CN102116198B - 用于改善降额的整体气化联合循环(igcc)动力设备的性能的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增加降额的IGCC设备的净设备输出的方法。具体而言，在一些实施例中，碳捕获整体气化联合循环(IGCC)系统(10)包括构造成用以焚烧高氢合成气以产生动力仅用于辅助负载(68，70)的辅助燃气涡轮发动机(66)。

Description

用于改善降额的整体气化联合循环(IGCC)动力设备的性能的系统
技术领域
本文所公开的主题涉及整体气化联合循环(IGCC)动力设备。更具体而言，所公开的实施例涉及用于改善降额的IGCC动力设备的性能的系统和方法。 
背景技术
IGCC动力设备能够相对清洁和高效地由诸如煤或天然气的各种含碳进料(或原料，feedstock)产生能量。IGCC技术可将含碳进料通过与气化器中的氧气和蒸汽反应而转化成一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气体混合物，即合成气。这些气体可进行清洁、处理，且用作IGCC动力设备中的燃料。例如，合成气可供送到IGCC动力设备的燃气轮机的燃烧器中，且经点燃以向用于发电的燃气轮机供以动力。然而，利用碳捕获技术的IGCC动力设备和位于高海拔地点的IGCC动力设备可能经受一定程度的降额(或降低额定值)，导致净输出下降。 
发明内容
在范围上与初始要求得到专利保护的本发明相当的一些实施例在下文进行了概述。这些实施例并非意图限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供对本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文阐述的实施例相似或不同的多种形式。 
在第一实施例中，一种系统包括整体气化联合循环(IGCC)系统。IGCC系统包括构造成用以将进料转变成合成气的气化器。IGCC系统还包括构造成用以使合成气净化以产生净化合成气的合成气清洁系统。IGCC系统还包括碳捕获系统，其构造成用以从净化合成气中除 去含碳气体以产生高氢合成气。此外，IGCC系统包括主燃气涡轮发动机，其构造成用以焚烧高氢合成气来产生功率(或动力，power)用于IGCC系统的第一主负载。此外，IGCC系统包括热回收蒸汽发生(HRSG)系统，其构造成用以从主燃气涡轮发动机接收加热的排出气体，且将加热的排出气体用作热源以产生蒸汽。IGCC系统还包括蒸汽涡轮发动机，其构造成用以从HRSG系统接收蒸汽，以及使用蒸汽来产生功率用于IGCC系统的第二主负载。该系统还包括辅助燃气涡轮发动机，其构造成用以焚烧高氢合成气以产生功率(或动力)用于IGCC系统的辅助负载。 
在第二实施例中，碳捕获整体气化联合循环(IGCC)系统包括辅助燃气涡轮发动机，其构造成用以焚烧高氢合成气以产生仅用于辅助负载的功率。 
在第三实施例中，一种系统包括碳捕获气化联合循环(IGCC)系统，其具有构造成用以产生功率用于主负载的主燃气涡轮发动机，以及构造成用以产生功率仅用于辅助负载的辅助燃气涡轮发动机。该系统还包括构造成用以改变主燃气涡轮发动机和辅助燃气涡轮发动机的操作参数的燃气涡轮发动机控制器。 
附图说明
当参照附图研读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中： 
图1为整体气化联合循环(IGCC)动力设备的实施例的示意性框图； 
图2为两个IGCC系统和构造成用以驱动图1中的IGCC动力设备的碳捕获系统的压缩机的辅助燃气涡轮发动机的实施例的示意性框图； 
图3为图2中的两个IGCC系统和辅助燃气涡轮发动机的实施例 的示意性框图，其中，辅助燃气涡轮发动机构造成用以驱动发电机，而该发电机构造成用以驱动图2中的碳捕获系统的压缩机； 
