带有CO2捕获的发电装置和运行这样的发电装置的方法 |
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| 申请号 | CN201080063370.X | 申请日 | 2010-11-29 | 公开(公告)号 | CN102741508B | 公开(公告)日 | 2015-11-25 |
| 申请人 | 阿尔斯通技术有限公司; | 发明人 | S.荣松; H.李; E.康特; | ||||
| 摘要 | 一种燃烧化石 燃料 的用于产生 电能 的发电装置包括 水 蒸汽 循环和用于捕获来自由发电装置排放的排气的CO2的装置(10)以及蒸汽喷射器(24)，该蒸汽喷射器(24)构造和布置成接收来自发电装置中的低压或中压 抽取 点的输入蒸汽流并增加该蒸汽流的压 力 。蒸汽喷射器(24)还布置成接收来自发电装置中的另一抽取点的动力蒸汽(25)。蒸汽管线(27,22)将具有增加的压力的蒸汽从蒸汽喷射器(24)导向至CO2捕获装置(10)。根据本 发明 的发电装置允许使用低压蒸汽来用于CO2捕获装置的运行，其中这样的蒸汽的抽取比 现有技术 的发电装置更低程度地影响发电装置的总效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于产生电能的燃烧化石燃料的发电装置，该发电装置具有水蒸汽循环和用于从由所述发电装置排放的排气中捕获CO2的装置；所述发电装置包括： |
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| 说明书全文 | 带有CO2捕获的发电装置和运行这样的发电装置的方法技术领域[0001] 本发明涉及用于产生电能的燃烧化石燃料的发电装置(power plant)，其包括用于捕获由于化石燃料燃烧产生的二氧化碳的装置。本发明尤其涉及提供用于运行二氧化碳捕获装置的蒸汽的设备。本发明还涉及运行这样的发电装置的方法。 背景技术[0002] 用于基于化石燃料的燃烧产生电能的发电装置已经提出包括用于捕获所产生的二氧化碳(CO2)的装置，以便减少已知会显著增加温室效应的这种气体向大气中的排放。最近，已开始在试验性项目中运行这样的发电装置。 [0003] 已知的二氧化碳捕获装置包括基于冷冻氨或胺工艺工作的CO2吸收器且此外包括若干CO2压缩机，以便压缩捕获的CO2，这将使得二氧化碳能够被储存和/或运输。这些CO2捕获和压缩过程需要以热和蒸汽压力形式的能量。吸收过程需要用于在热交换器中再生吸收剂的热源，并且CO2压缩需要加压蒸汽来驱动涡轮机，涡轮机继而驱动压缩机。 [0004] 文件WO2008/090167公开了一种具有CO2捕获和压缩装置的发电装置，该装置通过从热回收蒸汽发生器(HRSG)中进行抽取而提供蒸汽以为了CO2压缩机而驱动涡轮机。用于此目的的另外的蒸汽由HRSG提供，其中附加的燃料在HRSG中燃烧。来自驱动压缩机的涡轮机的低压蒸汽被用来再生吸收剂。 [0005] 文件EP551876公开了一种具有CO2捕获和压缩装置的发电装置，其包括来自发电装置的高压蒸汽涡轮机的蒸汽管线，高压蒸汽管线通往涡轮机以驱动压缩机，以用于压缩和冷却捕获的CO2。然而，高压蒸汽的这种使用导致发电装置的效率降低，总体上是由于驱动发电机的涡轮机中高压蒸汽的损失。 发明内容[0006] 本发明的一个目的是提供一种用于产生电能的发电装置，其包括用于捕获和压缩CO2的装置，其中这样的发电装置相比现有技术中已知的这类发电装置具有总体上增加的效率和更高程度的CO2捕获装置运行可靠性。 [0007] 本发明的另一目的是提供一种运行这类发电装置的方法。 [0008] 根据本发明，一种用于产生电能的燃烧化石燃料的发电装置(带有用于捕获和压缩来自由发电装置排放的废气的CO2的装置)包括蒸汽喷射器，该蒸汽喷射器构造和布置成经由蒸汽管线接收作为输入蒸汽的来自水蒸汽循环(water steam cycle)的蒸气流并增加输入蒸汽的压力和将输入蒸汽经由另一蒸汽管线导向至CO2捕获装置。