具有二氧化碳分离的发电系统和方法

专利名称：具有二氧化碳分离的发电系统和方法
技术领域：
本发明总的说来涉及发电和二氧化碳的有效回收。更具体的说，本 发明涉及来自燃气轮机的增压流与二氧化碳的分离和回收的整合。
技术背景燃烧含碳燃料如化石燃料的发电系统在燃烧过程中产生二氧化碳(C02)作为副产品，因为碳被转化为co2。来自利用化石燃料的发电厂的 二氧化碳(C02)排放在国家和国际规则如京都议定书和EU Emission Trading Scheme (欧盟排放交易机制)中越来越多地被惩罚。随着排》丈C02的成本递增，C02排放物的还原对于经济发电来说非常重要。由于废气中的低C02含量和低(环境)压力，从发电系统中如从燃气轮机的 废气中除去或回收二氧化碳(C02)通常是不经济的。因此，含有co2的 废气通常被释放到大气中，而不会被隔绝在海洋、矿山、产油井、地质 学上的盐水水库等等中。燃气轮机发电厂根据布雷顿(Brayton)循环运行。它们使用压缩机 以压缩燃烧室上游的入风。然后燃料被引入并点燃以产生高温、高压气 体，然后气体进入并膨胀通过涡轮段。涡轮段同时为发电机和压缩机供 应动力。燃气涡轮还能燃烧从原油到天然气的各种各样的液体和气体燃 料。通常有三种方法被认为是现在用于减少这种发电所的C02排放的 方法。第一种方法是在输出端捕获C02，其中通过吸收法、隔膜、低温 法或其组合将在燃烧过程中产生的C02从废气中除去。第二种方法包括减少燃料的碳含量。在该方法中，在燃烧前先将燃料转化为H2和C02。因此，有可能在进入燃气轮机以前捕获燃料所含的碳。第三种方法包括 氧化燃料法。在该方法中，纯氧被用作与空气不同的氧化剂，从而产生 由二氧化碳和水组成的烟道气。在输出端捕获C02的方法的主要缺点在于，由于烟道气中的低C02 浓度(对于天然气应用来说，通常为3-4体积％) ， C02分压极低，因 此需要庞大且昂贵的装置以除去C02。因此，需要能够经济地回收从依 靠含碳燃料的发电系统(如，燃气轮机)中排出的C02的技术。发明内容在一个方面，发电系统包括至少一个涡轮系统。涡轮系统包括具 有至少一级的压缩机区段，其设置为供应压缩氧化剂，以及燃烧室，其 设置为燃烧压缩氧化剂和包括碳基燃料的燃料流并产生热烟道气。涡轮 系统进一步包括具有用于接收热烟道气的进口的包括至少两级的膨胀器区段。这两级包括设置为产生富含C02的膨胀废气的高压膨胀器。高压膨胀器与设置为产生最终废气和电能的低压膨胀器流体连接。CCb分 离系统与高压膨胀器流体连接以接收来自高压膨胀器的膨胀废气，并且 提供随后被供应给低压膨胀器的贫C02气。在另一方面，发电系统包括第一涡轮系统，其包括包含至少两级的 第一压缩机区段。这两级包括与第一高压压缩机流体连接的第一低压压 缩机，其设置为供应第一部分压缩氧化剂和第二部分压缩氧化剂。第一 涡轮系统包括第一燃烧室，其设置为燃烧第一部分压缩氧化剂和包括碳 基燃料的燃料流以产生第一热烟道气。第一涡轮系统进一步包括具有用 于接收第一热烟道气的进口的包括至少两级的第一膨胀器区段。这两级 包括设置为产生富含C02的第 一膨胀废气的第 一 高压膨胀器，该第 一 高 压膨胀器与设置为产生第 一废气和电能的第 一低压膨胀器流体连接。 C02分离系统与高压膨胀器流体连接以接收来自第一高压膨胀器的第一 膨胀废气，并且提供随后被供应给第一低压扩膨胀器的贫C02气。发电 系统进一步包括第二涡轮系统。第二涡轮系统包括包含至少两级的第二 压缩机区段。这两级包括与第二高压压缩机流体连接的第二低压压缩 机。第二燃烧室设置为燃烧第二部分压缩氧化剂和包括碳基燃料的第二 燃料流，并产生第二热烟道气。第二涡轮系统进一步包括设置为接收第 二热烟道气的包含至少两级的第二膨胀器区段。这两级包括设置为产生 第二膨胀废气的第二高压膨胀器。第二高压膨胀器与设置为产生第二最 终废气和电能的第二低压膨胀器流体连接。