具有CO2捕获的混合动力式发电设备制造技术

一种电力产生设施包括：发电设备，该发电设备燃烧燃料以产生用于生成电的能量和排气；排放物捕获单元，该排放物捕获单元用于接收排气以去除污染物；燃料电池，该燃料电池用于通过成分的反应来生成电，并且提供副产物热以运转排放物捕获单元；和电解器，该电解器用于从水副产物来生成用于该燃料电池的成分，所述水副产物接收自燃料电池且由反应过程引起。一种具有排放物捕获单元的生成动力的方法包括：提供混合动力式发电设备，该混合动力式发电设备被配置为利用电解器使用电输入来从水输入生成氢气和氧气，利用燃料电池从电解器的氢气和氧气生成电、热和水输入，以及利用排放物捕获单元使用来自燃料电池的热来从排气中捕获排放物。放物。放物。

【技术实现步骤摘要】
具有CO2捕获的混合动力式发电设备
[0001]优先权申请
[0002]本申请要求2021年6月11日提交的美国临时专利申请序列号63/209,457的优先权，其内容通过引用以其整体并入本文。


[0003]本文件总体上但不作为限制涉及在燃气涡轮联合循环(GTCC)发电设备中使用的动力循环。更具体地，但不作为限制，本申请涉及用于减少GTCC发电设备中的排放物的系统。

技术介绍

[0004]在燃气涡轮联合循环(GTCC)发电设备中，用于燃气涡轮发动机的燃烧器可以使用各种不同的燃料来运转。燃气涡轮燃烧器通常设计用于为当前的大型GTCC发电设备燃烧天然气(或液体)燃料。氢燃料(H2)的燃烧不会产生二氧化碳(CO2)排放物。为了在GTCC发电设备中燃烧H2，通常重新设计燃烧系统以适应天然气(或液体燃料)与H2之间的性质方面的差异。典型的燃气涡轮(GT)可以处理与天然气组合的约30％至约50％(vol％)的H2。如果使用30/70或50/50分配的H2和天然气，则用于当前燃烧器设计的涡轮入口温度(T1t)可能会降低(降低额定值)，以实现由燃烧天然气引起的相似的氮氧化物(NOx)排放物水平。例如，H2在更热的温度下燃烧，并且由此在排放物中形成更多的氮。因此，为了维持与天然气相同的氮氧化物(NOx)排放物，GTCC的性能由于降低额定值的涡轮入口温度而将在动力输出和热效率方面受到影响。为了出于环境考量而促进CO2排放物的减少，燃烧100％的H2燃料是理想的。