蒸汽喷射器构造和布置成接收作为动力蒸汽流(motive steam flow)的蒸汽流，从而允许输入蒸汽的压力增加。 [0009] 在本发明的一个实施例中，发电装置包括蒸汽管线，蒸汽管线从在其水蒸汽循环中的点中在中压蒸汽涡轮机处或在中压涡轮机下游的抽取点处引出且将低压或中压导向引至蒸汽喷射器。 [0010] 在第一特定实施例中，发电装置包括从在中压蒸汽涡轮机和低压蒸汽涡轮机之间的跨越蒸汽管线(cross-over steam line)引至蒸汽喷射器的蒸汽管线。输出蒸汽管线将具有增加的压力的蒸汽从蒸汽喷射器导向至CO2捕获装置。 [0011] 在本发明的第二特定实施例中，发电装置包括从中压蒸汽涡轮机中的抽取点引至蒸汽喷射器的低压蒸汽管线和从蒸汽喷射器到CO2捕获装置的另一蒸汽管线。 [0012] 在本发明的第三实施例中，发电装置包括从低压蒸汽涡轮机中的抽取点引至蒸汽喷射器的低压蒸汽管线和从蒸汽喷射器到CO2捕获装置的另一蒸汽管线。 [0014] 在本发明的上述实施例的每一个中，发电装置包括将蒸汽作为动力蒸汽引至蒸汽喷射器的蒸汽管线。动力蒸汽从在中压蒸汽涡轮机处的抽取点(假设该点在输入蒸汽的抽取点的上游)或在水蒸汽循环中在中压蒸汽涡轮机处的该抽取点上游的任何点被抽取。例如，动力蒸汽管线可从再热管线(其从高压蒸汽涡轮机引至锅炉或热回收蒸汽发生器)或再热蒸汽管线(其从锅炉或热回收蒸汽发生器引至中压蒸汽涡轮机)引出。动力蒸汽也可从新蒸汽管线或从在高压蒸汽涡轮机处的抽取点抽取。这些管线包含在刚好足够用作动力蒸汽的温度和压力下的大量蒸汽流。从这些蒸汽管线抽取少量蒸汽用于动力蒸汽仅对这些管线的蒸汽流产生较小影响，并且对发电装置的总效率的影响因而也保持较小。 [0015] 根据本发明的发电装置装配成将来自发电装置的水-蒸汽循环的低压蒸汽导向用于CO2捕获和压缩装置。使用低压蒸汽抽汽代替高压蒸汽抽汽对蒸汽涡轮机的总效率具有更小影响，因为工作蒸汽流被减小至更低程度。由于蒸汽喷射器，引至CO2捕获装置的蒸汽达到用于CO2捕获装置的运行的所需压力。特别地，即使当从发电装置的水-蒸汽循环抽取的低压蒸汽低于用于运行CO2捕获装置的所需蒸汽时，蒸汽喷射器也提供所需蒸汽压力。因此，在任何时候和在发电装置的任何运行状态下确保了足够的蒸汽压力。 [0016] 特别地，根据本发明的发电装置允许CO2捕获装置的连续运行，即使当发电装置在部分负荷下、在减负荷条件下或在滑压(sliding pressure)模式下运行时。在部分负荷运行期间，来自水蒸汽循环可用的蒸汽的压力降低，并且对于CO2捕获装置的运行而言可能是不够的。这里，蒸汽喷射器的布置使得能够在部分负荷运行的任何时候为连续的CO2捕获操作提供足够的蒸汽压力。 [0017] 在本发明的又一特定实施例中，蒸汽喷射器可操作地连接到热交换器，以用于在CO2捕获装置中再生CO2吸收剂。 [0018] 在本发明的又一特定实施例中，CO2捕获装置基于冷冻氨运行，并且蒸汽喷射器可操作地连接到用于从水中清除(strip)氨的设备。 [0019] 在本发明的又一实施例中，发电装置包括用于低压蒸汽的附加蒸汽管线，该管线绕过蒸汽喷射器从水蒸汽循环直接引至CO2捕获装置。在蒸汽压力对于CO2捕获装置的运行足够，即等于或高于CO2捕获装置的所需蒸汽压力的情况中，借助于该蒸汽管线将低压蒸汽导向至CO2捕获装置以用于其运行。 [0020] 在本发明的又一实施例中，发电装置包括附加的蒸汽喷射器，该附加的蒸汽喷射器(其布置成平行于第一蒸汽喷射器并且)构造和布置成：经由蒸汽管线接收从水-蒸汽循环抽取的低压蒸汽；借助于动力蒸汽流增加该输入蒸汽的压力；以及经由另一蒸汽管线将具有增加的压力的蒸汽导向至CO2捕获装置。