图4为图2中的两个IGCC系统和辅助燃气涡轮发动机的实施例的示意性框图，其中，辅助燃气涡轮发动机构造成用以驱动图3中的发电机，而该发电机构造成用以驱动图1中的IGCC动力设备的合成气清洁系统的酸性气体去除(AGR)处理装置(process)的制冷系统；以及 
图5为图2中的两个IGCC系统和辅助燃气涡轮发动机的实施例的示意性框图，其中，辅助燃气涡轮发动机构造成用以驱动图3中的发电机，而该发电机构造成用以驱动图1中的IGCC动力设备的空气分离单元(ASU)压缩机。 
零件清单 
10 整体气化联合循环(IGCC)设备 
12 燃料源 
14 进料制备单元 
16 气化器 
18 熔渣 
20 合成气清洁系统 
22 硫 
24 盐 
26 气体处理器 
28 残余气体成分 
30 碳捕获系统 
32 燃烧器 
34 燃气涡轮发动机 
36 空气分离单元(ASU) 
38 ASU压缩机 
40 稀释气态氮(DGAN)压缩机 
42 涡轮 
44 传动轴 
46 压缩机 
50 蒸汽涡轮发动机 
52 热回收蒸汽发生(HRSG)系统 
54 第二负载 
56 冷凝器 
58 冷却塔 
60 第一IGCC系统 
62 第二IGCC系统 
64 AGR处理装置 
66 辅助燃气涡轮发动机 
68 压缩机 
70 第三发电机 
72 制冷系统 
74 控制器 
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，本说明书中可能并未描述实际实施方式的所有特征。应当认识到的是，在任何此种实际实施方式的研发中，如任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定实施方式的决定用以实现研发者的特定目标，如遵循关于系统和关于商业的约束，这可根据一个实施方式与另一实施方式而有所不同。此外，应当认识到的是，这些研发工作可能很复杂和耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说，仍为设计、制造和生产的常规事项。 
在介绍本发明各种实施例的元件时，用词"一"、"一个"、"该"和"所述"意在表示存在元件中的一个或多个。用语"包括"、"包含"和"具有 "旨在为包括性的，且意指可存在除所列元件之外的其它元件。 
本公开内容涉及用于改善IGCC设备的净输出的技术和系统。更具体而言，所公开的实施例涉及用于补充IGCC设备的主燃气涡轮发动机的功率(或动力)输出的技术和系统，该IGCC设备由于使用高氢合成气体和/或由于位于高海拔地点而是降额的。例如，使用碳捕获技术的IGCC设备可比不使用碳捕获技术的IGCC设备产生氢(或氢气)百分比更高的合成气体。这至少部分地由碳捕获技术从IGCC设备的气化过程所产生的合成气体中除去较大百分比的含碳气体(例如，二氧化碳)的事实而造成。因此，由碳捕获IGCC设备的燃气涡轮发动机使用的合成气体比其它联合循环设备具有更高百分比的氢气。这可导致燃气涡轮发动机的点火温度(或燃烧温度，firing temperature)的变化，从而降低燃气涡轮发动机的效率。类似的降额可发生在IGCC设备定位在较高海拔时，因为由燃气涡轮发动机使用的空气可能包含较低百分比的氧(或氧气)，再次改变了燃气涡轮发动机的点火温度。 
所公开的实施例通过使用辅助燃气涡轮发动机以补充主燃气涡轮发动机的功率输出而解决IGCC设备主燃气涡轮发动机的降额。具体而言，辅助燃气涡轮发动机可驱动IGCC设备的特定辅助负载。例如，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机可构造成用以驱动IGCC设备的碳捕获系统的压缩机。此外，在其它实施例中，辅助燃气涡轮发动机可构造成用以驱动辅助发电机，该辅助发电机可用于向整个IGCC设备的各种辅助负载供以动力。例如，在一些实施例中，辅助发电机可用于驱动上述碳捕获系统的压缩机。此外，在其它实施例中，辅助发电机可用于驱动IGCC设备的酸性气体回收(AGR)处理装置的制冷系统。此外，在另一些实施例中，辅助发电机可用于驱动IGCC设备的空气分离单元(ASU)压缩机。此外，在一些实施例中，辅助发电机可用于驱动IGCC设备的这些或其它辅助负载的任何组合。 
