二氧化碳分离的发电系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及发电系统和方法，该发电系统包括第一燃气轮机系统（１２），其包括第一燃烧室（２２），配置为燃烧基本上不含基于碳的燃料的第一燃料流。第一燃气轮机系统（１２）还包括第一压缩机（２４）和第一涡轮机（２８）。发电系统还包括第二燃气轮机系统（１６），其包括第二燃烧室（３４）。第一燃气轮机系统（１２）的第一压缩机（２４）配置为将第二部分的压缩氧化剂（３６）供给第二燃烧室（３４）。第二燃气轮机系统（１６）还包括第二涡轮机（３８）和第二压缩机（４４）。第二压缩机（４４）也配置为将循环流（４６）排放到第二燃烧室（３４），并将分流（４８）排放到适于回收二氧化碳的分离器系统（５０）中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及发电和二氧化碳的有效回收。更具体地，本专利技术涉及燃气轮机排气压缩/再循环和二氧化碳分离/回收的集成。
技术介绍
由于在燃烧过程中，碳转化为CO2，燃烧含碳(如化石燃料)的发电系统产生二氧化碳(CO2)作为副产物。由于废气的低CO2含量和低(环境)压力，从发电系统，如从燃气轮机的废气中除去和回收二氧化碳(CO2)通常是不经济的。因此不幸的是，包含CO2的废气通常会排放到大气中，而不是隔离的排放到海洋、矿山、油井、地质盐田贮藏处等。需要提供一种方法来经济地回收从依赖于含碳燃料的发电系统(如燃气轮机)排出的CO2。
技术实现思路
一方面，发电系统包括第一燃气轮机系统，该系统包括第一燃烧室，其被配置为燃烧基本上不含基于碳的燃料、主要为氢气的第一燃料流。第一燃气轮机系统还包括第一压缩机，其被配置为将第一部分的压缩氧化剂提供给第一燃烧室，和第一涡轮机，其被配置为接收来自第一燃烧室的第一排出物，并产生第一废气和电能。发电系统还包括第二燃气轮机系统，该系统包括第二燃烧室，其被配置为燃烧第二燃料流以产生第二排出物。第一燃气轮机系统的第一压缩机被配置为将第二部分的压缩氧化剂提供给第二燃烧室。第二燃气轮机系统还包括第二涡轮机，其被配置为接收来自第二燃烧室的第二排出物，以产生第二废气和电能，和第二压缩机，其被配置为接收包含二氧化碳的第二排出物。第二压缩机也被配置为将循环流排放到第二燃烧室，并将分流排放到适于回收二氧化碳的分离器系统中。另一方面，发电系统包括第一涡轮机系统，其被配置为燃烧基本上不含基于碳的燃料的富氢流，并排放基本上不含二氧化碳的废气。发电系统还包括第二涡轮机系统，其被配置为燃烧基于碳的燃料，并将富含二氧化碳的压缩流排放到适于回收二氧化碳的二氧化碳分离器中。第一涡轮机系统中的压缩机被配置为向第二涡轮机系统供应空气。发电系统不会将大量的二氧化碳排放到大气中。另一方面，提供一种方法，包括在第一涡轮机系统中燃烧氢气和第一部分的压缩氧化剂，并排放来自第一涡轮机系统的基本上不含二氧化碳的第一废气。该方法包括将来自第一涡轮机系统的第二部分的压缩空气引入到第二涡轮机系统，并在第二涡轮机系统中燃烧基于碳的化合物，且产生包含二氧化碳的第二废气。该方法还包括在第二涡轮机系统中内部循环第二涡轮机系统的第二废气，以在第二涡轮机系统中浓缩二氧化碳，并在二氧化碳分离器中从第二废气中回收二氧化碳。附图说明参照附图阅读以下的详细描述，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面以及优点，在所有附图中，相同的特征代表同样的部分，其中图1是根据本方法的实施方案示例性的集成发电系统和二氧化碳分离系统的流程图；图2是根据本方法的实施方案另一示例性的与氢气产生系统集成的发电系统的流程图；和图3是根据本方法的实施方案集成发电和二氧化碳回收的示例性方法的框图。具体实施例方式本方法提供了在发电系统中运行的、分享共同的压缩氧化剂供给的两个或多个的示例性燃气轮机系统。结果，在一个或多个用于回收由一个或多个的涡轮机产生的二氧化碳(CO2)的涡轮机系统中可省去压缩能力。在一个实施例中，第一涡轮机系统中的压缩机向第一涡轮机系统的燃烧室和第二涡轮机系统的燃烧室供应氧化剂(通过导管)，在第二涡轮机系统不含压缩机。如下面所讨论的，这种省去的压缩能力可用于二氧化碳(CO2)及一个或多个燃气轮机废气的其它组分的分离和回收。回收的CO2可作为产品销售或就地例如作为其它过程的原料消费。而且，CO2的这种回收可减少发电系统排放到环境中的CO2量。另外，如下面所讨论的，可使烃燃料的重整(例如通过蒸汽)与燃气轮机系统的运行集成，以进一步减少排放到环境中的CO2量。在特定构型中，至少一个涡轮机系统(即第一涡轮机系统)可燃烧氢气，因而排放基本不含二氧化碳的废气。