蒸汽轮机设备及其控制方法和控制系统 |
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| 申请号 | CN201310325902.8 | 申请日 | 2013-07-30 | 公开(公告)号 | CN103573305A | 公开(公告)日 | 2014-02-12 |
| 申请人 | 株式会社东芝; | 发明人 | 伊藤慎介; 真田政彦; 江上法秀; 铃木健介; 岩浅清彦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及蒸 汽轮机 设备及其控制方法和控制系统。在一个 实施例 中， 蒸汽 轮机设备包括：由来自 锅炉 的蒸汽驱动的第一轮机、由来自再热器的蒸汽驱动的第二轮机、由从第二轮机排放的蒸汽驱动的第三轮机和二 氧 化 碳 捕获系统，该二氧化碳捕获系统包括用于利用从第二轮机排放或 抽取 的蒸汽加热吸收液体的 再沸器 。设备还包括用于将从第二轮机排放的蒸汽馈送到第三轮机的蒸汽管、以及用于将从第二轮机排放或抽取的蒸汽发送到再沸器的第一蒸汽抽取管。设备还包括用于检测流过蒸汽管或第一蒸汽抽取管的蒸汽的压 力 的压力检测器、在蒸汽管上设置的压力调整 阀 和用于基于检测到的压力 控制阀 的 控制器 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蒸汽轮机设备，包括： |
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| 说明书全文 | 蒸汽轮机设备及其控制方法和控制系统技术领域背景技术[0002] 近年来，诸如热电厂之类的蒸汽轮机设备通常包括二氧化碳捕获系统，用于捕获废气中的二氧化碳。通常，二氧化碳捕获系统包括再沸器，该再沸器被配置为利用来自设备的蒸汽加热已经吸收了二氧化碳的吸收液体，以使得吸收液体释放二氧化碳。为了稳定地操作二氧化碳捕获系统，需要稳定该蒸汽的压力。 [0003] 然而，当蒸汽轮机设备处于部分负载运行时，发送到二氧化碳捕获系统的蒸汽的压力会根据设备中的蒸汽量的减少而降低。为了应对于此，提出了分离放置的轮机和分离放置的发电机被布置在到二氧化碳捕获系统的抽取蒸汽管线的中间位置，以将从分离放置的轮机排放的蒸汽发送到二氧化碳捕获系统，并且使用该蒸汽作为再沸器的热源。在这种情形中，当蒸汽轮机设备处于部分负载运行时，通过降低分离放置的轮机的负载来调整从分离放置的轮机排放的蒸汽的压力，以稳定馈送到再沸器的蒸汽的压力。在这种情形中，如下需要成为了问题：需要分离放置的轮机和分离放置的发电机，并且需要确保分离放置的轮机的入口蒸汽的流速。发明内容 [0004] 根据本发明的一个方面，提供了一种蒸汽轮机设备。该蒸汽轮机设备包括：锅炉，被配置为对水进行加热，以将水变为蒸汽；第一轮机，被配置为由来自所述锅炉的蒸汽驱动；再热器，被配置为对从所述第一轮机排放的蒸汽进行加热；第二轮机，被配置为由来自所述再热器的蒸汽驱动；第三轮机，被配置为由从所述第二轮机排放的蒸汽驱动；二氧化碳捕获系统，包括：吸收塔，被配置为使得吸收液体吸收二氧化碳；再生塔，被配置为使得所述吸收液体释放二氧化碳；以及再沸器，被配置为利用从所述第二轮机排放或抽取的蒸汽的热量来对所述吸收液体进行加热；蒸汽管，被配置为将从所述第二轮机排放的蒸汽馈送到所述第三轮机；第一蒸汽抽取管，被配置为将从所述第二轮机排放或抽取的蒸汽发送到所述再沸器；压力检测器，被配置为检测流过所述蒸汽管或第一蒸汽抽取管的蒸汽的压力；压力调整阀，被设置在所述蒸汽管上；以及控制器，被配置为基于由所述压力检测器检测到的压力来控制所述压力调整阀。