在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机和辅助发电机可专用于仅驱动IGCC设备的辅助负载，而不是IGCC设备的主负载。换言之， 辅助燃气涡轮发动机和辅助发电机仅可支持IGCC设备的其它过程(或处理)，而不是用于外部电网的发电。然而，在其它实施例中，辅助燃气涡轮发动机和辅助发电机可用于补偿IGCC设备的主燃气涡轮发动机的功率损失，以便保持IGCC设备的期望范围的总功率输出。 
此外，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机可与控制器相关，该控制器可用于改变辅助燃气涡轮发动机以及IGCC设备的主燃气涡轮发动机的操作参数。例如，控制器可构造成用以基于变化的负载而改变辅助燃气涡轮发动机和主燃气涡轮发动机的操作参数，该变化的负载使用来自于辅助燃气涡轮发动机和主燃气涡轮发动机的功率。 
图1示出了可由诸如合成气的合成气体供以动力的IGCC设备10。IGCC设备10的元件可包括燃料源12，如固体供送源(solid feed)，其可用作IGCC的能量源。燃料源12可包括煤、石油焦、生物质、基于木材的材料、农业废料、焦油、焦炉气体和沥青，或其它含碳物品。燃料源12的固体燃料可传送至进料制备单元14。进料制备单元14例如可通过截断、碾磨、粉碎、粉化、压块或粒化燃料源12而使燃料源12改变大小或改变形状，以产生进料。此外，水或其它适合的液体可在进料制备单元14内加入燃料源12中，以形成进料浆(或浆状进料)。在其它实施例中，没有液体加入燃料源12中，因而产生了干进料。 
进料可从进料制备单元14传送至气化器16。气化器16可将进料转变成一氧化碳和氢气的组合，例如，合成气。这种转变可根据所使用的气化器16的类型，通过使进料在升高的压力(例如，从大约290psia至1230psia)和温度(例如，大约1300℉至2900℉)下经受受控量的蒸汽和氧(或氧气)来实现。气化过程可包括进料经历热解过程，由此进料受到加热。在热解过程期间，气化器16内的温度可从大约300℉度至1300℉的范围变化，这取决于用来产生进料的燃料源12。在热解过程期间加热进料可产生固体(例如炭(或含碳残余物))和残余气体(例如，一氧化碳以及氢气)。 
燃烧过程然后可在气化器16中发生。燃烧可包括将氧引入炭和残余气体中。炭和残余气体可与氧反应以形成二氧化碳和一氧化碳，这为随后的气化反应提供热量。在燃烧过程期间，温度可从大约1300℉至2900℉的范围变化。接下来，在气化步骤期间，蒸汽可引入到气化器16中。炭可与二氧化碳和蒸汽反应，以产生处于大约1500℉至2000℉的温度范围的一氧化碳和氢气。实质上，气化器使用蒸汽和氧以容许一些进料"焚烧"而产生一氧化碳和能量，该能量驱动将进料进一步转变成氢气和额外的二氧化碳的第二反应。这样，产生的气体由气化器16所制造。这种产生的气体可包括大约85%的一氧化碳和氢气，以及CH4、CO2、H2O、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于进料的含硫量)。该产生的气体可称为脏污合成气。气化器16也可产生废料(或废弃物)，如熔渣18，其可为湿灰材料。该熔渣18可从气化器16中除去，且例如可处理成路基或作为其它建筑材料。 
来自于气化器16的脏污合成气然后可在合成气清洁系统20中进行清洁。例如，合成气清洁系统20可净化冷却的脏污(例如，未净化的)合成气，以便从冷却的脏污(例如，未净化的)合成气中除去HCl、HF、COS、HCN和H2S，这可包括例如通过酸性气体去除(AGR)处理装置分离硫22。此外，合成气清洁系统20可通过水处理过程从冷却的脏污(例如，未净化的)合成气中分离盐24，该水处理过程可利用水净化技术从冷却的脏污(例如，未净化的)合成气中产生可用的盐24。随后，来自于合成气清洁系统20的气体可包括清洁的(例如，净化的)合成气。在一些实施例中，气体处理器26可用于从清洁的(例如，净化的)合成气中除去残余气体成分28，如氨、甲醇或任何残余化学品。然而，从清洁的(例如，净化的)合成气中除去残余气体成分28是可选的，因为清洁的(例如，净化的)合成气即使在包含诸如尾气的残余气体成分28时也可用作燃料。 
