[发明专利]具有CO2捕捉的动力设备

说明书

技术领域

本发明涉及具有一体化CO₂捕捉和补燃器的联合循环动力设备以及它们的运行。

背景技术

在最近几年，温室气体的产生导致全球变暖以及温室气体的产生的进一步增加将加速全球变暖已经变得显而易见。因为CO₂(二氧化碳)被确认为主要温室气体，所以CCS(碳捕捉和存储)被看作减少温室气体释放到大气中和控制全球变暖的潜在的主要手段其中之一。在此背景中，CCS被定义为CO₂捕捉、压缩、运输和存储的过程。捕捉被定义为这样一种过程：其中，CO₂或者在基于碳的燃料的燃烧之后从烟道气中去除，或者通过在燃烧之前去除和处理碳(而去除)。任何吸收剂、吸附剂或用以从烟道气或燃料气流中去除CO₂的其它机构的再生被看作是捕捉过程的一部分。

后端CO₂捕捉(也称为后燃烧捕捉)是用于包括CCPP(联合循环动力设备)的以化石为燃料的动力设备的在商业上有前途的技术。在后燃烧捕捉中，从烟道气中去除了CO₂。剩余的烟道气释放到大气中，并且CO₂被压缩以进行运输和存储。已知有若干种用以从烟道气中去除CO₂的技术，例如吸收、吸附、薄膜分离和低温分离。具有后燃烧捕捉的动力设备是本发明的主题。

所有已知的用于CO₂捕捉的技术均需要相对大量的能量。由于在传统的CCPP的烟道气中有仅约4％的相对低的CO₂浓度，所以与用于具有处于更高的CO₂浓度的烟道气流的其它类型的动力设备的CO₂捕捉系统相比，用于传统的CCPP的CO₂捕捉系统(也称为CO₂捕捉设备或CO₂捕捉装备)的每kg的捕捉到的CO₂将成本更高且能耗更高。

在CCPP烟道气中的CO₂浓度取决于燃料成分、燃气轮机类型和负荷，并且可基本取决于燃气轮机的运行状况改变。CO₂浓度的此变化对于CO₂捕捉系统的性能、效率和可操作性而言可能是有害的。

为了提高在CCPP的烟道气中的CO₂浓度，知道两个主要概念。一个是烟道气的再循环，如例如O.Bolland和S.Saether在《简化二氧化碳的回收的燃烧天然气的动力设备的新概念》(NEW CONCERPS FOR NATURAL GAS FIRED POWER PLANTS WHICH SIMPLIFY THE RECOVERY OF CARBON DIOXIDE)(Energy Convers.Mgmt Vol.33，No.5-8，pp.467-475，1992))中所描述。另一个是设备的所谓串联布置，其中，第一CCPP的烟道气被冷却，并且被用作第二CCPP的入口气体，以在第二CCPP的烟道气中获得具有提高的CO₂浓度的烟道气。例如在US20080060346中描述了这种布置。这些方法减少了总烟道气流，提高了CO₂浓度，并且因此减小了吸收器的所需流量容力和捕捉系统的动力消耗。

这些方法，以及许多另外的公布的用于优化不同的过程步骤和通过将这些过程结合到动力设备中来减少动力和效率损失的方法的目的是减少CO₂捕捉系统的资金支出和动力需要。

发明内容

本发明的主要目标是提供一种联合循环动力设备(CCPP)以及用于这种CCPP的运行方法，该联合循环动力设备包括至少一个燃气轮机、一个热回收蒸汽发生器(HRSG)、一个蒸汽轮机和二氧化碳(CO₂)捕捉系统，具有增强的运行柔性，并且用以减少CO₂捕捉的容量损失。

具体而言，将最小化CO₂捕捉对CCPP的容量的影响，即，将最大化包括CO₂捕捉系统的设备输送给电网的电功率。