第二压缩机区段设置为接收 包含二氧化碳的第二最终废气，并将循环流排放到第二燃烧室和将分流 排放到第一燃烧室。在又一个方面， 一种发电方法包括在压缩机区段压缩氧化剂以产生 压缩氧化剂，并且燃烧第一燃料和压缩氧化剂以产生热烟道气。该方法 进一步包括在膨胀器区段膨胀热烟道气以产生电能。膨胀器区段设置为 接收热烟道气，其包含至少两级，该至少两级包括设置为产生富含C02的第一膨胀废气的高压膨胀器，该高压膨胀器与设置为产生第一废气和 电能的低压膨胀器流体连接。该方法还包括在C02分离器中从第一膨胀 废气中分离C02并产生贫二氧化碳气，然后将该贫二氧化碳气导入低压 膨胀器中。


当参考附图阅读下列详细说明时，将会更好地理解本发明的这些及 其他特征、方面、以及优点，在全部附图中相似的字符表示相似的零件，其中图1是根据本发明某些实施方式的具有二氧化碳分离系统的示例性 发电系统的示意图；图2是根据本发明某些实施方式的包括两个涡轮系统的另一种示例 性发电系统的示意图；图3是根据本发明某些实施方式的又一个发电系统的示意图，其包 括两个涡轮系统；图4是根据本发明实施方式的用于二氧化碳分离的示例性热交换器 系统的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种通过在利用发电用燃气轮机的发电厂中在高压下分离C02来减少C02排放的方法。通过燃气轮机的膨胀通道从来自富 含C02的烟道气中路的废气中除去C02。因为提高了 C02的浓度和分压，观察到除去C02的能耗减少了。本发明的 一 个实施方式提供了两个或更多个示例性燃气轮机系 统，其在发电系统中运行以分担压缩氧化剂的共同供应。结果，可以在 涡轮系统的一个或多个中释放(free)压缩容量来回收一个或多个涡轮 系统所产生的二氧化碳(C02)。在一个例子中，第一涡轮系统中的压缩 机向第 一 涡轮系统中的燃烧室和第二涡轮系统中的燃烧室供应氧化剂 (经由导管)，从而释放第二涡轮系统中的压缩机。如下所述，该释放 的压缩容量可以用于提高第二涡轮系统中来自一个或多个气体涡轮机的废气的循环流中的C02浓度。回收的C02可以例如作为产品销售，或在其它过程中作为进料就地消耗。此外，这种C02回收减少了从发电系统排放到环境中的co2量。现在参考图1,其图解了具有燃气轮机系统12的示例性发电系统 10。燃气轮机系统12通常包括压缩机区段14。在一个实施方式中，压 缩机区段14包括至少一级。在另一个实施方式中，如图1-3所示，压缩 机区段14包括至少两个压缩级和燃烧室22。在一个实施方式中，压缩 机区段14包括两级，低压压缩机16与高压压缩机18流体连接，并且 设置为向燃烧室22供应压缩氧化剂34。发电系统还包括至少一个膨胀 器区段24，其用于供应驱动压缩机16、 18和发电机50所需的能量。燃 烧室22设置为燃烧燃料流30和压缩氧化剂34并产生热烟道气31。如图1所示，膨胀器区段24通常包括至少两级，并设置为接收热 烟道气31 。膨胀器区段24的两级包括设置为产生富含C02的膨胀废气 36的高压膨胀器26。高压膨胀器26与设置为产生最终废气52以及驱 动发电机50并发电的低压膨胀器28流体连接。发电系统10进一步包括与高压膨胀器26流体连接的C02分离系统 40，其用于从高压膨胀器26接收膨胀废气和用于为低压膨胀器28提供 贫C02气48。在图1所示的图解实施方式中，高压压缩机18和低压压缩机16通 过共用的轴或多个轴20驱动，而低压膨胀器28是在单独的轴上的驱动 发电机的单独的动力涡轮机。在运转中，这种驱动配置在以不同速率驱 动压缩机和膨胀器的过程中提供了挠性，以实现较高的压缩比。此外， 这种具有动力涡轮机的燃气轮机可以更容易地改进以用于液体抽出和 再注入。涡轮系统12包括热回收蒸汽发生器(在下文中称为HRSG) 54。 