此外，在一些实施例中，碳捕获系统30可除去和处理包含在合成气中的含碳气体(例如，纯体积百分比为大约80%至100%的二氧化 碳)。碳捕获系统30还可包括压缩机、净化器、供送CO2以便隔离或增强油回收的管线、CO2储罐(tank)，或它们的任何组合。已经历去除其含硫成分和其大部分二氧化碳的净化合成气然后可传输至燃气涡轮发动机34的燃烧器32(例如，燃烧室)而作为可燃烧的燃料。如下文更为详细描述的那样，传送至燃烧器32的净化合成气可比未使用碳捕获技术的IGCC设备所产生的合成气含有更高百分比的氢。 
IGCC设备10还可包括空气分离单元(ASU)36。ASU36可操作用以例如通过蒸馏技术将空气分离成组成气体。ASU36可从由ASU压缩机38供送至至的空气中分离出氧(或氧气)，且ASU36可将分离出的氧转移到气化器16中。此外，ASU36可将分离出的氮传输至稀释气态氮(DGAN)压缩机40中。如下文所述，ASU压缩机38可包括一个或多个压缩区段、压缩区段之间的一个或多个内冷却器和/或压缩区段之后的一个或多个后冷却器。内冷却器和后冷却器可在将压缩空气传送至ASU36之前冷却压缩空气。 
DGAN压缩机40可将接收自ASU36的氮至少压缩至等于燃气涡轮发动机34的燃烧器32中的那些的压力水平，以便适当地发生注入到燃烧器室中。因此，一旦DGAN压缩机40已将氮充分地压缩至适当水平，则DGAN压缩机40便可将压缩的氮转移至燃气涡轮发动机34的燃烧器32中。氮可用作稀释剂，以有助于例如控制排放物。 
燃气涡轮发动机34可包括涡轮42、传动轴44和压缩机46，以及燃烧器32。燃烧器32可收容燃料如合成气，其可在压力下从燃料喷嘴进行喷射。该燃料可与压缩空气和来自DGAN压缩机40中的压缩氮相混合，且在燃烧器32内燃烧。这种燃烧可产生热的加压燃烧气体。 
燃烧器32可朝向涡轮42的入口引导燃烧气体。当来自于燃烧器32的燃烧气体穿过涡轮42时，燃烧气体可迫使涡轮42中的涡轮叶片沿燃气涡轮发动机34的轴线旋转传动轴44。如图所示，传动轴44连接到燃气涡轮发动机34的各种构件上，包括压缩机46。 
传动轴44可将涡轮42连接到压缩机46上以形成转子。压缩机46可包括联接到传动轴44上的叶片。因此，涡轮42中的涡轮叶片的旋转会导致将涡轮42连接到压缩机46上的传动轴44使压缩机46内的叶片旋转。压缩机46中叶片的这种旋转可导致压缩机46压缩经由进气口接收在压缩机46中的空气。压缩空气然后可供送到燃烧器32中，且与燃料和压缩氮相混合以实现更高效率的燃烧。传动轴44还可连接到第一负载48上，该第一负载48可为静止负载，举例而言，例如在动力设备中的用于发电的发电机。实际上，第一负载48可为由燃气涡轮发动机34的旋转输出所供以动力的任何适合的装置。 
IGCC设备10还可包括蒸汽涡轮发动机50和热回收蒸汽产生(HRSG)系统52。蒸汽涡轮发动机50可驱动第二负载54。第二负载54也可为用于发电(或产生电功率)的发电机。然而，第一负载48和第二负载54两者均可为能够分别由燃气涡轮发动机34和蒸汽涡轮发动机50驱动的其它类型的负载。此外，如示出的实施例中所示，尽管燃气涡轮发动机34和蒸汽涡轮发动机50可驱动单独的负载48和54，但燃气涡轮发动机34和蒸汽涡轮发动机50也可串接使用，以便通过单个轴来驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机50和燃气涡轮发动机34的具体构造可为特定实施方式，且可包括区段的任何组合。 
