專利名稱：連續(xù)燃燒和co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)燃燒和CO2排放減少的熱電設(shè)備，優(yōu)選氣輪機(jī)設(shè)備，其包括經(jīng)由在各種情況下至少一個(gè)流動(dòng)通道而串聯(lián)連接的以下組成部分燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元、第一燃燒室、高壓渦輪級(jí)、第二燃燒室和低壓渦輪級(jí)，第二燃燒室和/或低壓渦輪級(jí)可被供以用于冷卻目的的冷卻氣流。本發(fā)明還描述了一種操作上述類型的熱電設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
在全球變暖的情況下，一段時(shí)間以來已經(jīng)努力減少溫室氣體、尤其是CO2向大氣中的排放。在此方面已經(jīng)得到了很多進(jìn)展，導(dǎo)致在化石燃料燃燒過程中產(chǎn)生的CO2被部分地完全分離出去。在此方面，通過在燃燒室燃燒來產(chǎn)生電能用于驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)設(shè)備是特別值得注意的，由其排放的廢物形成人類產(chǎn)生的排放體積的相當(dāng)大比例。為了減少由氣輪機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的CO2向開放大氣的排放，已經(jīng)有了由氣輪機(jī)的廢氣流分離出CO2公知技術(shù)，其是在最高可能壓力下通過使廢氣流循環(huán)來分離CO2。從根本上來講，在廢氣流中的CO2分壓越高，則CO2分離的效率越好。為了增加廢氣流的壓力，以本身已知的方式，利用氣輪機(jī)的燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元壓縮廢氣流，用新鮮空氣稀釋循環(huán)的廢氣流，結(jié)果是在一方面待被壓縮機(jī)單元壓縮的燃燒進(jìn)料空氣的氧含量減少，再者也使循環(huán)的廢氣的CO2濃度減少。較低氧含量的結(jié)果是，通過循環(huán)的廢氣路線形成的壓縮的混合空氣當(dāng)經(jīng)由氣輪機(jī)設(shè)備流動(dòng)時(shí)，然后進(jìn)料到燃燒器中，在燃燒器中，混合空氣通過混合燃料轉(zhuǎn)化為可燃的燃料/空氣混合物，最后在燃燒室中點(diǎn)燃，尤其在某些情況下，發(fā)生所謂的燃燒不穩(wěn)定，其中燃燒室內(nèi)發(fā)生的燃燒無任何過量氧。這樣性質(zhì)的燃燒不穩(wěn)定性一方面導(dǎo)致高CO排放，另一方面導(dǎo)致形成熱聲振蕩，其會(huì)大大妨礙氣輪機(jī)設(shè)備的操作。另一方面，在循環(huán)的、壓縮的廢氣流中已經(jīng)通過混合燃燒進(jìn)料空氣而減少的CO2含量導(dǎo)致較低的CO2分離效率。本發(fā)明試圖補(bǔ)救此形式，提供一種操作氣輪機(jī)設(shè)備的方式，其容許由循環(huán)的廢氣流中有效分離出CO2，而不對(duì)穩(wěn)定的燃燒器性能具有長期作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的連續(xù)燃燒并CO2排放減少的熱電設(shè)備，優(yōu)選氣輪機(jī)設(shè)備，其方式使得由氣輪機(jī)設(shè)備的廢氣流分離CO2的效率可被最優(yōu)化，使設(shè)備工程技術(shù)方面的支出盡可能低，并且在操作性能、尤其在氣輪機(jī)設(shè)備的排放方面不會(huì)具有長期的副作用。本發(fā)明的措施是進(jìn)一步提供對(duì)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的氣輪機(jī)設(shè)備改裝的選擇。再者，本發(fā)明此方面的一個(gè)目的是提供操作氣輪機(jī)的相應(yīng)方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案在權(quán)利要求1中給出。權(quán)利要求16的主題是操作熱電設(shè)備、尤其是氣輪機(jī)的方法。有利地發(fā)展本發(fā)明構(gòu)思的特征形成從屬權(quán)利要求的主題，尤其可在說明書的示例性實(shí)施方案中找到。
