[发明专利]用燃气涡轮机发电的动力设备和降低二氧化碳排放的方法有效

专利信息
申请号: 200710165076.X 申请日: 2007-11-07
公开(公告)号: CN101235752A 公开(公告)日: 2008-08-06
发明(设计)人: M·芬肯拉思;M·巴特莱特;A·林赫姆;J·雅各布森 申请(专利权)人: 通用电气公司
主分类号: F02C3/34 分类号: F02C3/34;B01D53/00;B01D53/62
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 曾祥夌;赵辛
地址: 美国*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 燃气 涡轮机 发电 动力设备 降低 二氧化碳 排放 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及降低利用化石燃料发电(power generation)的动力设备(power plant)中二氧化碳排放的方法。

背景技术

从利用化石燃料发电的动力设备中排放的二氧化碳(CO2)越来越受到诸如日本京都议定书及欧盟排放贸易体系(EU Emission TradingScheme,EUETS)等国家规定或国际规定的处罚。随着CO2排放成本的逐渐的提升,减少CO2的排放对于经济的发电至关重要的。现今CO2去除技术着重于对动力设备的大气烟道气流中CO2的清除,这样导致非常庞大的、昂贵的以及能源密集的CO2去除单元。

燃气涡轮机厂以布雷顿循环方式运作,布雷顿循环通常利用压缩机来压缩燃烧室的上游的入口处空气。然后,导入燃料并将其点燃以产生高温、高压气体,气体进入并膨胀穿过涡轮机区段(section)。涡轮机区段为发电机和压缩机提供动力。燃气涡轮机也能够燃烧从原油到天然气范围较广的液体燃料和气体燃料。

目前有三个通常公认的方法用来减少此种电站的CO2排放。第一种方法是在空气燃烧后从排气(exhaust gas)中捕集CO2,其中燃烧时产生的CO2通过吸收作用、吸附作用、膜、横隔膜、低温作用或其任意组合从排气中去除。此方法,一般称为燃烧后捕集法,通常集中于从电站的大气排气中减少CO2的排放。第二个方法包括减少燃料中碳的含量。在这个方法中,燃料在燃烧前首先转化成H2和CO2。因此,在燃料进入燃气涡轮机前捕集燃料中碳的含量成为可能,由此避免CO2的后期形成。第三个方法包括含氧燃料过程。与用空气作氧化剂不同,在这个方法中,纯氧气作为氧化剂,由此致使烟道气由二氧化碳和水组成。

燃烧后捕集法的主要不足之处在于,由于烟道气中CO2的低浓度(对于燃烧天然气的动力设备,典型的体积百分含量为3至4%),使得CO2的分压非常低,因此需要庞大而昂贵的装置来去除CO2。尽管CO2在通风管中的浓度及对应形成的分压可能通过将烟道气部分再循环利用到燃气涡轮机的压缩机中来增加(这方面内容参看例如美国第5,832,712号专利),但CO2的浓度仍是相当低(大约为6至10%的体积百分含量)。在燃烧后捕集形式所固有的低CO2分压以及大的气体体积除了需要体积庞大和昂贵的装置之外,还导致很高的能源消耗以去除CO2。这些因素都极大地增加发电的成本。

因此,需要用以有效去除动力设备排放的CO2的改进方法。

发明内容

在此公开的是使用燃气涡轮机的动力设备以及降低利用化石燃料发电的动力设备中CO2排放的方法。该在包括燃气涡轮机的动力设备产生能源的方法包括:从燃气涡轮机产生烟道气,其中,燃气涡轮机包括压缩区段、流动性相连至压缩区段的燃烧区段以及流动性相连至燃烧区段的膨胀器区段,该压缩区段包括具有低压压缩机和高压压缩机的至少两个级;再循环烟道气(flue gas)至所述低压压缩机;转送再循环烟道气的部分至二氧化碳(CO2)分离器以及转送剩余部分至高压压缩机;在CO2分离器中从转送的部分烟道气中分离出CO2,以严生贫CO2气;以及输送所述再循环烟道气中的剩余部分至高压压缩机。

一种动力设备,其构造成用以降低CO2的排放并且包括:燃气涡轮机,其包括具有至少两个压缩级的压缩区段,该至少两个压缩级包括流动性连接至高压压缩机的低压压缩机;燃烧室,其具有用于接收压缩气体的第一入口、用于接收燃料第二入口以及用于排放热烟道气的出口;以及主膨胀器区段,其具有用于接收热烟道气的第一入口和出口,主膨胀器的出口流动性连接至低压压缩机;以及流动性连接至低压压缩机的CO2分离器,其用于接收来自低压压缩机的烟道气的部分并提供之后进入附加膨胀器的贫CO2气体,其中,烟道气的剩余部分通过流动性连接至高压压缩机的低压压缩机直接供入高压压缩机。

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