[發明專利]具有二氧化碳分離的燃氣渦輪發電設備

有效

• 申請號: 201280060277.2
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103958838A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: R.卡羅尼;A.扎戈斯基;K.伯格;S.克哈達羅夫;M.里伊克
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術領域

本發明涉及一種用于燃氣渦輪聯合循環發電設備的排氣系統，其中從排出氣體分離二氧化碳。

背景技術

已知二氧化碳排放是對全球變暖有相當大貢獻的溫室氣體。為了減少燃氣渦輪發電設備的二氧化碳排放，以便由此防止全球變暖，已經提出了各種布置和方法。大多數技術上先進的方法看起來是如下方法，其中二氧化碳通過吸收或吸附來與發電設備的排出氣流分離。通常，來自于燃氣渦輪的有用的廢熱以有利的方式進一步用于在隨后的廢熱回收鍋爐中回收能量。排出氣體從而被冷卻，但通常尚未達到吸收或吸附所需的溫度水平，且因此它們通常在它們被引入二氧化碳分離設備中之前在再冷器中得到進一步冷卻。在此，二氧化碳從排出氣體分離，且被排出以用于進一步使用。二氧化碳含量低的排出氣體經由煙囪排放到環境中。例如，此類設備從WO2011/039072獲知。

此外，從EP2067941獲知，使用送風機來用于克服二氧化碳分離設備的壓力損失。

然而，使用送風機來克服二氧化碳分離設備的壓力損失并非沒有其問題。此類送風機必須傳送大容積流量，且具有對應的大尺寸和高慣性。

發明內容

在短時間內導致排出氣體容積流量的較大變化的燃氣渦輪的操作條件方面的急劇變化的情況下，送風機不可在沒有附加手段的情況下遵循快速的瞬變。特別是在燃氣渦輪的減載或緊急停機(跳閘)的情況下，排出氣體容積流量由于壓縮機導葉的快速停止和排出氣體溫度的降低而在幾秒內顯著地下降。在緊急停機期間，排出氣體容積流量可在5到10秒內降至滿負載排出氣體流的50%或更低。典型的排出氣體送風機沒有可調整導葉，且由于其高慣性，其緩慢停轉，即使在其驅動件被立即關閉時，且仍傳送容積流量，這顯著地高于燃氣渦輪的減少的排出氣體流。由于容積流量的該差異，在廢熱回收鍋爐和排出氣體管線中可生成危險的真空，且在最壞的情況下，可導致廢熱回收鍋爐的內爆。

本公開內容的一個目的在于指定一種具有二氧化碳分離的燃氣渦輪發電設備，其中，即使在操作條件急劇變化的情況下，廢熱回收鍋爐中的排出氣體側或排出氣體導管與周圍環境之間也沒有固有地產生的危險壓差。除燃氣渦輪發電設備之外，一種用于操作此類燃氣渦輪發電設備的方法也是本發明的主題。

具有二氧化碳分離的燃氣渦輪發電設備包括燃氣渦輪、燃氣渦輪后的廢熱蒸汽發生器、排出氣體送風機、使排出氣體中含有的二氧化碳從排出氣體分離且將其排出至二氧化碳出口的二氧化碳分離設備、和煙囪。

此外，排出氣體再冷器通常布置在廢熱回收鍋爐與排出氣體送風機之間。燃氣渦輪、廢熱回收鍋爐、排出氣體再冷器、排出氣體送風機、二氧化碳分離設備和煙囪借助于排出氣體管線或排出氣體導管而連接。排出氣體送風機通常布置在排出氣體再冷器下游，因為送風機然后必須傳送較低容積流量，且還經歷較低溫度。

根據具有二氧化碳分離的燃氣渦輪發電設備的一個型式，旁通煙囪布置在廢熱蒸汽發生器的出口與排出氣體送風機之間，且連接到連接件，所述連接件在從排出氣體管線到旁通煙囪的通流方向和從旁通煙囪到排出氣體管線的通流方向兩者上為防故障地開啟的。沿兩個通流方向防故障的開口有利地通向旁通煙囪中，因為開口的危險區域(熱氣體的流出或吸入到熱的排出氣體管線中)可靠地得到保護。

根據具有二氧化碳分離的燃氣渦輪發電設備的另一個型式，旁通煙囪與排出氣體管線的連接具有限定的壓力閾值，超過該閾值，從排出氣體管線到旁通煙囪中的氣體通流無阻礙。無阻礙意思是例如除進入煙囪中的壓力損失之外，入口中沒有其高于入口損失自身(即是說，從排出氣體管線到沒有附加配件的煙囪中的入口壓力損失)的附加壓力損失發生，或者附加壓力損失最多比入口壓力損失高一個數量級。

此外，超壓和欠壓的壓力閾值可選擇為排氣系統中的壓力損失的函數。例如，其將處于廢熱回收鍋爐的壓力損失的直到三分之一的數量級。通常，3到10mbar的壓力閾值(優選為約5mbar)適于確保可靠操作。

對于排出氣體管線內側與周圍環境之間的低于該壓力閾值的壓差，穿過旁通煙囪的通流可忽略，即是說，低于穿過排出氣體管線的全部通流的10%。取決于具體型式和操作狀態，在靜止操作期間，可接受直到穿過排出氣體管線的全部通流的20%的穿過旁通煙囪的通流。