为了避免涡轮机效率的显著损失，为第二蒸汽喷射器抽取的蒸汽从在中压蒸汽涡轮机处的点或在中压蒸汽涡轮机下游的水蒸汽循环中的点处被再次抽取。动力蒸汽管线从在水蒸汽循环中的合适点引至第二蒸汽喷射器，如上所述。 [0021] 在借助于第一蒸汽喷射器增加的蒸汽压力不提供用于CO2捕获装置的运行的足够压力的情况中，第二蒸汽喷射器被启动。第二蒸汽喷射器构造和布置成产生比第一蒸汽喷射器更大的压力增加。 [0022] 第二蒸汽喷射器可与第一蒸汽喷射器并联或串联布置。 [0023] 一种运行具有CO2捕获装置的发电装置的方法包括：在中压涡轮机或中压涡轮机下游的点处从发电装置的水蒸汽循环抽取蒸汽并将蒸汽导向至第一蒸汽喷射器；将蒸汽压力增加至等于或高于CO2捕获装置运行所需压力的压力；将该蒸汽导向至CO2捕获装置；以及使用蒸汽以在CO2捕获装置内运行。该方法可以例如运行用于再生CO2吸收剂的热交换器或用于氨-水清除设备的热交换器。当抽取蒸汽的压力低于用于运行CO2捕获装置的所需压力的水平时，该方法是适用的。这可以发生在发电装置的满负荷或部分负荷运行期间。 [0024] 一种运行这样的发电装置的特定方法包括：在满负荷或部分负荷运行范围内运行发电装置；以及通过从发电装置的水蒸汽循环抽取蒸汽并将蒸汽通过旁接蒸汽喷射器的管线直接引至CO2捕获装置而运行CO2捕获装置。当在此满负荷或部分负荷运行范围期间抽取蒸汽的压力等于或大于CO2捕获装置的运行所需压力时，该方法是适用的。如果抽取蒸汽的压力下降至运行CO2捕获装置所需压力以下，则采用上文提及的方法。为此，关闭将蒸汽直接引至CO2捕获装置的管线，并且打开用于抽取蒸汽的管线，以将抽取蒸汽导向至蒸汽喷射器用于增加压力。 [0025] 除了以上所述方法中的任一种之外，应用运行发电装置的另一特定方法。当在另一部分负荷运行范围内运行发电装置时(其中由蒸汽喷射器产生的蒸汽压力低于运行CO2捕获装置所需压力)，关闭到第一蒸汽喷射器的管线，并且将从水蒸汽循环抽取的蒸汽导向至第二蒸汽喷射器。第二蒸汽喷射器将蒸汽压力至少增加至所需蒸汽压力的水平。然后，将从第二蒸汽喷射器获得的蒸汽导向至CO2捕获装置。 [0026] 这些方法允许在任何时候和在发电装置的满负荷以及部分负荷运行期间运行CO2捕获装置。例如，当发电装置在减负荷期间在滑压模式下运行并且可从水蒸汽循环抽取的蒸汽的压力连续降低时。根椐相对于运行CO2捕获装置所需蒸汽压力的抽取蒸汽压力，通过分别打开或关闭旁路管线或通往各个喷射器的蒸汽管线而或者不将蒸汽喷射器投入运行，或者将第一或第二蒸汽喷射器投入运行。附图说明 [0027] 图1示出具有蒸汽喷射器的根据本发明的发电装置的第一实施例的示意图。 [0028] 图2示出具有蒸汽喷射器的根据本发明的发电装置的第二实施例的示意图。 [0029] 图3示出具有蒸汽喷射器的根据本发明的发电装置的第三实施例的示意图。 [0030] 图4示出具有附加蒸汽喷射器的根据本发明的发电装置的又一实施例的示意图。 [0031] 图5示出显示通过运行两个蒸汽喷射器而提供给CO2捕获装置的蒸汽压力的图线。 具体实施方式[0032] 图1至图3各自示出具有分别由高压、中压和低压蒸汽驱动的蒸汽涡轮机1、2和3的根据本发明的发电装置。蒸汽涡轮机布置在公共轴4上以驱动发电机5，从而产生电能。用于涡轮机的蒸汽由燃烧化石燃料的锅炉或诸如借助于来自燃气涡轮机S的热排气而操作的热回收蒸汽发生器HRSG 6的蒸汽发生器。新蒸汽经由管线16供给到高压蒸汽涡轮机1。蒸汽涡轮机1、2和3分别经由再热蒸汽管线26和跨越蒸汽管线36连接。图1至图 3的发电装置的水蒸汽循环由将低压蒸汽涡轮机3排出的蒸汽冷凝的冷凝器7、用于对冷凝物再热和除气的专用设备(未示出)、以及通往锅炉或HRSG 6的给水返回管线8来完成。 [0033] 此外，图1至图3的发电装置各自包括用于来自锅炉或来自HRSG 6通往用于CO2的捕获和压缩的装置10的排气的管线。