本發(fā)明公開了一種連續(xù)燃燒和CO2排放減少的熱電設(shè)備、優(yōu)選氣輪機(jī)，其包括經(jīng)由每種情況下至少一個(gè)流動(dòng)通道串聯(lián)連接的以下組成部分燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元、第一燃燒室、高壓渦輪級(jí)、第二燃燒室和低壓渦輪級(jí)，第二燃燒室和/或低壓渦輪級(jí)可被供以用于冷卻目的的冷卻氣流，其改進(jìn)方式是提供循環(huán)管線，其將至少一些來自低壓渦輪級(jí)的廢氣流進(jìn)料至冷卻單元。至少一些來自冷卻單元的壓縮的廢氣流作為用于冷卻目的的冷卻氣流經(jīng)由冷卻管線進(jìn)料至第二燃燒室和/或低壓渦輪級(jí)，結(jié)果是暴露于在第二燃燒室內(nèi)形成的熱氣體中的氣輪機(jī)組成部分可被有效地冷卻。再者，在冷卻管線中提供CO2分離單元，其將至少一些CO2分離出冷卻氣流。本發(fā)明因此實(shí)質(zhì)上基于連續(xù)燃燒的氣輪機(jī)設(shè)備，其中利用相應(yīng)設(shè)置的壓縮機(jī)單元，將循環(huán)氣體壓縮至發(fā)生CO2分離的中等壓力，并且其還容許消耗CO2的廢氣流作為冷卻氣流在所述中等壓力水平下進(jìn)料至第二燃燒室中，并且優(yōu)選也進(jìn)入至低壓渦輪級(jí)中用于冷卻目的。為了有效地冷卻的目的，預(yù)壓縮的、循環(huán)廢氣流在進(jìn)入CO2分離單元之前，其流過冷卻器。通過連續(xù)燃燒，用于冷卻第二燃燒室的那部分冷卻氣流被升溫回到低壓渦輪機(jī)的工作溫度，結(jié)果是沒有效率損失。進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參考附圖在示例性實(shí)施方案中找到。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，稱作連續(xù)燃燒器級(jí)的第二燃燒室的燃燒提供部分氧化的用途，其中，為了設(shè)置化學(xué)計(jì)量燃燒，第二燃燒室與氧化單元結(jié)合，通過該氧化單元，用于第二燃燒室燃燒的燃料至少部分氧化，釋放氫氣，并點(diǎn)燃，至少與消耗掉CO2的廢氣流一起用作冷卻氣體，以形成化學(xué)計(jì)量的燃料/氧氣混合物。來自高壓渦輪級(jí)的熱氣體可以與冷卻氣流成比例地混合至在冷卻的、消耗CO2的廢氣流中存在的氧含量。在本文中，可由以下描述的示例性實(shí)施方案得到進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
原則上，循環(huán)廢氣流的壓縮可在燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元的低壓壓縮機(jī)部分內(nèi)進(jìn)行，然而在此情況下，結(jié)果是混合有新鮮空氣，所帶來的缺點(diǎn)在以下介紹中描述。在特別有利的實(shí)施方案中，廢氣壓縮機(jī)單元被提供作為壓縮循環(huán)廢氣流的額外部分，用于增加廢氣流的壓力至特定的中等壓力水平，以便作為冷卻氣體被向上進(jìn)料流入上述連續(xù)的燃燒器單元，并且流入低壓渦輪級(jí)。
因此，本發(fā)明的操作具有連續(xù)燃燒和減少CO2釋放的熱電設(shè)備的方法的特征在于以下事實(shí)至少一些來自低壓渦輪級(jí)的廢氣被循環(huán)、壓縮并且進(jìn)料至CO2分離，以得到CO2，并且消耗CO2的廢氣流被提供作為冷卻氣流用于冷卻目的。
本發(fā)明的簡要描述以下將在示例性實(shí)施方案的基礎(chǔ)上通過實(shí)施例、并且參考附圖來描述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明總的構(gòu)思。
