[發明專利]具有CO2捕獲和壓縮的發電廠

有效

• 申請號: 200980101948.3
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101910568A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: R·布拉特;O·德雷尼克;H·納格爾
• 申請（專利權）人: 阿爾斯托姆科技有限公司
• 主分類號: F01K13/02
• 分類號: F01K13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周春梅;譚祐祥

技術領域

本發明涉及具有CO2捕獲和壓縮的發電廠及其在頻率響應期間的操作。

背景技術

近年來，明顯的是溫室氣體的生成導致全球變暖，且溫室氣體產生的進一步增加將進一步加速全球變暖。由于CO2(二氧化碳)被識別為主要溫室氣體，因此CCS(碳捕獲和存儲)被認為是減少溫室氣體釋放到大氣中和控制全球變暖的一種可能的主要手段。在該上下文中，CCS定義為CO2捕獲、壓縮、輸送和存儲的過程。捕獲定義為在碳基燃料燃燒之后從廢氣去除CO2的過程或在燃燒之前碳的去除和處理。任何吸收劑、吸附劑或從廢氣或廢氣流去除碳的CO2的其它裝置的再生被認為是捕獲過程的一部分。發電廠中(例如在火力蒸汽發電廠、燃氣渦輪或聯合循環發電廠中)的CO2捕獲有多種可能的方法。所討論的用于CO2捕獲的主要技術是所謂的燃燒前捕獲、全氧燃燒(oxyfiring)、化學鏈和燃燒后捕獲。

燃燒前碳捕獲包括在燃燒燃料之前去除燃料的碳含量的全部或一部分。對于天然氣，這通常通過用蒸汽重整燃料，隨后通過變換反應以產生CO2和氫氣來完成。CO2可以從得到的氣體混合物捕獲和去除。氫氣然后可以用于產生有用能量。該過程也稱為合成氣體或合成氣方法。同樣的方法可以用于煤或任何化石燃料。首先，燃料被汽化，隨后以與天然氣相同的方式處理。可以預見該方法與IGCC(整體煤氣化聯合循環)結合的應用。

全氧燃燒(也稱為氧燃料燃燒或氧氣燃燒)是在氧氣和再循環CO2(而不是空氣)的混合物中燃燒煤或其它化石燃料的技術。這產生濃縮CO2和蒸汽的廢氣。由此，CO2可以簡單地通過冷凝水蒸氣(其是燃燒反應的副產物)而分離。

化學鏈包括使用金屬氧化物作為氧氣載體，通常金屬氧化物從燃燒空氣將氧氣傳輸給燃料。燃燒的產物是CO2、減少的金屬氧化物和蒸汽。在水蒸氣冷凝之后，CO2流可以被壓縮用于輸送和存儲。

當前認為最接近大規模工業應用的CCS技術是燃燒后捕獲與壓縮、輸送和存儲結合。在燃燒后捕獲中，CO2從廢氣去除。剩下的廢氣釋放到大氣且CO2被壓縮用于輸送和存儲。已知多種技術來從廢氣去除CO2，例如吸收、吸附、膜分離和低溫分離。

用于CO2捕獲和壓縮的所有已知技術需要相對大量的能量。關于優化不同過程和通過將這些過程集成到發電廠中而減少功率和效率補償方面存在許多文獻。

對于借助于燃燒后捕獲的CCS，CO2捕獲和CO2壓縮用于進一步處理(即，輸送和存儲)是降低發電廠相對于沒有CCS的常規發電廠的凈功率輸出減少的主要原因。

EP1688173給出了燃燒后捕獲的一個示例和用于減少分別由于CO2吸收、吸收液體的再生引起的功率輸出補償的方法。在此提出了吸取蒸汽用于再生來自于發電廠的蒸汽渦輪的不同級的吸收劑，以使得渦輪輸出的減少最小化。

在相同的環境中，WO2007/073201建議使用壓縮熱，所述壓縮熱來自于壓縮CO2蒸汽以再生吸收劑。

這些方法目的在于減少特定CO2捕獲設備的功率需求，然而，使用所提出的CO2捕獲方法將總是導致發電廠容量(即發電廠可以傳輸給電網的最大功率)的顯著減少。

通過增加發電廠靈活性來減輕CO2捕獲對發電廠性能的影響的第一種嘗試在EP0537593中描述。EP0537593描述使用吸收劑從廢氣捕獲CO2的發電廠，其中，在高功率需求時間期間關閉再生器且在這些時間期間通過使用存儲在吸收劑罐中的吸收劑繼續CO2捕獲。EP0537593描述了CO2捕獲設備的一個功率消耗裝置的簡單開/關模式。以相對高的成本增加了僅僅非常小的操作靈活性。

頻率響應是發電廠操作的重要問題且對于具有CO2捕獲和壓縮的發電廠也必須被考慮。EP0858153描述了頻率響應的基本原理，其中，電網具有電網頻率，電網頻率繞名義頻率波動。所述發電廠的功率輸出作為控制頻率的函數而被控制，使得功率輸出在控制頻率下降低于所述名義頻率時增加，且另一方面功率輸出在控制頻率增加超過所述名義頻率時減少。電網頻率被連續測量。EP0858153描述了將電網頻率取平均值且使用測量的電網頻率作為控制頻率的有利方法，然而，其受到燃氣渦輪功率輸出控制的常規控制機制的限制。為了能夠響應于低頻事件，發電廠通常必須以部分負載操作。

發明內容

本發明的主要目的在于優化具有CO2捕獲和壓縮的發電廠的頻率響應操作方法。本發明的進一步目的在于設計成根據優化操作方法操作的具有CO2捕獲和壓縮系統的發電廠。