CN101235752B - 用燃气涡轮机发电的动力设备和降低二氧化碳排放的方法 - Google Patents

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Abstract

动力设备(10，100)以及用以降低CO2排放的方法通常包括提取中途通过燃气涡轮机(12，112)的压缩路径的再循环的富CO2烟道气的部分以及在分离单元(36，136)中去除CO2。富CO2烟道气的剩余部分(即未流到分离单元的再循环的烟道气的部分)与来自附加压缩机-膨胀器(48，157)的新鲜空气相混合，然后流回压缩路径中。结果，烟道气再循环提高了CO2在工作流体中的浓度，并导致CO2分压的额外增加。随着CO2的浓度和分压的增加，用于去除CO2的能源损失更低。另外，操作时，减小的体积流量被输送到CO2分离单元(36，136)。从而可缩减分离单元(36，136)的尺寸以及用于分离方法所需的能源。

Description

用燃气涡轮机发电的动力设备和降低二氧化碳排放的方法
技术领域
本发明涉及降低利用化石燃料发电(power generation)的动力设备(power plant)中二氧化碳排放的方法。
背景技术
从利用化石燃料发电的动力设备中排放的二氧化碳(CO2)越来越受到诸如日本京都议定书及欧盟排放贸易体系(EU Emission TradingScheme，EUETS)等国家规定或国际规定的处罚。随着CO2排放成本的逐渐的提升，减少CO2的排放对于经济的发电至关重要的。现今CO2去除技术着重于对动力设备的大气烟道气流中CO2的清除，这样导致非常庞大的、昂贵的以及能源密集的CO2去除单元。
燃气涡轮机厂以布雷顿循环方式运作，布雷顿循环通常利用压缩机来压缩燃烧室的上游的入口处空气。然后，导入燃料并将其点燃以产生高温、高压气体，气体进入并膨胀穿过涡轮机区段(section)。涡轮机区段为发电机和压缩机提供动力。燃气涡轮机也能够燃烧从原油到天然气范围较广的液体燃料和气体燃料。
目前有三个通常公认的方法用来减少此种电站的CO2排放。第一种方法是在空气燃烧后从排气(exhaust gas)中捕集CO2，其中燃烧时产生的CO2通过吸收作用、吸附作用、膜、横隔膜、低温作用或其任意组合从排气中去除。此方法，一般称为燃烧后捕集法，通常集中于从电站的大气排气中减少CO2的排放。第二个方法包括减少燃料中碳的含量。在这个方法中，燃料在燃烧前首先转化成H2和CO2。因此，在燃料进入燃气涡轮机前捕集燃料中碳的含量成为可能，由此避免CO2的后期形成。第三个方法包括含氧燃料过程。与用空气作氧化剂不同，在这个方法中，纯氧气作为氧化剂，由此致使烟道气由二氧化碳和水组成。
燃烧后捕集法的主要不足之处在于，由于烟道气中CO2的低浓度(对于燃烧天然气的动力设备，典型的体积百分含量为3至4％)，使得CO2的分压非常低，因此需要庞大而昂贵的装置来去除CO2。尽管CO2在通风管中的浓度及对应形成的分压可能通过将烟道气部分再循环利用到燃气涡轮机的压缩机中来增加(这方面内容参看例如美国第5,832,712号专利)，但CO2的浓度仍是相当低(大约为6至10％的体积百分含量)。在燃烧后捕集形式所固有的低CO2分压以及大的气体体积除了需要体积庞大和昂贵的装置之外，还导致很高的能源消耗以去除CO2。这些因素都极大地增加发电的成本。
因此，需要用以有效去除动力设备排放的CO2的改进方法。
发明内容
在此公开的是使用燃气涡轮机的动力设备以及降低利用化石燃料发电的动力设备中CO2排放的方法。该在包括燃气涡轮机的动力设备产生能源的方法包括：从燃气涡轮机产生烟道气，其中，燃气涡轮机包括压缩区段、流动性相连至压缩区段的燃烧区段以及流动性相连至燃烧区段的膨胀器区段，该压缩区段包括具有低压压缩机和高压压缩机的至少两个级；再循环烟道气(flue gas)至所述低压压缩机；转送再循环烟道气的部分至二氧化碳(CO2)分离器以及转送剩余部分至高压压缩机；在CO2分离器中从转送的部分烟道气中分离出CO2，以严生贫CO2气；以及输送所述再循环烟道气中的剩余部分至高压压缩机。