附图说明 [0005] 图1是示出了第一实施例的蒸汽轮机设备的配置的示意图； [0006] 图2是示出了第一实施例的二氧化碳捕获系统的配置的示意图； [0007] 图3是示出了第一实施例的变形例的蒸汽轮机设备的配置的示意图； [0008] 图4是示出了第二实施例的蒸汽轮机设备的配置的示意图；以及[0009] 图5到图7是示出了第二实施例的变形例的蒸汽轮机设备的配置的示意图。 具体实施方式[0010] 下面参照附图解释实施例。图1到图7仅示出了主要的设施，而未示出辅助的设施。 [0011] 在一个实施例中，蒸汽轮机设备包括：锅炉，被配置为对水进行加热，以将水变为蒸汽；第一轮机，被配置为被来自锅炉的蒸汽驱动；再热器，被配置为加热从第一轮机排放的蒸汽；第二轮机，被配置为被来自再热器的蒸汽驱动；以及第三轮机，被配置为被从第二轮机排放的蒸汽驱动。设备还包括二氧化碳捕获系统，所述二氧化碳捕获系统包括：吸收塔，被配置为使得吸收液体吸收二氧化碳；再生塔，被配置为使得吸收液体释放二氧化碳；以及再沸器，被配置为利用从第二轮机排放或抽取的蒸汽的热量来加热吸收液体。设备还包括：蒸汽管，被配置为将从第二轮机排放的蒸汽馈送到第三轮机；以及第一蒸汽抽取管，被配置为将从第二轮机排放或抽取的蒸汽发送到再沸器。设备还包括：压力检测器，被配置为检测流过蒸汽管或第一蒸汽抽取管的蒸汽的压力；在蒸汽管上设置的压力调整阀；以及控制器，被配置为基于由压力检测器检测到的压力来控制压力调整阀。 [0012] （第一实施例） [0013] 图1是示出了第一实施例的蒸汽轮机的配置的示意图。 [0014] 图1中的蒸汽轮机设备包括锅炉1、再热器2、作为第一轮机的示例的高压轮机3、作为第二轮机的示例的中压轮机4、作为第三轮机的示例的低压轮机5、发电机6、冷凝器7、高压馈送水加热器8、低压馈送水加热器9和脱气器10。 [0015] 在图1中的设备中，锅炉1加热水以将水变为蒸汽，并且高压轮机3被来自锅炉1的蒸汽驱动。从高压轮机3排放的蒸汽被再热器2加热，并且中压轮机4被来自再热器2的蒸汽驱动。此外，低压轮机5被从中压轮机4排放的蒸汽驱动。通过高压轮机3、中压轮机4和低压轮机5所附接到的转动轴的转动，发电机6生成电力。 [0016] 从低压轮机5排放的蒸汽被冷凝器7冷凝，从而成为冷凝水。从冷凝器7排放的冷凝水被加热，同时通过低压馈送水加热器9、脱气器10和高压馈送水加热器8，并且随后被再次引入到锅炉1，以被改变为蒸汽。在高压馈送水加热器8中，使用从高压轮机3排放和抽取的蒸汽的热量。在脱气器10中，使用从中压轮机4排放的蒸汽的热量。 [0017] 图1中的蒸汽轮机设备还包括蒸汽管11、控制系统12、作为第一蒸汽抽取管的示例的中压蒸汽抽取管21、二氧化碳捕获系统22、和锅炉馈送水泵轮机23。 [0018] 从中压轮机4排放的蒸汽被通过蒸汽管11馈送到低压轮机5，并且被通过中压蒸汽抽取管21发送到脱气器10、二氧化碳捕获系统22和锅炉馈送水泵轮机23。控制系统12连接到蒸汽管11，并且包括压力检测器13、压力调整阀14和控制器15。在下文中将描述控制系统12的详情。 [0019] 另一方面，中压蒸汽抽取管21包括连接中压轮机4和脱气器10的管21a、从管21a分支并且连接到二氧化碳捕获系统22的管21b、以及从管21a分支并且连接到锅炉馈送水泵轮机23的管21c。馈送到二氧化碳捕获系统22的蒸汽在使用了蒸汽的热量之后被发送到脱气器10。馈送到锅炉馈送水泵轮机23的蒸汽用于驱动轮机23，并且随后在冷凝器7中被收集。 [0020] （1）二氧化碳捕获系统22的详情 [0021] 参照图2，将描述二氧化碳捕获系统22的详情。 [0022] 图2是示出了第一实施例的二氧化碳捕获系统22的配置的示意图。 [0023] 如图2中所示，二氧化碳捕获系统22包括吸收塔101、废气引入端口102、富液体循环泵103、换热器104、再生塔105、再沸器106、贫液体循环泵107、再生塔冷凝器108、气液分离器109和二氧化碳捕获装置110。参考标记111表示系统22中循环的吸收液体。 [0024] 吸收塔101包括用于引入从锅炉1和再热器2排放的废气的废气引入端口102。吸收塔101使得该废气和吸收液体111彼此进行气液接触，从而废气中的二氧化碳被吸收到吸收液体111中。已经吸收了二氧化碳的吸收液体（富液体）111被从吸收塔101的下部排放，并且经由换热器104通过富液体循环泵103被发送到再生塔105。另一方面，从其中移除了二氧化碳的废气从吸收塔101的上部被排出到大气中。 [0025] 在再生塔105和再沸器106之间循环被引入到再生塔105中的吸收液体111。此时，再沸器106利用来自管21b的蒸汽的热量来加热吸收液体111。作为结果，从吸收液体111生成水蒸气和二氧化碳气体，并且这些气体与吸收液体111一起被返回到再生塔105。 通过利用这些气体的热量加热在再生塔105中向下流的吸收液体111，再生塔105使得吸收液体111释放二氧化碳气体来重新生成吸收液体111。 [0026] 在再生塔105中重新生成的吸收液体（贫液体）111从再生塔105的下部被排放，并且经由换热器104通过贫液体循环泵107被再次返回到吸收塔101。此时，在换热器104中，通过高温贫液体的热量来加热低温富液体。从管21b馈送并且在再沸器106中使用的蒸汽被馈送到脱气器10，从而用作前往锅炉1的馈送水的一部分。 [0027] 另一方面，在再生塔105中生成的二氧化碳气体与在再生塔105中生成的水蒸气一起从再生塔105的上部被排放。对于这些气体，在水蒸气由再生塔冷凝器108冷凝为水并且由气液分离器109将二氧化碳气体与冷凝水分离之后，二氧化碳捕获装置110捕获二氧化碳气体。二氧化碳捕获装置110例如包括用于压缩和捕获二氧化碳气体的压缩和捕获机。另一方面，在气液分离器109中分离的冷凝水被返回到再生塔105。 [0028] 吸收液体111可以是任何的液体，只要所述液体能够在预定条件下吸收二氧化碳和释放被吸收的二氧化碳即可。吸收液体111的示例包括胺水溶液。胺水溶液的特定示例包括包含一种或多种诸如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺和二甘醇胺之类的醇胺的水溶液。 [0029] （2）控制系统12的详情 [0030] 再次参照图1，将描述控制系统12的详情。 [0031] 如图1中所示，控制系统12连接到蒸汽管11，并且包括压力检测器13，压力调整阀14和控制器15，其中所述蒸汽管11将从中压轮机4排放的蒸汽馈送到低压轮机5。 [0032] 压力监测器13连接到蒸汽管11，并且检测流过蒸汽管11的蒸汽的压力。压力监测器13检测到的压力的值被供应到控制器15。压力调整阀14是在蒸汽管11上设置的阀，用于调整流过蒸汽管11的蒸汽的压力。控制器15基于从压力监测器13供应的检测到的压力的值，控制压力调整阀14，从而调整流过蒸汽管11的蒸汽的压力。 [0033] 当图1中的蒸汽轮机设备处于部分负载操作时，通过设备的负载改变来改变中压轮机4的出口蒸汽压力（即流过蒸汽管11和中压蒸汽抽取管21的蒸汽的压力）。然而，为了稳定地操作二氧化碳捕获系统22，需要稳定馈送到二氧化碳捕获系统22的再沸器106的蒸汽的压力。因此，需要稳定中压轮机4的出口蒸汽压力。 [0034] 在本实施例中，由压力监测器13来检测中压轮机4的出口蒸汽压力。此外，基于该压力来控制压力调整阀14。因此，即使在部分负载操作的情况下，也能够稳定中压轮机4的出口蒸汽压力。因此，根据本实施例，能够稳定地继续二氧化碳捕获系统22的操作。 [0035] 本实施例的控制器15控制压力调整阀14，从而中压轮机4的出口蒸汽压力变为适合于二氧化碳捕获系统22的操作的压力。例如，控制器15控制压力调整阀14，从而由压力检测器13检测到的压力的值被保持为恒定值或被保持在恒定范围内。