HRSG 54设置为使用来自膨胀器区段24的最终废气52的热含量来产生 蒸汽58和冷却的最终废气56。被释放到大气中的最终废气56基本上不 含C02,因为C02分离系统被设置来分离燃烧室22中产生的热烟道气 31所含的C02。在HRSG 54中产生的蒸汽58后来在蒸汽轮机60中使 用以产生电能和膨胀蒸汽61 。从膨胀蒸汽61中分离的水被循环回HRSG 54中以产生蒸汽。如图1所示的实施方式，C02分离系统40包括热交换器42和C02 分离器44。 C02分离器44可以应用本领域公知的各种技术，包括但不限于变压吸附、化学吸收和膜分离等等。为从第一膨胀废气流36中分 离C02,第一膨胀废气36被引入到热交换器42中，以降低温度和产生 冷却的第一膨胀废气38。冷却的第一膨胀废气38被引入到C02分离器 44以产生富C02流67和贫C02流46。贫C02流46进一步包括C0、 未反应的燃料和N2 (如果使用的氧化剂是空气)。贫C02流46被引入 到热交换器42，以从第 一膨胀废气36中回收热含量和产生加热的贫C02 流48。贫C02流48被引入到用于进一步膨胀和产生电能的低压膨胀器 28。变压吸附(PSA)可以用于从气体混合物中分离二氧化碳。在PSA 技术中，在高分压下，固体分子筛可以相比其它气体来说更牢固地吸附 二氧化碳。结果，在高压下，从通过吸附床的气体混合物中除去二氧化 碳。床的再生伴有减压和净化。通常对于临界操作，多个吸附容器用于 二氧化碳的连续分离，其中一个吸附床处于使用状态而其余的处于再生 状态。另 一种用于从气流中分离二氧化碳的技术是使用氧化物如氧化钙 (CaO)和氧化镁(MgO)或其组合的化学吸收。在一个实施方式中， 在高压和高温下，C02被CaO吸收形成碳酸钓(CaC03),从而从气体 混合物中除去C02。吸附剂CaO通过煅烧CaC03再生，这可以再次使 CaC。3形成CaO。膜分离技术也可以用于从气流中分离二氧化碳。膜法通常在能量上 更有效，并且比吸收法更容易操作。用于高温二氧化碳分离的膜包括对 co2具有选择性的沸石和陶瓷膜。通常膜分离器在较高压力下更有效地工作，并通过高压膨胀器出口的高压促进使用膜分离器从冷却的第一废气流38中分离二氧化碳。在较高压力下有效地分离C02也减小了 C02 分离器44的尺寸，从而提高了 C02分离过程的可行性和经济性。当使用高温膜分离C02时，进一步提高了发电和C02分离的总效率。有利地，高温膜材料可以用来允许在尽可能接近抽汽温度的温度下分离。这减少 了热交换器42的尺寸和成本。又一种用于从第一膨胀废气36中分离C02的技术可以包括但不限 于使用胺来化学吸收C02。膨胀废气36可以冷却到合适的温度以使用 胺来进行二氧化碳的化学吸收。该技术基于下述链烷醇胺溶剂其能够 在相对低的温度吸收二氧化碳，并且通过升高富溶剂的温度而容易地再生。在该富溶剂再生之后获得富含二氧化碳流67。该技术中使用的溶剂 可以包括例如三乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺 和甲基二乙醇胺。另一种用于分离C02的技术可以是物理吸收。人们注 意到，上述用于分离C02的技术的全部或任何组合可以有利地用于分离co2。C02分离系统40中的热交换器42通常是处理两种气流(即膨胀废 气流36和贫C02流46 )的气-气热交换器。膨胀废气流36的体积比从 C02分离器44中出来的贫C02流46的体积大，因为在C02分离器44 中。02从膨胀废气流36中分离出来了。因此在热交换器42中从膨胀废 气流36中释放的热量可能没有完全用来加热贫C02流46,在使用化学吸附法的情况下这些余热可以用于在C02分离器中再生溶剂。在一些实施方式中，C02分离系统可以进一步包括除水系统，以从膨胀废气36 中除去水分，从而进一步减少贫C02流46的体积。