在高需求期间提高电输出的方法

申请号 CN201310396757.2 申请日 2013-09-04 公开(公告)号 CN103670714A 公开(公告)日 2014-03-26
申请人 阿尔斯通技术有限公司; 发明人 G.L.阿戈斯蒂内里; A.布德特; M.T.比亚科斯基;
摘要 本 发明 涉及在高需求期间提高电输出的方法。本发明涉及运行联合循环功率发生系统的方法,包括:在燃气 涡轮 中燃烧 燃料 ;产生电和 烟道气 流;在热回收 蒸汽 发生器 中产生蒸汽流;使用吸收单元和 溶剂 再生单元来产生浓缩二 氧 化 碳 流;将所述蒸汽流传送到蒸汽涡轮;以及将离开蒸汽涡轮的流中的 热能 传递到溶剂再生单元和存储热能的热存储单元,方法还包括:在热存储模式中运行热存储单元至少一段时间,其中来自离开蒸汽涡轮的流的蒸汽流冷凝,且将热能传递到热存储单元中的热 存储器 件;以及在热释放模式中运行热存储单元至少一段时间,其中存储在热存储单元中的热能传递到溶剂再生单元。本发明还涉及联合循环功率发生系统和包括此系统的联合循环功率装置。
权利要求

1. 一种运行联合循环功率发生系统(28)的方法,包括:
在燃气涡轮(1)中燃烧燃料;产生电和烟道气流(2);在热回收蒸汽发生器(3)中产生蒸汽流(15);使用吸收单元(5)和溶剂再生单元(7)来产生浓缩二流(10);将所述蒸汽流(15)传送到蒸汽涡轮(16);以及将离开所述蒸汽涡轮(16)的流(17)中的热能传递到所述溶剂再生单元(7),以及用于存储热能的热存储单元(22),所述方法进一步包括:
在热存储模式中运行热存储单元(22)至少一段时间,在所述热存储模式中,来自离开所述蒸汽涡轮(16)的流(17)的蒸汽流(20)冷凝,并且将热能传递到所述热存储单元(22)中的热存储器件,以及
在热释放模式中运行所述热存储单元(22)至少一段时间,在所述热释放模式中,存储在所述热存储单元(22)中的热能传递到所述溶剂再生单元(7)。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括:
确定所述系统(28)是以第一负载还是以第二负载运行,其中,所述第二负载是低于所述第一负载的负载,
当所述系统以所述第一负载运行时,控制所述系统(28),以使其在所述释放模式中运行,以及当所述系统(28)以所述第二负载运行时,控制所述系统(28),以使其停止在所述释放模式中运行。
3. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括:
确定所述系统(28)是在一天中的第一时间还是在一天中的第二时间运行,当时间到达一天中的所述第一时间时,控制所述系统(28),以使其在所述释放模式中运行,并且当时间到达一天中的所述第二时间时,控制所述系统(28),以使其停止在所述释放模式中运行。
4. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,进一步包括:
确定所述系统(28)是以第三负载还是以第四负载运行,其中,所述第四负载是低于所述第三负载的负载,
当所述系统(28)以所述第四负载运行时,控制所述系统(28),以使其所述存储模式在中运行,以及
当所述系统(28)以所述第三负载运行时,控制所述系统(28),以使其停止在所述存储模式中运行,
其中,当所述系统(28)以所述第四负载运行时,会聚集大批热能。
5. 根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,进一步包括:
确定所述系统(28)是在一天中的第三时间还是在一天中的第四时间运行,当时间到达一天中的所述第四时间时,控制所述系统(28),以使其在所述存储模式中运行,以及
当时间到达一天中的所述第三时间时,控制所述系统(28),以使其停止在所述存储模式中运行,