一种动力设备，其构造成用以降低CO2的排放并且包括：燃气涡轮机，其包括具有至少两个压缩级的压缩区段，该至少两个压缩级包括流动性连接至高压压缩机的低压压缩机；燃烧室，其具有用于接收压缩气体的第一入口、用于接收燃料第二入口以及用于排放热烟道气的出口；以及主膨胀器区段，其具有用于接收热烟道气的第一入口和出口，主膨胀器的出口流动性连接至低压压缩机；以及流动性连接至低压压缩机的CO2分离器，其用于接收来自低压压缩机的烟道气的部分并提供之后进入附加膨胀器的贫CO2气体，其中，烟道气的剩余部分通过流动性连接至高压压缩机的低压压缩机直接供入高压压缩机。
在另一个实施例中，构造成用以降低CO2的排放的动力设备包括：燃气涡轮机，其包括具有至少两个压缩级的压缩区段，该至少两个压缩级包括流动性连接至高压压缩机的低压压缩机；燃烧室，其具有用于接收来自高压压缩机的压缩气体的第一入口、用于接收燃料第二入口以及用于排放热烟道气的出口；以及主膨胀器区段，其具有用于接收排放的热烟道气的第一入口和出口，该主膨胀器的出口流动性连接至低压压缩机；以及流动性连接至低压压缩机的CO2分离器，其用于处理烟道气的部分并提供之后进入处于CO2分离器下游的湿化塔，以产生湿化并再被回收余热的烟道气，其中湿化烟道气驱动具有与高压压缩机流动性相连通的出口的第二膨胀器/压缩机单元，其中，烟道气的剩余部分通过流动性连接至高压压缩机的低压压缩机直接供入高压压缩机。
在另一个实施例中，在动力设备中产生能源的方法包括：产生烟道气的燃气涡轮机，流动性连接至压缩区段的燃烧区段，和流动性连接至燃烧区段的膨胀器；再循环烟道气至低压压缩机；转送压缩机下游的再循环烟道气的部分至二氧化碳(CO2)分离器以及转送剩余部分至燃烧室；在二氧化碳分离器中从所转送的部分烟道气中分离出CO2，以产生贫CO2气；以及输送再循环烟道气中的剩余部分至燃烧室。这个系统可使用包括至少两个压缩级燃气涡轮机，且这个实施例也可用于具有单个压缩机单元的燃气涡轮机，该单个压缩机单元允许流体提取和在压缩机下游的再注入。
通过参照下文对本发明的各种特征以及下文所包含的示例的具体介绍，可以更容易理解本发明。
附图说明
现在请参阅图示，其中相似的元件编号相似。
图1显示了具有两级压缩和从提取的压缩气体的部分气流中进行CO2分离以及再导入由空气与再循环的中途经过压缩机的烟道气组成的压缩气体的动力设备的一个实施例的简略示意图；
图2显示了具有两级压缩和具有利用再循环的贫CO2气产品进行内热回收的CO2分离的动力设备的另一个实施例的简略示意图；以及
图3显示了具有从经过压缩机的下游提取来的再循环烟道气的部分气流中进行CO2分离的动力设备的另一种实施例的简略示意图。
元件标号对照：
10  动力设备
12  燃气涡轮机
13  压缩区段
14  低压压缩机
16  高压压缩机
18  燃烧室
21  膨胀器区段
22  高压膨胀器
24  低压膨胀器
26  发电机
28  热回收及蒸汽发电机
30  冷凝器
32  烟道气
34  部分(烟道气)
36  分离器
38   剩余部分(烟道气)
40   空气
42   调温冷却器
44   净化气体
46   膨胀器
48   附加压缩机/膨胀器
50   热交换器
51   中间冷却器
100  动力设备
112  燃气涡轮机
113  压缩区段
114  低压压缩机
116  高压压缩机
118  燃烧室
120  燃料
121  膨胀器区段
122  高压膨胀器
124  低压膨胀器
126  发电机
130  冷凝器
132  烟道气
134  部分(烟道气)
136  分离器
138  剩余部分(烟道气)
140  空气
142  调温冷却器
144  净化的CO2贫气
148  膨胀器
150  同流换热器
152  节省器
154  湿化塔
155  湿化气体
156  压缩机
157  附加压缩机区段
158  压缩机
160  发电机
162  中间冷却器
164  中间冷却器
具体实施方式