因此，通过包括除 水单元，可以增加用于再生溶剂的余热。由于这种对来自热交换器42 的余热的有效利用，提高了发电系统10的总效率。此外，余热可以以 另外的方式利用以改善发电系统10的总效率。在一些实施方式中，在运行过程中，在第一低压压缩机16中氧化 剂32^皮压缩到约2至约10bar并任选地在第一中间冷却器70中冷却下 来。中间冷却的基本原理包括在实现最终压缩到需要的压力(例如在压 缩机18中)之前部分地压缩气体然后将其冷却。这样，减少了压缩功 作，因此提高了循环过程的功率输出。因为现有的航改型(aeroderivative) 燃气轮机包括配置在两个压缩级之间的中间冷却器，在涡轮设计方面不 需要向这种系统中加入中间冷却器的进 一 步改变。在早先的部分所述的发电系统有利地运用C02分离系统的部位以 有效地分离在燃烧过程中产生的C02。如图1所示，在燃烧之后除去 C02,或更明确地，从通过燃气轮机膨胀器在压力中路提取的烟道气除去C02。有利的是从增压烟道气中除去C02,由此用于分离的驱动力提高且设备尺寸和成本减少。然而，烟道气的提取压力越高，其提取温度 越高。由于材料的约束，有利的是在约70(TC至约1000。C的温度下设计 C02分离系统40。虽然可用于紧随燃烧室22之后的热烟道气流31的压 力比第一膨胀废气36的压力高，但是用于设置位于膨胀路线之间中路 的C02分离系统的折衷方案是热烟道气31的约130(TC的高温。在如图1所示的航改型燃气轮机中，多重压缩和膨胀级产生高压缩比。因此， 由于压缩机区段产生的压力相当高，可用于膨胀器区段之间中路的压力 足够高以设计成本有效的且高效率的CO2分离系统。图2图示了包括第一燃气轮机系统102和第二燃气轮机系统154的 发电系统100。在一个示例性实施方式中，第一涡轮系统102包括设置为燃烧第一 燃料流116的第一燃烧室112和设置为向第一燃烧室112供应第一部分 压缩氧化剂124的第一压缩机区段104。第一涡轮系统102也包括具有 用于接收第一热烟道气113的进口的第一膨胀器区段110，其中第一膨 胀器区段110包括至少两级。如图2所示2，第一膨胀器区段110包括 两级，这两级包括设置为产生富C02的第一膨胀废气134的第一高压膨 胀器118。第一高压膨胀器118与设置为产生第一最终废气150和电能 的第一低压膨胀器120流体连接。发电系统100进一步包括与高压膨胀器118流体连接的(302分离系 统128,其用于从高压膨胀器118接收第一膨胀废气134和为低压膨胀 器120提供贫CO2气140。示例性发电系统100还可以包括包含第二压缩机区段156的第二燃 气轮机系统154。第二压缩机区段156可以包括两级，这两级包括与第 二高压压缩机162流体连接的第二低压压缩机l60。第二涡轮系统l54 进一步包括第二燃烧室170,该第二燃烧室170设置为燃烧第二部分压 缩氧化剂126和含有碳基燃料的第二燃料流172并产生第二热烟道气 210。第二部分压缩氧化剂126是通过第一涡轮系统102的第一压缩机 区段104供应的，因此释放了用于循环流的内部压缩以提高C02浓度的 第二涡轮系统154的压缩机容量。第二涡轮系统154进一步包括设置来 接收第二热烟道气210的第二膨胀器区段158。第二膨胀器区段158也 包括至少两级，包括设置为产生第二膨胀废气212的第二高压膨胀器 168。第二高压膨胀器166与第二低压膨胀器168流体连接，该第二低 压膨胀器168设置为通过连接到第二涡轮系统"4的发电机194以产生 第二最终废气167和电能。第二压缩机区段156设置为接收含有二氧化碳的第二最终废气 167、以及将循环流186排放到第二燃烧室170中并将分流188排放到 到第一燃烧室112中。第二燃烧室H0设置为燃烧第二燃料流H2,其中第一燃气轮机系统102的第一压缩机区段设置为向第二燃烧室170供 应氧化剂126 (第二部分压缩氧化剂122)。