其中,当所述系统(28)在一天中的所述第四时间运行时,会聚集大批热能。
6. 根据权利要求2或4所述的方法,其特征在于,所述第四负载是低于所述第一负载的负载。
7. 根据权利要求3或5所述的方法,其特征在于,一天中的所述第一时间与一天中的所述第三时间相同,并且一天中的所述第二时间与一天中的所述第四时间相同。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的方法,其特征在于,进一步包括在所述释放模式期间,将浓缩二氧化碳存储在二氧化碳缓冲器单元(11)中。
9. 根据权利要求1至9中的任一项所述的方法,其特征在于,进一步包括在所述存储模式期间,在二氧化碳压缩单元(13)中将所述浓缩二氧化碳压缩成液体形式。
10. 一种联合循环功率发生系统(28),包括
燃气涡轮(1),其中产生电和烟道气流;
产生蒸汽的热回收蒸汽发生器(3);
吸收单元(5);以及
用于产生浓缩二氧化碳流的溶剂再生单元(7);
蒸汽涡轮(16);
所述联合循环功率装置进一步包括:
热存储单元(22),其在热存储模式中运行至少一段时间,在所述热存储模式中,来自离开所述蒸汽涡轮(16)的流(17)的蒸汽流(20)冷凝,并且将热能传递到所述热存储单元(22)中的热存储器件,而且所述热存储单元(22)在热释放模式中运行至少一段时间,在所述热释放模式中,存储在所述热存储单元(22)中的热能传递到所述溶剂再生单元(7)。
11. 根据权利要求10所述的联合循环功率发生系统(28),其特征在于,进一步包括控制装置,所述控制装置分别基于测量到的电网需求或所述联合循环功率装置上的负载或一天中的特定时间,来控制所述联合循环功率装置,以使其在所述热存储模式或所述热释放模式中运行。
12. 根据权利要求10或11所述的联合循环功率发生系统(28),其特征在于,进一步包括用于存储所述浓缩二氧化碳的二氧化碳缓冲器单元(11)。
13. 根据权利要求10至12中的任一项所述的联合循环功率发生系统(28),其特征在于,进一步包括用于将所述浓缩二氧化碳压缩成液体形式的二氧化碳压缩单元(13)。
14. 根据权利要求10至13中的任一项所述的联合循环功率发生系统(28),其特征在于,进一步包括
二氧化碳富化溶剂缓冲器单元(25),其在所述热释放模式期间运行来存储来自所述吸收单元(5)的富化溶剂,并且在所述热存储模式期间运行来将所述溶剂传送到所述溶剂再生单元(7)。
15. 根据权利要求10至14中的任一项所述的联合循环功率发生系统(28),其特征在于,进一步包括
二氧化碳贫化溶剂单元(26),其在所述热存储模式期间运行来存储来自所述溶剂再生单元的贫化溶剂,并且在所述热释放模式期间运行来将所述溶剂传送到所述吸收单元(5)。
16. 一种联合循环功率装置,包括根据权利要求10至15中的任一项所述的系统(28)。

说明书全文

在高需求期间提高电输出的方法

技术领域

[0001] 本申请涉及运行联合循环功率发生系统的方法、联合循环功率发生系统和联合循环功率装置。

背景技术

[0002] 作为对可再生电功率单元的已安装容量日益提高的响应,以及由于季节性和日常电需求变化,基于化石的功率装置正面临变化越来越大的运行状况。
[0003] 尤其是联合循环功率装置(CCPP)在极度循环的模式中运行,而且在一些情况下CCPP天天都停机和重新启动。
[0004] 基于燃气涡轮且配备有二捕获系统的功率装置的电成本是相当高的。电价取决于需求是高还是低而改变。当许多企业在这天关闭,或者不以满容量运行时,例如在夜晚时间期间,电价降低。当企业以满容量工作时,例如在白天时间期间,电价升高,因为需求高。
[0005] 典型的燃气涡轮,诸如用于产生功率的燃气涡轮装置中的燃气涡轮,包括用于压缩入口空气的压缩机燃烧器和涡轮,在燃烧器中,压缩空气与燃料混合,并且混合物被点燃,而在涡轮中,来自燃烧器的排气膨胀。
