却下来之后，排气通过鼓风机32进给到CO2捕获单元14内的CO2吸收器33中。捕获的CO2离开CO2吸收器33，以便通过压缩机34进行压缩。然后压缩的CO235准备好进行储存。CO2吸收器33进行操作，使蒸汽根据要求以一定的压力在蒸汽抽取部23处从蒸汽涡轮20中抽取出来，或优选在中间压力蒸汽涡轮和低压蒸汽涡轮之间。来自吸收器33的剩余气体被引导至排放部37，同时将冷凝物36供给回水/蒸汽循环12。在提供烟道气体循环的情况下，烟道气体循环路径38从CO2捕获单元14通向燃气涡轮11的入口。根据图1，在发电设备10的各个点的典型的压力p1至p7是：p1(燃气涡轮背压)35毫巴p2(HRSG出口)0毫巴p3(在通风阻尼器27之后)-5毫巴p4(在冷却器出口)-25毫巴p5(在鼓风机入口)-30毫巴p6(在鼓风机出口)65毫巴p7(在吸收器出口)0毫巴。在图1所示的发电设备配置中，鼓风机32所需用的功率可能是大约几MW(例如8.5MW)。这在CO2被捕获时对设备性能具有大的负面影响。此外，当偏离设计运转时，鼓风机效率通常显著地下降，其意味着部分负载的操作恶化。CO2捕获单元14的捕获率还受到设计点的偏差的影响。作为一个确凿的示例，当单元被设计为用于在ISO条件下用于90%的CO2捕获时，在夏天遭遇的较高的周围温度下捕获率下降至85%。常年一直确保90%的CO2捕获将需要过度设计捕获单元，导致过大的成本和性能损耗。驱动整个系统设计的极端偏离设计条件是燃气涡轮停机。研究已经显示鼓风机32的长期停机导致上游烟道气体路径中强的真空(比周围更低达100毫巴)，从而导致结构损坏。在具有碳捕获和储存的联合循环发电设备中，烟道气体必须从HRSG19的排气部输送到CO2捕获单元14的吸收器33中。传统地，鼓风机32用于克服烟道气体路径中的所有压力损失，从而可使燃气涡轮11在设计条件下操作(即通常35毫巴的标准燃气涡轮出口压力)。吸收器压力基本上是大气压。在这个示例中，鼓风机头部为大约100毫巴。现有技术相关的类似配置推荐通过增加CO2捕获单元的吸收器中的压力而改善CO2捕获效率。文献EP1688173A21建议使用鼓风机来实现这个目的。详细地说，公开了一种二氧化碳回收系统，其包括涡轮、锅炉、二氧化碳吸收塔和再生塔，涡轮被蒸汽驱动和旋转，锅炉产生供应至涡轮的蒸汽，二氧化碳吸收塔通过吸收液体吸收和移除来自锅炉的燃烧排气中的二氧化碳，再生塔对载有吸收的二氧化碳的吸收液体加热和再生。再生塔设有多级形式的多个带负载的吸收液体的加热装置，其加热带负载的吸收液体，并移除带负载的吸收液体中的二氧化碳。涡轮设有多个线路，其从涡轮抽取具有不同压力的多种蒸汽，并且将所抽取的多种蒸汽供应至多个带负载的吸收液体的加热装置，作为其加热源。多个线路连接在一起，使得所供应的蒸汽的压力从前一级多个带负载的吸收液体的加热装置至后一级多个带负载的吸收液体的加热装置逐级增加。此外，在锅炉的燃烧排气出口侧，对燃烧排气加压的爆破式鼓风机、冷却燃烧排气的冷却器、以及其填充了CO2吸收液体用于从燃烧排气吸收和移除CO2的CO2吸收塔，连续地以该顺序从锅炉侧布置。文献WO2008/090168A1传授了使用燃气涡轮来增加吸收器压力。详细地说，其公开了一种用于减少发电设备中的CO2排放的工艺，其中发电设备包括至少一个燃气涡轮，其联接在热回收蒸汽发生器单元上，并且CO2捕获单元包括吸收器和再生器，该工艺包括如下步骤：(a)将离开燃气涡轮的具有某一升高压力的热的排气引入到热回收蒸汽发生器单元中，以产生蒸汽和包括二氧化碳的烟道气体流；(b)通过在具有升高的操作压力的吸收器中使烟道气体流与吸收液体接触，从而从包括二氧化碳的烟道气体流中移除二氧化碳，以获得富含二氧化碳的吸收液体和净化的烟道气体流，其中燃气涡轮的设定和/或结构经过调整，使得离开燃气涡轮的热的排气具有一定的压力，其至少是吸收器的升高的操作压力的40%。用于排气的鼓风机没有被使用。当联合CCPP使用烟道气体循环(FGR)以增加排气中的CO2浓度时，给出一种特别的情形。提出通过烟道气体循环(FGR)系统，结合后燃烧CO2捕获来浓缩燃气涡轮排气部处的CO2浓度(参见例如文献WO2006/018389A1)。烟道气体循环对于CO2捕获工艺是有益的，因为二氧化碳的浓度增加，并且流向CO2捕获单元的整个质量流减少。