用于发电设施的改进的二氧化碳捕集界面制造技术

在发电设施(10)中，其中流化床燃烧装置(12)产生蒸汽以驱动汽轮发电机(32)，热回收蒸汽发生器(20)产生用于汽轮发电机的蒸汽。将来自汽轮发电机的电力导至驱动空气压缩机(36)的电动机(40)。空气压缩机将增压空气提供回至流化床燃烧装置(12)以促进燃料燃烧。将来自热回收蒸汽发生器的烟道气选择性导至CO

【技术实现步骤摘要】
用于发电设施的改进的二氧化碳捕集界面专利技术背景专利
本文所公开的专利技术涉及化石燃料发电设施，更特别地，使得该设施适于从燃烧废气中移除和捕集二氧化碳的系统。现有技术论述用于燃烧化石燃料以产生电能的各种商业系统和方法已应用许多年了。使用该系统的一个困难之处在于，它们排放出大量的二氧化碳—一种温室气体。据信温室气体如二氧化碳在大量释放至大气中时会导致有害后果。因此，化石燃料电厂已注重于具有更低温室气体排放的系统和方法。一种更有效燃烧化石燃料且因此产生更低二氧化碳排放物的系统利用了称为增压流化床燃烧的技术。在该系统中，将燃料如煤炭引入增压容器中并燃烧，同时使空气料流强制通过该燃料。发现与一些其它系统和方法相比，这导致煤炭燃烧更完全且二氧化碳排放更低。观察到一种从增压流化床燃烧的废气排放中移除和捕集二氧化碳的方法可进一步减少二氧化碳排放，条件是该方法能与流化床燃烧技术相容。一种从气体料流中移除和捕集二氧化碳的方法称为Benfield方法。在Benfield方法中，在碳酸钾的增压水溶液中吸收二氧化碳和其它气态组分。已发现当与增压流化床系统联用时，Benfield方法是有效的，条件是满足Benfield方法的操作条件。特别地，必须满足最高操作温度、二氧化硫和氮氧化物(nitrousoxide)的浓度。由于增压流化床燃烧方法废气中的温度、二氧化硫和氮氧化物相对于那些要求较高，因此需要在增压流化床燃烧方法和Benfield方法之间的界面。美国专利8,752,384显示并描述了一种用于与增压流化床燃烧方法联用的Benfield方法中的界面。在该系统中，将来自增压流化床燃烧容器的废气提供至热回收蒸汽发生器中。所述热回收蒸汽发生器利用废气的一部分热能，从而将给水转化成蒸汽。然后使用所述蒸汽来驱动汽轮发电机，并使用汽轮发电机的电能来驱动电动机，所述电动机驱动空气压缩机。所述空气压缩机将供入增压流化床燃烧容器的空气加压。通过移除颗粒物和二氧化硫而对离开热回收蒸汽发生器的废气进行调节，然后提供至Benfield处理装置以移除和捕集二氧化碳。在启动期间，经调节的废气(也称为烟道气)并不满足Benfield方法的温度要求，因此将烟道气转至绕开Benfield处理装置。为了使得该系统更有效，借助第二设备—气体膨胀机来驱动将空气压入增压流化床燃烧容器的空气压缩机。所述气体膨胀机将烟道气中的能量转化成与空气压缩机偶联的轴中的机械功。该系统的一个困难之处在于，烟道气在气体膨胀机中的膨胀导致烟道气温度降低。在一些情况下，这可导致在气体膨胀机中结冰或者可导致烟道气在空气排放烟囱中形成酸性冷凝物。该困难无法通过使烟道气保持通常较高温度而避免，因为该较高的烟道气温度与用于移除二氧化碳的Benfield方法不相容。因此，现有技术需要一种发电系统，其中使用Benfield技术从废气中移除二氧化碳的增压流化床燃烧装置还保持烟道气中的足够高的温度，从而避免与气体膨胀机和空气排放烟囱中的低温条件有关的困难。专利技术简述根据本文所公开的专利技术，一种发电设施可包括增压流化床燃烧装置，其具有使得该设施与用于从燃烧气体中移除二氧化碳的装置相容的界面。所述界面可包括热回收蒸汽发生器，其响应于给水且结合增压流化床燃烧装置的废气而产生蒸汽。汽轮发电机可响应于由热回收蒸汽发生器提供的蒸汽而产生电能。