[0006] 从燃气涡轮排出的排气一般包括关乎环境的污染物,诸如二氧化碳(CO2)。
[0007] 来自燃气涡轮的排气一般包括SOx和其它杂质和污染物。
[0008] 当基于化石的功率装置配备有二氧化碳捕获系统,并且二氧化碳捕获系统正在运行时,与没有二氧化碳捕获系统的功率装置相比,所需的能量增加是相当大的。当功率装置包括二氧化碳捕获系统,而非功率装置不包括二氧化碳捕获系统时,与同等热输入相比,功率输出减少15%-20%,即,功率负担为15%-20%。如果二氧化碳捕获系统关闭,则功率负担将低得多。
[0009] 得出这样的结论:需要改进基于燃气涡轮且配备有二氧化碳捕获系统的功率装置的运行灵活性和电耗。发明内容
[0010] 如果在工艺的不同部分之间传输热能,以及推迟一部分用电密集型操作,直到电价降低,则基于燃气涡轮且配备有二氧化碳捕获系统的功率装置在电成本方面的整体性能可得到改进。
[0011] 本公开涉及一种运行功率装置的、高度地提高装置的运行灵活性的方法。将缓冲系统结合到配备有二氧化碳捕获系统的功率装置中允许针对变化的电价和电网的电需求而提高运行灵活性。
[0012] 通过改进工艺的灵活性,在电网电需求高的时期期间,可降低功率负担,从而产生较高的输出,同时仍然满足二氧化碳捕获要求。相应地,灵活性允许在电网的电需求低的时期期间加大负担。通过在电需求高和电价高的时期期间最大程度地提高输出,可降低总成本。工艺的能量密集型部分(例如由于输入电能)部分地推迟到一天中的电价和电网的电需求较低的时间。在工艺的高负载期间(即,当电网的电需求增加或较高时),可存储产生的热能直到热能需求增加为止。
[0013] 通过改进运行灵活性,功率装置还可减小整个系统的功率负担。
[0014] 本发明的目标是提供一种运行联合循环功率发生系统的方法,包括:在燃气涡轮中燃烧燃料;产生电和烟道气流;在热回收蒸汽发生器中产生蒸汽流;使用吸收单元和溶剂再生单元来产生浓缩二氧化碳流;将蒸汽流传送到蒸汽涡轮;并且将离开蒸汽涡轮的流中的热能传递到溶剂再生单元,以及用于存储热能的热存储单元,方法进一步包括:
在热存储模式中运行热存储单元至少一段时间,在热存储模式中,来自离开蒸汽涡轮的流的蒸汽流冷凝,并且将热能传递到热存储单元中的热存储器件,以及
在热释放模式中运行热存储单元至少一段时间,在热释放模式中,存储在热存储单元中的热能传递到溶剂再生单元。
[0015] 根据一个实施例,方法包括:确定系统是以第一负载还是以第二负载运行,其中,第二负载是低于第一负载的负载;当系统以第一负载运行时,控制所述系统,以使其在释放模式中运行;以及当系统以第二负载运行时,控制系统,以使停止在释放模式中运行。
[0016] 根据一个实施例,方法包括确定系统是在一天中的第一时间还是在一天中的第二时间运行;当时间到达一天中的所述第一时间时,控制所述系统,以使其在释放模式中运行;以及当时间到达一天中的所述第二时间时,控制系统,以使其停止在释放模式中运行。
[0017] 根据一个实施例,方法进一步包括:确定系统是以第三负载还是以第四负载运行,其中,第四负载是低于第三负载的负载,当系统以第四负载运行时,控制系统,以使其在存储模式中运行,以及
当系统以第三负载运行时,控制系统,以使其停止在存储模式中运行,
其中,当系统以第四负载运行时,会聚集大批热能。
[0018] 根据一个实施例,方法进一步包括:确定系统是在一天中的第三时间还是在一天中的第四时间运行,
当时间到达一天中的所述第四时间时,控制系统,以使其在存储模式中运行,以及当时间到达一天中的所述第三时间时,控制系统,以使其停止在存储模式中运行,其中,当系统在一天中的第四时间运行时,会聚集大批热能。
[0019] 根据一个实施例,第四负载是低于第一负载的负载。
[0020] 根据一个实施例,一天中的第一时间与一天中的第三时间相同,而一天中的第二时间与一天中的第四时间相同。
[0021] 根据一个实施例,方法进一步包括在所述释放模式期间,将浓缩二氧化碳存储在二氧化碳缓冲器单元中。