IGCC设备10还可包括HRSG52。来自于燃气涡轮发动机34的加热排出气体可传送到HRSG52中，且用于加热水和产生用于向蒸汽涡轮发动机50供以动力的蒸汽。来自于例如蒸汽涡轮发动机50的低压区段中的排气可引入冷凝器56中。冷凝器56可利用冷却塔58来交换加热的水和冷却的水。冷却塔58用于向冷凝器56提供冷却水，以便有助于冷凝从蒸汽涡轮发动机50转移到冷凝器56的蒸汽。来自于冷凝器56的冷凝物继而又引入HRSG52中。此外，来自于燃气涡轮发动机34的排气也可引入HRSG52中以加热来自于冷凝器56的水并产生蒸汽。 
在诸如IGCC设备10的联合循环系统中，热排气可从燃气涡轮发 动机34中流出，且传送至HRSG52，在此，该热排气可用于产生高压、高温蒸汽。由HRSG52所产生的蒸汽然后可穿过蒸汽涡轮发动机50以产生动力。此外，所产生的蒸汽还可供送至可使用蒸汽的任何其它过程，如供送给气化器16。燃气涡轮发动机34的产生循环通常称为"至顶循环"，而蒸汽涡轮发动机50的产生循环通常称为"及底循环"。通过组合如图1中所示的这两个循环，IGCC设备10可在两个循环中产生更高效率。具体而言，至顶循环的排气热量可经捕获并用于产生在及底循环中使用的蒸汽。 
使用碳捕获技术(如图1中所示的碳捕获系统30)的IGCC设备与典型IGCC设备略微不同地进行操作。例如，传送至燃气涡轮发动机34的燃烧器32的净化合成气可认作是"高氢"合成气。换言之，在一些实施例中，与非碳捕获IGCC设备的较低百分比的H2相比，在燃烧器32中燃烧的净化合成气可由体积大于大约三分之二的H2构成。更具体而言，用语"高氢"可涉及H2/CO的比例大约大于2的合成气。净化合成气中H2的百分比较高的原因在于，如上文所述，碳捕获系统30可从燃烧器32上游的净化合成气中除去大量的含碳气体。因此，净化合成气中碳成分的相对百分比减小，从而增大氢成分的相对百分比。 
传送至燃烧器32的高氢合成气可导致燃气涡轮发动机34经受一定程度的降额。换言之，由于存在较高量的氢，且因此，高氢合成气中的碳量较低，故燃气涡轮发动机34未能够产生与典型燃料(如，甲烷和其它天然气)相同的功率量。更具体而言，净化合成气中较高浓度的H2可导致燃烧器32的点火温度偏离燃烧器32的设计点火温度，从而改变燃烧器32内的燃烧特性。类似类型的降额出现在位于较高海拔的IGCC设备处，在该处，由燃气涡轮发动机34的压缩机46所接收的空气中的氧的百分比减小，从而又增大了燃烧器32中燃烧的H2相对于碳和氧的相对百分比。 
在各种情况下(例如，高氢合成气和高海拔地点)，降额量可落入 大约5%至20%的范围内。例如，在一些实施例中，在燃烧器32中使用高氢合成气可导致燃气涡轮发动机34降额5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%或甚至更多。类似的是，假定IGCC设备10定位在1500至2000英尺海拔处，预期的燃气涡轮发动机34降额可为至少大约10%或更大。当海拔升高时，燃气涡轮发动机34的降额量也增大。 
尽管图1中示为仅包括一个气化器16、一个合成气清洁系统20、一个燃气涡轮发动机34、一个蒸汽涡轮发动机50和一个HRSG52，但在一些实施例中，IGCC设备10可包括一个以上的这些构件中的各个。更具体而言，在一些实施例中，IGCC设备10可包括多个IGCC系统，其分别包括气化器16、合成气清洁系统20、燃气涡轮发动机34、蒸汽涡轮发动机50、HRSG52等。例如，图2为具有第一IGCC系统60和第二IGCC系统62的IGCC设备10的简图。如图所示，第一IGCC系统60和第二IGCC系统62两者均包括气化器16、AGR处理装置64、燃气涡轮发动机34、由燃气涡轮发动机34驱动的第一发电机48、HRSG52、蒸汽涡轮发动机50，以及由蒸汽涡轮发动机50驱动的第二发电机54。如上文所述，AGR处理装置64可为图1中的合成气清洁系统20的一部分。尽管示为具有两个IGCC系统60,62，但在一些实施例中，IGCC设备10可包括三个、四个、五个、六个或更多IGCC系统。 