在图示实施方式中，第一涡轮系统102还包括第一热回收蒸汽发生 器(在下文中称为HRSG) 152。类似地，第二涡轮系统154通常包括第 二热回收蒸汽发生器(在下文中称为HRSG) 192。来自第一燃气轮机系 统102的第一最终废气150可以被进料到用于回收第一最终废气150的 热量的第一HRSG 152中。水流208可以被引入到第一HRSG 152中， 随后其可以至少部分通过利用从第一最终废气流150回收的热产生第一 部分蒸汽202。来自第一HRSG 152的冷却的第一最终废气151被排入 大气。在第二涡轮系统154中产生的第二最终废气流167可以被引入到 第二HRSG192中。在该实施方式中，第二HRSG 192通常是闭合循环 HRSG，通常其中没有气流被排入大气。第二最终废气流167的热含量 可以通过水流210回收，以产生第二部分蒸汽201。在第一HRSG 152 中产生的第一部分蒸汽202和在第二HRSG 192中产生的第二部分蒸汽 201可以用于蒸汽轮机198中以通过例如发电机200产生电能并产生膨 胀蒸汽204。膨胀蒸汽204中的水含量在分离器206中被分离，并且作 为208和210被循环回第一 HRSG 152和第二 HRSG 192。在本文所述的发电系统的各种实施方式中，氧化剂是环境空气。应 当理解，来自第一压缩机区段104的压缩氧化剂122可以包括任何其它合适的含氧气体，例如富氧空气、贫氧空气、和/或纯氧。第一和第二燃料流116和172可以包括任何合适的烃类气体或液体，例如天然气、甲烷、石脑油、丁烷、丙烷、合成气、柴油、煤油、 航空燃料、煤衍生燃料、生物燃料、氧化的烃类原料及其混合物等等。 在一个实施方式中，燃料主要是天然气(NG),因此来自第一燃烧室 112的第一热烟道气113和来自第二燃烧室170第二热烟道气210可以 包括水、二氧化碳(C02)、 一氧化碳(CO)、氮(N2)(如果氧化剂是空气)、未燃烧的燃料及其他化合物。来自第二HRSG 192的冷却的第二最终废气流l卯通常被引入到气 体冷却器和水气分离器196中，以分离在燃烧过程中在第二燃烧室170 中形成的水。来自水气分离器196的排出流197通常至少包括C02、CO、 N2和未燃的烃以及任何未凝结的H20。排出流W7通常在第二压缩机区 段156中压缩以产生压缩流185。在操作中，在启动之后的运行初始阶段期间，压缩流185中的C02浓度可能并不明显，因此全部流185可以 作为循环流186循环回第二燃烧室170。该循环操作通常提高了压缩流 185中的C02浓度。当压缩流185中的C02浓度达到需要的水平时，分 流188可以被引入到第一燃烧室112中。控制阀结构(未显示)可以用 于帮助将分流188转移和引入第一燃烧室112中。例如，控制阀可以配 置在输送分流的导管上，且控制阀的操作依赖于测量压缩流185中C02 浓度的在线仪器或传感器。因此，从第一燃烧室112中排出的热烟道气 113的CCb浓度通过下述方式最大化通过控制循环流186和分流188 而提高第二涡轮系统中的C02浓度。在如图2所描绘的这种示例性实施方式中，基本上实现了二氧化碳 分离。从第一燃烧室112产生的第一最终废气"0基本上不含二氧化 碳，而且被排入大气的冷却的第一最终废气流151通常不会释放任何二 氧化碳。在第二燃烧室170中产生的二氧化碳可以在循坏流中富 集，最后被进料到第一燃烧室112中。分流188中的C02含量以及在第 一燃烧室112中产生的C02在C02分离系统128中分离，且C02流142 可以根据对二氧化碳的需要而被封存(sequestrated)或在商业市场中销 售。在分配用于其它应用之前，C02分离系统中产生的富含C02流142 可以在压缩机144中压缩。