[0022] 根据一个实施例,方法进一步包括在所述存储模式期间,在二氧化碳压缩单元中将浓缩二氧化碳压缩成液体形式。
[0023] 本发明的另一个目标是提供一种联合循环功率发生系统,包括:燃气涡轮,在其中产生电和烟道气流;
产生蒸汽的热回收蒸汽发生器
吸收单元;以及
用于产生浓缩二氧化碳流的溶剂再生单元;
蒸汽涡轮;
所述联合循环功率装置进一步包括:
热存储单元,其在热存储模式中运行至少一段时间,在热存储模式中,来自离开蒸汽涡轮的流的蒸汽流冷凝,并且将热能传递到热存储单元中的热存储器件,并且热存储单元在热释放模式中运行至少一段时间,在热释放模式中,存储在热存储单元中的热能传递到溶剂再生单元。
[0024] 根据一个实施例,联合循环功率发生系统进一步包括控制装置,控制装置分别基于测量到的电网需求或联合循环功率装置上的负载或一天中的特定时间来控制联合循环功率装置,以使其在热存储模式或热释放模式中运行。
[0025] 根据一个实施例,联合循环功率发生系统进一步包括用于浓缩二氧化碳的二氧化碳缓冲器单元存储。
[0026] 根据一个实施例,联合循环功率发生系统进一步包括用于将浓缩二氧化碳压缩成液体形式的二氧化碳压缩单元。
[0027] 根据一个实施例,联合循环功率发生系统进一步包括:二氧化碳富化溶剂缓冲器单元,其在所述热释放模式期间运行来存储来自吸收单元的富化溶剂,并且在所述热存储模式期间运行来将溶剂传送到溶剂再生单元。
[0028] 根据一个实施例,联合循环功率发生系统进一步包括:二氧化碳贫化溶剂单元,其在所述热存储模式期间运行来存储来自溶剂再生单元的贫化溶剂,并且在所述热释放模式期间运行来将溶剂传送到吸收单元。
[0029] 本发明的又一个目标是提供一种包括所述联合循环功率发生系统的联合循环功率装置。附图说明
[0030] 现在参照附图,附图是示例性实施例,而且其中,以相同的方式对相同元件编号。
[0031] 图1是柔性系统的图示,柔性系统用以捕获污染物,以及获得来自燃烧气体的CO2,包括存储待在工艺中的不同时间和地点处使用的热。该系统包括气体发生、蒸汽形成、CO2吸收、CO2再生,以及在系统中的不同的流之间的热传递。
[0032] 图2是用以捕获污染物以及获得来自燃烧气体的CO2的柔性系统的另一个实施例的图示。该系统包括气体发生、蒸汽形成、CO2吸收、CO2再生、在系统中的不同的流之间的热传递,以及吸收流体的存储。
[0033] 图3是显示不使用CO2捕获和在有缓冲工艺流和没有缓冲工艺流的情况下使用CO2捕获的基于燃气涡轮的联合循环功率装置的相对负载与燃气涡轮(GT)相对负载的关系的差异的图表。

具体实施方式

[0034] 本发明涉及基于燃气涡轮的柔性功率发生系统,其包括燃气涡轮、热回收蒸汽发生器(HRSG)、蒸汽涡轮、碳捕获单元、溶剂再生单元、热存储单元、二氧化碳缓冲单元和压缩单元,可选地,系统进一步包括用于CO2贫化溶剂和CO2富化溶剂的缓冲单元。
[0035] 根据本发明,提供一种用以从气体流中移除CO2的工艺和系统,其具有提高的运行灵活性。
[0036] 本方法确定装置运营商所选择的功率装置的负载设定点。负载设定点将取决于电网的电需求和经济性运行(电价),其中,当电网需求较高时,电价一般较高,反之亦然。有了本方法和系统,运营商将能够在电网需求高且因此电价高时,通过减少与CO2捕获有关的附属电耗来提高装置的功率输出。
[0037] 通过在热存储模式和热释放模式分别起作用时提供需求极限值,在运行期间,方法基于在电网上测得的需求值来在各模式之间切换。在电网的需求高的期间,释放模式将起作用,从而使功率装置对电网分配高负载。当需求为在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的至少80%(即,80%-100%,优选95%-100%)时,认为电网的电需求高。