本公开内容提供了一种降低CO2排放的方法，其通过在采用燃气涡轮机产生电力的动力设备中并在高压和高浓度下分离出CO2。如下文更详细描述的，通过提取(extract)中途通过燃气涡轮机的压缩路径的再循环的富含CO2烟道气，以达到高气压。由此，烟道气再循环增加工作流体内CO2的浓度，还导致CO2分压的额外增加。随着CO2的浓度和分压的增加，用于去除CO2的能源损失更低。另外，比起在大气中的去除方法，由于CO2在压力下分离，待处理气体的体积流量大大减少。因而，可缩减分离装置的大小以及分离时所需的能量。此外，CO2分压的大幅增加也允许在备选的CO2捕集方法，例如下文所描述的吸附分离法和膜分离法中，进行选择。
在这个方法中，只有从燃气涡轮机提取的用以中间冷却的流体的一部分，例如10至70％，获得通过以到达CO2分离器，剩余部分回到高压压缩机和燃烧室。由此，燃气涡轮机工作流体内的CO2的分压升高，而CO2分离器中的待处理气体的体积减少。此循环构造为使得所有的循环烟道气经由CO2分离器排出系统，CO2分离器提供最大的CO2捕集量，优选为80％以上。用以燃烧的新鲜空气在单独的压缩机单元内压缩并进入位于压缩机入口处的燃气涡轮机循环。这样避免在进入分离器前稀释了再循环的富含CO2的气体。为降低压缩新鲜空气所需的工作，来自CO2分离器的加压后贫CO2气体可通过膨胀器送出，此膨胀器优选但不必要地机械性连接至空气压缩机。可采用各种热回收方案来提升膨胀器内的发生的操作。例如，在新鲜空气流离开压缩机与净化的烟道气流进入膨胀器之间采用热交换器。在有效的备选的构造中，用以回收热的热交换发生在富含CO2的气体进入分离器与贫CO2气体离开分离器之间。
在这个方法的变型中，通过提取压缩机单元下游的再循环的富含CO2烟道气来达到高气压。由此，烟道气的再循环增加工作流体内CO2的浓度，还导致CO2分压的额外增加。随着CO2的浓度和分压的增加，用于去除CO2的能源损失更低。另外，比起在大气中的去除方法，由于CO2在压力下分离，待处理气体的体积流量大大减少。因而，可缩减分离装置的大小以及分离时所需的能量。
现在请参阅图1，举例说明了包括燃气涡轮机12示范性的动力设备10。燃气涡轮机12通常包括任选地含有至少两个压缩级(例如，流动性连接到高压压缩机16的低压压缩机14)的压缩区段13，燃烧室18，以及至少一个膨胀器区段21(例如，用于接收燃烧烟道气的高压膨胀器22和处于高压膨胀器22下游的低压膨胀器24)。膨胀器区段21用以提供驱动压缩机14、16和发电的发电机26所需的能量。开始时，压缩区段13提供压缩流体，例如空气或富氧后的空气给燃烧室18，在燃烧室18中流体与燃料20混合并燃烧以形成包含水和CO2等成分的烟气。在膨胀器排气中的能量可用在热回收底循环(bottoming cycle)如蒸汽兰金循环中，以提高效率，例如，在热回收蒸汽发电机28中以蒸汽的形式回收热量。燃气涡轮机排放气流可全部或部分再循环。后者可用于瞬态操作(开启，负荷变更，关闭)。在这个情况下，离开燃气涡轮机烟道气的小部分或全部烟道气放出并用于所希望的瞬态操作。前述烟道气(如标号32所示)在被冷却以及在冷凝器30中形成的所有液态水被去除后，再循环回到低压压缩机14。这个装置优选地可构造成用以捕集颗粒及气体污染物。如下文更详细描述的，再循环烟道气32中的一部分(如10至70％)34压缩送到分离器36，而剩余部分38进一步再循环到高压压缩机16和燃烧室18，以进一步增加工作流体中CO2的浓度。
操作时，再循环烟道气32在第一个压缩机14中压缩至约2至20巴。送到CO2分离器36的小部分压缩气体任选地由附加的热交换器或调温冷却器42冷却。再循环回的剩余部分(气流38)与经过附加压缩机48进入循环的新鲜空气混合。混合气体任选地在中间冷却器51中冷却下来。中间冷却基本原则包括在实现(即在压缩机16中)最后压缩至所希望的压力之前，部分地压缩气体然后使其冷却。这种方式中，中间冷却器51减少了压缩功，由此提高这个循环过程的功率输出。CO2分离在最后的压缩前达成。任选地，调温冷却器42冷却气体到使CO2分离所想要达到的温度水平。有利的是，中间冷却的航改燃气涡轮机(aeroderivatives)中现有的涡管(scrolls)可用来减少为实施本方法而对燃气涡轮机所需的改进。