为增压流化床燃烧装置提供增压空气的空气压缩机可具有第一驱动器如变速电动机，其与汽轮发电机电连接且与空气压缩机机械偶联。在瞬时启动条件下，驱动空气压缩机以将增压空气送入流化床燃烧装置的变速电动机的电力可由公用工程电力或本文所公开的发电循环外部的其它源提供。空气压缩机也可具有可为气体膨胀机的第二驱动器，其接收烟道气且与空气压缩机机械偶联。在一个实施方案中，第一换热器接收来自热回收蒸汽发生器的烟道气，第二换热器将烟道气排至气体膨胀机。在从第一气体膨胀机流至第二气体膨胀机的烟道气的通路中可包括用于移除和捕集二氧化碳的设备。第一换热器和第二换热器还可各自具有相应的输入口和输出口，其中第一换热器的输入口与第二换热器的输出口相连且第一换热器的输出口与第二换热器的输出口连接，从而建立通过第一和第二换热器的输入口和输出口的封闭流路。经由该封闭流路的热流体循环可将通过第一换热器的烟道气的热量传输至通过第二换热器的烟道气，从而将热量从第一换热器传输至第二换热器。这可导致从第二换热器流出的烟道气的温度高于从第一换热器流出的烟道气的温度。从第二换热器流至气体膨胀机的烟道气的温度足够高，从而避免气体膨胀机中的结冰条件以及避免在空气排放烟囱中形成酸性冷凝物。优选地，在到达二氧化碳处理装置之前，对从所述第一换热器流至所述第二换热器的烟道气进行调节。该调节可包括移除颗粒物、移除二氧化硫和移除氮氧化物。以此方式移除颗粒物、二氧化硫和氮氧化物可改进二氧化碳移除和捕集装置的操作条件。在第一和第二换热器之间的烟道气的较低烟道气温度移除颗粒物还允许使用金属基体过滤器，其成本低于设计用来在较高温度使用的过滤器。还优选地，本文所公开的专利技术可包括具有用于包括增压流化床燃烧装置的发电设施的界面的实施方案，和其中所述设施适于从增压流化床燃烧装置的废气中移除二氧化碳的装置。所述界面可包括热回收蒸汽发生器，当将给水提供至进水口且结合来自提供的增压流化床燃烧装置的废气时，所述热回收蒸汽发生器在蒸汽输出口处产生蒸汽且在废气输出口处产生烟道气。汽轮发电机与热回收蒸汽发生器的蒸汽输出口相连，从而使得汽轮发电机产生电力。与增压流化床燃烧装置的空气进料相连的空气压缩机具有电动机，所述电动机与汽轮发电机电连接且与空气压缩机机械偶联。空气压缩机也可具有作为气体膨胀机的第二驱动器，其可响应于烟道气且可与空气压缩机选择性机械偶联。与气体膨胀机的气体输入口连通的换热器可具有与热回收蒸汽发生器的蒸汽输出口连通的热流体输入口，从而使得换热器能提高流入气体膨胀机中的烟道气的温度。还优选地，在所公开的界面中，所述热回收蒸汽发生器的烟道气输出与用于从废气中移除二氧化碳的装置的上游侧连通，且换热器的烟道气输入口与用于从废气中移除二氧化碳的装置的下游侧连通。可以建立热回收蒸汽发生器，从而使来自热回收蒸汽发生器的烟道气的温度与用于从烟道气中移除二氧化碳的装置所需的烟道气操作温度相容。对本领域技术人员而言，本文所公开专利技术的其它实施方案、特征和优点将随着若干其本文优选实施方案的下文描述而变得显而易见。附图简介附图显示了本文所公开专利技术的若干本文优选实施方案，其中：图1是发电设施的示意图，其包括用于移除二氧化碳的装置的改进的界面。所述界面具有在第一和第二换热器之间进行的热流体的闭合回路循环，从而将热量从二氧化碳移除装置的上游位置传输至二氧化碳移除装置的下游位置；和图2为发电设施的示意图，其包括用于移除二氧化碳的装置的另一改进界面。所述界面具有热回收蒸汽发生器，其将来自增压流化床燃烧装置的烟道气的温度降至与二氧化碳移除装置相容的温度。所述热回收蒸汽发生器还为提高流至气体膨胀机的烟道气的温度的换热器提供蒸汽。本文所优选的实施方案的描述所公开专利技术的本文所优选的实施方案的一个示意图示于图1中，其中用于产生电力的设施10包括增压流化床燃烧装置12(本文称为“PFBCU12”)。PFBC本文档来自技高网...

【技术保护点】
界面，用于发电设施中，所述发电设施包括增压流化床燃烧装置，其中经由空气进料将空气提供至燃料床；和具有蒸汽输入口的汽轮发电机，其与所述流化床燃烧装置的蒸汽输出口连接且响应于提供至所述蒸汽输入口的蒸汽而产生电力；所述界面使所述发电设施适于与从所述增压流化床燃烧装置的废气中移除二氧化碳的二氧化碳捕集装置相容，所述界面包括：热回收蒸汽发生器，其具有用于接收水的进水口、用于接收来自所述增压流化床燃烧装置的废气的废气输入口、与所述进水口连通且与所述汽轮发电机的蒸汽输入口连接的蒸汽输出口、与所述废气输入口连通的废气输出口，和将所述进水口和所述蒸汽输出口与所述废气输入口和所述废气输出口隔离的传热构件，所述热回收蒸汽发生器响应于提供至所述进水口的水且结合从所述增压流化床燃烧装置至所述废气输入口的废气而在所述蒸汽输出口处产生至所述汽轮发电机的蒸汽且在所述废气输出口处产生废气；空气压缩机，其具有与所述增压流化床燃烧装置的空气进料连接的输出口，所述空气压缩机具有作为电动机的第一驱动器，其与所述汽轮发电机电连接且与所述空气压缩机机械偶联，所述空气压缩机还具有作为气体膨胀机的第二驱动器，其具有气体输入口，所述气体膨胀机响应于流入所述气体输入口的气体流且与所述空气压缩机选择性地机械偶联；第一热提取换热器，其具有烟道气输入口和与所述烟道气输入口连通的烟道气输出口，所述热提取换热器还具有热流体输入口和与第一热流体输入口连通的热流体输出口；和热增加换热器，其具有烟道气输入口和与所述烟道气输入口连通的烟道气输出口，所述热增加换热器还具有热流体输入口和与所述热流体输入口连通的热流体输出口，所述热提取换热器的烟道气输入口与所述热回收蒸汽发生器的烟道气输出连通，所述热提取换热器的烟道气输出口与所述热增加换热器的烟道气输入口连通，所述热提取换热器的热流体输入口与所述热增加换热器的热流体输出口连通，且所述热提取换热器的热流体输出口与所述热增加换热器的热流体输入口连通，从而提供封闭通路，其中热流体循环通过所述热提取换热器且通过所述热增加换热器以将通过热提取换热器的烟道气的热量传输至通过热增加换热器的烟道气，从而使得从所述热增加换热器的烟道气输出口流至所述气体膨胀机的所述输入口的烟道气的温度高于从所述热提取换热器的烟道气输出口流出的烟道气的温度。...

