从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法和发电站技术

本发明专利技术涉及电力生产领域，具体涉及从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法和发电站。所述发电站包括锅炉、装配有锅炉给水预热系统的蒸汽涡轮机单元、CO2捕集系统和热能储存系统，其中，该方法包括：所述发电站在低负荷条件下运行时，从所述锅炉给水预热系统抽取部分锅炉给水以储存至TES系统中，并使得所述CO2捕集系统中的吸收剂再生采用的热能部分或全部由来自储存于TES系统中的锅炉给水提供。本发明专利技术通过从锅炉给水中来抽取能量以解决热能提取受限的问题，采用TES系统以在低负荷运行阶段储存热能并在高负荷运行阶段释放热能以补偿吸收剂再生的蒸汽抽取，其能够更好地控制蒸汽循环体系并拓宽运行的动态范围。

Method of generating electricity from power stations operating under varying load conditions and power stations

【技术实现步骤摘要】
从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法和发电站
本专利技术涉及电力生产领域，具体涉及从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法和发电站。
技术介绍
燃煤发电站捕集CO2的方法之一是采用吸收剂从烟气中捕集CO2。例如，将含CO2烟气通过CO2洗涤器并与能够吸收CO2的吸收剂接触，从而使得烟气中CO2被吸收而得到CO2含量降低的烟气，而所得的富CO2吸收剂可以经过再生回用。该基于吸收剂的CO2捕集技术需要热能来再生吸收剂。通常对于燃煤发电站来说所需的热能为2-4GJ/吨CO2，这样取决于多种因素例如吸收剂的化学性质。蒸汽循环发电站通常包括至少两串联运行的蒸汽涡轮机。其中，高压蒸汽送至高压(HP)蒸汽涡轮机中产生电力，该HP涡轮机的废蒸汽则送至低压(LP)蒸汽涡轮机中产生电力。在某些情况下，蒸汽循环发电站还装配有中压(IP)蒸汽涡轮机以利用HP涡轮机的废蒸汽并将产生的废蒸汽送至LP蒸汽涡轮机中。对于伴有CO2吸收剂系统的发电站来说，现有的方法则是从一个或多个这样的涡轮机抽取蒸汽来提供所需的热能以满足吸收剂再生。目前在一些燃煤发电站的试点中，还包括从中压蒸汽涡轮机中抽取蒸汽的方式。在发电站中利用蒸汽提供吸收剂再生所需的热能通常具有两个缺点，一个是这样的操作将减少用于产生电力的蒸汽量，从而降低了该发电站的总电力输出，也降低了发电站的净热效率。第二缺点是蒸汽将从一个蒸汽涡轮机的一个或多个提取点处抽取，这样将减少抽取点涡轮机下游的总质量流量，从而换过来降低涡轮机的输出功率，使得涡轮机更难控制。另外，维持蒸汽涡轮机的运作是需要最低量的蒸汽量的，这就意味着采取抽取蒸汽的方式存在一个实际的能量抽取极限。考虑到可再生能源在电网系统高呼吁现状，石化燃料热发电站更需要直面其在变化的负荷下运行的处境，包括在很长一段时间低负荷运行。变化的负荷下使得发电站的运行更难控制，而需要抽取蒸汽给CO2捕集体系的系统在变化的负荷下运行更为困难。在高负荷运行下，较有利的是发电站利用更多的热能来产生更多的电能而不是用于其他地方，然而，对更多依靠燃料燃烧产生的热能的需求，也意味着更多的CO2的产生，便又需要更多的热能来再生用于从烟气捕集CO2的吸收剂。另一方面，在低负荷运行时，发电站仅需较少的热能即可满足电力需求，从而导致发电站通常在这一阶段处于比定额功率更低的电力输出运行。目前有许多研究来评价在变化的负荷条件下运行的CO2捕集系统提取价值的方法可行性。其中一种方法是，在高负荷运行时将富CO2吸收剂储存起来，并在低负荷运行时进行再生，这样可以使得蒸汽提取与电力生产需求曲线相符合。然而，该方法需要额外的空间来装吸收剂，并且需要吸收剂储存的装置以及抽提系统，因此并不优选。并且，富CO2吸收剂通常比贫CO2吸收剂以更高的速率降解，因此储存富吸收剂将导致吸收剂更快损失，从而成本更高。另一种方法包括仅在排放价值(或监管处罚)能够与运行捕集系统持平时才捕集CO2。该方法在很多时候都是不可行的，例如监管组织要求绝对CO2总排放量持续保持低于某个水平或者设置了绝对的CO2排放上限。US9,617,915B2公开了采用热能储存(TES)装置在联合循环发电系统中补偿吸收剂再生。其中，标准的联合循环发电系统包括附带有蒸汽涡轮机的燃气轮机。该方法中将燃气轮机废气的热能在余热回收蒸汽发生器中产生蒸汽，并用于发动蒸汽涡轮机。在US9,617,915B2中，当该发电站处于低负荷模式下时将抽取至蒸汽涡轮机释放的蒸汽的热能储存至TES系统中，而当该发电站处于高负荷模式时将所储存的热能便释放。通过该方式，TES系统将使得低负荷阶段的热能转至高负荷阶段，以提供给捕集系统的吸收剂再生用，从而更多的能量可用于产生电力而不是在电力需求高的时候用于CO2捕集系统。在US9,617,915B2中，TES系统是直接通过从蒸汽涡轮机出来的蒸汽而补充热能的，这意味着是HP涡轮机、IP涡轮机和LP涡轮机所排放的蒸汽。本领域的技术人员应当理解的是，该方法仅能够采用HP和IP涡轮机中排放的蒸汽，因为它们具有足够高的温度来再生吸收剂而无需另外加热。从LP蒸汽涡轮机排放的蒸汽温度太低无法在不另外加热下再生吸收剂。即便是在低负荷操作阶段从HP涡轮机和IP涡轮机中提取的热能也受限于蒸汽提取点下游的涡轮机运行的维持。降低质量流量将导致提取的热能必然具有上限值由此使得过程难以控制，且降低效率，甚至在极端情况导致提取点下游的蒸汽涡轮机停运。其他的现有技术包括(1)单独产生热能来用于吸收剂再生(例如采用聚光太阳能发电或者增补的锅炉)；以及(2)采用热能储存的太阳能预热锅炉给水以补偿电力产生。这些方法具有的缺陷是它们需要额外的设备和操作步骤，并且其中的热能储存(TES)系统仅用于聚光太阳能发电(CSP)中转换负荷和生产。这些太阳热能方法受限于太阳能收集器的功效，而太阳能收集器的功效又受限于当地太阳日照(通常在200W/m2左右)。在日照为200W/m2时，且假设光转换为热能的效率为100％下，至少为0.1km2的区域需要产生20MW的热能。因此，本领域的需求是控制发电站的电力产生来满足高峰电力需求，同时能够适应因引进CO2捕集系统控制发电站废气排放而导致的寄生电力负荷。在高峰电力需求时，通常CO2捕集系统的寄生负荷将限制发电站的最大输出。在一些情况下，净电力输出将低于需求电力。为此提高电力输出的能力是此时所需求的。事实上，从蒸汽涡轮机抽取蒸汽对系统的效率和可控性上都具有不良影响。因此，有必要提供一种抽取并储存热能的方法，以降低这些不良影响。还需要通过采用低负荷运行下储存的热能来在高负荷运行下恢复CO2，以改善在变化的负荷下运行的发电站整个CO2捕集系统的经济效益。更具体地，选择在低电力需求的低负荷运行阶段储存热能将遭受热能提取量和质量(温度)的限制，该限制将直接受到从蒸汽循环的蒸汽中提取能量的方式的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法和发电站，其中，该方法能够改善发电站的总输出量并降低运行CO2捕集系统的成本。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法，所述发电站包括锅炉、装配有锅炉给水预热系统的蒸汽涡轮机单元、CO2捕集系统和热能储存(TES)系统，其中，该方法包括：所述发电站在低负荷条件下运行时，从所述锅炉给水预热系统抽取部分锅炉给水以储存至TES系统中，并使得所述CO2捕集系统中的吸收剂再生采用的热能部分或全部由来自储存于所述TES系统中的锅炉给水提供。本专利技术第二方面提供一种伴CO2捕集系统的发电站，该发电站包括：锅炉、装配有锅炉给水预热系统的蒸汽涡轮机单元、CO2捕集系统和热能储存(TES)系统；其中，TES系统与所述锅炉给水预热系统和CO2捕集系统相连，以使得所述发电站在低负荷条件下运行时，从所述锅炉给水预热系统抽取部分锅炉给水以储存至TES系统中，并使得所述CO2捕集系统中的吸收剂再生采用的热能部分或全部由来自储存于所述TES系统中的锅炉给水提供。本专利技术通过从锅炉给水中来抽取能量以解决热能提取受限的问题。在低负荷运行阶段储存的热能将在高负荷运行阶段用于恢复CO2。采用热能储存系统以在低负荷运行阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法，其特征在于，所述发电站包括锅炉、装配有锅炉给水预热系统的蒸汽涡轮机单元、CO2捕集系统和热能储存(TES)系统，其中，该方法包括：所述发电站在低负荷条件下运行时，从所述锅炉给水预热系统抽取部分锅炉给水以储存至TES系统中，并使得所述CO2捕集系统中的吸收剂再生采用的热能部分或全部由来自储存于所述TES系统中的锅炉给水提供。