离开CO2分离器36的净化气体44在膨胀器46中被膨胀。新鲜空气由附加压缩机48供入并与再循环的低压烟道气剩余部分38混合。混合气体经过中间冷却器51冷却并供入高压压缩机16。膨胀器和空气压缩机可结合成具有附加马达(M)的压缩机-膨胀器单元。为回收废热以及减少驱动压缩机16的功率，在热交换器50中的热交换可发生在空气流与进入膨胀器46的净化气流之间。在备选的构造中，回收废热的热交换器50中的热交换也可发生在离开低压压缩机14的富含CO2的烟道气与离开分离器44的贫CO2的烟道气之间。
如上所述，烟道气的再循环部分34可用以影响整个CO2的分离速率。同理，流至低压压缩机14的新鲜空气流也可调整。膨胀器单元46的点火上游可用来避免马达驱动压缩机48。也可用蒸汽涡轮机或者具有燃气涡轮机12的公共轴(common shaft)来驱动膨胀器单元46。由于中间冷却的空气压缩机节省压缩操作，因此也可采用。在任一压缩机、燃烧室及全程的膨胀过程的上游，或者在CO2分离器36的下游进行气体湿化(例如通过注射蒸汽或水，或者在非绝热饱和装置中)，可潜在地避免需要额外的马达，也可提高功率输出以及循环效率。
与传统的燃烧后CO2捕集方法相比，在这个方法中，烟道气中CO2的浓度在分离器中增高。同样地，由于仅有部分再循环的烟道气流到分离器36，更重要的是，由于烟道气处于压力下，与大气中的CO2捕集应用相比，流到分离器36的体积流量大大减少。例如50％的烟道气再循环将有效地使CO2的浓度翻倍，而压缩将提高CO2的分压2至20倍。从而，降低CO2分离器的尺寸要求和能源要求。而且，用于高压压缩机16而降低的入口温度允许用于增加的质量流量，导致更高的比功率(specific power)。通常，CO2的分压的大幅提高也允许用以挑选备选的CO2捕集方法，例如下文所描述的吸附分离法和膜分离法。
图2举例说明动力设备100的备选的实施例。在这个实施例，贫CO2气体用于内部热回收循环中。贫CO2气体的余热逆着主燃气涡轮机出口气流而被利用。任选地，贫CO2气体在这之前利用来自于循环中的使气体达到饱和的低温热量来达到湿化。这也在循环中产生额外的内热耗。利用内热回收和/或湿化的潜在的效果是功率独立的空气压缩机和增加的功率输出。任选地，蒸汽底循环可在尺寸上缩减或从动力设备中去除。所提供的本发明包括具有两个或更多通过遍及整个压缩全程的气体提取(extraction)来连接的燃气涡轮机的构造。对于采用CO2膜分离法，真空泵或其它相类装置可用在膜渗透侧，以提高驱动力。
动力设备100包括燃气涡轮机112，其具有包含至少两个压缩级的压缩区段113(例如，流动性连接到高压压缩机116的低压压缩机114)，燃烧室118，以及至少一个膨胀器区段121(例如，用于接收燃烧烟气的高压膨胀器122和处于高压膨胀器22下游的低压膨胀器124)，至少一个膨胀器区段121用以提供驱动压缩机114、116和发电机126，以及其它可能需要的装置所需的能量。开始时，压缩区段113提供压缩流体，例如空气或富氧后的空气给燃烧室118，然后，在燃烧室118中流体与燃料120混合并燃烧形成包含水和CO2以及其它成分的烟道气。烟道气供入同流换热器(recuperator)150和节省器(economizer)152，以在其中回收热量。同流换热器150收集涡轮机排气流中的废热，以预热进入膨胀器148之前贫CO2排气；而节省器收集低级热量，以驱动贫CO2排气的任选的湿化操作。与前相似，来自膨胀器区段121的烟道气可全部或部分地被再循环。当被部分再循环时，由燃气涡轮机烟道气中所分离出的小部分烟道气在冷凝器130中先被冷却以及在形成的所有液态水被去除之后，放出以用于瞬间操作(开启，负荷变更，关闭)。这个装置优选地可构造成用以捕集颗粒及气体污染物。据此处理的烟道气(如标号132所示)然后再循环回到低压压缩机114。如下文更详细所描述的，再循环烟道气中的一部分(如10至70％)134在CO2分压增加后送到分离器136，而剩余部分烟道气138进一步再循环到高压压缩机116和燃烧室118。