圖1所示為本身已知的具有連續(xù)燃燒的氣輪機(jī)(現(xiàn)有技術(shù))圖2-7所示為連續(xù)燃燒和減少CO2含量的廢氣流的本發(fā)明的氣輪機(jī)設(shè)備的示意性工藝流程圖。
實(shí)施本發(fā)明的方式、工業(yè)應(yīng)用性圖1所示為本身已知的具有連續(xù)燃燒的氣輪機(jī)裝置的示意性的、簡化的工藝流程圖。該氣輪機(jī)設(shè)備基本上包括高壓渦輪級(jí)3和低壓渦輪級(jí)5，位于這兩個(gè)級(jí)之間的是連續(xù)燃燒4。進(jìn)料空氣L在燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元1中經(jīng)由兩個(gè)壓縮機(jī)級(jí)LP、HP被壓縮至高壓水平。此空氣與燃料B預(yù)混合，并且在標(biāo)準(zhǔn)燃燒室2中燃燒。在燃燒室3中產(chǎn)生的熱氣體然后在高壓渦輪級(jí)3中膨脹至中等壓力。因?yàn)閬碜缘谝粋€(gè)輕微預(yù)混燃燒的熱氣體仍含有超過半數(shù)的原始氧含量，所以在特定連續(xù)燃燒室4的上游立即再次混合燃料B并點(diǎn)燃。此再加熱的熱氣體在低壓渦輪級(jí)5的下游膨脹至大氣壓，膨脹的熱氣體以廢氣流A的形式完全被釋放到開放大氣中。對(duì)于已經(jīng)在低壓壓縮機(jī)部分LP中預(yù)壓縮的燃燒進(jìn)料空氣中的一些，特別有利的是將其分叉并利用冷卻單元KAI來冷卻，然后為了冷卻目的進(jìn)料至連續(xù)燃燒室4中，并且也進(jìn)料至低壓渦輪級(jí)5中。
由上述的并且本身公知的具有連續(xù)燃燒和分級(jí)操作的氣輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行，根據(jù)圖2所示的示例性實(shí)施方案，來自低壓渦輪級(jí)5的廢氣A經(jīng)由循環(huán)管線6循環(huán)入用于低壓壓縮機(jī)單元7的進(jìn)料空氣流中，在壓縮機(jī)單元7中，循環(huán)的廢氣流與進(jìn)料空氣混合，并且壓縮至中等壓力水平。循環(huán)廢氣A有利地沿著循環(huán)管線6流過熱交換器單元D，在熱交換器D處，熱量轉(zhuǎn)移到循環(huán)水蒸汽中，例如用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的循環(huán)水蒸汽(未更詳細(xì)地顯示)。再者，循環(huán)管線6提供了冷卻器單元KAI，其中首先冷卻廢氣，并通過冷凝來除濕。
已經(jīng)通過低壓冷卻器部分LP預(yù)壓縮至中等壓力的廢氣然后經(jīng)由冷卻管線8通入CO2分離單元9，其中由于占優(yōu)勢的高中等壓力水平而發(fā)生非常有效的CO2分離，在CO2分離單元9的上游有利地提供另外的冷卻器單元KA2。本身已知的分離裝置，例如基于MEA或物理作用分離器、例如基于膜的化學(xué)吸收，適合于CO2分離單元。介于70-99％的CO2分離器效率可借助于此類型的CO2分離單元來實(shí)現(xiàn)。為了冷卻目的，來自CO2分離單元9的消耗CO2廢氣流通入連續(xù)燃燒器單元4和低壓渦輪級(jí)5，連續(xù)燃燒的結(jié)果是用于冷卻第二燃燒室的那部分冷卻氣流升溫回到低壓渦輪機(jī)的工作溫度，從而沒有效率損失。
只要連續(xù)壓縮機(jī)級(jí)4使用過量氧氣操作，在燃燒室內(nèi)就形成空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的預(yù)混物火焰前鋒，即燃燒操作是穩(wěn)定的。然而，如果循環(huán)廢氣量增加至使得進(jìn)料至第一燃燒室2的高壓縮燃燒空氣中的氧含量僅剛剛足以完成所供應(yīng)燃料B燃燒的量，那么連續(xù)燃燒器級(jí)4中的燃燒在甚至更低的進(jìn)入氧含量下發(fā)生，而無氧過量。