在一些实施例中，各主燃气涡轮发动机34均能够产生大约150兆瓦(MW)至250MW之间的功率，以便由外部电网使用。例如，在一些实施例中，各主燃气涡轮发动机34可产生150MW、160MW、170MW、180MW、190MW、200MW、210MW、220MW、230MW、240MW、250MW或甚至更高。因此，在一些实施例中，第一IGCC系统60和第二IGCC系统62的主燃气涡轮发动机34的组合可产生300MW、320MW、340MW、360MW、380MW、400MW、420MW、440MW、460MW、480MW、500MW或甚至更高。因此，第一IGCC 系统60和第二IGCC系统62的主燃气涡轮发动机34的组合的总降额可落入大约30MW至50MW的范围内。例如，在一些实施例中，第一IGCC系统60和第二IGCC系统62的主燃气涡轮发动机34的组合的总降额可为30MW、35MW、40MW、45MW、50MW或更高。 
如图所示，在一些实施例中，IGCC设备10还可包括辅助燃气涡轮发动机66用以解决主燃气涡轮发动机34的降额。辅助燃气涡轮发动机66可构造成用以接收第一IGCC系统60和第二IGCC系统62的AGR处理装置64下游的高氢合成气，且焚烧该高氢合成气以产生功率用于IGCC设备10的辅助负载。因此，辅助燃气涡轮发动机66能够补充第一IGCC系统62和第二IGCC系统62的主燃气涡轮发动机34的总降额。例如，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机66能够产生大约30MW(兆瓦)至60MW之间的功率。例如，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机66可产生30MW、35MW、40MW、45MW、50MW、55MW、60MW或更高。 
如本文所用，用语"主负载"是指分别由主燃气涡轮发动机34和主蒸汽涡轮发动机50所驱动的第一负载48和第二负载54。在一些实施例中，这些主负载48,54可为产生电功率(或发电)的发电机，也即IGCC设备10的主输出。相反，如本文所用，用语"辅助负载"是指IGCC设备10内的负载。在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机66可专用于仅驱动IGCC设备10的辅助负载，而不是IGCC设备10的主负载。换言之，辅助燃气涡轮发动机66仅可支持IGCC设备10的其它处理，而不是产生用于外部电网的电力。然而，在其它实施例中，辅助燃气涡轮发动机66可用于补偿IGCC设备10的主燃气涡轮发动机34的功率损失(例如，由于降额)，以便保持IGCC设备10的期望范围的总功率输出。 
图2至图5示出了可由辅助燃气涡轮发动机66驱动的不同类型的辅助负载。例如，如图2中所示，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机66可驱动图1中的碳捕获系统30的压缩机68。更具体而言， 压缩机68可构造成用以压缩由碳捕获系统30所捕获的CO2。此外，如图3中所示，在其它实施例中，辅助燃气涡轮发动机66可驱动第三发电机70(例如，辅助发电机)，该第三发电机70可驱动压缩机68用于压缩由碳捕获系统30所捕获的CO2。然而，在图3中示为由辅助燃气涡轮发动机66驱动的第三发电机70还可构造成用以向整个IGCC设备10的其它辅助负载供以动力。 
例如，如图4中所示，在一些实施例中，由辅助燃气涡轮发动机66驱动的第三发电机70可构造成用以供送动力至与合成气清洁系统20的AGR处理装置64相关的制冷系统72。在一些实施例中，AGR处理装置64可包括吸收器，该吸收器可从图1中的气化器16接收脏污(例如，未净化的)合成气，并清洁该脏污(例如，未净化的)合成气以产生清洁的(例如，净化的)合成气。更具体而言，AGR处理装置64的吸收器可使用溶剂以使脏污(例如，未净化的)气流纯化(例如，从脏污气流中除去酸性气体)。溶剂可经由吸收器的顶部引入。当溶剂向下移动穿过吸收器时，溶剂可有选择地从脏污(例如，未净化的)合成气中吸收酸性气体蒸气，以便在吸收器的上部附近引出清洁(例如，净化的)合成气。因此，溶剂和酸性气体的混合物可经由吸收器的底部引出。 