这两个方面导致更小的CO2捕获率和更有效的捕获工艺。在提出的烟道气体循环系统中，富含CO2的烟道气体在与周围空气混合之前进行冷却和清洁，然后供应至燃气涡轮的压缩机入口。在DE10001110A1中还公开了一种方案，以从离开HRSG的烟道气体中回收水。这通过液滴收集器来实现，其放置在动力涡轮的出口。动力涡轮接收2-5巴的压力下的来自HRSG的排气。不同于常规燃气涡轮，这种涡轮被特别设计用于将这个增加的压力(2-5巴，而非典型的1巴)传递给HRSG。WO2006/018389A1中所公开的现有技术具有各种缺点：鼓风机辅助功率消耗->设备性能方面的损失；鼓风机控制->这种设备的控制系统将带来更大的复杂性，因为鼓风机的控制将代表烟道气体路径的起动、停止和正常操作时的额外的功能块；鼓风机上的烟道气体温度的增加->设备性能方面的损失；鼓风机的维护->增加的维护间隔，增加的停机时间；在GT停机之后->由鼓风机造成的系统的大的负压->较大的危害。因此，管道和HRSG的设计必须(比不存在危害时)更加坚固，因而增加了设计和第一成本。鼓风机消耗了大约2.6MW的功率，发费很多，并且具有大约10m×5m×7m(L×W×H)的相当大的占地面积。此外，鼓风机造成烟道气体流的温度增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作联合循环发电设备(10,40)的方法，其中燃气涡轮(11,41)的烟道气体沿着烟道气体路径经过热回收蒸汽发生器(19,47)而被引导至烟道气体处理装置(13,33;58,59,60)，其特征在于，所述燃气涡轮(11,41)在其出口处以背压(p1)进行操作，该背压(p1)补偿沿着所述烟道气体路径的大多数或所有所述烟道气体的压力损失。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.29 EP 12162180.91.一种用于操作联合循环发电设备(10,40)的方法，其中燃气涡轮(11,41)的烟道气体沿着烟道气体路径经过热回收蒸汽发生器(19,47)而被引导至烟道气体处理装置(13,33;58,59,60)，其特征在于，所述燃气涡轮(11,41)在其出口处以背压进行操作，该背压补偿沿着所述烟道气体路径的大多数或所有所述烟道气体的压力损失，并且通过在HRSG排放部中具有节流阻尼器的加压的热回收蒸汽发生器来产生并进行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，操作所述燃气涡轮(11,41)以在其出口处具有背压，其补偿沿着所述烟道气体路径的所有所述烟道气体的压力损失。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮(11)以150毫巴至250毫巴的背压进行操作。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，操作所述燃气涡轮(11)以在其出口处具有背压，其补偿沿着所述烟道气体路径的大多数所述烟道气体的压力损失，并且剩余的压力损失通过布置在所述烟道气体路径中的鼓风机(32)来补偿。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮(11)以大约100毫巴的背压进行操作，并且所述鼓风机(32)以大约50毫巴的载荷进行操作。6.根据权利要求1-5中的一项所述的方法，其特征在于，所述烟道气体处理装置包括烟道气体冷却回路(13)和带有CO2吸收器(33)的综合CO2捕获单元(14)。7.根据权利要求1-5中的一项所述的方法，其特征在于，所述烟道气体处理装置包括NOx减少装置。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，至少部分所述烟道气体再循环至位于烟道...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ库兰，F桑德，R卡罗尼，E本兹，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH