CN102287244B - 二氧化碳捕集和压缩单元与蒸汽或者联合循环发电厂的热集成 - Google Patents

二氧化碳捕集和压缩单元与蒸汽或者联合循环发电厂的热集成 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括用于生成电力的燃烧矿物燃料的发电厂(6)、二氧化碳捕集和压缩系统(5，13)以及外部热循环系统的发电厂系统，所述发电厂系统包括用于加热所述外部热循环系统的流介质的至少一个热交换器(1，2，3)，其中热交换器(1，2，3)连接到来自所述CO2捕集厂(5)或者CO2压缩单元(13)的热量流。将来自热交换器(1，2，3)的返回流引导到所述CO2捕集和压缩系统(5，13)或者引导到所述发电厂(6)。所述发电厂系统实现了所述系统的整体效率提高。本发明还包括用于操作所述发电厂系统的方法。

Description

二氧化碳捕集和压缩单元与蒸汽或者联合循环发电厂的热集成
技术领域
本发明涉及用于操作包括生成电力的发电厂、二氧化碳捕集和压缩系统以及外部热循环系统的发电厂系统的方法，所述发电厂特别是联合循环发电厂或者使用矿物燃料操作的蒸汽发电厂。本发明进一步涉及使用所述方法的发电厂系统。
背景技术
在使用燃气涡轮的情况下，在与燃气涡轮结合的所谓联合循环发电厂中，传统的燃烧矿物燃料的发电厂使用蒸汽循环用于电力生成。在诸如整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂或者天然气联合循环(NGCC)发电厂之类的较新发电厂中也使用蒸汽循环。在燃烧煤的蒸汽循环发电厂中，矿物燃料中包含的热能的大约40％被转换为电力。这使得大部分能量浪费在水冷却塔或者其它水冷却设施中。水冷却设施经过冷却水的汽化将低压排放蒸汽中的全部废热传输到环境中。联合发电厂具有可至59％的稍高一些的整体效率。
另一方面，从燃烧后的废气(fluegas)中分离CO2需要大量热量(蒸汽形式)。例如，现有技术的单乙醇胺(MEA)吸收工艺对于每千克所捕集的CO2需要大约4MJ的总热量。
因此，CO2分离工艺是能量密集的。所需要的能量通过发电厂中的蒸汽来提供。从蒸汽涡轮中提取蒸汽会降低电力生成(输出、整体效率)。对于相同量的蒸汽，所提取的蒸汽压力(因而以及温度)越高，电力的损失将越高。现有技术的基于胺的吸收工艺降低了电力输出。
该能量成本以及相关联的财务成本妨碍了采取CO2分离。利用传统的基于MEA的吸收工艺，从燃烧后废气中分离CO2的成本占到总体CO2隔离成本的主要部分。高分离成本是延迟CO2排放控制的主要原因。高CO2分离成本也妨碍了对基于CO2的提高采收率(EOR)技术的接受。
在联合循环或者蒸汽发电厂中实施CO2捕集&压缩系统导致其整体效率的下降。该CO2捕集工艺需要分别由蒸汽提取和主冷却水或者另一冷却源提供的加热和冷却设施。CO2压缩器在由电动机驱动时需要电力，或者在由辅助蒸汽涡轮驱动时需要蒸汽。CO2压缩还需要冷却CO2的能力。
如在以下的公开出版物中所反映的，在关于CO2捕集的领域中进行了广泛研究：
US2007/0256559、US2007/0213415以及US2006/0032377描述了CO2捕集工艺。具体地说，US2007/0256559教导了将来自胺再沸器(aminereboiler)的冷凝物直接发送回到主冷凝物线路(line)。US2006/0032377提出了快速移动(flash)来自胺再沸器的冷凝物，并且在“半贫蓄热器(semi-leanregenerator)”中使用蒸汽相。
现有技术教导了使用来自冷却塔或者另一冷却源的主冷却水来消耗(dump)来自CO2捕集和压缩系统的热量。空气也可以是替代的冷却介质。由于到压缩器的低入口温度，冷却概念提高了CO2压缩单元的效率。
对于具有发电厂的发电厂系统的已知概念，CO2捕集系统和区域(district)加热包括使用提取自发电厂蒸汽涡轮或者沸腾器的蒸汽，如图1所示意性示出的。
图1示出了具有发电厂6的发电厂系统，该发电厂6可以是蒸汽发电厂或者联合循环发电厂，并且该发电厂将其包含二氧化碳的排放气体经由线路27引导到二氧化碳捕集厂5。在该二氧化碳捕集厂5中，胺溶液作为吸收器液体循环，其中在第一循环阶段中该吸收器溶液与排放气体接触并且吸收二氧化碳。然后，该吸收器溶液通过泵16经过线路26馈送并且经过胺再沸器4馈送，其中加热该吸收器溶液以使得其释放高浓缩形式的二氧化碳。随后将该浓缩的二氧化碳经由线路20馈送到压缩和冷却单元13。最终将压缩的CO2带入到存储设施10。在该示例中，提供一种具有由电机M驱动的顺序压缩器15的顺序压缩系统，其中在压缩器15之间设置中间冷却器7并且在第一压缩器的上游设置预冷却器12。将用于中间冷却器7的冷却介质经由冷却水线路8引导到冷却塔9，其中将冷却介质的热量耗散到大气中。
通过在发电厂6的水蒸汽循环中生成的蒸汽有利于胺再沸器4中的加热。来自发电厂6的水蒸汽循环的第一蒸汽提取线路23导致热交换器或者胺再沸器4加热CO2吸收器溶液。将来自再沸器4的返回流经过线路25和24引导到发电厂6，其中该冷凝物返回线路通常包括馈送水槽、各种预加热器以及泵16。
另一蒸汽提取线路17从发电厂6的水蒸汽循环引导到传统的热交换器CHEX，其中将来自蒸汽提取的热量传输到客户网络的循环线路28或者诸如区域加热系统的外部热循环系统中的加热介质。该系统包括来自单元11的入流以及到单元19的出流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善的并且特别是更加有效的操作发电厂系统的方法以及用于执行所述方法的发电厂系统。
更具体地说，本发明涉及用于操作包括用于生成电力的发电厂的发电厂系统的方法，所述发电厂具体是具有燃气涡轮和蒸汽涡轮的联合循环发电厂，或者是利用矿物燃料操作的蒸汽发电厂。所述发电厂系统集成有外部热循环系统。所述发电厂系统还包括具有二氧化碳捕集厂和二氧化碳压缩单元的系统。
所述二氧化碳捕集系统包括二氧化碳捕集厂，其中利用吸收器溶液来吸收所述发电厂的排放气体中的二氧化碳并且通过引导该吸收器溶液经过再沸器(4)来增加所述吸收器溶液的温度，以从所述吸收溶液中释放二氧化碳气体。
所述具有碳捕集和压缩的发电厂系统的操作还包括利用主传统热交换器将所述发电厂的蒸汽流的热量传输到诸如区域加热系统或者需要热量流的市政或工业系统的外部热循环系统的流介质。可以将外部热循环系统理解为不是所述发电厂或者二氧化碳捕集和压缩系统的一部分的系统。为此，引导从所述发电厂的蒸汽涡轮提取的蒸汽质量流经过所述主热交换器，其中将所述蒸汽质量流的热量传输到所述外部热循环系统的流介质。将来自所述主热交换器的返回流或者冷凝物(condensate)引导回到所述发电厂的所述水蒸汽循环。
根据本发明，利用至少一个附加的热交换器将来自所述二氧化碳捕集和压缩系统的热量传输到所述外部热循环系统的所述流介质并且将来自所述至少一个附加的热交换器的返回流引导到所述发电厂或者二氧化碳捕集和压缩系统。
来自所述二氧化碳捕集和压缩系统并且传输到外部热循环系统的热量是将利用诸如冷却塔之类的冷却设施耗散到发电厂系统外部的环境中的多余热量。
根据本发明的发电厂系统的操作使得从蒸汽涡轮提取的蒸汽质量流降低，因此提高了发电厂的效率。典型地，必须控制本发明的诸如主热交换器之类的热交换器，以使得其能够向外部热循环系统的加热介质供应给定的温度和热量负载。除了由主热交换器提供的热量，从CO2捕集和压缩系统传输的热量也向外部循环系统的加热介质提供热量。从而，能够降低在主热交换器中交换的热量并且也能够降低必需的蒸汽提取。
在根据本发明的第一实施例中，将来自再沸器的用于CO2吸收器溶液的返回冷凝物流引导到用于与外部热循环系统的流介质进行热交换的第一热交换器。所述再沸器是在从发电厂的水蒸汽循环的HRSG或者沸腾器提取的蒸汽与CO2捕集厂的CO2吸收器溶液之间交换热量的热交换器。将来自第一热交换器的返回流作为冷凝物流引导到发电厂的水蒸汽流。
通过该操作，被引导回到发电厂的水蒸汽流的来自第一热交换器的返回流有利于将发电厂的馈送水槽中的馈送水的温度保持在可最有效地利用HRSG或者沸腾器中可获得的热量的温度水平。更具体地说，能够将馈送水的温度保持在当CO2捕集厂和第一热交换器未操作时馈送水槽中的馈送水将具有的温度。因此，根据本发明的发电厂操作实现了来自CO2捕集厂的热量的有效使用以及发电厂的HRSG或者沸腾器的最优化的有效操作。
本发明的第二实施例包括操作用于冷却CO2压缩单元中的CO2的一个或者多个热交换器并且将来自所述一个或者多个热交换器的返回流引导到被操作以将热量传输到外部热循环系统的流介质的第二热交换器。将来自所述第二热交换器的返回流引导到可操作地连接到CO2捕集系统的CO2压缩单元的冷却循环。
通过该操作，以与该创造性操作的第一实施例类似的方式提高了发电厂的整体效率。根据来自热交换器或者CO2压缩单元的冷却器的返回流使用的热量是将被耗散到环境中的多余热量。或者，通过该创造性方法，使用该热量以加热外部热循环系统的流介质。除了主热交换器的加热，流介质的加热实现了用于外部加热系统的主热交换器能够以较低负载操作并且因此能够减少来自发电厂的水蒸汽循环的蒸汽提取的质量流。从而能够在发电厂中使用更多的蒸汽质量流用于驱动涡轮，因而提高了发电厂的效率。
在本发明的第三实施例中，利用第三热交换器通过将由二氧化碳捕集厂生成的二氧化碳流引导到该第三热交换器，将来自二氧化碳捕集和压缩系统的热量传输到外部热循环系统的流介质，操作该第三热交换器以将来自CO2流的热量传输到外部热循环系统的流介质。将从所述第三热交换器返回的二氧化碳流引导到二氧化碳压缩单元。
通过该操作，利用由CO2捕集厂生成的CO2流提供的多余热量来加热外部热循环系统的加热介质。可以再次以较大负载操作用于外部加热循环系统的主热交换器，以使得能够减少来自发电厂的水蒸汽循环的蒸汽提取并且因此提高发电厂的效率。
如果所述第一、第二和/或第三热交换器与主热交换器串行设置，则它们优选设置在(相对于外部热循环系统中的流的方向)主热交换器的上游。由于该主热交换器基于纯冷凝工艺(固定温度)工作，而所述第一、第二和第三热交换器基于再冷却工艺(降低温度)操作，所以这样的设置有利于减少主热交换器中的能量损失。
本发明的又一实施例包括通过组合上述至外部热循环系统的加热介质的热量传输的一个或者多个来操作所述发电厂，其中所述热量是来自所述CO2捕集和压缩系统的多余热量。
可以通过操作第一和第二，或者第一和第三，或者第二和第三热交换器或者操作第一和第二以及第三热交换器来执行利用两个或者更多的上述方法的至外部热循环系统的流介质的热量传输。可以以相对于外部热循环系统的流的串行设置来操作所述热交换器，其中若干热交换器可以按照具体确定的顺序来设置。可以基于例如包括热量传输介质的温度和单独热交换器的操作负载，或者空间和成本的厂操作和设计的各种参数，来确定所述顺序。也可以按照并行或者按照并行和串行设置的组合来操作所述两个或者更多热交换器。
结合附图描述本发明的示例性实施例。
在每一个发电厂、CO2捕集厂和外部热循环系统的不同操作模式的情况下，所述第一、第二和第三热交换器的组合实现了在发电厂、二氧化碳恢复和压缩系统与外部热循环系统之间的特别通用的热交换。
根据本发明的又一示例性操作方法包括代替所述第一、第二和/或第三热交换器中的每一个的若干热交换器的操作。可以按照并行和/或串行结构操作所述若干热交换器。这样的操作方法能够实现对于厂的每一个操作模式的集成发电厂的优化操作。
根据本发明的示例性实施例，除了使用第三热交换器的实施例之外，操作发电厂系统的方法还包括利用备份热交换器或者冷却器来传输热量，该备份热交换器或冷却器将来自所提取的CO2的流的热量在所述CO2的压缩之前传输到CO2冷却介质。这确保了即使在外部热循环系统未操作或者其不需要利用在第三热交换器中的CO2流的任何加热时也可冷却CO2流。
如上所述，典型地，所述吸收器溶液是胺溶液，优选地在单乙醇胺工艺中使用。
而且本发明涉及用于使用和实施上述方法的发电厂系统。具体地说，本发明涉及具有用于生成电力的发电厂的发电厂系统，所述发电厂具体是联合循环发电厂或者利用矿物燃料操作的蒸汽发电厂。所述系统还包括二氧化碳捕集和压缩系统，其中所述二氧化碳捕集和压缩系统包括具有用于吸收来自所述发电厂的排放气体的二氧化碳的吸收器溶液的循环的二氧化碳捕集厂以及用于增加所述吸收器溶液的温度以释放所吸收的二氧化碳的再沸器。所述碳捕集和压缩系统还包括用于在从吸收器溶液释放之后压缩和冷却二氧化碳的二氧化碳压缩单元。所述发电厂系统还包括用于加热外部热循环系统的流介质的主热交换器。配置和设置所述主热交换器以利用从所述发电厂的水蒸汽循环提取的蒸汽来加热所述外部热循环系统的流介质。
所述外部热循环系统可以是区域加热系统或者需要热量的任何市政或工业系统。
具体地说，所提出的发电厂系统的特征在于配置和设置至少一个附加的热交换器以利用由所述二氧化碳捕集和压缩系统生成的至少一个热量流来加热所述外部热循环系统的所述流介质并且进一步配置和设置所述至少一个附加的热交换器以将其返回流引导到所述发电厂或者引导到所述二氧化碳捕集和压缩系统。为此，对于该热量合适的一条或者多条线路从二氧化碳捕集和压缩系统通往所述至少一个热交换器并且另一线路从所述至少一个热交换器通往所述发电厂或者所述二氧化碳捕集和压缩系统。
在第一实施例中，配置和设置第一热交换器以利用所述再沸器的返回冷凝物加热所述外部热循环系统的流介质。为此，用于引导来自用于CO2吸收器溶液的返回冷凝物的线路从再沸器通往所述第一热交换器。而且，用于第一热交换器的冷凝物的返回流的线路从所述第一热交换器通往所述发电厂的所述水蒸汽循环。
根据本发明的发电厂系统的第二实施例包括第二热交换器，其配置和设置为利用来自CO2压缩单元的热量加热所述外部热循环系统的流介质。为此，用于将二氧化碳压缩和冷却单元的冷却介质引导到第二热交换器的线路。用于第二热交换器的返回流的线路从第二热交换器通往可操作地连接到CO2压缩单元的冷却循环。
根据本发明的发电厂系统的第三实施例包括第三热交换器，其配置和设置为利用由所述CO2捕集厂生成的CO2流加热所述外部热循环系统的所述流介质。为此，所述系统包括用于将由所述CO2捕集厂从所述废气提取的CO2流引导到所述第三热交换器的线路以及用于将返回CO2流从所述第三热交换器引导到所述CO2压缩单元的另一线路。
为了加热所述外部热循环系统的流介质，可以按照串行或者并行结构或者按照串行和并行结构的组合设置所公开的第一、第二和第三热交换器中的两个或者三个。
优选地，在所述主热交换器的上游，在所述外部热循环系统的流中设置所述三个热交换器中的一个或者多个。
而且，考虑对于由CO2捕集和压缩及冷却单元可获得的热量的优化使用，优选将第一热交换器设置在所述第二和第三热交换器的下游，所述外部热循环系统的介质流中，而将所述第三热交换器设置在所述第二热交换器的下游。可选地，在所述第三和第二热交换器的上游，在所述外部热循环系统的介质流中设置所述第一热交换器，并且所述第三热交换器设置在所述第二热交换器的上游。
所述外部热循环系统通常可以是上述的本地加热系统，优选可以是外部热循环系统或者客户网络，诸如区域加热系统、温室加热系统或者用于独立于发电厂和/二氧化碳捕集和压缩系统的具有关闭或者打开的加热液体/加热流体循环介质的工业应用的加热系统。
而且，本发明涉及来自二氧化碳捕集厂的过量热量的应用，用于加热外部热循环系统，优选用于本地加热系统，优选的是区域加热系统、温室加热系统或者用于工业应用的加热系统。
在所附权利要求中公开了本发明的进一步实施例。
附图说明
下面参照附图描述本发明的优选实施例，附图说明了本发明的示例性实施例并且不应认为其限制本发明的范围。在附图中，
图1示出了根据现有技术的包括蒸汽发电厂或者联合循环发电厂、二氧化碳捕集和压缩厂以及外部热循环系统的发电厂。
图2示出了根据本发明第一实施例的包括具有利用第一热交换器与外部热循环系统热集成的二氧化碳捕集和压缩系统的蒸汽发电厂或者联合循环发电厂的发电厂；
图3示出了根据本发明第二实施例的包括具有利用第二热交换器与外部热循环系统热集成的二氧化碳捕集和压缩系统的蒸汽发电厂或者联合循环发电厂的发电厂；
图4示出了根据本发明第三实施例的包括具有利用第三热交换器与外部热循环系统热集成的二氧化碳捕集和压缩系统的蒸汽发电厂或者联合循环发电厂的发电厂；
图5示出了根据本发明又一实施例的包括利用热交换器的组合与外部热循环系统热集成的二氧化碳捕集和压缩系统的蒸汽发电厂或者联合循环发电厂的发电厂；
图6示出了根据本发明又一实施例的包括具有利用热交换器的又一组合与外部热循环系统热集成的二氧化碳捕集和压缩系统的蒸汽发电厂或者联合循环发电厂的发电厂。
在附图中，除非以其它方式描述，具有相同附图标记的元件指代实现相同功能的相同元件。
具体实施方式
图2示出了具有CO2捕集厂5的发电厂6，包括用于将废气从发电厂引导到CO2捕集厂5的线路27、将提取的CO2引导远离捕集厂5的线路20、以及释放没有CO2的废气的线路29。吸收器溶液循环包括用于将吸收器溶液从捕集厂引导到用于吸收器溶液的再沸器4的线路26。蒸汽提取线路23引导来自发电厂的水蒸汽循环的用于操作再沸器4的蒸汽，例如来自热恢复蒸汽发生器的蒸汽，并且线路25引导返回冷凝物远离再沸器4。用于所提取的CO2的线路20从CO2捕集厂延伸到预冷却器12，该预冷却器12设置在CO2压缩单元13之前。
根据本发明，图2的发电厂包括发电厂和CO2捕集和压缩以及冷却系统与外部热循环系统的集成。热循环系统包括用于待加热的介质，例如水，的循环线路28、源单元11以及用户19，将该循环的所加热的出流引导到用户19。根据图2的实施例包括将返回冷凝物流从胺再沸器4引导到配置且设置为用于加热外部热循环系统的线路28中的流介质的第一热交换器1的线路25′。在热交换器1中，可以将包含在冷凝物中的热量传输到线路28中的流介质。经由线路25″将热交换器1的返回流引导到线路24，该线路24将馈送水引导到发电厂6。
由胺再沸器4生成的冷凝物流的典型温度范围为160℃-100℃。
根据本发明该实施例的配置以多重方式提高发电厂的整体效率。与图1中的发电厂配置相比较，降低了回到水蒸汽循环的返回流的温度水平。从而，可以更加有效地使用在HRSG或者沸腾器中可获得的热量并且提高了发电厂和外部热循环系统的整体热效率。由于CO2捕集厂利用热交换器1与外部热循环系统的集成，来自再沸器4的剩余热量被用于促成(contribute)热量到外部循环系统。通常以期望水平给出出流处线路28中的至循环系统的用户19的流的温度。为了达到在用户19处线路18中的所需温度水平，图2中的主热交换器CHEX必须比图1的配置中的热交换器HEX促成更少。从而，能够降低用于主热交换器CHEX的蒸汽提取17的质量流。结果，发电厂6经历较少的能量损失并且能够以较高效率操作。
图3示出了具有CO2捕集和压缩系统以及集成的外部热循环系统的又一发电厂。由主热交换器CHEX加热外部热循环系统的流介质，其由来自发电厂的水蒸汽循环的蒸汽提取17来提供。此外，利用设置在主热交换器上游的热循环中的热交换器2来加热该流介质。热交换器2提供有来自用于冷却由捕集系统5提取的CO2的流的热量。将用于预冷却器12并且来自设置在数个CO2压缩器15之间的数个中间冷却器7的冷却介质的返回流经由线路18引导到热交换器2。线路8中的流温度可以是大约100℃。因而二氧化碳压缩单元13的冷却循环被有效地用于至客户网络11的热量传输。如图3所说明的，这是通过使用基本上位于冷却塔9上游的冷却水线路8最有效地进行的，因此循环8中的冷却介质具有最高温度，用于在热交换器2中与客户网络的线路28中的水进行热交换。优选地将热交换器2相对于循环8中的冷却介质的流设置在传统热交换器CHEX的上游。
然后，将来自该热交换器2的返回流引导到冷却设施9。将从CO2冷却获取的热量投入到热循环系统中使用。热交换器2将热量传输到循环系统并且由此支持主热交换器CHEX。为了达到用于用户19的线路28中流介质的所需温度，与图1的发电厂中所示的主热交换器相比较，图3中的热交换器CHEX需要更少的热量。通过热交换器2的设置，可以降低线路17中蒸汽提取的质量流并且增加发电厂的效率。
图4示出了根据本发明的发电厂的另一实施例，其中在外部热循环系统中，在主热交换器CHEX的上游设置热交换器3。来自由碳捕集厂5提取的二氧化碳流的热量被用于外部循环系统的加热目的。为此，将二氧化碳捕集厂5和二氧化碳压缩单元13之间的传输高温二氧化碳的二氧化碳线路20在被引导到预冷却器12和压缩器单元13之前引导到热交换器3。在热交换器3中，将来自CO2流的热量传输到客户网络的线路28中的流。在热交换器3的下游，为了考虑到不同的操作状况，在经由线路22馈送到压缩器15的第一级之前，线路21耦合到预冷却器12。预冷却器12用作CO2的备份冷却器。通过耦合到压缩器单元13的冷却电路8，在备份冷却器12中发生热交换。
因而，根据如图4所说明的实施例的构思再次依赖使用来自CO2捕集和压缩系统(CCS)的热量以提高整体发电厂效率。CCS与发电厂的热集成包括利用位于CO2捕集厂5(更精确地位于蓄热器列的下游)和CO2压缩器单元13(在第一压缩级之前)的CO2冷凝器或者热交换器3，从CCS到需要热量的客户网络11的热量的集成以及直接或者间接的传输。客户网络11是需要热量的发电厂的外部消费者，例如区域加热、温室加热、生物量或者任何工业应用。
在CO2冷凝器或者热交换器3的下游需要热交换器CHEX。对于典型的热量出口(heatexportation)，热交换器CHEX基本上由从主蒸汽涡轮提取的线路17中的蒸汽来馈送。可以以不同的压力水平提取蒸汽，这将需要一系列不同的热交换器。如果由CO2冷凝器3集成的热量不足以满足客户网络11的要求(在温度和/或热量负载方面)或者如果CO2捕集&压缩单元完全未操作，则将该热交换器CHEX用作加热器。集成的CO2冷凝器3应该设计成在其未操作时也可满足客户网络11的要求。客户网络11所需的热量负载以及传输到客户网络的水的温度通过来自低压蒸汽涡轮蒸汽提取、中压-低压交叉管道或者热恢复蒸汽生成器的低压蒸汽的蒸汽提取来控制。该蒸汽可以具有从1巴到5巴的压力水平。
热交换器CHEX可以是由一个压力水平供应的一个热交换器，或者可以是具有两个不同的蒸汽供应压力水平的两个顺序热交换器，其中可以根据来自客户网络和厂操作的热量需求，例如在部分负载操作期间，来控制两个加热器的负载分布。
可以将提供有主冷却水8的另一备份冷却器12安装在热交换器3和CO2压缩器13之间。该附加的冷却器12在网络未操作或者在其最低水温度太高而不能确保CO2足够低以满足CO2压缩器单元13的温度要求时确保了CO2的冷却。
在CCS捕集的CO2冷凝器3的上游处CO2的典型温度范围可以是80℃到150℃。在CO2冷凝器3的下游处外部热量系统或者客户网络的流的典型温度范围可以是70℃到140℃。
CO2冷凝器3的热量负载是冷却水8的温度、发电厂6的负载、以及CO2捕集厂5的负载的函数。对于联合循环厂，典型是大约5MWth到80MWth并且对于蒸汽厂是大约5MWth到350MWth。
热交换器3、主热交换器CHEX以及热交换器12的组合实现了具有CO2捕集的发电厂的操作上极大的通用性，即关于分别在发电厂6、二氧化碳恢复5以及客户网络11的不同负载条件下的不同操作模式。
通过根据图4的设置并且通常在使用热交换器3、主热交换器CHEX和热交换器或者预冷却器12的情况下有利于对于CCS捕集的CO2冷凝器3和主热交换器CHEX的下面操作概念。
a)发电厂6和二氧化碳捕集5以全负载操作，客户网络11以全负载或者部分负载：
CO2冷凝器或者热交换器3对于客户的网络热交换器处于全负载，利用备份冷凝器12在CCS捕集的CO2冷凝器3的下游冷却所捕集的CO2蒸汽，取决于客户网络11的加热负载需求，蒸汽馈送的加热器CHEX将在全负载或者部分负载下工作(例如具有降低的蒸汽提取)。
b)发电厂6和二氧化碳捕集5以部分负载操作，客户网络11以全负载或者部分负载：
CO2冷凝器或者热交换器3以全负载操作，利用用作备份热交换器的热交换器或者预冷却器12在热交换器3的下游进一步冷却所捕集的CO2流，取决于外部热循环系统11的加热负载需求，蒸汽馈送的热交换器CHEX以全负载或者部分负载工作(例如具有降低的蒸汽提取质量流)。
c)发电厂6以全负载或者部分负载下操作，而二氧化碳捕集厂5关闭，并且客户网络11以全负载或者部分负载操作：
将由热交换器CHEX满足外部热循环系统的负载。如果热交换器CHEX是具有两个不同的蒸汽压力水平的两级热交换器系统，则热量负载在两个加热器之间的分布将取决于发电厂负载6和外部热循环系统11的热量负载，以及由于来自发电厂的蒸汽提取而引起的最小化的能量损失。
d)发电厂6和二氧化碳捕集5以全负载或者部分负载操作，而客户网络11关闭：
将CO2冷凝器或者热交换器3旁路，备份冷凝器或者预冷却器12操作以在单元13中的压缩之前充分提供CO2的完全预冷却。
图5中说明了发电厂和CO2捕集厂与外部热循环系统的热集成的另一示例。其包括第一热交换器1和第三热交换器或者CO2冷凝器3连同预冷却器12的集成，与利用来自发电厂的蒸汽提取而操作的传统热交换器CHEX的组合。
这四个热交换器1、3、12以及CHEX的特定组合提供到客户网络11的更加有效并且更加通用的来自发电厂的热量以及通过二氧化碳捕集和压缩工艺生成的热量的传输。通过CO2冷凝器3以及传输来自由胺再沸器4产生的冷凝的热量的热交换器1提供加热外部热循环系统的线路28中的流所需的热量。这使得对于从用于传统热交换器CHEX的发电厂提取的蒸汽的温度和压力的要求更低。在胺再沸器4中产生的冷凝物将是再冷却(sub-cooled)的热交换器2。来自热交换器2的返回流连同来自传统热交换器CHEX的返回流在经由线路18进入回到发电厂6的HRSG或者沸腾器时将具有更低的温度水平。从而，在重新加热线路18的流中会更加有效地再次使用HRSG中可获得的热量。
可以串行设置热交换器CHEX、1和3，其中热交换器1和3设置在热交换器CHEX的上游，如图5所示。它们也可以设置为并行，或者是并行和串行设置的组合。
对于例如设置在根据图5的发电厂中的CO2冷凝器3、热交换器1以及传统的热交换器CHEX或者任何其可能的变型，若干操作概念是可能的。
a)发电厂6和二氧化碳捕集5以全负载操作，客户网络11以全负载或者部分负载操作：
CO2冷凝器或者热交换器3以全负载操作，由备份热交换器或者预冷却器12提供在CO2冷凝器3下游所捕集的CO2流的进一步冷却。如果客户网络11的热量负载降低，则首先传统热交换器CHEX的热量负载将降低直到关闭；如果客户网络11的热量负载进一步降低，则来自热交换器1的热量负载将降低。
b)发电厂6和二氧化碳捕集厂5以部分负载操作，客户网络11以全部或者部分负载操作：
对于客户网络11，热交换器3以全负载操作。利用备份冷凝器或者预冷却器12进一步冷却来自CO2捕集厂5的CO2流。如果来自网络11的热量负载降低，则来自传统热交换器CHEX的热量负载将首先降低直到关闭；如果来自客户网络11的热量负载进一步降低，则热交换器1的热量负载将降低。
c)发电厂6以全负载或者部分负载操作，二氧化碳厂5关闭，客户网络11以全负载或者部分负载操作：
将由传统加热器CHEX提供客户的热量负载。如果加热器CHEX是具有不同蒸汽压力的两级热交换器设计，则取决于发电厂负载6和客户网络11的热量负载以及由于来自发电厂6的蒸汽提取导致的最小化能量损失，热量负载将在CHEX的两个加热器之间分布。
d)发电厂6和二氧化碳恢复5均以全负载或者部分负载操作，客户网络11关闭：
热交换器3和热交换器1将被旁路，由备份热交换器或者预冷却器12执行100％的CO2冷却。来自胺再沸器4的返回冷凝物直接回到发电厂6。
在图6的示意图中示出了CO2捕集厂5与发电厂6和外部热循环系统11的集成的又一实施例。
该发电厂系统除了包括设置为加热外部热循环系统的流并且从而将来自CO2捕集和压缩以及冷却系统可获得的热量集成的所有可能性应用到外部热循环系统的传统热交换器CHEX之外，还包括所有第一、第二和第三热交换器1、2和3。从而将图2、3和4的设置集成在一个发电厂中。通过这一集成，将来自胺再沸器4的返回冷凝物的热量连同来自CO2冷凝器3的热量以及来自CO2预冷却器12和CO2中间冷却器7的线路8中的冷却介质的热量全部用于加热热循环系统11的流介质。从而，减少线路17中的蒸汽提取质量流的益处能够提高并且使HRSG的操作更加有效。
如图2-6所示的热交换器取决于其流介质的特定的相对温度水平可以被设置在客户网络线路28中，以实现单独的循环热交换器之间最有效的热量传输。在图2-6中，可以按照不同的串行结构以及不同的并行结构设置热交换器。而且可以由并行或者串行设置的若干单独的热交换器装置实现热交换器CHEX、1、2、3。
代替仅集成热交换器3的热量，也可以利用热交换器2和冷却水的中间环路8将CO2中间冷却器和后冷却器7直接或者间接集成到客户网络11中。需要中间环路8以确保避免主冷凝物在CO2中间冷却器或者后冷却器处的CO2泄漏。还需要冷却塔9(或者另一冷却设备)以在客户网络11的入口温度太高或者区域加热未操作时完成冷却。这将确保CO2压缩器单元13的良好效率。
可以串行或者并行设置热交换器2和3。
取决于入口温度以及冷却器的结构，在CO2中间冷却器和后冷却器7的上游，CO2的典型温度范围是100℃-230℃。
在根据图3的设置中，热交换器2的以下操作概念是可能的：
a)发电厂6和二氧化碳恢复5处于全负载或者部分负载，客户网络11处于全负载或者部分负载：
由热交换器2集成某一比率(rate)，其余的到备份冷却设备9。
b)发电厂6和二氧化碳恢复5处于全负载或者部分负载，客户网络11关闭：
热交换器2被旁路，100％在备份冷却设备9上。
对于根据图6的这样设置的CO2冷凝器3和加热器CHEX的操作概念与参照其它图讨论的类似。
附图标记列表
CHEX使用来自用于外部热循环系统的蒸汽发电厂的蒸汽提取的传统热交换器
1使用来自碳捕集厂的胺再沸器的热量的第一热交换器
2使用来自CO2压缩和冷却单元的热量的第二热交换器
3使用来自碳捕集厂的热量的第三热交换器
4胺再沸器
5二氧化碳捕集厂
6发电厂
7CO2压缩单元中的中间冷却器
8用于CO2压缩和冷却单元的冷却水线路
9冷却塔
10二氧化碳存储设施
11来自客户网络
12备份冷却器
13二氧化碳压缩和冷却单元
15压缩器
16泵
17来自发电厂的蒸汽涡轮的蒸汽提取
18再循环线路，冷凝物返回
19至客户网络
20用于从二氧化碳捕集厂到二氧化碳压缩器单元的CO2流的线路
21用于到CO2预冷却器的CO2流的线路
22用于从CO2预冷却器到CO2压缩器的CO2流的线路
23到胺再沸器的蒸汽提取线路
24用于来自胺再沸器的返回冷凝物的线路
25用于来自胺再沸器的返回冷凝物的线路
25′用于到第一热交换器的返回冷凝物的线路
25″从第一热交换器到馈送水泵的线路
26用于胺溶液的线路
27废气线路
28用于外部热循环系统，例如区域加热水，的线路
29不包括CO2的废气
M电机

Claims (21)

1.一种用于操作发电厂系统的方法，所述发电厂系统包括用于生成电力的发电厂（6）和外部热循环系统（11，19，28）并且所述发电厂系统还包括具有二氧化碳捕集厂（5）和二氧化碳压缩单元（13）的系统，所述发电厂（6）具体是联合循环发电厂或者利用矿物燃料操作的蒸汽发电厂，所述方法包括：
操作所述二氧化碳捕集厂（5），所述二氧化碳捕集厂（5）利用吸收器溶液来吸收所述发电厂（6）的排放气体（27）中的二氧化碳并且通过引导所述吸收器溶液经过再沸器（4）从吸收溶液中释放所吸收的二氧化碳，
而且进一步通过压缩和冷却所述二氧化碳来操作所述二氧化碳压缩单元（13），
而且进一步操作主热交换器，所述主热交换器将来自从所述发电厂（6）提取的蒸汽流的热量传输到所述外部热循环系统（11，19，28）的流动介质并且将来自所述主热交换器的返回流引导到所述发电厂（6）的水蒸汽循环，
其特征在于：
利用至少一个附加的热交换器（1，2，3）将来自具有二氧化碳捕集厂（5）和二氧化碳压缩单元（13）的所述系统的热量传输到所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质，并且将来自所述至少一个附加的热交换器（1，2，3）的返回流引导到所述发电厂（6）或者引导到包括所述二氧化碳捕集厂（5）和所述二氧化碳压缩单元（13）的所述系统，其中，第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）与所述主热交换器串行设置，且其中，所述外部热循环系统（11，19，28）的流动介质在其于所述主热交换器中被进一步加热之前在所述第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）中被加热。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于：
将来自所述再沸器（4）的返回冷凝物流引导到用于与所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质进行热交换的第一热交换器（1）并且将来自所述第一热交换器（1）的返回流作为冷凝物流引导到所述发电厂（6）的所述水蒸汽循环。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于：
所述方法包括操作所述CO2压缩单元（13）中用于冷却CO2的一个或者多个热交换器（7）并且将来自所述一个或者多个热交换器（7）的返回流引导到第二热交换器（2），并且将来自所述第二热交换器（2）的返回流引导到可操作地连接到所述CO2压缩单元（13）的冷却循环，其中操作所述第二热交换器（2）以将热量传输到所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于：
所述方法包括将由所述二氧化碳捕集厂（5）生成的二氧化碳流引导到第三热交换器（3）并且将从所述第三热交换器（3）返回的二氧化碳流引导到所述二氧化碳压缩单元（13），其中操作所述第三热交换器（3）以将来自第一个二氧化碳流的热量传输到所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质。
5.根据权利要求2、3或者4所述的方法，
其特征在于：
所述方法包括操作与所述主热交换器串行的所述第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3），其中在所述第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）的下游沿所述外部热循环系统（19，11，28）的所述流动介质的方向操作所述主热交换器。
6.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于：
所述第一热交换器（1）和所述第二热交换器（2）串行操作。
7.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于：
所述第一热交换器（1）和所述第三热交换器（3）串行操作。
8.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于：
所述第二热交换器（2）和所述第三热交换器（3）串行操作。
9.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于：
所述第一热交换器（1）和所述第二热交换器（2）以及所述第三热交换器（3）串行操作。
10.根据权利要求1－4中任一项所述的方法，
其特征在于：
在单乙醇胺工艺中，将胺溶液用于所述吸收器溶液。
11.一种用于执行根据权利要求1-10中的任一项所述的方法的发电厂系统，所述发电厂系统包括用于生成电力的发电厂，所述发电厂具体是联合循环发电厂或者利用矿物燃料操作的蒸汽发电厂，所述发电厂系统还包括二氧化碳捕集和压缩系统，其中所述二氧化碳捕集和压缩系统包括二氧化碳捕集厂（5）以及再沸器（4），所述二氧化碳捕集厂（5）具有用于吸收所述发电厂的排放气体（27）中的二氧化碳的吸收器溶液（26）的循环，并且所述再沸器（4）用于加热所述吸收器溶液并且释放所吸收的二氧化碳，
并且其中所述发电厂（6）利用的蒸汽提取线路（17）以及主热交换器可操作地连接到外部热循环系统（1，19，28），所述主热交换器用于加热所述外部热循环系统（1，19，28）的流动介质，
其特征在于：
至少一个附加的热交换器（1，2，3）被配置并设置为利用由所述二氧化碳捕集和压缩系统生成的至少一个热量流来加热所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质，并且所述至少一个附加的热交换器（1，2，3）被配置并设置为将其返回流引导到所述发电厂（6）或者引导到所述二氧化碳捕集和压缩系统，其中，第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）与所述主热交换器串行设置，且其中，相对于所述外部热循环系统（11，19，28）中的流的方向，所述第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）设置在所述主热交换器上游。
12.根据权利要求11所述的发电厂系统，
其特征在于：
用于来自所述再沸器（4）的返回冷凝物的线路（25′）通往第一热交换器（1），其中所述第一热交换器（1）被设置为用于加热所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质，并且
用于来自所述第一热交换器（1）的返回冷凝物的线路（25′′）从所述第一热交换器（1）通往所述发电厂（6）的所述水蒸汽循环。
13.根据权利要求12所述的发电厂系统，
其特征在于：
所述发电厂系统包括第二热交换器（2），其中所述第二热交换器（2）被配置并设置为加热所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质，并且所述发电厂系统还包括用于引导二氧化碳压缩和冷却单元的所述冷却介质的线路（8），其中线路（8）从所述二氧化碳压缩和冷却单元的CO2冷却单元通往所述第二热交换器（2），并且用于来自所述第二热交换器（2）的返回流的线路从所述第二热交换器（2）通往可操作地连接到所述CO2压缩和冷却单元的冷却循环。
14.根据权利要求13所述的发电厂系统，
其特征在于：
第三热交换器（3）被配置并设置为利用由所述CO2捕集厂（5）生成的CO2流来加热所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质，并且第一线路从所述CO2捕集厂（5）通往所述第三热交换器（3），而且第二线路从所述第三热交换器（3）通往所述CO2压缩和冷却单元。
15.根据权利要求13所述的发电厂系统，
其特征在于：
所述第一热交换器（1）和所述第二热交换器（2）相对于所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质串行设置。
16.根据权利要求14所述的发电厂系统，
其特征在于：
所述第一热交换器（1）和所述第三热交换器（3）相对于所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质串行设置。
17.根据权利要求14所述的发电厂系统，
其特征在于：
所述第二热交换器（2）和所述第三热交换器（3）相对于所述外部热循环系统（11，19，28）的所述流动介质串行设置。
18.根据权利要求11-14中的任一项所述的发电厂系统，
其特征在于，所述外部热循环系统（11，19，28）是区域加热系统。
19.根据权利要求11-14中的任一项所述的发电厂系统，
其特征在于，所述外部热循环系统（11，19，28）是温室加热系统。
20.根据权利要求11-14中的任一项所述的发电厂系统，
其特征在于，所述外部热循环系统（11，19，28）是用于工业应用的加热系统。
21.一种来自如权利要求11－20中的任一项所述的发电厂系统的二氧化碳捕集厂（5）的热量流的应用，用于利用所述第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）来加热外部热循环系统（11，19，28）的流动介质，以及一种在发电厂中或者CO2捕集和压缩系统中对来自所述第一、第二和/或第三热交换器（1，2，3）的返回热量流中的热量的应用。
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