雖然為了實(shí)現(xiàn)特別高水平的CO2除去結(jié)合最大可能的廢氣循環(huán)，此狀態(tài)是特別希望的，另外在此類型的操作模式下，在各燃燒區(qū)內(nèi)的最小氧含量導(dǎo)致非常低的NOx排放值，但是經(jīng)驗(yàn)顯示在這些燃燒條件下，產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定，例如熱聲振蕩、高CO排放和預(yù)混物火焰的突然熄滅。面對(duì)這些負(fù)面燃燒現(xiàn)象，同時(shí)為了能夠開發(fā)出已經(jīng)描述的在化學(xué)計(jì)量氧條件下的優(yōu)點(diǎn)，利用了所謂的部分氧化。在此，也參考圖3所示的示例性實(shí)施方案，其說明了一個(gè)氣輪機(jī)裝置的工藝流程圖，除了改變連續(xù)燃燒器級(jí)4，其余的與圖2所說明的工藝流程圖相同。為了避免重復(fù)，對(duì)于已經(jīng)在圖2中描述的附圖標(biāo)記的解釋，參考上面給出的相應(yīng)示例性實(shí)施方案。
在下文中，假設(shè)循環(huán)廢氣混合入燃燒進(jìn)料空氣L中至程度為使得用于燃燒室2的進(jìn)料空氣中的氧含量剛剛足以用于所供應(yīng)的燃料B的燃燒。如上面所解釋的，在燃燒室4中的連續(xù)燃燒在缺乏氧的條件下發(fā)生。為了避免上面描述的相關(guān)缺點(diǎn)，燃料B首先在氧缺乏條件下于氧化單元11中反應(yīng)。氧化單元11被有利地設(shè)計(jì)為這樣一個(gè)催化劑單元一方面被加入待氧化的燃料B，另一方面加入氧的量為理論氧需求的20-75％，以完全氧化所述燃料。所述量的供應(yīng)的氧經(jīng)由進(jìn)料管線10導(dǎo)入，該進(jìn)料管線10使來自冷卻管線8的消耗CO2的廢氣部分分叉。如果消耗CO2的廢氣流中所包含的氧含量不足以滿足進(jìn)行部分氧化所續(xù)的氧含量，那么對(duì)于來自高壓渦輪級(jí)3的熱氣體中的一些，可另外與消耗CO2廢氣流經(jīng)由進(jìn)料管線12混合，以便進(jìn)料到氧化級(jí)11中。
在氧化級(jí)11內(nèi)部分氧化的結(jié)果是，一些氫氣由燃料B的烴化合物分離出來，并且在部分氧化級(jí)11之后以自由氫的形式存在于進(jìn)入連續(xù)燃燒級(jí)4之前的熱出口混合物中。如果然后將來自高壓渦輪級(jí)3的熱氣體與含有氫組分的此氣體混合物一起進(jìn)料到連續(xù)燃燒級(jí)4，那么存在的氫的高壓和高反應(yīng)性導(dǎo)致仍以氫、CO和殘留烴存在的燃料的自發(fā)反應(yīng)和完全燃燒。此燃燒器混合物的高反應(yīng)性特別有利地導(dǎo)致在連續(xù)燃燒級(jí)4內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，從而可完全避免熱聲振蕩、高CO釋放和預(yù)混合物燃燒器火焰熄滅方面的在介紹中提到的缺點(diǎn)。
在實(shí)施部分氧化的有利的實(shí)施方案中，在連續(xù)燃燒級(jí)4內(nèi)使用燃料進(jìn)料噴槍是適當(dāng)?shù)?，在該連續(xù)燃燒級(jí)4內(nèi)，因?yàn)樾枰尫艢錃猓ㄟ^使用催化劑而發(fā)生所供應(yīng)燃料B的反應(yīng)。
雖然上述措施用于優(yōu)化在燃燒室2和4中發(fā)生的燃燒過程，但根據(jù)本發(fā)明，主要任務(wù)是減少由氣輪機(jī)裝置中釋放的廢氣的CO2含量。進(jìn)料至本發(fā)明冷卻管線8中使用的CO2分離單元9中的CO2濃度越高，所述分離單元就越高效率地運(yùn)轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)此目的，在圖2和3所示的示例性實(shí)施方案中，利用燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元1的低壓壓縮機(jī)部分LP來預(yù)壓縮循環(huán)廢氣。然而，此實(shí)施方案的一個(gè)缺點(diǎn)是循環(huán)廢氣與所供應(yīng)的進(jìn)料空氣L混合，并因此他們?cè)诘蛪簤嚎s機(jī)部分LP內(nèi)被壓縮在一起。因此，稀釋的、預(yù)壓縮的廢氣流流入CO2分離單元9中。