[0038] 在没有CO2捕获系统的基于燃气涡轮的联合循环功率装置中,当燃气涡轮处于最大燃烧温度时,最大功率输出贡献为燃气涡轮大约2/3和蒸汽涡轮大约1/3。在图3中显示了在没有CO2捕获系统的情况下运行的CCPP和在有CO2捕获系统的情况下运行的CCPP的功率输出与燃气涡轮(GT)相对负载的关系,100%为在最大GT燃烧温度下的GT功率输出。在没有CO2捕获系统的情况下运行的CCPP负载曲线显示为粗实线,而在有CO2捕获系统的情况下运行的CCPP负载曲线显示为虚线,其中,粗虚线是仅有CO2捕获系统的CCPP,而细虚线是在运行模式期间有CO2捕获系统和缓冲单元的CCPP。清楚的是,在有CO2捕获系统的CCPP(粗虚线)的运行期间,根据本方法使用缓冲单元/系统能够调节CCPP的相对负载值,以在电网的高需求期间(上面的细虚线)增加该值,以及回过来允许在电网的低需求期间(下面的细虚线)减小该值。由于与缓冲CO2有关的附属负载,有CO2捕获系统的CCPP的功率输出可改变,而且可根据电网需求来调节分配到电网的负载,从而在电网需求高时产生更多电。
[0039] 电网需求也可规定为在一天某些时期期间高。高需求可规定为在早上6点至晚上18点之间。在电网需求低的期间,存储模式起作用,从而使系统上的负载较低。当需求低于在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的80%(例如
0%-79%,优选10%-60%)时,认为电网需求低。在一天中的某些时期期间,也可认为电网需求低。低需求可规定为在晚上18点至第二天6点之间。
[0040] 系统在释放模式中运行的极限值设定成第一负载和第二负载,或一天中的第一时间和第二时间(例如特定时刻)。第一负载或一天中的第一时间的极限值分别设定成在没有CO2捕获系统的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的至少80%,或者一天中的系统启动且在释放模式中运行的特定时间。第二负载的极限值分别设定于低于在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的80%,或者一天中的系统停用释放模式的特定时间。
[0041] 在存储模式中运行的系统的极限值设定成第三负载和第四负载。第三负载的极限值分别设定成在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的至少80%,或者一天中的系统停用存储模式的特定时间。第四负载的极限值分别设定成低于在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的80%,或者一天中的系统启动且在存储模式中运行的特定时间。
[0042] 第一负载和第三负载的极限值可为不同的或相同的。第二负载和第四负载的极限值可为不同的或相同的。
[0043] 系统的运行模式由控制装置控制,诸如计算机、微处理器控制器,控制装置将测量到的电网当前电需求的值、基于燃气涡轮的功率发生系统上的负载或一天中的时间与设定极限值作比较,以及然后因此来调整工艺。
[0044] 例如可在流量方面控制联合循环功率发生系统的流。例如在、促动器和/或的协助下,通过用本质上已知的方式进行控制来传送所述系统中的流体流。