在某些实施方式中，在操作中，空气混合物(或富氧空气)114在 第一低压压缩机106中被压缩至约2到约10 bar，并任选地在配置于第 一低压压缩机106和第一高压压缩机108之间的第一中间冷却器182中 冷却。中间冷却的基本原理包括在进行最终压缩至需要的压力之前部分 压缩气体然后使其冷却。这样减少了压缩功，因此提高了循环过程的功 率输出。类似地，第二中间冷却器1S4被配置在第二低压压缩机160和 第二高压压缩机162之间以任选地冷却压缩的第二最终废气。因为现有 的航改型燃气轮机含有配置在两个压缩级之间的中间冷却器，所以在涡 轮设计方面不需要向这种系统中加入中间冷却器的进 一 步改进。图3图示了又一种发电系统220，其中相同的特征用相同的数字标 明。在示例性发电系统220中，第二涡轮系统154进一步包括再热燃烧 室224，其中再热燃烧室224配置在第二高压膨胀器166和第二低压膨 胀器168之间。来自第二高压膨胀器166的部分第二膨胀废气226被引 入到设置为接收第三燃料222的再热燃烧室224中。含有燃烧产物的排出流230被进料到第二低压膨胀器168以增加通过连接到第二涡轮系统 l54的发电机194产生的电能。再热燃烧室224帮助提高可能用于指定 压缩比的功率输出。在经历在第二高压膨胀器l66中的膨胀之后，第二 热烟道气210的温度降低。当部分第二膨胀气体226被送到再热燃烧室 224时，由于再热燃烧室224中的燃烧过程，从再热燃烧室224排出的 气流230的温度被提高了 。热排出流230被引入到低压膨胀器中以进一 步膨胀而产生电能，而且由于排出流230中的这种温度升高，总功率输 出被提高了。图4图示了用于C02分离系统的示例性热交换器300。在实施方式 中，其中来自高压膨胀器的膨胀气体308 (图4中未显示)需要冷却到 环境温度(例如，当胺法用于从废气流中分离C02时)，来自热交换器 302的冷却的第一膨胀废气304被引入到低温热交换器306中，其中低 温热交换器306使离开热交换器302的冷却的第一膨胀废气流进一步冷 却。低温热交换器306与增湿装置320连接，其中增湿装置320是要与 C02分离器318所排放的贫C02流混合的水分的来源。热交换系统300 可以进一步包括配置在低温热交换器306和C02分离器316之间的调温 冷却器312,以提高第一膨胀废气流308的冷却效率。先前部分所迷的发电循环存在几个优点。C02分离系统有利地配置 在低压和高压膨胀器之间。来自高压膨胀器的第一膨胀废气的温度是约 700。C到约IOO(TC，但仍然处于下述压力该压力足以在使用薄膜分离 器或PSA的情况下在C02分离器中高效分离C02。用于安装C02分离 系统的规模和基建费用也减少了，因为第一膨胀废气处于约2 bar到约 30 bar的高压和约70(TC到约IOO(TC的中等温度下。本文所述的发电系 统设置为当燃烧室产生的全部CO2被引入到CO2分离系统中时基本上实 现C02的分离。在其中包括两个涡轮系统的实施方式中，来自第二涡轮 系统的燃烧产物在如上所述的闭合循环中循环以便在被引入第一燃烧 室中之前建立C02的最优浓度水平。所以从这种发电系统释放到大气中的废气基本上不含C02。通常整合了 C02分离和隔离的发电循环与不分离C02的发电循环相比在总循环效率上显示降低了很多(在约10%的范围内)。但是以上所 述的发电系统由于下列理由而在总循环效率上显示的降低要小得多。 C O 2分离系统的位置在膨胀区段的中间，因此通过利用甚至在高压膨胀器出口处的相当高的压力提高C02分离效率，从而提高了发电循环的总效率。而且，使用再热燃烧室并利用在co2分离系统中的气-气热交换器中产生的余热，进一步提高了循环的效率。因此，与上述具有C02分离的发电系统有关总能量代价远小于具有co2捕获的常规发电循环。虽然在这里仅仅图示和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术 人员将会想到许多变体和改变。因此，应当理解所附权利要求意图是覆 盖属于本发明真实精神的所有这类的变体和改变。