為了避免此“稀釋效應(yīng)”，參照?qǐng)D4所示示例性實(shí)施方案，計(jì)劃將分離壓縮機(jī)用于循環(huán)廢氣。為此目的，將單獨(dú)的廢氣壓縮機(jī)單元7設(shè)置在共同軸W上，燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元1和高壓及低壓渦輪級(jí)3、5沿該共同軸W布置，所述單獨(dú)的廢氣壓縮機(jī)單元7中僅循環(huán)廢氣經(jīng)由循環(huán)管線6被壓縮并且然后經(jīng)由冷卻器單元KA2進(jìn)料到CO2分離單元9中。在此方式中，在廢氣中保持高CO2濃度，結(jié)果是可增加CO2分離單元9的效率。在燃燒過程的化學(xué)計(jì)量運(yùn)轉(zhuǎn)模式的情況下，如上所述，廢氣不再含有任何氧氣，并且因此也可不再例如通過部分氧化用于燃燒。因此，圖4所示示例性實(shí)施方案的工藝流程圖不是提供部分氧化級(jí)，而是減少CO2的廢氣現(xiàn)在僅在連續(xù)燃燒級(jí)4和低壓渦輪級(jí)5內(nèi)用于冷卻目的。提供循環(huán)管線13用于設(shè)定在燃燒室2、4內(nèi)燃燒過程的化學(xué)計(jì)量操作模式，經(jīng)由所述燃燒室2、4，為了與進(jìn)料空氣L計(jì)量混合，將已經(jīng)在廢氣壓縮機(jī)單元內(nèi)壓縮的循環(huán)廢氣在流過CO2分離單元9之后，直接以冷卻的方式、或以減少CO2的方式進(jìn)料至高壓壓縮機(jī)級(jí)HP。
在循環(huán)廢氣流超過CO2分離單元9的攝取容量的形式下，任選使用旁路管線14使CO2分離單元9分流作為壓縮和冷卻的循環(huán)廢氣流的部分。
圖5說明了另一示例性實(shí)施方案，其類似于圖4所示的示例性實(shí)施方案，提供了單獨(dú)的CO2壓縮機(jī)級(jí)7；另外，通過部分氧化發(fā)生連續(xù)燃燒，進(jìn)料到部分氧化級(jí)11的氧量經(jīng)由旁路管線15提供，該旁路管線15位于低壓壓縮機(jī)部分LP的下游，容許一些預(yù)壓縮的進(jìn)料空氣L從容地流入氧化單元11，其中燃料被部分氧化，釋放氫氣。替代旁路管線或與旁路管線15結(jié)合，來自高壓渦輪級(jí)3的熱氣體也可經(jīng)由進(jìn)料管線12進(jìn)料到氧化單元11中，以便實(shí)施燃料B的部分氧化。
上述所有的示例性實(shí)施方案都涉及氣輪機(jī)設(shè)備，沿其單軸W布置發(fā)電機(jī)單元1、燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元1和高壓渦輪級(jí)3和低壓渦輪級(jí)5。在循環(huán)廢氣于單獨(dú)的廢氣壓縮機(jī)單元7中壓縮的情況下，該單獨(dú)的廢氣壓縮機(jī)單元7也沿共同軸7布置。
不僅僅促進(jìn)在已經(jīng)運(yùn)行的氣輪機(jī)設(shè)備中本發(fā)明措施的改變，推薦將用于壓縮循環(huán)廢氣的壓縮機(jī)單元布置在單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的軸上。此類型的氣輪機(jī)設(shè)備的工藝流程圖在圖6中說明。如果使用已經(jīng)在圖2中描述的工藝流程圖作為基礎(chǔ)，圖6中所示的氣輪機(jī)設(shè)備的區(qū)別之處在于還提供了另一個(gè)軸W′，其通過包括高壓渦輪機(jī)部分3′和低壓渦輪機(jī)部分5′的獨(dú)立的氣輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)。高壓渦輪機(jī)部分3′和低壓渦輪機(jī)部分5′各自用熱氣體進(jìn)料，所述熱氣體各自來自燃燒室2′和4′。為了向燃燒室2′和4′供應(yīng)以燃燒所需的燃燒進(jìn)料空氣，類似于高壓壓縮機(jī)級(jí)HP，高壓壓縮機(jī)級(jí)HP′被供應(yīng)以預(yù)壓縮的進(jìn)料空氣L，該預(yù)壓縮的進(jìn)料空氣L源自燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元1的低壓壓縮機(jī)級(jí)LP。相反，循環(huán)廢氣經(jīng)由循環(huán)管線6進(jìn)料到燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元1′的低壓壓縮機(jī)級(jí)LP′中，并壓縮至中等壓力，該循環(huán)廢氣不與燃燒進(jìn)料空氣混合，而是僅經(jīng)由冷卻出口管線通入CO2分離單元9中。
在低壓壓縮機(jī)級(jí)LP′內(nèi)獨(dú)立壓縮循環(huán)廢氣的結(jié)果是，高壓縮、尤其是高濃度的CO2廢氣流被進(jìn)料到CO2分離單元中，然后CO2可從廢氣流中非常有效率地分離出來。如以上示例性實(shí)施方案所描述的，大量減少CO2的廢氣流同樣為了冷卻目的進(jìn)料到連續(xù)燃燒室4和4′中，也進(jìn)料到低壓渦輪級(jí)5和5′中。
雖然圖6說明的氣輪機(jī)設(shè)備可相當(dāng)程度地減少來自氣輪機(jī)裝置的廢氣流A的CO2含量，但是由于系統(tǒng)原因，不可能將CO2完全分離出排入開放大氣的廢氣流。這是因?yàn)榈蛪簻u輪級(jí)5的廢氣組分包含在廢氣流A中，并且由于缺乏循環(huán)而保留在廢氣流中。然而，也為了最小化這些組分，提供了最后的圖7所示的示例性實(shí)施方案用于部分氧化。圖7所說明的工藝流程圖代表對(duì)圖6所說明的工藝流程圖在已經(jīng)參照?qǐng)D5所描述的部分氧化方面的改進(jìn)。在圖7所示的示例性實(shí)施方案中，旁路管線15、15′用于準(zhǔn)確提供占完全氧化所需理論氧量20-75％的氧氣，其與催化燃料轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的氫氣釋放相結(jié)合，產(chǎn)生確保穩(wěn)定燃燒過程的反應(yīng)性可燃混合物。
附圖標(biāo)記表1、1′燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元2、2′第一燃燒室3、3′高壓渦輪級(jí)4、4′第二燃燒室、連續(xù)燃燒室5、5′低壓渦輪級(jí)6 循環(huán)管線7 縮機(jī)單元8 冷卻管線9 CO2分離單元10出口管線11氧化單元12出口管線13返回管線14旁路管線15旁路管線A 廢氣D 熱交換器單元KA1、KA2 冷卻器單元G 發(fā)電機(jī)LP、LP′ 低壓壓縮機(jī)級(jí)HP、HP′ 高壓壓縮機(jī)級(jí)B 燃料
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)燃燒和CO2排放減少的熱電設(shè)備，其包括經(jīng)由每種情況下至少一個(gè)流動(dòng)通道串聯(lián)連接的以下組成部分燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)、第一燃燒室(2)、高壓渦輪級(jí)(3)、第二燃燒室(4)和低壓渦輪級(jí)(5)，所述第二燃燒室(4)和/或低壓渦輪級(jí)(5)可被供以用于冷卻目的的冷卻氣流，其特征在于具有循環(huán)管線(6)，該循環(huán)管線將至少一些來自低壓渦輪級(jí)(5)的廢氣流進(jìn)料至壓縮機(jī)單元(7)，具有冷卻管線(8)，該冷卻管線將至少一些來自壓縮機(jī)單元(7)的壓縮的廢氣流作為用于冷卻目的的冷卻氣流進(jìn)料至第二燃燒室(4)和/或低壓渦輪級(jí)(5)，在冷卻管線(8)中提供CO2分離單元(9)，其將至少一些CO2分離出所述冷卻氣流。
2.權(quán)利要求1的熱電設(shè)備，其特征在于在位于所述壓縮機(jī)單元(7)下游和所述CO2分離單元(9)上游的冷卻管線(8)中提供冷卻單元KA1。
3.權(quán)利要求1或2的熱電設(shè)備，其特征在于所述燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)是包括低壓壓縮機(jī)部分(LP)和高壓壓縮機(jī)部分(HP)的至少二級(jí)壓縮機(jī)單元，并且階段壓縮機(jī)單元(7)對(duì)應(yīng)所述燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)的低壓壓縮機(jī)部分(LP)。
4.權(quán)利要求1-3之一的熱電設(shè)備，其特征在于在所述CO2分離單元(9)的下游，所述冷卻管線(8)提供了與氧化單元(11)相連的出口管線(10)，通過所述氧化單元(11)，用于在第二燃燒室(4)燃燒的燃料被部分氧化，釋放氫氣，然后將部分氧化的燃料于第二燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃。
5.權(quán)利要求4的熱電設(shè)備，其特征在于在位于高壓渦輪級(jí)(3)和第二燃燒室(4)之間的流動(dòng)通道(S)中提供出口管線(12)，該出口管線(12)在所述出口管線(10)進(jìn)入氧化單元(11)之前展開進(jìn)入所述出口管線(10)。
6.權(quán)利要求1-5之一的熱電設(shè)備，其特征在于在共同軸(W)上布置所述壓縮機(jī)單元(7)、燃所述燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)、所述高壓渦輪級(jí)(3)和低壓渦輪級(jí)(5)以及發(fā)電機(jī)(G)。
7.權(quán)利要求1-6之一的熱電設(shè)備，其特征在于所述燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)是包括低壓壓縮機(jī)部分(LP)和高壓壓縮機(jī)部分(HP)的至少二級(jí)壓縮機(jī)單元，并且在所述CO2分離單元(9)的上游和/或下游的冷卻管線(8)中提供至少一個(gè)返回管線(13)，該返回管線(13)展開進(jìn)入所述高壓壓縮機(jī)部分(HP)。
8.權(quán)利要求1-7之一的熱電設(shè)備，其特征在于在所述冷卻管線(8)中提供了使CO2分離單元(9)分叉的旁路管線(14)。
9.權(quán)利要求4-8之一的熱電設(shè)備，其特征在于在所述低壓壓縮機(jī)部分(LP)的下游具有與氧化單元(11)相連的旁路管線(15)，通過所述氧化單元(11)，用于使第二燃燒室(4)燃燒的燃料至少被部分氧化，然后將部分氧化的燃料于第二燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃。
10.權(quán)利要求1-9之一的熱電設(shè)備，其特征在于沿著所述循環(huán)管線(6)提供將水分離出所述廢氣流的冷卻單元(KA2)。
11.權(quán)利要求1-10之一的熱電設(shè)備，其特征在于，在緊鄰所述低壓渦輪級(jí)(5)的下游，沿著所述循環(huán)管線(6)提供用于將熱量釋放至水蒸汽循環(huán)的熱交換器單元(D)。
12.權(quán)利要求1-11之一的熱電設(shè)備，其特征在于該熱電設(shè)備是階梯式運(yùn)轉(zhuǎn)的氣輪機(jī)裝置。
13.權(quán)利要求1-5或6-12之一的熱電設(shè)備，其特征在于所述燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)、所述高壓渦輪級(jí)(3)和低壓渦輪級(jí)(5)以及發(fā)電機(jī)(G)布置在共同的第一個(gè)軸(W)上，而所述壓縮機(jī)單元(7)布置在第二個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上。
14.權(quán)利要求13的熱電設(shè)備，其特征在于另外的燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1′)、另外的高壓渦輪級(jí)(3′)和另外的低壓渦輪級(jí)(5′)以及另外的發(fā)電機(jī)(G′)沿著所述第二個(gè)軸布置。