该装置包括例如基于冷冻氨或胺工艺操作的吸收器和用于压缩从排气抽取的CO2的一个或多个CO2压缩机。捕获和压缩的CO2借助于管线11输送到储存或运输设施。不含CO2的气体被释放到大气或经由管线12导向以进一步分离或处理。管线13设置成用于返回来自捕获过程的冷凝物以作为给水导向至HRSG或锅炉 6。 [0034] 根据本发明，蒸汽喷射器24布置在发电装置中以经由蒸汽管线20和23接收低压输入蒸汽流和经由蒸汽管线25接收动力蒸汽流，以便生成具有比输入蒸汽流更高的压力的输出蒸汽流。输出蒸汽管线27布置成将来自蒸汽喷射器24的输出蒸汽导向至通往CO2捕获装置的蒸汽管线22。蒸汽在CO2捕获装置中被用来驱动涡轮机以驱动CO2压缩机或作为热交换介质以用于CO2捕获剂的再生。 [0035] 管线20布置成将来自从中压蒸汽涡轮机2至低压蒸汽涡轮机3的跨越管线的蒸汽转向并将抽取的蒸汽引向通向蒸汽喷射器24的蒸汽23。蒸汽管线25引导从在高压蒸汽涡轮机1和HRSG 6之间的再热蒸汽管线中抽取的蒸汽。 [0036] 该构造方案允许将高压蒸汽导向至CO2捕获装置，而不必从在发电装置的水-蒸汽循环中的高压蒸汽源抽取蒸汽，从而不负面影响发电装置的总效率。 [0037] 附加蒸汽管线21从蒸汽管线20直接引向通往CO2捕获装置的蒸汽管线22且具有止回阀21'。在由水蒸汽循环提供的蒸汽的压力足够CO2捕获装置的运行的情况中，该管线和阀允许将低压蒸汽直接导向至CO2捕获装置。 [0038] 图2示出本发明的又一实施例，其中蒸汽喷射器布置成经由管线30和管线23接收从低压蒸汽涡轮机3抽取的输入蒸汽流。在该实施例中，用于蒸汽喷射器24的动力蒸汽经由管线31从在HRSG 6和中压蒸汽涡轮机2之间的再热管线26抽取。 [0039] 如在图1的实施例中那样，发电装置包括蒸汽管线21和止回阀21'，以便在来自水蒸汽循环的蒸汽的压力足够CO2捕获装置运行的情况中，允许低压蒸汽在没有蒸汽压力提高的情况下直接导向至CO2捕获装置。 [0040] 图3示出本发明的又一实施例，其包括蒸汽喷射器24，蒸汽喷射器24布置成接收低压涡轮机排出蒸汽的一部分作为输入蒸汽。输入蒸汽管线40从在低压蒸汽涡轮机3和冷凝器7之间的抽取点引至通往蒸汽喷射器的蒸汽管线23。用于动力蒸汽的管线41从在中压蒸汽涡轮机2处的抽取点引至蒸汽喷射器24。 [0041] 管线21从管线40经由止回阀21'直接引至蒸汽管线22，以便在如果抽取的蒸汽流的压力足够运行CO2捕获装置则允许低压蒸汽从水蒸汽循环直接使用在CO2捕获装置中。 [0042] 图4示出一种发电装置，除了图1的发电装置的蒸汽喷射器之外，该发电装置具有平行于喷射器24布置的另一蒸汽喷射器52。蒸汽管线50从来自跨越管线36的抽取管线20引出以将输入蒸汽导引到蒸汽喷射器52。动力蒸汽管线51将来自管线16的新蒸汽的一部分导向至蒸汽喷射器52。至蒸汽喷射器52的其它动力蒸汽管线可能如此前的附图中示出的那样。具有由喷射器52导致的增加的压力的蒸汽经由管线53、27和22导向至CO2捕获装置10。例如在由蒸汽喷射器24产生的蒸汽不再满足CO2捕获装置的蒸汽压力要求的情况中，启动蒸汽喷射器52。例如，在减负荷(turn-down)运行期间，部分负荷减小并且由蒸汽喷射器24产生的蒸汽的压力最终降至CO2捕获装置所需蒸汽压力以下。在这种情况下，至蒸汽喷射器24的管线23关闭，并且管线50代替地打开。 [0043] 图5示出一种运行如图4所示具有CO2捕获装置的发电装置的方法。提供至CO2捕获装置的蒸汽的压力P作为发电装置的部分负荷运行百分比的函数给出。为有效运行CO2捕获装置所需的最小压力由在PR(CO2)的值处的虚线给出。与发电装置自身的运行模式无关，该压力要求在所有部分负荷运行模式中保持相同。 [0044] 在第一运行范围I中，发电装置在满负荷或高百分比部分负荷下运行。