基于甲醇间接燃烧的高级联合循环系统及方法技术方案

一种甲醇间接燃烧联合循环发电设备以及方法。将液态甲醇进料流蒸发以提供气态甲醇料流，该气态甲醇料流被转化为合成气，该合成气在燃气涡轮组件中燃烧以驱动第一发电机并产生废气。来自燃气涡轮组件的废气的热量被用于产生第一蒸汽流和第二蒸汽流。该第一蒸汽流驱动第一蒸汽涡轮并提供将气态甲醇料流转化为合成气燃烧料流所需的热量。所述第二蒸汽流驱动第二蒸汽涡轮并提供蒸发液态甲醇进料流所需的热量。使用第一蒸汽涡轮和第二蒸汽涡轮中的至少一个来驱动第二发电机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】领域本专利技术主题主要涉及利用甲醇间接燃烧的联合循环发电系统以及方法。背景介绍第5，927，063号美国专利(Janda)公开了一种高效转化甲醇(合成气)燃气涡轮发电机。该发电机使用了背压式蒸汽涡轮(BPT)以使得转化甲醇燃气涡轮发电体系的热效率和输出功率最大化。在燃气涡轮中燃烧之前，甲醇进料被转化为合成气(H2和C02)。所述吸热转化反应，以及转化所必需的大量生产用蒸汽的产生，回收了燃气涡轮废气中大部分的有用热量。生产用蒸汽的气压视燃气涡轮的入口需求而设定，并且可以被称作低压蒸汽。通过在高压下而非在所要求的低压下产生体系的生产用蒸汽，回收了在燃气涡轮废气中额外的热量。所述高压蒸汽用于驱动BPT，产生额外电力，并且从BPT中排出的低压蒸汽被用作生产用蒸汽而用于甲醇转化器。第5，819，522号美国专利(Topsoe)公开了一种改进的在燃气涡轮循环中发电的方法，所述循环包括空气压缩阶段、燃气燃烧阶段和在旋转发电机中提供机械力的膨胀阶段。所述改进是基于通过将带有水的含有二甲醚和/或甲醇的初始燃料吸热催化转化为含有氢气和一氧化碳的气体而回收膨胀阶段的废气中含有的热量，并且将所述气体的至少一部分作为燃料用在燃气燃烧阶段中。专利技术概述在包括例如联合循环发电机的发电系统中，甲醇可以被用作燃料。甲醇可以被用于替代传统化石燃料(包括例如石油和天然气)，并且可以从非石油类材料(包括例如煤)制得。在化石燃料获取途径有限或数量有限的地区，使用甲醇作为一种燃料源来产生电力可以是有利的。基于包括例如成本、运输和环境因素的多种原因，甲醇也可以有利地作为可获得的化石燃料供给的替代品。当使用甲醇作为燃料源时，通常可取的是，在相对高的效率级别下运行所述发电机。改良或提高发电机的运行效率会增加每单元输入燃料的发电量。例如，这可以允许使用较少量的燃料而满足现有的电力供应需求，和/或可以允许现有量的燃料产生更大量的电。可以直接将甲醇引入燃气涡轮组件中(直接燃烧)，或者可以首先将其转化为另一种燃料材料，例如合成气(间接燃烧)。在联合循环发电设备中，在燃气涡轮组件中燃烧引入的燃料材料。燃气涡轮组件产生的机械功用于驱动发电机。相对于单循环设备，联合循环设备的效率得到提高，这是因为离开燃气涡轮组件的热废气中的热能被用于产生蒸汽，所述蒸汽转而用于驱动一个或多个蒸汽涡轮。蒸汽涡轮产生的机械功可以被用于产生额外的电力。通过将蒸汽用在系统的另一个部位一包括例如燃气涡轮组件的上游——提供热能，而重新捕获蒸汽中至少一些热能，可以进一步提高联合循环发电设备的效率。