具有ＣＯ２捕获和压缩的发电厂制造技术

由于ＣＯ２识别为主要温室气体，因而其捕获和存储对于控制全球变暖是关键的。ＣＯ２捕获和压缩设备的灵活操作将增加设计用于ＣＯ２捕获和压缩的发电厂（１）的竞争力且将允许更早引入这种类型的发电厂。本发明专利技术的主要目的是通过利用附加灵活性来改进发电厂频率响应特性，可以通过控制ＣＯ２捕获和压缩系统的功率消耗来实现。一个具体目的是在发电厂（１）不卸载至部分负载的情况下提供用于低频事件的功率备用。这通过ＣＯ２捕获系统的功率消耗用于控制发电厂（１）的净输出（Ｄ）的操作方法实现。除了该方法之外，设计成根据该方法操作的发电厂（１）也是本发明专利技术的主题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有C02捕获和压缩的发电厂及其在频率响应期间的操作。
技术介绍
近年来，明显的是温室气体的生成导致全球变暖，且温室气体产生的进一步增加 将进一步加速全球变暖。由于C02( 二氧化碳)被识别为主要温室气体，因此CCS(碳捕获 和存储)被认为是减少温室气体释放到大气中和控制全球变暖的一种可能的主要手段。在 该上下文中，CCS定义为C02捕获、压缩、输送和存储的过程。捕获定义为在碳基燃料燃烧 之后从废气去除C02的过程或在燃烧之前碳的去除和处理。任何吸收剂、吸附剂或从废气 或废气流去除碳的C02的其它装置的再生被认为是捕获过程的一部分。发电厂中(例如在 火力蒸汽发电厂、燃气涡轮或联合循环发电厂中)的C02捕获有多种可能的方法。所讨论 的用于C02捕获的主要技术是所谓的燃烧前捕获、全氧燃烧(oxyfiring)、化学链和燃烧后 捕获。燃烧前碳捕获包括在燃烧燃料之前去除燃料的碳含量的全部或一部分。对于天然 气，这通常通过用蒸汽重整燃料，随后通过变换反应以产生C02和氢气来完成。C02可以从 得到的气体混合物捕获和去除。氢气然后可以用于产生有用能量。该过程也称为合成气体 或合成气方法。同样的方法可以用于煤或任何化石燃料。首先，燃料被汽化，随后以与天然 气相同的方式处理。可以预见该方法与IGCC(整体煤气化联合循环)结合的应用。全氧燃烧(也称为氧燃料燃烧或氧气燃烧)是在氧气和再循环C02 (而不是空气) 的混合物中燃烧煤或其它化石燃料的技术。这产生浓缩C02和蒸汽的废气。由此，C02可 以简单地通过冷凝水蒸气(其是燃烧反应的副产物)而分离。化学链包括使用金属氧化物作为氧气载体，通常金属氧化物从燃烧空气将氧气传 输给燃料。燃烧的产物是C02、减少的金属氧化物和蒸汽。在水蒸气冷凝之后，C02流可以 被压缩用于输送和存储。当前认为最接近大规模工业应用的CCS技术是燃烧后捕获与压缩、输送和存储结 合。在燃烧后捕获中，C02从废气去除。剩下的废气释放到大气且C02被压缩用于输送和 存储。已知多种技术来从废气去除C02，例如吸收、吸附、膜分离和低温分离。用于C02捕获和压缩的所有已知技术需要相对大量的能量。关于优化不同过程和 通过将这些过程集成到发电厂中而减少功率和效率补偿方面存在许多文献。对于借助于燃烧后捕获的CCS，C02捕获和C02压缩用于进一步处理(即，输送和 存储)是降低发电厂相对于没有CCS的常规发电厂的净功率输出减少的主要原因。EP1688173给出了燃烧后捕获的一个示例和用于减少分别由于C02吸收、吸收液 体的再生引起的功率输出补偿的方法。在此提出了吸取蒸汽用于再生来自于发电厂的蒸汽 涡轮的不同级的吸收剂，以使得涡轮输出的减少最小化。在相同的环境中，W02007/073201建议使用压缩热，所述压缩热来自于压缩C02蒸 汽以再生吸收剂。 这些方法目的在于减少特定C02捕获设备的功率需求，然而，使用所提出的C02捕 获方法将总是导致发电厂容量(即发电厂可以传输给电网的最大功率)的显著减少。通过增加发电厂灵活性来减轻C02捕获对发电厂性能的影响的第一种尝试在 EP0537593中描述。EP0537593描述使用吸收剂从废气捕获C02的发电厂，其中，在高功率 需求时间期间关闭再生器且在这些时间期间通过使用存储在吸收剂罐中的吸收剂继续C02 捕获。EP0537593描述了 C02捕获设备的一个功率消耗装置的简单开/关模式。以相对高 的成本增加了仅仅非常小的操作灵活性。频率响应是发电厂操作的重要问题且对于具有C02捕获和压缩的发电厂也必须 被考虑。EP0858153描述了频率响应的基本原理，其中，电网具有电网频率，电网频率绕名义 频率波动。所述发电厂的功率输出作为控制频率的函数而被控制，使得功率输出在控制频 率下降低于所述名义频率时增加，且另一方面功率输出在控制频率增加超过所述名义频率 时减少。电网频率被连续测量。EP0858153描述了将电网频率取平均值且使用测量的电网 频率作为控制频率的有利方法，然而，其受到燃气涡轮功率输出控制的常规控制机制的限 制。为了能够响应于低频事件，发电厂通常必须以部分负载操作。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于优化具有C02捕获和压缩的发电厂的频率响应操作方法。 本专利技术的进一步目的在于设计成根据优化操作方法操作的具有C02捕获和压缩系统的发 电厂。一个目的在于利用CCS (碳捕获和存储)以便增加发电厂的灵活性，以及因此增加 其相对于没有C02捕获的常规发电厂的竞争力。