[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及具有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。

背景技术

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CO2 35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。