现有的联合循环发电系统已经利用BPT废蒸汽(B卩，离开BPT组件的低品质蒸汽)中的热能来提供热量将燃料材料预热，或者将甲醇转化为合成气。使用废蒸汽(相对于使用还未流经涡轮的蒸汽)有助于将蒸汽涡轮组件产生的功的量最大化。另一种已知的联合循环发电系统使用燃气涡轮组件的废蒸汽中的热能来提供热量将燃料材料预热或者将甲醇转化为合成气。使用废蒸汽(相对于将其浪费/排放到环境中)可以有助于提高效率。然而，相比于使用来自蒸汽涡轮中的废蒸汽，提取燃气涡轮废蒸汽(其具有很高温度)也可能导致较高地损失整个系统的效率。与传统方法相比，本专利技术人发现，通过从蒸汽涡轮组件中抽取两股蒸汽流来提供在将甲醇燃料引入至燃气涡轮组件之前用于处理甲醇燃料(例如，加热、蒸发和转化)所需的部分热量，或优选全部的热量，而使得间接燃烧发电设备的效率可以大体上保持，并且可以增加。本专利技术人发现，使用两股从蒸汽涡轮组件不同位置中抽出的蒸汽流可以改进甲醇蒸发和转化过程的效率至通常足以弥补蒸汽涡轮输出的损失(由抽出蒸汽流导致)的程度。第一股抽出的蒸汽流可以为低于燃气涡轮组件的废气的温度，但是可以类似于从BPT抽出的蒸汽的温度。第二股抽出的蒸汽流比第一股抽出的蒸汽流的温度更低。在这种配置中，较低品质的抽出蒸汽流的结合可以用于替代传统的较高品质的蒸汽(例如，燃气涡轮废蒸汽和/或BPT蒸汽)，这会导致总体效率改进。根据本专利技术主题的一个广义的方面，甲醇间接燃烧的联合循环发电设备可以包括一种蒸发设备，其可用于使液态甲醇进料流蒸发而提供气态甲醇料流。所述蒸发设备可以包括一个液体入口用于接收液态甲醇料流，以及一个气体出口用于排出气态甲醇料流。所述设备也可以包括一个连接在所述蒸发设备下游的转化设备，其可用于将气态甲醇料流转化为合成气燃烧料流。所述转化设备可以包括一个气态甲醇入口以及一个合成气燃烧料流出口，所述气态甲醇入口流体连接(fluidly couple)至所述蒸发设备的气体出口。所述设备还可以包括一个燃气涡轮组件，其流体连接至燃烧料流出口并且被配置为用于燃烧合成气燃烧料流。所述燃气涡轮组件可以具有一个废气出口(exhaust outlet)，并可以被驱动地(drivingly)连接到第一发电机。所述设备还可以包括一个热回收蒸汽发生器(HRSG)，其包括一个流体连接至所述废气出口的废气入口，并且所述热回收蒸汽发生器被配置为用于从燃气涡轮组件接收废气流，并使用废气流中的热量来产生蒸汽。所述HSRG可以包括第一蒸汽出口和第二蒸汽出口。所述设备还可以包括一个蒸汽涡轮组件，其连接至HSRG并且被配置为从HSRG接收蒸汽，并且可以被驱动地连接到至少一个第二发电机。所述蒸汽涡轮组件可以包括第一蒸汽涡轮，其具有流体连接至HRSG的第一蒸汽出口的第一蒸汽入口。所述第一蒸汽涡轮具有第一抽取出口和第一废气出口，所述第一抽取出口用于将第一抽出蒸汽流从第一蒸汽涡轮抽出。所述第一抽取出口可以流体连接至转化设备的第一蒸汽入口，来将第一抽出蒸汽流导入转化设备。通过第一抽出蒸汽流提供到转化设备的热量可以足够用于促进气态甲醇料流转化成燃烧进料流。所述蒸汽涡轮组件也可以包括第二蒸汽涡轮，其具有流体连接至HRSG的第二蒸汽出口的第二蒸汽入口。