在该范围内，抽取的蒸汽的压力PI(21)高于运行CO2捕获装置所需蒸汽压力。在该范围I中，例如满负荷的80-100%，旁路阀21'打开，并且抽取的蒸汽可直接用来运行CO2捕获装置。不需要压力增加。当部分负荷百分比减小时，例如在发电装置减负荷期间，抽取的蒸汽的压力也降低，并且该压力最终达到CO2捕获装置运行所需的最小压力水平PR(CO2)。(如果发电装置此时进一步减负荷，而不启动蒸汽喷射器24，则抽取的蒸汽的压力将继续以与PI(21)所示相同的速率稳定下降。) [0045] 当抽取的蒸汽压力PI(21)达到PR(CO2)时，发电装置在部分负荷运行范围II中运行。根据本发明，旁路阀21'关闭，并且从水蒸汽循环抽取的蒸汽经由蒸汽管线23导向至第一蒸汽喷射器24。蒸汽压力增加至所需压力水平PR(CO2)以上的水平ΡII(27)，并且经由管线27导向至CO2捕获装置。PII(27)是在没有蒸汽喷射器的情况下由抽取的蒸汽压力导致的压力(该压力将低于PR(CO2))加上管线25中的动力蒸汽压力(该动力蒸汽压力在PII(27)以上的水平)。 [0046] 当发电装置的部分负荷在部分负荷范围II(例如满负荷的60-80%)内进一步减小时，管线27中的抽取的蒸汽的压力PII(27)再次降低。由蒸汽喷射器24产生的蒸汽的压力也降低，并且最终达到所需蒸汽压力水平PR(CO2)。(同样，如果第二蒸汽喷射器52未启动，则到CO2捕获装置的蒸汽压力将继续以PII(27)中所示速率下降)。就该点而言，发电装置在部分负荷范围III内运行。根据本发明，至蒸汽喷射器24的管线23关闭，并且至第二蒸汽喷射器52的管线50打开。在部分负荷范围III(例如，满负荷的40-60%)内运行期间，蒸汽喷射器24将到CO2捕获装置的蒸汽的压力增加至确保CO2捕获装置的运行所需的PR(CO2)以上的水平PIII(53)。抽取的蒸汽压力PIII(53)同样由在没有任何蒸汽喷射器的情况下的抽取的蒸汽压力(该压力将远低于PR(CO2))加上管线51中的动力蒸汽压力(动力蒸汽压力远高于PIII(53))来产生。 [0047] 在本公开的范围内，本发明的另外的实施例，特别地至蒸汽喷射器的输入蒸汽管线和动力蒸汽管线的另外的组合是可能的。 [0048] 参考标号列表 [0049] 1 高压蒸汽涡轮机 [0050] 2 中压蒸汽涡轮机 [0051] 3 低压蒸汽涡轮机 [0052] 4 轴 [0053] 5 发电机 [0054] 6 锅炉或热回收蒸汽发生器HRSG [0055] 7 冷凝器 [0056] 8 冷凝物/给水管线 [0057] 9 用于排气的管线 [0058] 10 CO2捕获和压缩装置 [0059] 11 CO2储存或运输设施 [0060] 12 不含CO2的气体 [0061] 13 返回冷凝物的管线 [0062] 16 用于至高压蒸汽涡轮机的新蒸汽的管线 [0063] 20 用于至蒸汽喷射器的输入蒸汽流的管线 [0064] 21 用于至CO2的捕获装置的低压蒸汽的管线 [0065] 21' 止回阀 [0066] 23 用于至蒸汽喷射器24的输入蒸汽流的管线 [0067] 22 至CO2捕获装置的蒸汽管线 [0068] 24 蒸汽喷射器 [0069] 25 用于动力蒸汽的管线 [0070] 26 再热管线 [0071] 30 用于至蒸汽喷射器24的输入蒸汽流的管线 [0072] 31 用于动力蒸汽的管线 [0073] 40 用于至蒸汽喷射器24的输入蒸汽流的管线 [0074] 41 用于动力蒸汽的管线 [0075] 50 抽取蒸汽管线、至蒸汽喷射器52的输入蒸汽管线 [0076] 51 动力蒸汽管线 [0077] 52 第二蒸汽喷射器 [0078] 53 至CO2捕获装置的蒸汽管线 |
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