【技术特征摘要】
2015.12.08 US 14/962,5591.界面，用于发电设施中，所述发电设施包括增压流化床燃烧装置，其中经由空气进料将空气提供至燃料床；和具有蒸汽输入口的汽轮发电机，其与所述流化床燃烧装置的蒸汽输出口连接且响应于提供至所述蒸汽输入口的蒸汽而产生电力；所述界面使所述发电设施适于与从所述增压流化床燃烧装置的废气中移除二氧化碳的二氧化碳捕集装置相容，所述界面包括：热回收蒸汽发生器，其具有用于接收水的进水口、用于接收来自所述增压流化床燃烧装置的废气的废气输入口、与所述进水口连通且与所述汽轮发电机的蒸汽输入口连接的蒸汽输出口、与所述废气输入口连通的废气输出口，和将所述进水口和所述蒸汽输出口与所述废气输入口和所述废气输出口隔离的传热构件，所述热回收蒸汽发生器响应于提供至所述进水口的水且结合从所述增压流化床燃烧装置至所述废气输入口的废气而在所述蒸汽输出口处产生至所述汽轮发电机的蒸汽且在所述废气输出口处产生废气；空气压缩机，其具有与所述增压流化床燃烧装置的空气进料连接的输出口，所述空气压缩机具有作为电动机的第一驱动器，其与所述汽轮发电机电连接且与所述空气压缩机机械偶联，所述空气压缩机还具有作为气体膨胀机的第二驱动器，其具有气体输入口，所述气体膨胀机响应于流入所述气体输入口的气体流且与所述空气压缩机选择性地机械偶联；第一热提取换热器，其具有烟道气输入口和与所述烟道气输入口连通的烟道气输出口，所述热提取换热器还具有热流体输入口和与第一热流体输入口连通的热流体输出口；和热增加换热器，其具有烟道气输入口和与所述烟道气输入口连通的烟道气输出口，所述热增加换热器还具有热流体输入口和与所述热流体输入口连通的热流体输出口，所述热提取换热器的烟道气输入口与所述热回收蒸汽发生器的烟道气输出连通，所述热提取换热器的烟道气输出口与所述热增加换热器的烟道气输入口连通，所述热提取换热器的热流体输入口与所述热增加换热器的热流体输出口连通，且所述热提取换热器的热流体输出口与所述热增加换热器的热流体输入口连通，从而提供封闭通路，其中热流体循环通过所述热提取换热器且通过所述热增加换热器以将通过热提取换热器的烟道气的热量传输至通过热增加换热器的烟道气，从而使得从所述热增加换热器的烟道气输出口流至所述气体膨胀机的所述输入口的烟道气的温度高于从所述热提取换热器的烟道气输出口流出的烟道气的温度。2.根据权利要求1的界面，其中所述热提取换热器的烟道气输出和所述热增加换热器的烟道气输入可以以第一状态与所述二氧化碳捕集装置选择性地连接，且可以以第二状态与避开所述二氧化碳捕集装置的旁通管线选择性地连接，当所述热提取换热器的烟道气输出和所述热增加换热器的烟道气输入以第二状态与所述旁通管线连接时，不存在热流体通过所述热提取换热器和所述热增加换热器的循环，从而当所述二氧化碳捕集装置工作时和当所述二氧化碳捕集装置被绕开时，保持所述气体膨胀机的一致条件。3.根据权利要求2的界面，其中所述热提取换热器的烟道气输出和所述热增加换热器的烟道气输入可以以第一状态与所述二氧化碳捕集装置选择性地连接，且可以以第二状态与避开所述二氧化碳捕集装置的旁通管线选择性地连接，当所述热提取换热器的烟道气输出和所述热增加换热器的烟道气输入以第二状态与所述旁通管线连接时，烟道气绕开所述热提取换热器和所述热增加换热器，从而当所述二氧化碳捕集装置工作时和当所述二氧化碳捕集装置被绕开时，保持所述气体膨胀机的一致条件。4.根据权利要求1的界面，其中当二氧化碳捕集装置从废气中移除二氧化碳时，所述热流体处于闭合回路中。5.根据权利要求1的界面，其中在所述热提取换热器的输出和所述热增加换热器的输入之间的烟道气通路中包括金属介质过滤器。6.根据权利要求5的界面，其中所述系统包括二氧化硫捕集装置，其位于所述热提取换热器的烟道气输出和所述热增加换热器的烟道气输入之间。7.根据权利要求1的界面，其中所述换热器进一步将热量传输至给水。8.根据权利要求1的界面，其中从所述废气...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·O·泊尔维，
申请(专利权)人：E·O·泊尔维，
类型：发明
国别省市：美国,US