操作时，再循环烟道气132在第一个压缩机114中压缩至约2至20巴。送到CO2分离器136的小部分压缩气体可任选地由附加热交换器或调温冷却器142冷却。再循环回的剩余部分(气流38)与经过附加压缩区段157进入循环的新鲜空气混合，附加压缩级部分157任选为由两个或更多压缩机158、156及中间冷却器(162)组成的中间冷却的附加压缩单元。再循环烟道气与新鲜空气的混合气体任选地在中间冷却器164中冷却并再循环回到高压压缩机116和燃烧室118。由分离器136排出的净化贫CO2气体144任选地在湿化塔154中湿化，以提供湿化气体155，并在膨胀器148中被膨胀。通过直接导入湿化的贫CO2气体155到膨胀器148中，与膨胀器148相连接的用于驱动附加压缩级部分157操作所需的马达可避免使用或者小型化。而且，如有需要，膨胀器148可用以驱动发电机160。显然地，来自如164、152、162等的低温废热可用以驱动贫CO2气体的湿化。此低级能源以热压缩水的形式被送到湿化塔。湿化塔以相逆流的形式湿化贫CO2气体而水本身被冷却。此低级能源这种方式的用法通过形成内热降，也即冷水由塔排出，以提高动力设备100的效率。
压缩区段任选地包括连至高压压缩机156的低压压缩机158。.新鲜空气(或富氧后的空气)供应到低压压缩机158并进一步在高压压缩机156内压缩。任选地，气体可在设于压缩机之间的中间冷却器中冷却。然后，气体与再循环的低压烟道气部分138混合，而后低压烟道气部分138在进入高压压缩机116之前供入中间冷却器151。在这个任选的中间冷却器中产生的热水的焓可用以使经过其中的气体或在膨胀器48、148之前的气体获得饱和。
优选地，通过如上所述的利用贫CO2气体的内热回收方法，功率输出获增以及能独立提供给压缩机动力。任选地，传统的蒸汽底循环可不采用或尺寸上缩减为具有提供净功率输出的成对单元157、148。
本实施例公开的方法已采用动力厂模拟程式GateCycle建立模型。这些模型证实烟道气再循环回到燃烧室的主要效果。当再循环50％的烟道气回到高压压缩机116时，用于分离器136中CO2的分离驱动力翻倍而体积流量减半，因此降低相关的资本及能源需求。在CO2的分离单元中，体积流量的进一步减少和CO2分压的加高，以及由此带来的成本及能源需求降低，都归功于单个CO2分离在压力下操作。此外，循环构造是使得在正常操作时，所有的循环烟道气通过CO2分离器排出系统外。这个确保了极大的CO2捕集量(优选为80％以上)。更进一步，用于燃烧的新鲜空气单独被压缩到主燃气涡轮机单元并在高压压缩机入口处进入燃气涡轮机循环。这样避免在导入分离器之前稀释了再循环的富含CO2的排气。为降低压缩新鲜空气所需的操作，来自于去除单元加压的贫CO2气体经过与空气压缩机机械相连的膨胀器送出。各种热回收方案可优选地用以提升膨胀器内发生的操作。例如，在新鲜空气流离开压缩机与净化的烟道气流进入膨胀器之间采用热交换器。
在所有描述的构思中，CO2的分离方法可能包括如采用胺基溶剂或类似的溶剂的化学吸收过程。在传统的分离方式中，工作介质会与吸收塔中的溶剂相接触，其中CO2从气态变到液态并出现贫CO2气体。可选地，横隔膜可用作接触元件。这样的益处在于两种流体保持分离且防止溶剂转入气流中，借此保护涡轮机械。另外，还可降低总尺寸、重量和成本。由吸收单元或横隔膜单元排出的并富含CO2的溶剂在分离柱中再生并被再循环以再次利用。CO2分离方法其它示例是物理吸收、物理吸收与化学吸收的组合、固体吸附以及它们的任意组合。
值得注意的是，如果空气(40，140，或者在进入48，158)富氧后，用于燃烧过程而导入的空气体积可降低，以及CO2的累积可获得改进。因此，均匀的低流量的气体经过分离器。
上文中公开的高压分离方法的相当大的益处，例如，含氧燃料构思存在于现有的涡轮机械只需稍作改变即可使用。这可能实现是由于工作介质的性能非常类似于现有的燃气涡轮机内的介质。