根据本专利技术，在低频事件期间，C02捕获系 统的功率消耗用作发电厂的净功率输出的控制参数。在该情形中，电功率消耗、机械功率消 耗(例如在直接C02压缩机驱动器中)以及流体蒸汽的消耗(否则在蒸汽涡轮中可以被转 换为电能)被认为是捕获系统的功率消耗。低频事件(通常也称为低频偏移或者低频率事 件)是电网频率下降低于名义频率。具体地，发电厂的频率响应容量通过使用C02捕获和 压缩设备功率消耗的快速变化以修改发电厂在低频事件期间可以传输给电网的电功率来 改进。本专利技术的实质是发电厂操作方法，其中，作为对电网频率的下降作出的反应，C02 捕获系统的功率消耗减少或者系统关闭以增加发电厂的净输出。在本专利技术的情形中，C02 捕获系统定义为整个C02捕获单元加上压缩单元，以及所有辅助设备。除了发电厂的现有 控制之外，该操作方法给出了附加的灵活性。由于借助于该方法将C02系统集成到发电厂 中，在低频事件期间，发电厂的净输出能以非常高的速率增加，且不需要部分负载操作以确 保频率响应的净功率容量。高速率功率变化可以通过C02捕获系统中的功率消耗的快速梯 度实现。因而，发电厂可以在基本负载处或附近以最佳效率操作。本专利技术以没有附加成本 或非常小的附加成本实现。在常规发电厂中，发电厂的净输出响应于低频事件可以通过增加发电厂的总功率 输出且通过减少发电厂及其任何系统的辅助或寄生功率消耗而增加。总功率输出的增加受 到发电厂的基本负载的限制。此外，发电厂的总功率可以增加的速率由于在发电厂的瞬态 和惯性期间发生的热应力而受限制。在常规发电厂中，减少任何系统或辅助设备的寄生功率消耗的可能性也非常有限。通常，蒸汽或联合循环发电厂的最大消耗装置是在连续操作 期间不能关闭的供水泵、冷却水泵和冷却设备。对于发电厂的安全连续操作不需要的C02捕获和压缩的大功率消耗改变了这种 情况且在发电厂不会遇到限制的情况下给予了净功率的快速瞬变的新的可能性。实际上， C02捕获系统的功率消耗可以用作发电厂净功率输出的控制参数。具体地，用于C02捕获和 压缩的功率消耗可以变化且该功率可以用于满足电网的频率响应需求。此外，由于净功率 输出的变化通过控制C02捕获系统的功率消耗来满足，因而可以借助于该新构思避免或减 少响应于低频事件消耗发电厂的快速负载瞬变的期限。借助于C02捕获和压缩的频率响应的一个附加优势在于避免发电厂降级操作的 可能性，如果没有更多的用于频率备用的容量可用则电网可能需要发电厂降级操作。取决 于电网，一些发电厂可能需要以部分负载操作，例如90%负载，以保留用于低频事件的功率 备用。以90%操作可以导致降低的效率并增加所产生的每MWh的资金和操作成本。在此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作发电厂（１）的方法，所述发电厂（１）具有控制系统（１８）和ＣＯ２捕获系统，其特征在于，在低频事件期间，ＣＯ２捕获系统的功率消耗用作净功率输出（Ｄ）的控制参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2008-1-11 08100390.7一种操作发电厂(1)的方法，所述发电厂(1)具有控制系统(18)和CO2捕获系统，其特征在于，在低频事件期间，CO2捕获系统的功率消耗用作净功率输出(D)的控制参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，C02捕获系统以降低容量操作或者关闭， 以将附加功率供应给电网，且该附加功率用于满足在低频事件期间电网的频率响应需求。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当C02捕获系统操作时，所述发电厂(1)接近基本负载或者以基本负载操作，且C02捕获系统的功率消耗可用于发电厂的频率 响应。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在低频事件期间，C02捕获 速率变化以控制C02捕获系统的功率消耗。5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，在低频事件期间，C02压缩 单元(9)关闭或者以降低容量操作。6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，在低频事件期间，C02压缩 单元(9)关闭或者以降低容量操作，且所捕获C02的部分或全部经由C02压缩单元的旁路 (12)释放。7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，在低频事件期间，捕获系统(2)中包括的再生单元关闭或者以降低容量操作。8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其特征在于，在低频事件期间，捕获系统 (2)中包括的吸附或解吸单元关闭或者以降低容量操作。9.根据权利要求1至8中任何一项所述的方法，其特征在于，在低频事件期间，捕获系 统(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：R布拉特，O德雷尼克，H纳格尔，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]