[0045] 为了举例说明不同运行模式(释放模式和存储模式)的用法,在下面给出本运行方法的实施例的示例。如果在满运行期间,基于燃气涡轮的功率发生系统中的燃气涡轮具有100 MW电的最大发生容量,则在使用时,CO2捕获系统减少电输出。当CO2捕获系统在使用时,能量负担可为大约20%。在电网需求高的期间,当使用CO2捕获系统时,最大可供应80MW电。这可导致没有足够的电分配到电网,以及降低利润。但是,当使用本工艺和系统时,可推迟所有能量负担或至少一部分能量负担,直到电网需求减少,以及/或者经济性装置负载设定点可降低。在电网需求低的期间,仅需要50 MW电的功率输出。在此期间,能量负担增大不会影响对基于燃气涡轮的功率发生系统要求的输出。如果在有CO2捕获系统的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生系统产生50 MW电,则可对系统施加另外的30 MW电负担,而且将仍然满足电网需求。如果可推迟CO2捕获系统的所有能量负担直到电网需求低为止,则基于燃气涡轮的功率发生系统将能够将燃气涡轮的几乎全部输出供应到电网,而且当电网需求低时,可应用所有的能量负担。
[0046] 现在将参照图1和2来更详细地公开联合循环功率发生系统和这种系统的运行方法。要注意的是,在图中可不公开运行联合循环功率发生系统所需的所有流或控制器件。图1和2集中于成为CO2流的主燃料流,然后CO2流被纯化、分离和压缩,而且对溶剂再生单元提供额外的热能传递,燃料流取决于工艺的波动,以便使联合循环功率发生系统在能量资源分配、设备规模和容量方面更灵活。
[0047] 图1是从其侧面看到的联合循环功率发生系统28的图示。本公开提供一种灵活地运行基于燃气涡轮的功率装置的方法。燃气涡轮单元1包括用于压缩入口空气的压缩机、用于燃烧燃料与压缩入口空气而形成排气的燃烧器,以及用于使排气膨胀的涡轮。来自燃气涡轮单元1的排气可部分地再循环,与空气混合,然后混合物作为入口空气馈送到压缩机。
[0048] 燃气涡轮单元1的后面是排气处理系统,排气处理系统包括从热的气体流2中回收热的热回收蒸汽发生器(HRSG)3。HRSG产生蒸汽,在工艺(热电联合)中使用蒸汽,或者使用蒸汽来驱动蒸汽涡轮(联合循环)。在这种情况下,HRSG 3通过流15而连接到蒸汽涡轮16上,因而使本系统成为联合循环功率发生系统。来自蒸汽涡轮16的流17的至少一部分持续地或间歇地作为流18而传送到溶剂再生单元7中,而且被用来将热能传递到所述溶剂再生单元7。在溶剂再生单元7中,流18冷却或冷凝,并且作为离开溶剂再生单元7的流19而传送。
[0049] 从HRSG 3中传送出的排气流4可在污染物移除单元(未显示)中进行清洁,以移除污染物,例如NOx、SO2、SO3、HCl、HF、汞和颗粒物质,例如PM2.5。
[0050] 排气流4被传送到吸收单元5中以进行处理,吸收单元5包括至少一个CO2吸收器。吸收单元5可包括一系列吸收器级,这取决于所需的移除效率和装置的运行条件。离开吸收单元5的、释放到大气的流9是CO2浓度低的清洁气体。流8是从溶剂再生单元7中传送出的CO2贫化溶剂,该溶剂用作吸收剂,以在吸收单元5中捕获CO2。产生的流6是CO2富化溶剂,该溶剂被传送到溶剂再生单元7,以进行再生。
[0051] 包括浓缩CO2的流10可传送到CO2缓冲器单元11,以进行存储,直到进行使用。
[0052] 溶剂再生单元7在高压和升高的温度下运行,并且可为单个或一系列再生反应器。可使用高压泵(未显示)来提高馈送到再生器的溶剂(即流6)的压。典型地,流6的压力在比再生器压力高50-2500 psi的范围中,以阻止CO2过早蒸发。可通过加热器(未显示)和/或源自来自蒸汽涡轮16的流的热能来对溶剂再生单元7提供热。再生单元中的高压和高温使得高压气态CO2(即流10)释放。高压再生具有主要的成本和能量优点。使用低品质热能来产生高压CO2流,而非使用高价值的电功率。
[0053] 可选地,CO2富化流6和CO2贫化流8可传送通过热交换装置27,以将热能从CO2贫化流8传递到CO2富化流6。
[0054] 在CO2缓冲器单元11之后,浓缩CO2流12可传送到压缩机单元13中。在低负载(例如低于75%)时期期间,压缩单元13部分地靠再循环工作。
[0055] 为了使基于燃气涡轮的功率发生系统28在运行方面更灵活,在电网需求低的期间,可从来自蒸汽涡轮的流17中获得流20。流20传送到包括热存储器件(未显示)的热存储单元22。蒸汽流20在热存储单元22中冷凝,并且由于冷凝而形成的热能传递到热存储器件。热存储器件例如可选自岩石、盐、沙、加压和热油。包括冷凝蒸汽的流21离开热存储单元22。