在进入16/116或48/148之前的湿化可通过注射水、蒸汽实现，也可通过使用湿化塔实现。这三种方法都通过加入水蒸汽来补偿CO2从工作介质中所损失的水分。因此，流经各自膨胀器的体积流量增大并产生更高的功率。进一步，当用现有的涡轮机械组时，在膨胀器入口的预设条件因而可重建，本方法的性能也可能获得改进。
图3举例说明包括燃气涡轮机202的动力设备200备选的实施例。燃气涡轮机202通常包括压缩机204、燃烧室206及至少一个膨胀器区段208。至少一个膨胀器区段208用以提供驱动压缩机204和发电的发电机210所需的能量。在一个实施例中，来自压缩机204的压缩气流212分成两部分，其包括导入燃烧室206的第一部分214和导入燃烧室218的第二部分216。在次级燃烧室218，压缩气流212的第二部分216与附加燃料220如天然气进行燃烧。这样做是为了降低第二部分216的含氧量并提高CO2的浓度。
富CO2的气流222在燃烧室218中产生并导入CO2捕集系统224，其中CO2 226由富CO2的气流222中分离出而贫CO2的气流228导入次级涡轮系统230，以产生额外功率。任选地，该系统可包括多个热交换界面，例如，富CO2的气流222与贫CO2的气流228可经过热交换器232，以便在其间进行热交换。另外，热交换器234可与次级燃烧室218相组合，以提供在燃烧气体与贫CO2的气流228之间的额外热交换以及对次级燃烧室内原料的冷却。
次级涡轮系统230包括次级涡轮机234和次级压缩机236。贫CO2的气流228导入次级涡轮机234并被膨胀，以通过马达-发电机238产生额外的功率。在经过次级涡轮机234膨胀后产生排气240，典型地，在经过热回收单元242回收残余热量后，排气240可释放至外界。因为排气240在CO2捕集系统224分离掉很大部分的CO2，其基本上没有CO2并可以环境友好的形式释放至大气中。
空气244由次级压缩机236导入，其中压缩机236典型地由涡轮机234提供动力并产生压缩空气流246。压缩空气流246进入燃烧室206，以与原始燃料248及压缩气流212的第一部分214相燃烧形成热烟道气250。热烟道气250在膨胀器区段208被膨胀，以通过发电机210发电以及膨胀排气252。膨胀排气252导入热回收蒸汽发电机254，以产生蒸汽256和冷却的膨胀排气258。蒸汽256导入蒸汽涡轮机260中，用于膨胀并产生额外电力。冷却的膨胀排气258再导入压缩机204。膨胀排气258典型地冷却到能够去除水的合适温度，然后导入压缩机204，排气在压缩机204内被压缩。
在本发明的一个实施例中，燃烧室206包括初级燃烧区262和次级燃烧区264。在一个具体实施例中，压缩空气246和原始燃料248导入初级燃烧区262燃烧，而压缩气流212的第一部分214则导入次级燃烧区264。
在一个实施例中，催化燃烧装置(图未示)可用以在进入CO2捕集系统224之前从富CO2的气流222中去除氧气。一些分离方法可受益于降低的氧气分压，例如，许多用于CO2捕集的溶剂以与氧气分压大略成比例的速度退化。因而，氧气的去除可使整个系统的效力受益。虽然这个实施例中示范说明了上述构造，但是其可以同样可应用于当前发明所有的实施例。
本说明书使用示例公开了本发明的最佳模式，并以使本领域的普通技术人员可以制造和使用本发明。本发明可获专利的范围由权利要求来限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。这些其它示例，如果它们的结构元件不与权利要求中的书面语言不同，或者如果它们包括具有与权利要求中语言描述无本质区别的等同结构元件，则应落入到权利要求的范围内。

Claims (28)

1.一种在包括燃气涡轮机的动力设备中产生能量的方法，所述方法包括：
从燃气涡轮机中产生烟道气(32)，其中，所述燃气涡轮机包括压缩区段(13)、流动性相连至所述压缩区段的燃烧区段以及流动性相连至所述燃烧区段的膨胀器(21)，所述压缩区段包括具有低压压缩机(14)和高压压缩机(16)的至少两个级；
使所述烟道气(32)再循环至所述低压压缩机；
转送被压缩的再循环烟道气的部分(34)至二氧化碳分离器(36)以及转送剩余部分(38)至所述高压压缩机(16)；