溶剂/酸性气体的混合物可经引导进入溶剂再生器中。由于酸性气体通常比溶剂轻，故酸性气体通常可经由溶剂再生器的顶部引出，而溶剂则经由溶剂再生器的底部引出。经由溶剂再生器底部引出的溶剂可处于比进入溶剂再生器的溶剂/酸性气体混合物更高的温度。然而，当溶剂处于较低温度时，溶剂通常可最为有效地吸收该吸收器内的酸性气体蒸气。因此，AGR处理装置64可包括制冷系统72，以便在溶剂经由吸收器顶部进入之前冷却该溶剂。冷却溶剂会提高其在吸收器中除去酸性气体的能力。 
在一些实施例中，制冷系统72可包括蒸气吸收制冷(VAR)循环，该蒸气吸收制冷循环分别包括含有制冷剂可溶解于其中的吸收剂的吸收器、用于升高吸收剂/制冷剂混合物的压力和温度的泵、用于冷却 制冷剂同时保持制冷剂的较高压力的冷凝器、用于降低制冷剂的压力和温度以产生气态/液态制冷剂的膨胀阀，以及用于冷却溶剂的蒸发器。在一些实施例中，发电机70可驱动VAR循环的泵。相反，在其它实施例中，制冷系统72可包括蒸气压缩制冷(VCR)循环，该蒸气压缩制冷(VCR)循环分别包括用于压缩制冷剂以产生处于较高压力和温度的过热制冷剂的压缩机、用于冷却过热制冷剂同时保持制冷剂的较高压力的冷凝器、用于降低制冷剂的压力和温度以产生气态/液态制冷剂的膨胀阀，以及用于冷却溶剂的蒸发器。在一些实施例中，发电机70可驱动VCR循环的压缩机。使用辅助燃气涡轮发动机66驱动制冷系统72可证明是特别有益的，因为在使用图1中的碳捕获系统30时提高了溶剂要求。 
此外，如图5中所示，在一些实施例中，由辅助燃气涡轮发动机66驱动的第三发电机70可构造成用以提供动力至图1中的ASU36。更具体而言，第三发电机70可提供动力用于与ASU36相关的ASU压缩机38。如上文所述，ASU压缩机38可压缩空气，该空气可传送至ASU36，在该处，可从压缩空气中分离出氧、氮和其它成分的气体。例如，从压缩空气分离出的氧可经引导进入图1中的气化器16中，以及从压缩空气分离出的氮可经引导进入图1中的DGAN压缩机40中。使用辅助燃气涡轮发动机66驱动ASU压缩机38可证明是特别有益的，因为在使用图1中的碳捕获系统30时通常需要更多氧。 
如图2至图5中所示，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机66还可与控制器74相关，该控制器74可构造成用以控制辅助燃气涡轮发动机66的操作参数。此外，在一些实施例中，控制器74也可构造成用以控制第一IGCC系统60和第二IGCC系统62的主燃气涡轮发动机34的操作参数。更具体而言，控制器74可构造成用以基于主燃气涡轮发动机34的要求来改变辅助燃气涡轮发动机66和主燃气涡轮发动机34的操作参数(例如，速度、燃料流量、空气流量等)。例如，取决于传送至主燃气涡轮发动机34的净化合成气中氢的量，主燃气 涡轮发动机34的降额程度可随时间的推移而改变。因此，在一些实施例中，控制器74可构造成用以基于净化合成气变化的氢成分而改变辅助燃气涡轮发动机66和主燃气涡轮发动机34两者的操作参数。 
此外，在其它实施例中，控制器74可构造成用以基于使用来自于辅助燃气涡轮发动机66和/或主燃气涡轮发动机34的动力(或功率)的变化负载(例如，主负载和辅助负载)而改变辅助燃气涡轮发动机66和主燃气涡轮发动机34的操作参数。例如，在一些实施例中，辅助燃气涡轮发动机66和主燃气涡轮发动机34两者均可用于向特定的辅助负载提供动力(例如，专用于辅助负载)。当辅助负载随时间的推移而变化时，辅助燃气涡轮发动机66和/或主燃气涡轮发动机34的操作参数可改变以解决辅助负载的变化和主燃气涡轮发动机34降额的变化(例如，由于净化合成气的氢百分比的变化造成)两者。此外，在其它实施例中，由图1中的碳捕获系统30实施的碳捕获的量可基于主燃气涡轮发动机34的降额量而变化。例如，在一些实施例中，如果主燃气涡轮发动机34的降额达到预定量，则可暂时地减少碳捕获量。 