所述第二蒸汽涡轮包括第二抽取出口和第二废气出口，所述第二抽取出口用于将第二抽出蒸汽流从第二蒸汽涡轮抽出。所述第二抽取出口可以流体连接至蒸发设备的第二蒸汽入口，来将第二抽出蒸汽流导入蒸发设备。通过第二抽出蒸汽流提供到蒸发设备的热量可以足够用于蒸发液态甲醇进料流。所述设备还可以在转化设备上包括第一循环冷凝出口，其流体连接到蒸发设备上的第一循环冷凝入口，用于将来自转化设备的第一循环冷凝料流转移到蒸发设备，来给蒸发设备提供额外的热量。所述第一循环冷凝料流可以处于第一循环温度，所述温度高于蒸发设备的运行温度。蒸发设备可以包括一个预热器以及一个流体连接至该预热器下游的蒸发器，所述预热器用于接收并预热液态甲醇进料流，所述蒸发器用于将接收自预热器的液态甲醇进料流蒸发，其中所述蒸发器包括第二蒸汽入口，用于接收第二抽出蒸汽流。所述设备还可以包括在蒸发器上的第二循环冷凝出口，其流体连接至预热器上的第二循环冷凝入口，用于将来自蒸发器的第二循环冷凝料流转移至预热器，以提供热量将液态甲醇进料流预热。所述转化设备可以包括一个分解反应器，由所述分解反应器产生的合成气燃烧料流可以包括氢气和一氧化碳。所述转化设备可以包括一个转化器(reformer)，由所述转化器产生的合成气燃烧料流可以包括氢气和二氧化碳。任选地，所述转化器可以为蒸汽转化器。如果使用蒸汽转化器，则可以将第一抽出蒸汽流分开以向转化器提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲醇间接燃烧联合循环发电设备，其包括：a)蒸发设备，其可以蒸发液态甲醇进料流以提供气态甲醇料流，所述蒸发设备包括用于接收液态甲醇料流的液体入口，以及用于排出气态甲醇料流的气体出口；b)转化设备，其连接在蒸发设备的下游并可以将气态甲醇料流转化为合成气燃烧料流；所述转化设备包括流体连接至蒸发设备的气体出口的气态甲醇入口，以及合成气燃烧料流出口；c)燃气涡轮组件，其流体连接至燃烧料流出口，并且被配置为燃烧所述合成气燃烧料流，该燃气涡轮组件具有废气出口，并且该燃气涡轮组件驱动地连接至第一发电机；d)热回收蒸汽发生器（HRSG），其包括流体连接至所述废气出口的废气入口，并且该热回收蒸汽发生器被配置为接收来自燃气涡轮组件的废气流并且使用来自废气流中的热量来产生蒸汽，所述HSRG包括第一蒸汽出口和第二蒸汽出口；e)蒸汽涡轮组件，其连接至HSRG并被配置为接收来自HSRG的蒸汽，并且该蒸汽涡轮组件驱动地连接至至少一个第二发电机，所述蒸汽涡轮组件包括：i)第一蒸汽涡轮，其具有流体连接至HRSG的第一蒸汽出口的第一蒸汽入口，该第一蒸汽涡轮包括用于从第一蒸汽涡轮抽出第一抽出蒸汽流的第一抽取出口以及第一废气出口，所述第一抽取出口流体连接至转化设备的第一蒸汽入口，以将第一抽出蒸汽流导引至转化设备，通过第一抽出蒸汽流向转化设备提供的热量足以促使气态甲醇料流转化为燃烧进料流；和ii)第二蒸汽涡轮，其具有流体连接至HRSG的第二蒸汽出口的第二蒸汽入口，该第二蒸汽涡轮包括用于从第二蒸汽涡轮抽出第二抽出蒸汽流的第二抽取出口以及第二废气出口，所述第二抽取出口流体连接至蒸发设备的第二蒸汽入口，以将第二抽出蒸汽流导引至蒸发设备，通过第二抽出蒸汽流向蒸发设备提供的热量足以蒸发液态甲醇进料流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.11 US 61/506,4281.