在二氧化碳分离器中从所转送的部分(34)中分离出二氧化碳，以产生贫二氧化碳气(44)，并且进一步在单独的膨胀器(46)中使来自所述二氧化碳分离器的贫二氧化碳气(44)膨胀；以及
输送所述再循环烟道气中的剩余部分(38)至高压压缩机(16)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在转送所述再循环烟道气中的剩余部分至所述高压压缩机之前使新鲜空气与所述再循环烟道气的剩余部分相混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转送被压缩的再循环烟道气的部分至二氧化碳分离器包括在进入二氧化碳分离器之前在热交换器中冷却所述烟道气的部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再循环烟道气的剩余部分在进入所述高压压缩机之前流经中间冷却器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进入二氧化碳分离器的所述烟道气中的部分是所述再循环烟道气的10%至70%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在流入所述高压压缩机之前使所述再循环烟道气中的剩余部分湿化。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在单独的膨胀器中使来自所述二氧化碳分离器的贫二氧化碳气膨胀，所述膨胀器与氧化剂压缩机机械相连。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使来自所述二氧化碳分离器的贫二氧化碳气在气/气热交换器中预热，并且然后使所述贫二氧化碳气进入附加膨胀器。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述贫二氧化碳气湿化，并且输送湿化的贫二氧化碳气至压缩机/膨胀器的膨胀器，其中所述压缩机/膨胀器是独立提供动力的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在二氧化碳分离器中由所转送的部分中分离去除掉大于50%的二氧化碳。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述燃气涡轮机的所有烟道气经过二氧化碳分离器排出所述动力设备。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括放出所述烟道气的部分或全部用于瞬态操作，或者在进入所述低压压缩机之前与空气混合。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再循环烟道气在所述低压压缩机中压缩至2至20巴。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在转送所述再循环烟道气中的剩余部分至所述高压压缩机之前使新鲜空气与所述再循环烟道气的剩余部分相混合并且冷却混合气体。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烟道气在被再循环至所述低压压缩机之前在热交换器中冷却，以便所述烟道气的水分中的部分被冷凝和分离。
16.一种动力设备，其构造成用以降低二氧化碳的排放，所述动力设备包括：
燃气涡轮机，其包括：具有至少两个压缩级的压缩区段，所述至少两个压缩级包括流动性连接至高压压缩机(16)的低压压缩机(14); 燃烧室(18)，其具有适于接收压缩气体的第一入口、适于接收燃料的第二入口以及适于排放热烟道气的出口；以及主膨胀器区段(21)，其具有适于接收所述热烟道气的入口和出口，所述主膨胀器区段的出口流动性连接至所述低压压缩机(14)；以及