根据本实施例，通过设置适合于二氧化碳捕获系统22的操作的压力的恒定值或恒定范围，能够继续二氧化碳捕获系统22的有利的操作。恒定值的示例例如是490kPa，并且恒定范围的示例例如是480到500kPa。 [0036] 替代检测流过蒸汽管11的蒸汽的压力的是，压力检测器13可以检测流过中压蒸汽抽取管21的蒸汽的压力（参照图3）。图3是示出了第一实施例的变形例的蒸汽轮机设备的配置的示意图。根据该变形例，与图1的情形类似，可以基于中压轮机4的出口蒸汽压力来控制压力调整阀14。 [0037] （第一实施例的效果） [0038] 下面将描述第一实施例的效果。 [0039] 如上所述，本实施例检测流过蒸汽管11或中压蒸汽抽取管21的蒸汽的压力，并且基于该压力来控制压力调整阀14。因此，根据本实施例，即使在部分负载操作的情况下，也能够稳定馈送到二氧化碳捕获系统22的再沸器106的蒸汽的压力。此外，根据本实施例，无需利用诸如单独放置的轮机和单独放置的发电机之类的大型配置，而是利用诸如压力检测器13、压力调整阀14和控制器15之类的简单配置，就能够实现这样的压力稳定。 [0040] （第二实施例） [0041] 图4是示出了第二实施例的蒸汽轮机的配置的示意图。 [0042] 附图标记31、32表示用于将蒸汽从高压轮机3发送到高压馈送水加热器8和再热器2的高压蒸汽抽取管。前一个高压蒸汽抽取管31将从高压轮机3的出口排放的蒸汽发送到高压馈送水加热器8和再热器2。另一方面，后一个高压蒸汽抽取管32将从高压轮机3的中间级中的抽取端口抽取的蒸汽发送到高压馈送水加热器8。 [0043] 如图4中所示，高压蒸汽抽取管31包括在从高压轮机3朝向高压馈送水加热器8的中间位置处分支的管31a。管31a连接到二氧化碳捕获系统22以及管21b。因此，从高压轮机3排放的蒸汽不仅被发送到高压馈送水加热器8和再热器2，而且还被发送到二氧化碳捕获系统22。图4的高压蒸汽抽取管31是第二蒸汽抽取管的示例。管31a连接到二氧化碳捕获系统22的再沸器106和管21b。 [0044] 除了图1中所示的部件之外，图4的蒸汽轮机设备还包括在管21b上设置的第一开关阀41和在管31a上设置的第二开关阀42。由控制器15来控制开关阀41、42的打开（open）和闭合（close）以及开关阀41、42的打开程度。第一和第二开关阀41、42分别是第一和第二阀的示例。 [0045] （1）第一和第二开关阀41、42的使用 [0046] 继续参照图4，将描述第一和第二开关阀41、42的使用。 [0047] 在图4的蒸汽轮机设备中，理想的是，低压轮机5的出口蒸汽是百分之几的湿蒸汽。 [0048] 当从中压轮机4的出口向二氧化碳捕获系统22馈送蒸汽并且减小发电机6的负载的同时维持中压轮机4的出口蒸汽压力恒定时，低压轮机5的出口蒸汽变为干蒸汽。当进一步减小发电机6的负载时，低压轮机5的输出蒸汽变为过热的蒸汽。因此，用于将蒸汽从中压轮机4的出口馈送到二氧化碳捕获系统22的最小负载被设置为这样的负载，其使得低压轮机5的排放的蒸汽并不在过度干的范围内。该最小负载被称为发电机负载的限制值。 [0049] 控制器15控制压力调整阀14，从而中压轮机4的出口蒸汽压力被保持恒定或被保持在恒定范围内。当发电机负载被减小并且到达限制值时，控制器15控制第一和第二开关阀41、42，从而闭合经由第一开关阀41从中压轮机4发送的蒸汽，打开经由第二开关阀42从高压轮机3发送的蒸汽，并且完全打开压力调整阀14。 [0050] 经由第二开关阀42从高压轮机3发送的蒸汽被压力调整阀（未示出）控制，并且被馈送到二氧化碳捕获系统22。 [0051] 可以任何方式来设置根据发电机负载的程度确定使得开关阀41、42中的哪个处于打开状态的条件。例如，为了确实地避免低压轮机5的出口蒸汽变为干蒸汽的情形，当发电机负载足够高时，可以切换从开关阀41、42中选择以处于打开状态的开关阀。 [0052] 例如，可以通过测量低压轮机5的出口蒸汽的温度或压力来计算发电机负载的限制值，并且将该限制值设置为初步的固定值。还可以例如通过测量高压轮机3或中压轮机4的出口蒸汽的压力或温度以及低压轮机5的出口蒸汽的压力并且将该测量结果转换为低压轮机5的出口蒸汽的温度，来计算限制值。在采用这些方法的情形中，安装用于测量温度或压力的温度测量仪器或者压力测量仪器，并且例如由控制器15来计算限制值。 [0053] 在本实施例中，替代图4中所示的配置的是，可以采用图5到7中所示的配置。图5到图7是示出了第二实施例的变形例的蒸汽轮机设备的配置的示意图。 [0054] 在图5中，高压蒸汽抽取管32包括在从高压轮机3到高压馈送水加热器8的中间位置处分支的管32a，并且该管32a连接到二氧化碳捕获系统22。因此，在图5中，从高压轮机3抽取的蒸汽被发送到二氧化碳捕获系统22。图5的高压蒸汽抽取管32和图4的高压蒸汽抽取管31是第二蒸汽抽取管的示例。 [0055] 如图5中所示，从高压轮机3向二氧化碳捕获系统22馈送所抽取的蒸汽具有如下的优势，即与馈送所排放的蒸汽的情形相比，能够馈送高压蒸汽。另一方面，如图4中所示，从高压轮机3向二氧化碳捕获系统22馈送所排放的蒸汽具有如下的优势，即与馈送所抽取的蒸汽的情形相比，高压轮机3的轮机效率变得更高。 [0056] 在图6中，中压蒸汽抽取管21并不发送从中压轮机4的出口排放的蒸汽，而是发送从处在中压轮机4的中间阶段的抽取端口抽取的蒸汽。在这种情形中，流过中压蒸汽抽取管21的蒸汽的压力变为比流过蒸汽管11的蒸汽的压力高的压力。因此，与检测流过蒸汽管11的蒸汽的压力相比，更期望压力监测器13检测流过中压蒸汽抽取管21的蒸汽的压力。 [0057] 在图7中，高压蒸汽抽取管31包括在从高压轮机3到高压馈送水加热器8的中间位置处分支的管31a，并且高压蒸汽抽取管32包括在从高压轮机3到高压馈送水加热器8的中间位置处分支的管32a。 [0058] 管31a连接到二氧化碳捕获系统22。因此，在图7中，从高压轮机3排放的蒸汽被发送到二氧化碳捕获系统22。其中由控制器15控制打开和闭合以及打开程度的第二开关阀42被设置在管31a上。图7的高压蒸汽抽取管31和图4的高压蒸汽抽取管31是第二蒸汽抽取管的示例。 [0059] 另一方面，管21b和管32a经由蒸汽喷射器51连接到二氧化碳捕获系统22。蒸汽喷射器51能够混合从高压轮机3抽取的蒸汽和从中压轮机4排放的蒸汽，以将混合的蒸汽发送到二氧化碳捕获系统22。因此，即便在由于负载减小使得中压轮机4的排放蒸汽的压力变为比二氧化碳捕获系统22所需的压力低的值时，蒸汽喷射器51能够通过将其与从高压轮机3抽取的蒸汽进行混合，来提升压力。其中由控制器15来控制打开和闭合以及打开程度的第一和第三开关阀41、43被分别设置在管21b、32a上。图7的高压蒸汽抽取管32是第三蒸汽抽取管的示例。 [0060] 图7的中压蒸汽抽取管21以及图6的中压蒸汽抽取管21可以并不发送从中压轮机4的出口排放的蒸汽，而是发送从处在中压轮机4的中间阶段的抽取端口抽取的蒸汽。 [0061] （2）第二实施例的效果 [0062] 下面将描述第二实施例的效果。 [0063] 如上所述，在本实施例中，采用从中压蒸汽抽取管21和高压蒸汽抽取管31、32向二氧化碳捕获系统22馈送蒸汽的配置，并且第一和第二开关阀41、42被分别设置在中压蒸汽抽取管21和高压蒸汽抽取管31、32上。 [0064] 因此，根据本实施例，即便在部分负载比第一实施例的情形还低的情形中，也能够稳定向二氧化碳捕获系统22的再沸器106馈送的蒸汽的压力。此外，根据本实施例，利用诸如第一和第二开关阀41、42之类的简单配置，就能够实现这样的压力稳定。 |
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