一种甲醇间接燃烧联合循环发电设备，其包括: a)蒸发设备，其可以蒸发液态甲醇进料流以提供气态甲醇料流，所述蒸发设备包括用于接收液态甲醇料流的液体入口，以及用于排出气态甲醇料流的气体出口 ； b)转化设备，其连接在蒸发设备的下游并可以将气态甲醇料流转化为合成气燃烧料流；所述转化设备包括流体连接至蒸发设备的气体出口的气态甲醇入口，以及合成气燃烧料流出口 ； c)燃气涡轮组件，其流体连接至燃烧料流出口，并且被配置为燃烧所述合成气燃烧料流，该燃气涡轮组件具有废气出口，并且该燃气涡轮组件驱动地连接至第一发电机； d)热回收蒸汽发生器(HRSG)，其包括流体连接至所述废气出口的废气入口，并且该热回收蒸汽发生器被配置为接收来自燃气涡轮组件的废气流并且使用来自废气流中的热量来产生蒸汽，所述HSRG包括第一蒸汽出口和第二蒸汽出口 ； e)蒸汽涡轮组件，其连接至HSRG并被配置为接收来自HSRG的蒸汽，并且该蒸汽涡轮组件驱动地连接至至少一个第二发电机，所述蒸汽涡轮组件包括: i)第一蒸汽润轮，其具有流体连接至HRSG的第一蒸汽出口的第一蒸汽入口，该第一蒸汽涡轮包括用于从第一蒸汽涡轮抽出第一抽出蒸汽流的第一抽取出口以及第一废气出口，所述第一抽取出口流体连接至转化设备的第一蒸汽入口，以将第一抽出蒸汽流导引至转化设备，通过第一抽出蒸汽流向转化设备提供的热量足以促使气态甲醇料流转化为燃烧进料流；和 ?)第二蒸汽涡轮，其具有流体连接至HRSG的第二蒸汽出口的第二蒸汽入口，该第二蒸汽涡轮包括用于从第二蒸汽涡轮抽出第二抽出蒸汽流的第二抽取出口以及第二废气出口，所述第二抽取出口流体连接至蒸发设备的第二蒸汽入口，以将第二抽出蒸汽流导引至蒸发设备，通过第二抽出蒸汽流向蒸发设备提供的热量足以蒸发液态甲醇进料流。2.权利要求1的设备，还包括转化设备上的第一循环冷凝物出口，该出口流体连接至蒸发设备的第一循环冷凝物入口，以将来自转化设备的第一循环冷凝料流转移至蒸发设备，从而为蒸发设备提供额外的热量。3.权利要求1的设备，其中第一循环冷凝料流处于第一循环温度，该温度高于蒸发设备的运行温度。4.权利要求1-3中任一项的设备，其中蒸发设备包括预热器以及流体连接在该预热器下游的蒸发器，所述预热器用来接收并预热液态甲醇进料流，所述蒸发器用于蒸发从所述预热器接收的液态甲醇进料流，其中所述蒸发器包括用于接收第二抽出蒸汽流的第二蒸汽入口。5.权利要求4的设备，还包括在蒸发器上的第二循环冷凝物出口，该出口流体连接到预热器上的第二循环冷凝物入口，以将来自蒸发器的第二循环冷凝料流转移到预热器，从而提供热量来预热液态甲醇进料流。6.权利要求1-5中任一项的设备，其中转化设备包括分解反应器，并且由该分解反应器产生的合成气燃烧料流包括氢气和一氧化碳。7.权利要求1-6中任一项的设备，其中转化设备包括转化器，并且由该转化器产生的合成气燃烧料流包括氢气和二氧化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓世敏，R·P·海尼斯，
申请(专利权)人：哈茨有限公司，
类型：
国别省市：