联合循环发电设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及联合循环发电设备，它包括燃气涡轮设备、被燃气涡轮设备的热的废气加热的热回收蒸汽发生器，以及由产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮设备，以及布置在热回收蒸汽发生器下游的废气净化设备，在废气净化设备中，废气中的碳氧化物可被吸收剂流体吸收，吸收剂流体随后在再生区段中在升高的温度下再生，同时放出碳氧化物用于供应到存储器，其中，再生区段具有用于保持再生所需的升高的温度的加热器，加热器利用来自热回收蒸汽发生器或蒸汽涡轮设备的蒸汽运行，其中，蒸汽冷凝，并且产生的热的冷凝物可供应到快热锅炉，在快热锅炉中，热的冷凝物在低压下立刻至少部分地蒸发，并且其中，该蒸汽可根据蒸汽压力而供应到蒸汽涡轮设备的合适级。
【专利说明】联合循环发电设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及联合循环发电设备(CCPP)，它包括燃气涡轮设备、利用来自燃气涡轮设备的热排气加热的热回收蒸汽发生器(HRSG)，以及被所产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮设备。
【背景技术】
[0002]在US 5，839，269中显示了这种CCPP。在该已知的CCPP中，对蒸汽涡轮设备提供高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮，其中，在蒸汽发生器中产生高压和中压蒸汽，以驱动高压或中压涡轮，并且在中压涡轮中膨胀的蒸汽用来驱动低压涡轮。在US 5，839，269的CCPP中，还提供下者:低压降低的蒸汽可被引导离开蒸汽发生器的足够热的给水箱，并且通过合适的蒸汽入口馈送到低压涡轮的中间级中。
[0003]另外，US 5，839，269公开了一系列用于优化燃气涡轮设备的设计和优化燃气涡轮的运行的措施。
[0004]燃气涡轮设备和其它大型燃烧设备典型地以基于烃的燃料运行。这不可避免地会在运行期间产生碳氧化物，尤其是二氧化碳，二氧化碳是温室气体，并且对环境有害，因此应当从燃气涡轮设备的废气中分离出二氧化碳。原则上，可使用已知的废气净化设备，其布置在相应的燃烧工艺下游，并且具有吸收区段和再生区段。使用由较浓缩的碳酸胺溶液形成的胺-水-系统，可在较低的温度下吸收在特定的废气所流过的吸收区段内携带的二氧化碳。浓缩的碳酸胺溶液随后可在再生区段中在高温下转化成浓度较低的碳酸胺溶液，其中，二氧化碳释放，并且离开且随后被收集和存储。为了代替这样的胺系统，还可使用其它废气净化系统，例如使用冷冻氨的系统。
[0005]从US 2011/0314815 Al中大体了解到对上面描述的CCPP配备下游废气净化设备。在US 2011/0314815 Al中显示了，如果燃气涡轮设备以排气再循环运行，使得在燃烧期间基本仅剩余完全氧化的烃(即，二氧化碳和水(和N2)),则容量较小的废气净化设备可以是足够的。否则，未表明将废气净化设备最佳地结合到CCPP中。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的是以最佳方式使CCPP与废气净化设备连接，以供应加热净化设备的再生区段所必需的热能，以及使用剩余热来提高蒸汽涡轮设备的性能。
[0007]特别地，根据本发明，在燃气涡轮设备和热回收蒸汽发生设备的下游提供废气净化设备，气体净化设备包括吸收区段和再生区段，其中，在废气流过的吸收区段的内部，废气中携带的二氧化碳在较低的温度下被胺-水-系统吸收，从而形成浓度(较)高的碳酸胺溶液，并且其中，浓缩碳酸胺溶液在再生区段中在升高的温度下转化成较淡的碳酸胺溶液，从而放出二氧化碳，二氧化碳被引导开，其中，可用蒸汽加热再生区段，并且可通过热交换器将在再生区段中产生的、具有升高的温度的较淡的碳酸胺溶液供应回吸收区段中供再次使用，并且热能可在热交换器中在浓度较低的碳酸胺溶液和供应到再生区段的浓度较高的碳酸胺溶液之间交换。
[0008]根据本发明的第一方面，用于使胺溶液再生的热通过来自蒸汽涡轮和/或蒸汽发生器的蒸汽而引入到再生区段中，并且使用来自具有升高的温度的再生胺溶液的热来预热被引导离开吸收区段的高浓度的碳酸胺溶液。从而可基本减少使胺溶液再生所需的热能。
[0009]根据优选实施例，在特定温度下用饱和蒸汽加热再生区段。温度水平仅取决于蒸汽压力是有利的，使得可用蒸汽压力来调整期望温度。
[0010]在具有高压蒸汽涡轮、中压蒸汽涡轮和低压蒸汽涡轮的蒸汽涡轮设备的情况下，可从中压涡轮的出口和低压涡轮的入口之间的连接中获得用于加热再生区段的蒸汽。
[0011]根据本发明的有利实施例，由于加热再生区段而产生的热的冷凝物可供应到热回收蒸汽发生器的蒸发器，以便产生额外的低压蒸汽，蒸汽随后可供应到低压涡轮的级，其中，如有必要，该蒸汽在引入到低压涡轮中之前，被引导通过蒸汽发生器的过热器，以便增加其功率输出。
[0012]有利地，可能需要被引导远离吸收区段的热能可用来预热用于蒸汽发生器的给水。
[0013]因此仅需要根据本发明略微修改蒸汽回路，以对废气净化设备供应必要的热能，以及/或者使用产生的余热来提高蒸汽涡轮设备的性能，即，在新的额外压力水平(与标准的水-蒸汽循环相比)中使用热的冷凝物。
[0014]根据本发明的特别有利的实施例，可在126°C的温度下实施胺溶液在再生区段中的再生，这与大约145°C的可行工艺温度相反，其中，二氧化碳在低于最佳工艺温度下从供应到再生区段的高浓度碳酸胺溶液中分离出来。在这里这是可以接受的，因为加热再生区段所必需的热能因此不成比例地减少，使得CCPP的性能及其效率可基本提高。因此，与无下游废气净化的CCPP相比，仅需容忍较小的性能损失。
[0015]根据本发明的另一方面，热的冷凝物或加压水供应到至少一个闪蒸蒸发器，并且允许至少部分地在低压下该该处蒸发，从而释放额外的蒸汽，以运行蒸汽涡轮设备，特别是蒸汽涡轮设备的低压蒸汽涡轮。
[0016]通过将热的冷凝物或加压水引入到至少一个快热锅炉中，来轻易地产生可用来运行蒸汽涡轮设备的低压涡轮的蒸汽，在快热锅炉中，热的冷凝物或加压水由于压力迅速降低而沸腾，并且蒸发。从而利用物理效应，其中，液体的沸点取决于压力，并且因此当液体被引入到具有低压的空间中时，热的液体开始突然沸腾，并且因此至少部分地蒸发。
[0017]根据本发明的优选实施例，在合适的情况下，可提供一系列快热锅炉，其中，来自第一快热锅炉的加压水或冷凝物供应到第二快热锅炉，第二快热锅炉具有比第一快热锅炉更低的内部压力，使得从第一快热锅炉出来的加压水或冷凝物可在这里至少部分地蒸发。如有必要，另外的快热锅炉可布置成级联。快热锅炉级联中的快热锅炉从而产生因此具有不同压力水平的蒸汽，其中，各个快热锅炉的蒸汽供应到涡轮的合适的级，特别是供应到蒸汽涡轮设备的低压涡轮。
[0018]如有必要，来自快热锅炉的蒸汽可被CCPP的热回收蒸汽发生器设备过热，以便更有效地驱动相应的涡轮区段。
[0019]通过在下面更详细地描述本发明的特别优选的实施例，可在权利要求和以下附图描述中找到本发明的优选特征。
[0020]不仅要求保护指示或显示的特征组合,而且还要求保护显示或指示的个别特征的任何组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]附图显示于:
图1是根据本发明的CCPP的高度示意性图示，
图2是根据本发明的废气净化设备的示意性图示，
图3是废气净化设备的再生区段有利连接到蒸汽涡轮设备的CCPP或其蒸汽发生器或其低压蒸汽涡轮上的图示，
图4是来自发电设备或废气净化设备的热的冷凝物或加压水的用途的示意性图示，以及
图5是图3中显示的布置的有利变型。
【具体实施方式】
[0022]根据图1，根据本发明的CCPP包括燃气涡轮设备1，其可具有大体已知的结构，例如像在上面提到的US 5，839，269中那样，并且具有压缩机11、至少一个燃烧室12和燃气涡轮13。燃气涡轮设备I的热的废气100随后流过热回收蒸汽发生器2。布置在热回收蒸汽发生器2下游的是废气净化设备4，在下面描述废气净化设备4。在热回收蒸汽发生器2中产生的蒸汽驱动蒸汽涡轮设备5。燃气涡轮设备I和蒸汽涡轮设备5可分别驱动发电机3等，其中，原则上使燃气涡轮设备I的转子轴R与蒸汽涡轮设备5的那些联接且使用公共发电机3是可行的。
[0023]为了驱动蒸汽涡轮设备5，可像下面描述的那样提供蒸汽回路:
由泵7将水从给水箱6馈送到加热器8，加热器8布置在废气路径中的热回收蒸汽发生器2的内部。在加热器8的出口处存在例如具有160巴的压力和300°C的温度的高压水。在加热器8下游的管式记录器(pipe register) 9中，高压水蒸发且过热,使得可在管式记录器9的出口处获得高压蒸汽。该过热的高压蒸汽供应到蒸汽涡轮设备5的高压蒸汽涡轮51，其中，高压蒸汽在高压涡轮51内部膨胀。照这样(CRH(低温再热))膨胀的蒸汽随后通过另一个管式记录器10供应，使得该蒸汽被再热。来自管式记录器10的蒸汽供应到蒸汽涡轮设备5的中压涡轮52，其中蒸汽在中压涡轮52中膨胀，使得在其下游存在低压蒸汽，如有必要，低压蒸汽可在管式记录器(未显示)中进一步被加热，并且供应到蒸汽涡轮设备5的低压涡轮53。在低压涡轮53中膨胀的蒸汽随后流到空气冷却式冷凝器或水冷却式冷凝器109中。在那里产生的冷凝物随后由泵111供应回给水箱6。
[0024]根据图2，废气净化设备4包括废气流过其中的吸收区段41，以及再生区段42，以便使来自区段41的吸收介质再生，以及将吸收介质供应回吸收区段41。在吸收区段41的出口处存在没有碳氧化物的废气1000。
[0025]在吸收区段41内部，废气100流过水和胺溶液的浴槽，其中，废气100中的二氧化碳与水结合而形成碳酸，随后与胺形成浓度较高的碳酸胺溶液。该浓度较高的碳酸胺溶液被泵113供应到再生区段42。在再生区段42内部保持高温，例如大约120°C至145°C的温度，在此温度下，浓度较高的碳酸胺溶液转化成浓度较低的碳酸胺溶液，从而此过程中释放二氧化碳，其中，二氧化碳被压缩机114供应到存储器等(未显示)。
[0026]可通过用加热器115使在再生区段42中产生的浓度较低的碳酸胺溶液在回路中循环来保持再生区段42中的再生工艺所必需的温度，加热器本身被蒸汽加热，如下面描述的那样。
[0027]浓度较低的碳酸胺溶液被泵116供应回吸收区段41，其中，在返回时，溶液流过热交换器112，供应到再生区段42的浓度较高的碳酸胺溶液也流过热交换器112 (沿相反的方向)，使得供应到再生区段42的高浓度碳酸胺溶液被预热，而且加热器115需要较低热输入来保持再生工艺所必需的温度。
[0028]再生区段42的加热器115优选被蒸汽加热，特别是饱和蒸汽，饱和蒸汽在图1中的蒸汽涡轮设备5的中压蒸汽涡轮52和低压蒸汽涡轮53之间的蒸汽路径中的点A处转向。该转向的蒸汽在加热器115处或在加热器115中冷凝，同时对浓度较低的碳酸胺溶液放热。从而产生的冷凝物K的温度大约为再生区段42的运行温度，即，介于大约120°C和145°C之间的温度，冷凝物K随后可根据图3供应到蒸发器118，并且在其中被来自热回收蒸汽发生器2的热加热。在那里产生的蒸汽的压力低于供应到低压蒸汽涡轮的入口的蒸汽的压力，在那里产生的蒸汽随后可被过度加热，并且通过合适的蒸汽入口供应到低压蒸汽涡轮53的中间级。
[0029]备选地，由蒸发器118产生的蒸汽可与从点A转向的(优选被过度加热的)蒸汽一起供应到加热器115。图3中的虚线显示了这样的选择。
[0030]备选地，来自加热器115的冷凝物K也可引入到给水箱6中，使得一方面，给水因此被加热。
[0031]因此，来自加热器115的冷凝物K用来产生具有非常低的压力的蒸汽，以使蒸汽引入到低压蒸汽涡轮53的中间级中。因此废气净化设备用来产生除了用于蒸汽涡轮设备5的高压、中压和低压蒸汽涡轮的蒸汽压力水平之外的第四蒸汽压力水平。蒸汽涡轮设备5和热回收蒸汽发生器2仅被废气净化设备4略微修改。