流动性连接至所述低压压缩机(14)的二氧化碳分离器(36)，所述二氧化碳分离器用于接收来自所述低压压缩机的烟道气的部分并提供后续进入附加膨胀器(46)的贫二氧化碳气体(44)，其中，所述烟道气的剩余部分(38)通过流动性连接至所述高压压缩机(16)的所述低压压缩机(14)直接供入所述高压压缩机(16)。
17.根据权利要求16所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括介于所述二氧化碳分离器和所述低压压缩机中间的热交换器，用以处理来自所述低压压缩机的所述烟道气的部分。
18.根据权利要求16所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括在所述膨胀器的出口处并且流动性连接至所述低压压缩机的设置成用于产生蒸汽的装置。
19.根据权利要求16所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括中间冷却器，用以在再循环烟道气导入所述高压压缩机之前流动性接收并冷却所述再循环烟道气。
20.根据权利要求16所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括在所述主膨胀器的出口处的热回收蒸汽发电机，用以在再循环所述烟道气至所述低压压缩机之前处理所述热烟道气。
21.根据权利要求16所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括将所述燃气涡轮机与至少一个附加燃气涡轮机相连。
22.一种动力设备，其构造成用以降低二氧化碳的排放，所述动力设备包括：
燃气涡轮机，其包括：具有至少两个压缩级的压缩区段(13)，所述至少两个压缩级包括流动性连接至高压压缩机(16)的低压压缩机(14); 燃烧室(18)，其具有适于接收来自所述高压压缩机的压缩气体的第一入口、适于接收燃料的第二入口以及适于排放热烟道气的出口；以及主膨胀器区段(21)，其具有适于接收被排放的热烟道气的入口和出口，所述主膨胀器区段的出口流动性连接至所述低压压缩机(14)；以及
流动性连接至所述低压压缩机(14)的二氧化碳分离器(36)，所述二氧化碳分离器用于处理所述烟道气的部分(34)并提供后续进入处于所述二氧化碳分离器下游的湿化器的贫二氧化碳气体(144)，以便产生湿化并再被回收余热(150)的烟道气，其中，湿化烟道气驱动具有与所述高压压缩机(116)流动性相连通的出口的第二膨胀器/压缩机单元(148, 157)，所述烟道气的剩余部分(138)通过流动性连接至所述高压压缩机(116)的低压压缩机(114)直接供入所述高压压缩机(116)。
23.根据权利要求22所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括介于所述第二膨胀器/压缩机和所述高压压缩机中间的热交换器。
24.根据权利要求22所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括介于所述低压压缩机和二氧化碳分离器中间的热交换器。
25.根据权利要求22所述的动力设备，其特征在于，所述第二膨胀器/压缩机包括低压压缩机、高压压缩机和介于所述低压压缩机和所述高压压缩机中间的中间冷却器。
26.根据权利要求22所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括在所述主膨胀器的出口处的热交换器，用以在再循环所述烟道气至所述低压压缩机和所述第二膨胀器/压缩机单元之前处理所述热烟道气和湿化烟道气。
27.根据权利要求22所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括将所述燃气涡轮机与至少一个附加燃气涡轮机相连。
28.根据权利要求22所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括中间冷却器，用以在导入所述高压压缩机之前流动性接收并冷却所述再循环烟道气的剩余部分。
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