专利名称：涉及碳封存和发动机的方法及系统的制作方法
涉及碳封存和发动机的方法及系统技术领域
本文中所公开的主题涉及碳封存，且更具体地，涉及在功率系统中封存碳。
技术背景
功率系统常排出二氧化碳废气。碳封存系统从废气中移除二氧化碳气体并且储藏二氧化碳。
从废气中移除二氧化碳气体消耗了能量，该能量否则将被利用来产生有用的轴功 率。需要一种方法和系统，其允许系统封存碳并且更有效地操作。发明内容
根据本发明的一个方面，用于产生动力的系统包括发动机，其可操作以输出废 气；碳捕集机构，其可操作以从废气移除二氧化碳(CO2)并且输出CO2 ；以及压缩机，其可操 作以接收(X)2并且输出冷却发动机的构件的压缩的co2。
根据本发明的另一方面，一种操作功率系统的方法包括从发动机输出废气；从 废气移除二氧化碳(CO2)；压缩CO2 ；以及用该压缩的(X)2冷却发动机的构件。
根据联系附图获得的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更清楚。
本文所附的权利要求书中具体地指出并且清楚地要求保护被认为是本发明的主 题。根据联系附图获得的以下详细说明，本发明的前述和其它特征和优点将显而易见，在其 中
3图1图示了用于产生动力的示例性系统和方法。图2图示了用于产生动力的系统和方法的示例性备选实施例。图3图示了图1和图2的发动机的示例性实施例的框图。通过参考附图的示例，本详细说明解释了本发明的实施例和优点及特征。部件清单100系统102燃气涡轮发动机103燃烧后废气104碳捕集机构106热回收蒸汽发生器(HRSG)105C02107冷却气体入口 108压缩机 109冷却气体出口 110封存场所
111第一流体通道
112热交换器
113第二流体通道
114膨胀器
115蒸汽发生器
200 系统
202压缩机部分
204燃烧器部分
206功率涡轮部分
208定子(喷嘴)
210过渡件具体实施方式
碳捕集机构和封存装置(CCS)用来从系统废气中移除(X)2并且在封存场所中储存 该C02。CCS方法常消耗能量，导致系统效率的降低；例如，燃烧后的基于胺的CO2的移除使 用能量来再生溶剂，例如来自热回收蒸汽发生器或蒸汽涡轮机提取的热能和功率被用来驱 动压缩CO2的压缩机，以进行封存。燃气涡轮发动机常使用燃烧前压缩的空气(放气(bleed air))来冷却发动机构件。使用放气降低了性能，即燃气涡轮发动机的输出和热效率。
图1图示了用于增加使用CCS的功率系统的效率的示例性系统和方法。在这 点上，系统100包括燃气涡轮发动机102，该燃气涡轮发动机102经由热回收蒸汽发生器 (HRSG) 106将燃烧后的废气103输出至碳捕集机构104。该图示的示例性实施例包括HRSG 106，其冷却废气103并且输出蒸汽，然而其它实施例可不包括该HRSG 106。在该图示的示 例性实施例中的碳捕集机构104可以例如是基于胺的系统，该系统可例如从HRSG 106接 收蒸汽；然而，可使用任何其它合适的碳捕集机构方法或系统从废气103提取C02。碳捕集 机构104从废气103中移除C02。在105处的(X)2由压缩机108压缩，并且被引导至封存场 所110。封存场所110可包括例如地下存储场所，其可例如远离发电设备几百英尺或几百 英里。在合适的压力下从CO2压缩机中的一个端口提取压缩的(X)2的一部分，用来经由充 分设计的管道系统输送至燃气涡轮机并且从燃气涡轮机返回。引导提取的(X)2穿过热交换 器112(经由第一流体通道111)，在该处提取的(X)2由在第二流体通道113中的(X)2加热到 适合冷却燃气涡轮机102的温度(例如600° F)。来自第一流体通道111的(X)2进入燃气 涡轮机102的冷却气体入口 107，冷却燃气涡轮发动机102的构件，并且以更高的温度(例 如1100° F)离开燃气涡轮机102的冷却气体出口 109。该(X)2在降低CO2的温度(例如 650° F)的膨胀器114中膨胀。将来自膨胀器114的CO2引导至热交换器112，在热交换器 112中，(X)2进入第二流体通道113并且加热在第一流体通道111中的CO2。该(X)2离开热交 换器112的第二流体通道113并且被引导至压缩机108入口。该图示的示例性实施例使用 燃气涡轮发动机102，然而其它类似系统可使用输出废气且由CO2冷却的另一种类型的发动 机。
图2图示了一个备选的实施例系统200。该系统200以与如上所述的系统100类 似的方式操作。在该系统200中，CO2膨胀器114由蒸汽发生器115取代，该蒸汽发生器115可例如是锅形再沸器，其中，利用提取自从燃气涡轮机102返回的热(X)2的热来产生处在合 适压力下的蒸汽。在蒸汽发生器115中产生的蒸汽可例如供给至联合循环蒸汽涡轮机(未 显示)或被用于单独的蒸汽涡轮机中以产生额外的功率。
图3图示了燃气涡轮机102的一个示例性实施例的框图。该燃气涡轮机102包括 压缩机部分202、可操作以燃烧燃料的燃烧器部分204以及动力涡轮部分206。CO2进入冷 却气体入口 107，冷却发动机构件(比方说，例如热气体通道(HGP)构件(例如第一涡轮级 定子(喷嘴)208或燃烧器过渡件210))，并经由冷却气体出口 109离开发动机。
在封闭的回路中使用(X)2来冷却燃气涡轮机102的HGP构件增加了燃气涡轮机 102的功率输出和效率。(X)2具有超过压缩空气的更好的传热特性(即更高的比热)，以便 实现用更少量的冷却剂流冷却燃气涡轮机102的HGP构件。使用CO2作为涡轮机冷却剂来 取代来自压缩机的放气，允许更多的压缩空气被用于燃烧和用于产生有用轴功率的涡轮膨 胀。来自压缩机的放气典型地进入气体流通道并且在第一级转子入口上游与热燃烧气体混 合，在该处热燃烧气体通过膨胀开始产生有用功。如上所述的(X)2的使用，避免了由与放气 的混合造成的涡轮入口温度的不希望的降低，并且减少了在燃气涡轮机102的涡轮入口和 转子入口(点火温度)之间的温度差。当由CO2冷却时，燃气涡轮机102的增加的效率和 功率输出抵消了由CCS过程在系统100中引起的无效率的一部分。从而，该增加的燃气涡 轮机功率输出抵消了总的CCS功率损失的一部分，该功率损失包括由于用来捕集来自废气 的(X)2的热能而产生的损失的蒸汽涡轮机功率输出和为封存而用来压缩捕集的(X)2的寄生 功率消耗。
尽管仅联系了有限数量的实施例对本发明进行描述，但应该容易理解的是本发明 不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明以结合迄今为止未描述但与本发明的精神 和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等同装置。另外，虽然已经描述了本发明的各 种实施例，但应该理解的是本发明的各方面可仅包括一些所述实施例。因此，本发明不应视 为由前述说明限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。权利要求
1.一种用于功率发生的系统(100)，包括发动机(102)，其可操作以输出废气(103)；碳捕集机构(104)，其可操作以从所述废气(103)移除二氧化碳(105)并且输出所述二 氧化碳(105)；以及压缩机O04)，其可操作以接收所述二氧化碳(10 并且输出冷却所述发动机(102)的 构件的压缩的二氧化碳(105)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括具有第一流体通道(111) 和第二流体通道(11 的热交换器(112)，所述热交换器(11 可操作以将从所述压缩机 (204)输出的所述压缩的二氧化碳(10 接收在所述第一流体通道(111)中，并且从所述第 一流体通道(111)以更高的温度将所述二氧化碳(10 输出至所述发动机的冷却气体入口 (107)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括膨胀器(114)，所述膨胀 器(114)可操作以从所述发动机(102)的冷却气体出口(109)接收二氧化碳(105)，并且 以更低的温度将膨胀的二氧化碳(10 输出至所述热交换器(112)的所述第二流体通道 (113)。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括蒸汽发生器(115)，所述 蒸汽发生器(11 可操作以从所述发动机(102)的冷却气体出口(109)接收二氧化碳，并 且以更低的温度将膨胀的二氧化碳(10 输出至所述热交换器(11 的所述第二流体通道 (113).
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碳捕集机构(104)是基于胺的系统。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热交换器(112)还可操作以将二氧化 碳(10 从所述第二流体通道(11 输出至所述压缩机004)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热回收蒸汽发生器 (106)，所述热回收蒸汽发生器(106)可操作以从所述发动机(10 接收所述废气(103)，冷 却所述废气(103)，并且将冷却的所述废气(10 输出至所述碳捕集机构(104)。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括碳封存场所(110)，所述 碳封存场所(110)可操作以从所述压缩机(204)接收并且存储所述压缩的二氧化碳(105) 的一部分。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发动机(102)的构件是处在燃烧器 (204)的一部分的下游的涡轮机热气体通道构件。
全文摘要
本发明指向涉及碳封存和发动机的方法及系统。具体而言，一种用于功率发生的系统(100)包括发动机(102)，其可操作以输出废气(103)；碳捕集机构(104)，其可操作以从废气(103)移除二氧化碳(CO2)并且输出CO2(105)；和压缩机(204)，其可操作以接收CO2(105)并且输出冷却发动机(102)的构件的压缩的CO2(105)。
文档编号F02C7/18GK102032049SQ20101050352
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年10月5日
发明者C·博特罗, S·C·吉伦 申请人:通用电气公司