CN102562191B - 二氧化碳回收方法和二氧化碳回收型蒸汽发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二氧化碳回收方法和二氧化碳回收型蒸汽发电系统。根据一个实施例，二氧化碳回收型蒸汽发电系统包括：锅炉，其通过燃烧燃料来产生蒸汽并且生成废气；第一涡轮，其连接到发电机且由锅炉供应的蒸汽旋转驱动；吸收塔，其被供应了来自锅炉的废气，并且使得在废气中包含的二氧化碳被吸收到吸收液中；再生塔，其被供应了来自吸收塔的吸收了二氧化碳的吸收液，从吸收液中排出二氧化碳气体，并且排出二氧化碳气体；重沸器，其加热来自再生塔的吸收液，并向再生塔供应生成的蒸汽；冷凝器，其通过使用冷却水对二氧化碳气体冷凝来将水分从再生塔中排出的二氧化碳气体中去除；压缩器，其对由冷凝器去除水分后的二氧化碳气体进行压缩；以及第二涡轮，其驱动所述压缩器。将由冷却水在冷凝器中对从二氧化碳气体回收热所产生的蒸汽供应给第一涡轮或第二涡轮。

Description

二氧化碳回收方法和二氧化碳回收型蒸汽发电系统
技术领域
此处描述的实施例总体上涉及二氧化碳回收型蒸汽发电系统和二氧化碳回收方法。
背景技术
在诸如使用大量矿物燃料的热电站等发电系统中，应用胺吸收方法作为对引起全球变暖原因之一的二氧化碳进行去除和回收的方法。然而，在胺吸收方法中，需要从大量低压(例如，大约0.3MPa)蒸汽中获得的热能来对已经吸收了二氧化碳的吸收液进行再生。
为了补偿这一热能，提出了一种方法，在该方法中，在执行了吸收的二氧化碳的热量与通过将二氧化碳压缩到适于将二氧化碳注入到地下的高压(例如，大约8MPa)而生成的热量之间的热交换之后，将从涡轮冷凝系统中分流出的冷凝物汇合到脱气器。
然而，一直存在的问题在于：冷凝物的量不足以回收二氧化碳的总热量。因此，在低压加热器中流动的冷凝物的量减小了，从涡轮抽取的气体的量减小了，并且向蒸汽冷凝器排放的热增加了，从而降低了相关领域中的再生循环的效果。由于这一原因，一直存在的问题在于：回收的热量并没有使涡轮的输出显著增加。
此外，在将回收的二氧化碳注入到地下的过程中，二氧化碳需要被压缩成高压。然而，为了确保这一压缩的动力源，发电站的输出过度地且不可避免地减小。
发明内容
根据一个实施例，一种二氧化碳回收型蒸汽发电系统包括：锅炉，其通过燃烧燃料来产生蒸汽并且生成废气；第一涡轮，其连接到发电机且由所述锅炉供应的蒸汽旋转驱动；吸收塔，其被供应了来自锅炉的废气，并且使得在废气中包含的二氧化碳被吸收到吸收液中；再生塔，其被供应了来自吸收塔的吸收了二氧化碳的吸收液，从吸收液中排出二氧化碳气体，并且排出二氧化碳气体；重沸器，其加热来自再生塔的吸收液，并向再生塔供应生成的蒸汽；冷凝器，其通过使用具有低沸点的冷却介质对二氧化碳气体进行冷凝来将水分从再生塔中排出的二氧化碳气体中去除；压缩器，其对由冷凝器去除水分后的二氧化碳气体进行压缩；第二涡轮，其驱动所述压缩器；以及蒸汽冷凝器，其通过冷却和冷凝来自所述第二涡轮的排出蒸汽来产生具有低沸点的所述冷却介质。将由具有低沸点的所述冷却介质在冷凝器中对从二氧化碳气体回收热所产生的蒸汽供应给第二涡轮。
附图说明
图1是举例说明了根据本发明第一实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意性结构图；
图2是举例说明了根据本发明第二实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构图；
图3是举例说明了根据本发明第三实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构图；
图4是举例说明了根据本发明第四实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构图；
图5是举例说明了根据修改示例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构图；
图6是举例说明了根据本发明第五实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构图；以及
图7是举例说明了根据本发明第六实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构图。
具体实施方式
现在将参考附图来介绍实施例。
(第一实施例)
图1举例说明了根据本发明第一实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的总体结构。二氧化碳回收型蒸汽发电系统1包括：蒸汽发电装置1a，其通过燃料的燃烧来产生涡轮蒸汽4并且通过旋转驱动涡轮来发电；以及二氧化碳回收装置1b，其通过使用吸收了在废气5中包含的二氧化碳的吸收液来从在锅炉6中产生的废气5中回收二氧化碳。
向锅炉6供应燃料和空气以便进行燃烧，并且燃料在炉内燃烧，从而产生涡轮蒸汽4且生成废气5。锅炉6包括：过热器9，该过热器9通过炉内燃烧加热涡轮蒸汽4来生成主蒸汽；以及再热器10，该再热器10被设置为与过热器9相邻并且该再热器10对从过热器9供应的、经过将在下文描述的高压蒸汽涡轮21的涡轮蒸汽4进行再加热来生成再热蒸汽。
蒸汽发电装置1a包括：高压蒸汽涡轮(高压涡轮)21，其由从锅炉6的过热器9供应的涡轮蒸汽4(主蒸汽)旋转驱动；以及中压蒸汽涡轮(中压涡轮)22，其通过涡轮轴20连接到高压涡轮21并且由从高压涡轮21供应的经过锅炉6的再热器10的涡轮蒸汽4(再热蒸汽)旋转驱动。此外，低压蒸汽涡轮(低压涡轮)23通过涡轮轴20连接到中压涡轮22，且低压涡轮23被配置为由从中压涡轮22供应的涡轮蒸汽4(来自中压涡轮22的排出蒸汽(中压排出蒸汽))旋转驱动。而且，利用涡轮轴20的旋转来发电的发电机24被连接到涡轮轴20。
此外，在本实施例中，高压涡轮21、中压涡轮22、低压涡轮23和发电机24的旋转轴相互连接从而形成一个涡轮轴20。然而，本发明并不限于这一结构。蒸汽发电装置1a包括两个或多个涡轮轴以及多个连接到相应涡轮轴的发电机，其中每个涡轮轴包括至少一个蒸汽涡轮。
蒸汽冷凝器26通过对从低压涡轮23排出的涡轮蒸汽(来自低压涡轮23的排出蒸汽(低压排出蒸汽))进行冷却和冷凝来生成冷凝物27，并且蒸汽冷凝器26设置在低压涡轮23下方。从蒸汽冷凝器26排出的冷凝物27由冷凝泵31发送到管道28的下游侧，并且由供水泵34经由管道33发送到涡轮6。
如图1所示，二氧化碳回收装置1b设置有已知的二氧化碳分离回收装置40，二氧化碳分离回收装置40被供应了来自锅炉6的废气5，并且二氧化碳分离回收装置40分离和回收在废气5中包含的二氧化碳。二氧化碳分离回收装置40包括：吸收塔(未示出)，该吸收塔将包含在废气5中的二氧化碳吸收到二氧化碳吸收液中；以及再生塔(未示出)，该再生塔被供应了来自吸收塔的吸收了二氧化碳的吸收液(富液)，并且该再生塔通过从富液中放出二氧化碳气体来排出包含水蒸气的二氧化碳气体42，并再生吸收液。在再生塔中再生的吸收液被供应给吸收塔。
通过将胺化合物溶解到水中而得到胺化合物水溶液，该胺化合物水溶液可以被用作吸收二氧化碳的吸收液。
再生塔设置有重沸器41。重沸器41允许贫液(再生的具有小含量二氧化碳的吸收液)的温度升高，并且重沸器41通过加热存储在再生塔中的贫液的一部分来生成蒸汽，并将所述蒸汽供应给再生塔。当贫液在重沸器41中加热时，二氧化碳气体从贫液中排出并与吸收液蒸汽一起被供应给再生塔。吸收液蒸汽在再生塔中上升，且加热富液。因此，二氧化碳气体从富液中排出。
从高压涡轮21、中压涡轮22或低压涡轮23抽取或排出蒸汽18，并且温度降低单元44将该蒸汽18的温度降低到适合于加热二氧化碳吸收液的温度，然后将蒸汽18供应给重沸器41。通过阀37-39来选择高压涡轮21、中压涡轮22或低压涡轮23的蒸汽中的任何一个。
从重沸器41排出的蒸汽作为排出物汇合到位于冷凝泵31和供水泵34之间的管道28中的适当位置。
如图1所示，从二氧化碳分离回收装置40的再生塔的顶部排出的包含水蒸气的二氧化碳气体42被供应给CO2冷凝器(冷凝器)51。由CO2冷凝器51冷凝的水蒸气(水分)被返回到二氧化碳分离回收装置40的再生塔(未示出)。
CO2冷凝器51将二氧化碳52从水蒸气(水分)中去除以增加纯度，并且二氧化碳52被压缩器53和54压缩成适合被注入到地下的高压状态(例如，大约8MPa)。压缩器53压缩的二氧化碳52由中间冷却器55冷却并且由压缩器54压缩。此外，压缩器54压缩的二氧化碳52由出口冷却器56冷却。当以这一方式提供中间冷却器55和出口冷却器56时，可以改进压缩效率并且可以从随着压缩而温度升高的二氧化碳52中回收热。
压缩器53和54同轴连接到涡轮(驱动涡轮)57和驱动压缩器53、54的电动机58。电动机58被供应了例如由发电机24生成的电力。涡轮57被供应了蒸汽62，该蒸汽62是通过CO2冷凝器51中的冷却水61与包含水蒸气的二氧化碳气体42之间的热交换而生成的，并且所述蒸汽被用于驱动涡轮57。因而，CO2冷凝器51回收的热可以被用作涡轮57的动力，并且CO2冷凝器51回收的热可以补充压缩器53和54的动力的一部分。
蒸汽冷凝器63将从涡轮57排出的蒸汽转变为冷凝物，并且泵64将从涡轮57排出的蒸汽作为冷却水61发送到CO2冷凝器51。