在一些实施例中，控制器74可为经特别编程用以控制阀、泵、压缩机、涡轮等的物理计算装置。更具体而言，控制器74可包括输入/输出(I/O)装置，用于确定如何控制控制阀、泵、压缩机、涡轮等。此外，在一些实施例中，控制器74还可包括用于储存历史数据、理论性能曲线等的储存介质。 
本书面说明使用了包括最佳模式的实例公开了本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。 

Claims (10)

1.一种用于改善降额的整体气化联合循环(IGCC)动力设备的性能的系统，包括：
整体气化联合循环(IGCC)系统(10)，其包括：
构造成用以将进料(12)转变成合成气的气化器(16)；
构造成用以清洁所述合成气以对净化的合成气进行净化的合成气清洁系统(20)；
构造成用以从所述净化的合成气中除去含碳气体以产生高氢合成气的碳捕获系统(30)；
构造成用以焚烧所述高氢合成气以产生动力用于所述IGCC系统(10)的第一主负载(48)的主燃气涡轮发动机(34)；
热回收蒸汽发生(HRSG)系统(52)，其构造成用以从所述主燃气涡轮发动机(34)接收加热的排出气体，以及用以将所述加热的排出气体用作热源以产生蒸汽；以及
蒸汽涡轮发动机(50)，其构造成用以从所述HRSG系统(52)接收所述蒸汽，以及用以使用所述蒸汽以产生动力用于所述IGCC系统(10)的第二主负载(54)；以及
辅助燃气涡轮发动机(66)，其构造成用以焚烧所述高氢合成气以产生动力用于所述IGCC系统(10)的辅助负载(68,70)以补充所述主燃气涡轮发动机的功率输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助负载(68,70)包括构造成用以压缩由所述碳捕获系统(30)除去的所述含碳气体的捕获碳压缩机(68)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助负载(68,70)包括构造成用以驱动捕获碳压缩机(68)的发电机(70)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助负载(68,70)包括构造成用以驱动所述合成气清洁系统(20)的制冷系统(72)的发电机(70)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助负载(68,70)包括构造成用以驱动空气分离单元(ASU)压缩机(38)的发电机(70)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高氢合成气包括按体积计至少三分之二的氢。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助燃气涡轮发动机(66)构造成用以产生动力仅用于所述IGCC系统(10)的辅助负载(68,70)。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第二IGCC系统(62)，其中，所述辅助燃气涡轮发动机(66)构造成用以产生动力用于所述第二IGCC系统(62)的辅助负载(68,70)。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成用以改变所述主燃气涡轮发动机(34)和所述辅助燃气涡轮发动机(66)的操作参数的燃气涡轮发动机控制器(74)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述辅助燃气涡轮发动机(66)构造成用以产生动力仅用于所述IGCC系统(10)的辅助负载(68,70)。
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