[0056] 电网需求不是始终恒定的。因而,在低需求时期期间,例如在当许多工作场所和住户用电较少的夜晚时间期间,系统将蒸汽20的一些热能存储在热存储单元22中。然后当电网需求增加时,可使用存储的热能。而且,在低负载时期期间,可在CO2压缩单元13中对浓缩CO2执行压缩,以便在电网需求高的时期期间,优化系统的能量输出。
[0057] 在电网需求高的时期期间,例如在当许多工作场所和住户用电较多时的白天时间期间(例如正常工作时间),系统使用存储在热存储单元22中的热能来协助溶剂在溶剂再生单元7中再生,以便在电网需求高的时期期间,优化系统的能量输出。在电网需求高的期间,经由热交换介质来在热存储单元22和溶剂再生单元7之间执行热交换功能。热交换介质流23将热传递到溶剂再生单元7,并且经由流24而传送回热存储单元22。
[0058] 通过使在电网需求低的时期期间产生的一些热能保存在热存储单元22中,以及在电网需求低的时期期间在溶剂再生单元7中使用该热能,使系统28的运行更灵活,从而在电网需求较高时允许有较多电输出到电网。而且,通过在电网需求高的时期期间将来自溶剂再生单元7的浓缩CO2存储在缓冲器单元11中,允许工艺以后在电网的能量需求较低时在CO2压缩单元13中灵活地压缩二氧化碳,从而在电网需求高的期间,不减少系统的最大输出。
[0059] 可通过控制系统来控制流10、12、20、21、23和24的流量,控制系统例如可包括计算机、微处理器、控制器、阀、促动器和/或泵,为了保持说明清楚,在图中未显示该系统。以本质上已知的方式来完成对流量的控制。
[0060] 图2是从其侧面看到的联合循环功率发生系统28的图示。公开了用以捕获污染物以及从燃烧气体中获得CO2的柔性系统的另一个实施例的图示。系统28包括气体发生、蒸汽形成、CO2吸收、CO2再生,在系统中的不同的流之间的热传递,以及吸收流体的存储。
[0061] 除了吸收流体的存储结构之外,系统28包括与前面提到的图1中相同的特征。
[0062] 在这个实施例中,在电网需求低,以及可选地电价低的时期期间,产生和存储CO2贫化溶剂,而在电网需求高的时期期间,在吸收单元5中使用CO2贫化溶剂。相应地,在电网需求高的时期期间,形成和存储CO2富化溶剂,而在电网需求低的时期期间,在吸收单元5中使CO2富化溶剂再生。
[0063] 为了可选地进一步提高图1中公开的整个系统的运行灵活性,可将CO2富化溶剂缓冲器单元25和CO2贫化溶剂缓冲器单元26分别结合到CO2富化流6和CO2贫化流8中。在电网需求高的期间,在吸收单元5中使用过的、作为CO2富化流6离开该单元的溶剂存储在CO2富化溶剂缓冲器单元25中,而在吸收单元5中使用存储在CO2贫化溶剂缓冲器单元
26中的CO2贫化流8。在电网需求低的期间,存储在CO2富化溶剂缓冲器单元2中的溶剂传送到溶剂再生单元7,在溶剂再生单元7中,溶剂再生,并且作为CO2贫化流8被传送,以存储在CO2贫化溶剂缓冲器单元26中。
[0064] 可通过控制系统来控制分别通过CO2富化溶剂缓冲器单元25和CO2贫化溶剂缓冲器单元26的流6和8的流量,控制系统例如可包括计算机、微处理器、控制器、阀、促动器和/或泵,为了保持说明清楚,在图中未显示该系统。以本质上已知的方式来完成对流量的控制。当然,本文可包括比公开的流更多的具有控制系统的流。