15.權(quán)利要求14的熱電設(shè)備，其特征在于所述另外的燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1′)、所述另外的高壓渦輪級(jí)(3′)和所述另外的低壓渦輪級(jí)(5′)以及所述另外的發(fā)電機(jī)(G′)以類似于權(quán)利要求1-12之一所描述的燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)、高壓渦輪級(jí)(3)和低壓渦輪級(jí)(5)以及發(fā)電機(jī)(G)的方式布置并彼此連接。
16.一種操作連續(xù)燃燒和CO2排放減少的熱電設(shè)備的方法，所述熱電設(shè)備包括在各種情況下都經(jīng)由至少一個(gè)流動(dòng)通道(S)串聯(lián)連接的以下組成部分燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)、第一燃燒室(2)、高壓渦輪級(jí)(3)、第二燃燒室(4)和低壓渦輪級(jí)(5)，第二燃燒室(4)和/或低壓渦輪級(jí)(5)被供以用于冷卻目的的冷卻氣流，該方法的特征在于至少一些來自所述低壓渦輪級(jí)的廢氣被循環(huán)、壓縮并進(jìn)料到CO2分離，得到CO2，并且消耗CO2的廢氣流被提供作為用于冷卻目的的冷卻氣流。
17.權(quán)利要求16的方法，其特征在于將所述冷卻氣流進(jìn)料到所述第二燃燒室(4)和/或所述低壓渦輪級(jí)(5)用于冷卻目的。
18.權(quán)利要求16或17的方法，其特征在于在循環(huán)廢氣被壓縮前，將來自低所述壓渦輪級(jí)(5)的廢氣進(jìn)料到用于熱耦合水蒸氣循環(huán)的熱交換器D和/或冷卻單元(KA2)中。
19.權(quán)利要求16-18之一的方法，其特征在于將循環(huán)廢氣進(jìn)料到燃燒進(jìn)料空氣壓縮機(jī)單元(1)中，以便與燃燒進(jìn)料空氣一起壓縮。
20.權(quán)利要求19的方法，其特征在于在多個(gè)級(jí)中發(fā)生壓縮，并且在已經(jīng)達(dá)到第一壓縮級(jí)后，部分預(yù)壓縮的廢氣/燃燒進(jìn)料空氣混合物被分叉、冷卻并進(jìn)料到所述CO2分離中。
21.權(quán)利要求16-20之一的方法，其特征在于使一些消耗CO2的廢氣流與燃料混合，至少部分所述燃料被氧化以形成氫氣，之后將所述消耗CO2的廢氣和部分氧化的燃料的混合物在第二燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃。
22.權(quán)利要求21的方法，其特征在于使部分來自所述高壓渦輪級(jí)(3)的熱氣流(S)與所述消耗CO2的廢氣流混合，并且所述熱氣流與所述消耗CO2的廢氣流的混合物與燃料混合，并隨后部分氧化，釋放氫氣。
23.權(quán)利要求21或22的方法，其特征在于選擇消耗CO2的廢氣流與所述部分氧化的燃料的混合物，其方式使得所存在的氧氣分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)于完全燃燒所要求的理論氧氣的20-70％。
24.權(quán)利要求16-18之一的方法，其特征在于獨(dú)立于所述燃燒進(jìn)料空氣，所述循環(huán)廢氣被壓縮、冷卻并進(jìn)料到所述CO2分離中。
25.權(quán)利要求24的方法，其特征在于使壓縮的廢氣、壓縮的冷卻的廢氣或壓縮的冷卻的且消耗CO2的廢氣至少部分地與預(yù)壓縮的燃燒進(jìn)料空氣混合。
26.權(quán)利要求24或25的方法，其特征在于使一些預(yù)壓縮的燃燒進(jìn)料空氣與燃料混合，至少部分燃料被氧化，形成氫氣，然后將消耗CO2的廢氣和部分氧化的燃料的混合物在第二燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種連續(xù)燃燒和CO
文檔編號(hào)F02C1/08GK1898499SQ200480038706
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者多米尼庫斯·比克爾, 蒂莫西·格里芬, 迪特爾·溫克勒 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司