【技术特征摘要】
1.一种从在变化的负荷条件下运行的发电站生产电力的方法，其特征在于，所述发电站包括锅炉、装配有锅炉给水预热系统的蒸汽涡轮机单元、CO2捕集系统和热能储存(TES)系统，其中，该方法包括：所述发电站在低负荷条件下运行时，从所述锅炉给水预热系统抽取部分锅炉给水以储存至TES系统中，并使得所述CO2捕集系统中的吸收剂再生采用的热能部分或全部由来自储存于所述TES系统中的锅炉给水提供。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述CO2捕集系统采用溶剂作为吸收剂来吸收CO2。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述蒸汽涡轮机单元包括高压(HP)蒸汽涡轮机、中压(IP)蒸汽涡轮机和低压(LP)蒸汽涡轮机，其中，在低负荷条件下从IP/LP交界处抽取LP蒸汽以为所述CO2捕集系统中的吸收剂再生提供热能，且在高负荷条件下用于在所述CO2捕集系统中再生吸收剂的热能包括储存于TES系统中的热能。4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于在高负荷条件下用于在所述CO2捕集系统中再生吸收剂的总热能，由所述TES系统提供的用于再生吸收剂的热能比率为至少25％，优选为至少50％。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述锅炉给水预热系统包括脱气器，且该方法包括从所述脱气器中抽取部分锅炉给水至所述TES系统中以储存作为热源；优选地，基于所述脱气器中的锅...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·卢，顾佑宗，S·辛格，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11