[0065] 电网的电需求差别会引起装置负载设定点改变;当在有CO2的情况下运行,负载设定点超过最大功率输出容量,则装置控制器使用存储的热能时,以及当负载设定点较低时,则装置控制器运行来存储热能。当电网需求到达规定值时,系统28使模式从第一热存储模式变成第二热使用模式,第一热存储模式包括压缩二氧化碳,可选地包括使存储的CO2富化溶剂流6再生,第二热使用模式包括浓缩CO2缓冲,可选地包括使用存储的CO2贫化溶剂流8,或相反。当需求高时,例如分别是至少在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的至少80%的需求或者是特定时刻,启动第一模式,以有利于存储热,以及执行工艺的能量密集型部分。当需求较低时,例如分别是低于在没有CO2捕获的情况下运行的基于燃气涡轮的功率发生装置的最大容量的80%的负载或者是特定时刻,启动第二模式,以有利于使用存储热,以及存储浓缩CO2,可选地包括使用存储的CO2贫化流8,在负载增大时,存储的CO2贫化流8馈送到吸收单元5中。
[0066] 可选地,CO2富化流6和CO2贫化流8可传送通过热交换装置27,以将热能从CO2贫化流8传递到CO2富化流6。
[0067] 这个内部热传递组合会降低总体能量消耗。在系统28上的负载低的时期期间,或者在一天中的某些时间期间,通过使来自蒸汽涡轮16的蒸汽冷凝来将热能传递到存储单元22,当系统28上的负载增大(和/或能量价格上涨)时,或者在一天中的某些其它时间期间,存储的热能可传递到溶剂再生单元7。
[0068] 另外,在系统上的负载高的时期期间,或者在一天中的某些时间期间,以及可能能量价格高的期间,CO2缓冲器单元11存储浓缩CO2,通过使用CO2缓冲器单元11,当电成本较低且系统28上的负载较低时,然后浓缩CO2可前进到压缩单元13。通过使用CO2缓冲器单元11,压缩机单元13的设计可受到影响,可缩小规模,并且可在波动较小的模式(即,分布较均匀的负载)下工作。
[0069] 为了使工艺甚至更灵活,可在负载低以及可选地电价低的时期期间产生和存储CO2贫化溶剂。通过允许溶剂再生单元7在负载通常低的时期期间或一天中的某些时间期间提高工作负载,可建立CO2贫化溶剂的缓冲,进而在系统28上的负载增大,或者在一天中的某些其它时间期间,使用CO2贫化溶剂。在负载高或某些时间的期间,可存储吸收单元5中形成的CO2富化溶剂,等到当系统上的负载减小时,或者在一天中的其它某些时间到来时,以及可选地还有电价有差别时进行再生。由于再生工艺需要许多热能,所以在电价较低的时期之前,可从系统的其它部分或再生工艺的一部分供应至少一部分热能来应付。
[0070] 通过依赖于系统上的负载或一天中的某些时间以及可选地当前能量价格来使溶剂在溶剂再生单元7中再生,可进一步实现节约。因而,通过使用来自工艺的其它部分的热能,可降低总体能量消耗。而且通过使工艺适应能力不同的负载循环或一天时间,可在能量消耗方面优化工艺。通过使工艺更灵活,在电网需求高的时期期间(通常还包括电价高的时期期间)优化通往电网的电输出,而且在电网需求高和电价高的时期期间,需要基于电的能量的系统的一部分可转移到电价低以及电网需求低的时期。
[0071] 将理解的是,上面描述的实施例的多个变型在所附权利要求的范围内都是可行的。
[0072] 虽然参照多个优选实施例对本发明进行了描述,但本领域技术人员将理解,可在不偏离本发明的范围的情况下做出各种修改,而且等效物可代替本发明的元件。另外,可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多改良,以使具体情况或内容适于本发明的教导。因此,意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例,本发明而是将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。此外,对用语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性,用语第一、第二等而是用来区分一个元件与另一个元件。
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