[0032]已经证明有利地在较低的温度下运行废气净化设备4的再生区段42，较低的温度实际上对于再生工艺的次佳的。加热器115的热能需求从而不成比例地降低，因此由于在废气净化设备4的运行期间必须移除热能而引起的CCPP性能损失保持较低。
[0033]必须冷却其中流过热的废气100的废气净化设备的吸收区段41，以便保持吸收工艺所需的低温。在胺系统的情况下，该温度为大约40°C，而在冷冻氨工艺的情况下，该温度为大约5°C。
[0034]根据图4中显示的实施例，来自加热器115的热的冷凝物K被泵116供应到快热锅炉117的入口，其中，调整阀118布置在快热锅炉117的入口处，以便保持快热锅炉117和泵116之间的管线中的压力，其中，在冷凝物K的优势温度下，该压力高于水的沸腾压力。在快热锅炉117中，存在比泵116和快热锅炉117之间的管线中的压力更低的压力，使得引入到快热锅炉117中的冷凝物K或多或少立即蒸发(闪蒸成蒸汽)。产生的压力非常低的蒸汽(其压力低于中压涡轮和低压涡轮之间的蒸汽路径中的A处的蒸汽压力)现在可供应到低压涡轮53的中间级。通过使用泵116来提高热的冷凝物K的压力，可提高在锅炉117中产生的闪蒸蒸汽的压力和量。
[0035]根据该实施例的优选变型，来自快热锅炉117的压力非常低的蒸汽可在引入到低压涡轮53中之前在加热器119中被过度加热。加热器119本身可被来自高压涡轮的出口的蒸汽加热(CRH)，或者优选地被热回收蒸汽发生器(HRSG)中的烟道气加热。原则上，也可使用任何其它热源。
[0036]根据本发明的另一个实施例，如图5中显示的那样，为了代替单个快热锅炉117，可存在成级联(cascade)的快热锅炉117、117’、117’’，其中，来自各个快热锅炉117、117’的冷凝物通过另一个调整阀118’、118’’供应到随后的快热锅炉117’、117’’，其中，随后的快热锅炉117’、117’’中的压力低于前面的快热锅炉117、117’中的压力，使得对其供应的冷凝物部分地快速蒸发。例如，级联可包括三个快热锅炉117、117’、117’ ’，如图5中显示的那样。
[0037]如上面提到的那样，图4和5中的泵116可用来提高热的冷凝物⑷的压力，以便提高闪蒸蒸汽的压力和量。
[0038]照这样，具有随后降低的压力的蒸汽流可从快热锅炉级联117、117’、117’’的快热锅炉引导，并且供应到低压蒸汽涡轮53的合适的不同级。
[0039]在该实施例中，供应到低压蒸汽涡轮的蒸汽流在引入到低压蒸汽涡轮53中之前也可在合适的加热器119中被过度加热。加热器119可被来自任何适当的源的蒸汽加热。
[0040]该实施例基于在较高温度下离开的冷凝水可在低压下在快热锅炉中(部分地)蒸发、并且产生的蒸汽可用于驱动蒸汽涡轮的一般思想。
[0041]部件列表
I燃气涡轮设备 2热回收蒸汽发生器 3发电机 4废气净化设备 5蒸汽涡轮设备 6给水箱 7泵
8加热器 9管式记录器 10管式记录器
11I的压缩机
12I的燃烧室
13I的燃气涡轮
414的吸收区段
424的再生区段
515的高压蒸汽涡轮
525的中压蒸汽涡轮
535的低压蒸汽涡轮 100废气
109冷凝器 111泵112热交换器113泵114压缩机115加热器116泵
117、117’、117’’快热锅炉
118、118’、118’’调整阀1000废气(经净化的)
A分支点(用于蒸汽)
CRH低温再热
K冷凝物R转子轴。
【权利要求】
1.一种联合循环发电设备(CCPP),包括， -燃气涡轮设备(I)， -热回收蒸汽发生器(2)，来自所述燃气涡轮设备(I)的热的废气(100)流过所述热回收蒸汽发生器(2)， -蒸汽涡轮设备(5)，其由来自所述热回收蒸汽发生器(2)的蒸汽驱动，以及 -布置在所述热回收蒸汽发生器(2)下游的废气净化设备(4)，其具有吸收区段(41)，在所述吸收区段(41)中，所述废气(100)中的二氧化碳被吸收剂流体吸收，其中，所述废气净化设备(4)包括再生区段(42)，对所述再生区段(42)供应装载有二氧化碳的所述吸收剂流体，其中，所述吸收剂流体能够在升高的温度下再生，同时放出所述二氧化碳用于供应到存储器，并且其中，所述再生的吸收剂流体被供应回所述吸收区段(41)中，用于吸收所述废气(100)中的所述二氧化碳，其中，所述再生区段(42)包括加热器(115)，所述加热器(115)能够利用来自所述热回收蒸汽发生器(2)或所述蒸汽涡轮设备(5)的所述蒸汽加热，其中，所述供应的蒸汽在所述加热器(115)中或在所述加热器(115)处冷凝，并且所产生的热的冷凝物(K)供应到至少一个蒸发器(117，117’，117’’，118)，在所述至少一个蒸发器中，所述热的冷凝物(K)至少部分地蒸发成蒸汽，并且其中，该蒸汽引入到所述蒸汽涡轮设备(5)的级中，特别是引入到所述蒸汽涡轮设备(5)的所述低压涡轮(53)的中间级中。
2.根据权利要求1所述的联合循环发电设备，其特征在于， 热交换器(112)布置在所述吸收剂区段(41)和所述再生区段(42)之间，其中，使来自所述再生区段(42)的所述吸收剂流体回到所述吸收区段(41)中，并且来自所述吸收区段(41)的所述吸收剂流体通过所述热交换器(112)供应到所述再生区段(42)。
3.根据权利要求1或2所述的联合循环发电设备，其特征在于， 使用从所述吸收区段(41)提取的热能来预热用于所述燃气涡轮设备(I)的燃料，或者预热用于所述蒸汽涡轮设备(5)的给水。
4.根据权利要求1或2所述的联合循环发电设备，其特征在于， 将由所述至少一个蒸发器(117，117’，117’ ’，118)产生的所述蒸汽的一部分添加到供应至所述再生区段(42)的所述加热器(115)的所述蒸汽。
5.根据权利要求1所述的联合循环发电设备，其特征在于， 由所述至少一个蒸发器(117，117’，117’ ’，118)产生的所述蒸汽在所述热回收蒸汽发生器(2)的加热器中过热，并且随后供应到所述蒸汽涡轮设备(5)的所述低压涡轮(53)的中间级。
6.根据权利要求1所述的联合循环发电设备，其特征在于， 所述蒸汽涡轮设备(5)包括高压蒸汽涡轮(51)、中压蒸汽涡轮(52)和低压蒸汽涡轮(53)，其中，从所述中压蒸汽涡轮(52)的出口和所述低压蒸汽涡轮(53)的入口之间的点(A)得到蒸汽，用于加热所述再生区段(42)的所述加热器(115)。
7.根据权利要求1所述的联合循环发电设备，其特征在于， 所述冷凝物(K)供应到成级联的快热锅炉(117，117’，117’’)，其中，来自第一快热锅炉(117)的加压水或冷凝物供应到第二快热锅炉(117’)，所述第二快热锅炉(117’)具有比所述第一快热锅炉(117)更低的内部压力，使得来自所述第一快热锅炉(117)的所述加压水或冷凝物能够至少部分地蒸发，其中，由所述快热锅炉(117，117’，117’’)产生的所述蒸汽供应到所述蒸汽涡轮设备(5)的一个或多个级，特别是对应于它们的不同压力的所述低压蒸汽涡轮(53)。
8.根据权利要求7所述的联合循环发电设备，其特征在于， 来自所述至少一个快热锅炉(117，117’，117’’)的所述蒸汽在引入到所述蒸汽涡轮设备(5)的级中之前，例如利用所述热回收蒸汽发生器(2)过热。
9.根据权利要求7所述的联合循环发电设备，其特征在于， 由来自所述蒸汽涡轮设备(5)的所述高压蒸汽涡轮(51)的所述出口的所述蒸汽(CRH)使来自所述至少一个快热锅炉的所述蒸汽过热。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的联合循环发电设备，其特征在于， 来自所述至少一个蒸发器(117，117’，117’’，118)的剩余冷凝物(K)供应到所述蒸汽涡轮设备(5)的所述给水箱(6)。
【文档编号】F02C6/18GK104254673SQ201380015368
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2012年3月21日
【发明者】R.卡罗尼, A.里莫亚, D.奥尔斯森, J.迪伊茨曼恩, C.佩德蒂, T.努格罗霍, E.康特, G.L.阿戈斯蒂内里 申请人:阿尔斯通技术有限公司