技术实现思路

[0005]本专利技术人已经认识到，在动力循环中要解决的问题可能包括当使用具有以天然气和H2燃料中的一种或组合来运转的GTCC的CO2捕获系统时发生的运转损失。尽管将H2与天然气混合产生比仅燃烧天然气燃料更少的CO2排放物，但仍希望尽量最小化或消除CO2排放物和诸如NOx之类的其它排放物。因此，许多GTCC系统采用CO2捕获系统，燃气涡轮发动机的烟道气在被释放到环境之前最终行进通过该CO2捕获系统。通常采用的CO2捕获技术利用热作为输入，以实现所涉及的期望的化学过程。考虑到GTCC发电设备中的这种热识别该系统的整体效率下降。
[0006]本主题可以帮助提供对该问题和其它问题的解决方案，例如通过使用燃料电池和电解器与CO2捕获单元相结合来减少GTCC发电设备的排放物，相比于与CO2捕获系统一起以传统方式运转的传统GTCC发电设备相比，具有更高的整体效率。可以运转电解器以产生H2和O2输出，同时使用电解器的H2和O2输出来运转燃料电池以产生水和热输出。水可以被用于供给电解器，并且热可以被用作CO2捕获单元的输入。燃料电池的增加的电输出可以导致比以传统方式使用CO2捕获单元更高的整体系统效率(例如，使用来自GTCC发电设备的热输
入)，特别是当使用可再生能量来向电解器提供运转动力时。
[0007]在一示例中，电力产生设施可以包括：联合循环发电设备，所述联合循环发电设备包括燃气涡轮发动机和蒸汽系统，所述燃气涡轮发动机被配置为燃烧燃料以产生排气，所述燃气涡轮发动机能够被用于产生用于生成电的旋转轴动力，所述蒸汽系统被配置为利用所述排气产生蒸汽以旋转蒸汽涡轮以用于生成额外的电；排放物捕获单元，所述排放物捕获单元被配置为接收所述排气以去除污染物；燃料电池，所述燃料电池被配置为通过成分的反应过程来生成电，并且提供副产物热以运转所述排放物捕获单元；和电解器，所述电解器被配置为从水副产物来生成用于所述燃料电池的成分，所述水副产物接收自燃料电池且由反应过程引起。
[0008]在另一示例中，去除来自联合循环发电设备的排放物的方法可以包括提供混合动力式发电设备，所述混合动力式发电设备被配置为：用电解器使用电输入来从水输入生成氢气和氧气；用燃料电池从所述电解器的至少所述氢气生成电和热；以及将来自所述燃料电池的热的至少一些热传递到排放物捕获单元，所述排放物捕获单元被配置为接收来自所述联合循环发电设备的燃气涡轮发动机的排气。
[0009]该概述旨在提供本专利申请的主题的概述。其不旨在提供对本专利技术的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的其它信息。
附图说明
[0010]图1是具有排放物捕获单元、燃料电池和电解器的混合动力式联合循环发电设备的示意图。
[0011]图2是图示使用排放物捕获单元、燃料电池和电解器的、用于捕获来自联合循环发电设备的排放物的方法的示意线图。
[0012]在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以描述不同的视图中的相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式总体地图示了本文件中所讨论的各种不同的实施例。
具体实施方式
[0013]图1是与联合循环发电设备18协作地运转的具有排放物捕获单元12、燃料电池14和电解器16的混合动力式联合循环发电设备10的示意图。联合循环发电设备18可以包括燃气涡轮发动机20、热回收蒸汽发生器(HRSG)22和蒸汽系统24。
[0014]燃气涡轮发动机20可以包括压缩机26、燃烧器28和涡轮30，该燃气涡轮发动机20可以在空气A和燃料F的输入的情况下运转以驱动发电机32。燃气涡轮发动机20可以由于燃烧空气A和燃料F而产生排气EA。如本领域已知的，热回收蒸汽发生器(HRSG)22可以运转利用排气E来加热蒸汽以旋转蒸汽涡轮34的底循环，并且利用发电机36产生电。离开蒸汽涡轮34的蒸汽可以通过其它装备(诸如，冷凝器)而被冷凝，以将水返回到HRSG22。
[0015]排气E可以行进通过HRSG 22并且进入排放物捕获单元12中，该排放物捕获单元12可以从排气中捕获CO2以用于在存储单元38处封存或容纳，之后排气E
′
被释放到大气。排放物捕获单元12可以利用由燃料电池14提供的热Q输入(通过低压力LP蒸汽)来运转，并且可以输出冷凝物C。如在本公开的混合动力式发电设备中使用的排放物捕获单元12可以包括
CO2捕获单元。然而，混合动力式联合循环发电设备10可以附加地利用其它类型的用于NOx、CO和VOC的排放物捕获单元，可以使用SCR和CO催化剂来去除NOx、CO和VOC。
[0016]由于来自电解器16的氢气(H2)反应，燃料电池14可以产生热Q和电力P。可以在压缩机40的协助下通过电解器16将氢气H2提供到燃料电池14。在示例中，如图1所示，由电解器16产生的O2可以经由压缩机42提供给燃料电池14，然而，本公开的范围不受此限制，并且应当包括例如经由其它源(诸如，大气空气)向燃料电池14提供O2。燃料电池14可以产生水H2O副产物，该水H2O副产物可以被供给到电解器16以产生在燃料电池14中使用的H2和O2。同样地，尽管图1所示的实施例描绘了经由燃料电池的H2O副产物向电解器提供水，但是本公开的范围不受此限制，并且应当包括例如从其它水源(诸如，市政水供应源或地下水供应源)向电解器提供水。
[0017]电解器16可以利用来自电力源44的电输入以将水H2O转化为氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力产生设施，包括：联合循环发电设备，所述联合循环发电设备包括：燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机被配置为燃烧燃料以产生排气，所述燃气涡轮发动机能够被用于产生用于生成电的旋转轴动力；和蒸汽系统，所述蒸汽系统被配置为利用所述排气产生蒸汽以使蒸汽涡轮旋转以生成额外的电；排放物捕获单元，所述排放物捕获单元被配置为接收所述排气以去除污染物；燃料电池，所述燃料电池被配置为通过成分的反应过程来生成电，并且提供副产物热以使所述排放物捕获单元运转；和电解器，所述电解器被配置为生成用于所述燃料电池的所述成分中的至少一种成分。2.根据权利要求1所述的电力产生设施，其中，所述燃料是50％至70％的天然气。3.根据权利要求1所述的电力产生设施，其中，所述燃料是100％的天然气。4.根据权利要求1所述的电力产生设施，其中，所述排放物捕获单元包括从所述排气中去除CO2的CO2捕获系统。5.根据权利要求4所述的电力产生设施，其中，所述CO2捕获系统包括单乙醇胺气体处理系统。6.根据权利要求1所述的电力产生设施，其中，所述燃料电池包括低温燃料电池，所述低温燃料电池选自包括碱性燃料电池(AFC)和磷酸燃料电池(PAFC)中的至少一种的组。7.根据权利要求1所述的电力产生设施，其中，所述燃料电池产生作为副产物的水，并且所述电解器被配置为从水副产物生成作为所述成分中的所述至少一种成分的H2气体。8.根据权利要求7所述的电力产生设施，还包括存储系统，所述存储系统用于存储由所述电解器生成的H2。9.根据权利要求7所述的电力产生设施，还包括冷却器，所述冷却器定位于所述燃料电池与所述电解器之间，以在所述水副产物进入所述电解器之前冷却所述水副产物。10.根据权利要求1所述的电力产生设施，还包括压缩机，所述压缩机用于对待从所述电解器提供至所述燃料电池的所述成分中的所述至少一种成分加压。11.根据权利要求1所述的电力产生设施，还包括热交换器，所述热交换器被配置为将来自所述燃料电池的副产物热经由...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明，
申请(专利权)人：三菱动力美洲株式会社，
类型：发明
国别省市：