权利要求
1.一种发电系统，其包括至少一个涡轮系统(10)，所述涡轮系统(10)包括包含至少一级的压缩机区段(14)，其设置为供应压缩氧化剂(34)；燃烧室(22)，其设置为燃烧所述压缩氧化剂(34)和含有碳基燃料的燃料流(30)并产生热烟道气(31)；包括至少两级的膨胀器区段(24)，其具有用于接收所述热烟道气(31)的进口，所述至少两级包括设置为产生富含CO2的膨胀废气(36)的高压膨胀器(26)，所述高压膨胀器(26)与设置为产生最终废气(52)和电能的低压膨胀器(28)流体连接；以及CO2分离系统(40)，其与所述高压膨胀器(26)流体连接，所述CO2分离系统用于从所述高压膨胀器(26)接收膨胀废气(36)并提供随后被供应给所述低压膨胀器(28)的贫CO2气(38)。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩机区段(14)包含至 少两级，所述至少两级包括与高压压缩机(18)流体连接的低压压缩机 (16)。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述CO2分离系统(40)包括热 交换器(42)和二氧化碳分离器(44)，所述热交换器(42)设置为从所述膨胀 废气(36)回收热并产生冷却的膨胀废气(38)，所述二氧化碳分离器(44)设 置为接收所述冷却的富含二氧化碳流(38)并产生贫二氧化碳流(46)。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中所述热交换器(42)包括交叉交 换器(cross-exchange)，其设置为从与来自所述二氧化碳分离器(44)的所 述贫二氧化碳流(46)进行交换的所述膨胀废气(36)中回收热。
5. 根据权利要求3所述的系统，其中所述二氧化碳分离器(44)包括 膜单元。
6. 根据权利要求1所述的系统，其进一步包括设置为从最终废气(52) 中回收热并产生蒸汽的热回收蒸汽发生器(54)。
7. 根据权利要求5所述的系统，其进一步包括设置为使用所述蒸 汽以产生电能的蒸汽轮机(60)。
8. 根据权利要求1所述的系统，其进一步包括配置在所述低压压 缩机(16)和高压压缩机(18)之间的中间冷却器(70)。
9. 根据权利要求1所述的系统，其中所述最终废气(52)基本上不含co2。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中所述燃料(30)包括天然气。
全文摘要
发电系统(10)包括至少一个涡轮系统(12)。涡轮系统(12)包括包含至少一级的压缩机区段(14)和燃烧室(22)，该压缩机区段(14)设置为供应压缩氧化剂(34)，且该燃烧室(22)设置为燃烧压缩氧化剂(34)和含有碳基燃料的燃料流(30)并且产生热烟道气(31)。涡轮系统(12)进一步包括具有用于接收热烟道气(31)的进口的包含至少两级的膨胀器部分(24)。这两级包括设置为产生富CO₂的膨胀废气(36)的高压膨胀器(26)。高压膨胀器(28)与设置为产生最终废气(52)和电能的低压膨胀器(26)流体连接。CO₂分离系统(40)与高压膨胀器(28)流体连接，该CO₂分离系统用于从高压膨胀器(26)接收膨胀废气(36)并提供随后被供应给低压膨胀器(28)的贫CO₂气(46)。
文档编号F02C3/30GK101230798SQ20071016588
公开日2008年7月30日 申请日期2007年11月7日 优先权日2006年11月7日
发明者M·巴特勒特, S·M·-N·霍夫曼 申请人:通用电气公司