而且，氢气原料可例如通过重整基于碳的燃料(如天然气，丙烷等)而就地产生。另一涡轮机系统(即第二涡轮机系统)可燃烧烃或基于碳的燃料，因而排放含有二氧化碳的废气。如指出的，第二涡轮机系统中不用的压缩机可用来便于从第二涡轮机的废气中分离和回收CO2，并最终减少从第二涡轮机系统的排放。有利的是，总结果可能是，发电系统消耗如天然气的基于碳的燃料而不向环境排放大量CO2。再有，回收的CO2也可提供经济效益，如销售或就地消耗。最后，虽然讨论集中在两个涡轮机系统，一个主要燃烧氢气，另一个燃烧基于碳的燃料，但应强调的是，本方法的两个涡轮机系统都可燃烧基于碳的燃料。如果这样，根据具体构型，CO2排放仍会减少，即减少一半或更多。而且，本方法包括各种方法构型，包括采用两个以上的涡轮机系统，将具有来自一个燃烧烃的涡轮机系统的CO2的废气，进料到另一个也燃烧烃的涡轮机系统的压缩机中，等等。现在转向附图，图1说明示例性的发电系统10，其具有配置为用于氢气原料14的第一燃气轮机系统12，和配置为用于烃原料18(如天然气、丙烷等)的第二燃气轮机系统16。在所述实施例中，通过氧化剂导管20从第一燃气轮机系统12向第二燃气轮机系统16供给氧化剂。在该实施例中，第一燃气轮机系统12包括第一燃烧室22，配置为燃烧第一燃料流(基本上不含基于碳的燃料、主要为氢气的氢气原料14)，第一压缩机24，配置为将第一部分的压缩氧化剂26提供给第一燃烧室22，和第一涡轮机28，配置为接收来自第一燃烧室22的第一排出物30，并产生第一废气32和电能。示例性的发电系统10也可包括第二燃气轮机系统16，其具有第二燃烧室36，配置为燃烧第二燃料流(烃原料18)，其中第一燃气轮机系统12的第一压缩机22配置为将氧化剂20供给(第二部分的压缩氧化剂36)第二燃烧室34。第二燃气轮机系统16还可包括第二涡轮机38，配置为接收来自第二燃烧室34的第二排放物40，并产生第二废气42和电能，和第二压缩机44，配置为接收包含二氧化碳的第二排放物40，并将循环流46排放到第二燃烧室34中，和将分流48排放到适于从分流48中回收二氧化碳的分离系统50中。在所述实施方案中，第一涡轮机系统12通常包括压缩机24、涡轮机28、转轴52，通过转轴52，涡轮机28驱动压缩机24。第一涡轮机系统还包括发电机454和第一热回收蒸汽发生器(下文称HRSG)56。类似地，第二涡轮机系统16通常包括压缩机44、涡轮机38、转轴42，通过转轴58，涡轮机38驱动压缩机44。第二涡轮机系统16还包括发电机60和第二热回收蒸汽发生器(下文称HRSG)62。在运行中，示例性的压缩机24和44为多级压缩机，其包括成排的固定轮叶和转动叶片。压缩机24引入空气264，并产生压缩空气流20。压缩空气流20被分成两个流。第一部分的压缩空气26被引入第一燃烧室22。第一燃烧室22配置为接收第一燃料流14和第一部分的压缩氧化剂26。第一燃料流14和氧化剂流26可预混合并注入第一燃烧室22中。在一些实施方案中，第一燃料14和第一部分的压缩氧化剂26可分别注入第一燃烧室22中。在此处描述的发电系统的各种实施方案中，氧化剂为环境空气。可以理解的是，来自压缩机24的压缩氧化剂20可包括其它任何合适的含氧气体，例如，富氧空气、贫氧空气和/或纯氧。第一燃烧室22中的燃烧过程产生第一排放流30。如说明的，来自第一燃烧室22的第一排放流30可被引入到第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电系统，包括：第一燃气轮机系统（１２），包括：第一燃烧室（２２），配置为燃烧主要为氢气的第一燃料（１４）流，该第一燃料流基本上不含基于碳的燃料；第一压缩机（２４），配置为将第一部分的压缩氧化剂（２６）提供给第一 燃烧室（２２）；和第一涡轮机（２８），配置为接收来自第一燃烧室（２２）的第一排出物（３０），并产生第一废气（３２）和电能；和第二燃气轮机系统（１６），包括：第二燃烧室（３４），配置为燃烧第二燃料（１８）流以产 生第二排出物（４０），其中第一燃气轮机系统（１２）的第一压缩机（２４）配置为将第二部分的压缩氧化剂（３６）供给第二燃烧室；和第二涡轮机（３８），配置为接收来自第二燃烧室（３４）的第二排出物，以产生第二废气（４２）和电能；和　 　第二压缩机（４４），配置为接收包含二氧化碳的第二排出物（４２），并将循环流（４６）排放到第二燃烧室（３４），将分流（４８）排放到适于回收二氧化碳的分离器系统（５０）中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C巴兰，MJ鲍曼，JR希布什曼二世，AT埃武莱特，JL莫莱森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]