以这一方式，在本实施例中，可以对从二氧化碳分离回收装置40的再生塔放出的二氧化碳42的热能进行回收，并且所生成的蒸汽可以被供应给驱动压缩器的涡轮57，从而补充压缩器53和54的动力的一部分。由于这一原因，二氧化碳回收型蒸汽发电系统1可以有效地回收热能并且实现高的热效率。此外，二氧化碳回收型蒸汽发电系统1可以根据用于压缩二氧化碳的确保的动力源来抑制蒸汽发电装置1a的输出的退化。
(第二实施例)
图2举例说明了根据本发明第二实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构。这一实施例与图1中所示的第一实施例的区别在于：冷却水61执行在包含水蒸气的二氧化碳气体42与用于加热重沸器的蒸汽18之间的热交换。在图2中，与图1中所示的第一实施例的部分相同的部分由相同的附图标记指示。对其的描述不再重复。
如图2所示，冷却水61在CO2冷凝器51中与包含水蒸气的二氧化碳气体42进行热交换，且随后在温度降低单元44中与作为重沸器41的热源的蒸汽18进行热交换。通过在包含水蒸气的二氧化碳气体42与蒸汽18之间的热交换而生成的蒸汽62被供应给涡轮57，且蒸汽62补充压缩器53和54的动力的一部分。即，在这个实施例中，从高压涡轮21、中压涡轮22或低压涡轮23中抽出或排出的蒸汽18被引导到重沸器41中，从而被用作用于吸收二氧化碳的吸收液的热源，并且还被用作驱动涡轮57的蒸汽62的热源。
以这一方式，根据本实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统1通过从用于加热重沸器的蒸汽18中回收热而更有效地回收热能且实现更高的热效率。
(第三实施例)
图3举例说明了根据本发明第三实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构。这一实施例与图2中所示的第二实施例的区别在于：系统包括调整冷却水61的流率的阀71、以及测量由温度降低单元44降低了温度的蒸汽18的温度并控制阀71的开启度的控制单元72。在图3中，与图2中所示的第二实施例的部分相同的部分由相同的附图标记指示。对其的描述不再重复。
阀71设置在泵64与CO2冷凝器51之间，并且根据阀71的开启度，阀71可以改变供应给CO2冷凝器51和温度降低单元44的冷却水61的流率，该流率是与包含水蒸气的二氧化碳气体42和蒸汽18进行热交换的冷却水61的流率。
控制单元72测量通过温度降低单元44的蒸汽18的温度，且控制单元72控制阀71的开启度，使得供应给重沸器41的蒸汽18的温度变成在二氧化碳分离回收装置40的再生塔中用于从吸收液放出二氧化碳所必需的温度。
具体而言，在蒸汽18的测量温度高于所必需的温度的情况下，使阀71的开启度变大从而增加冷却水61的流率。相应地，在温度降低单元44中与蒸汽18进行热交换的冷却水61的量增加，并由此供应给重沸器41的蒸汽18的温度降低。
另一方面，在蒸汽18的测量温度低于所必需的温度的情况下，使阀71的开启度变小从而降低冷却水61的流率。相应地，在温度降低单元44中与蒸汽18进行热交换的冷却水61的量减小，并由此供应给重沸器41的蒸汽18的温度升高。
以这一方式，二氧化碳回收型蒸汽发电系统可以从包含水蒸气的二氧化碳气体42和用于加热重沸器的蒸汽18中回收热，并且二氧化碳回收型蒸汽发电系统通过对与包含水蒸气的二氧化碳气体42和蒸汽18进行热交换的冷却水61的流率进行调整来将供应给重沸器41的蒸汽18的温度设定为所期望的温度。
(第四实施例)
图4举例说明了根据本发明第四实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构。这一实施例与图2中所示的第二实施例的区别在于：通过分流冷却水61的一部分并在中间冷却器55中与二氧化碳52进行热交换而生成的蒸汽82被供应给涡轮57。在图4中，与图2中所示的第二实施例的部分相同的部分由相同的附图标记指示。对其的描述不再重复。
分流从泵64供应的冷却水61，使得向CO2冷凝器51供应冷却水的一部分，且向中间冷却器55供应冷却水的其他部分。可以通过阀81调整向中间冷却器55供应的冷却水61的流率。
供应给中间冷却器55的冷却水61与由压缩器53压缩的高温(例如，加热到大约200-250℃)的二氧化碳52进行热交换，从而生成蒸汽82。蒸汽82被供应给涡轮57且被用于驱动涡轮57。相应地，中间冷却器55回收的热可以被用作涡轮57的动力，并且中间冷却器55回收的热可以补充压缩器53和54的动力的一部分。
以这一方式，可以通过从被压缩的二氧化碳52中回收热来有效地回收热能且实现高的热效率。
在图4所示的结构中，分流的冷却水61在中间冷却器55中与由压缩器53压缩的二氧化碳52进行热交换，但是分流的冷却水61可以在出口冷却器56中与由压缩器54压缩的二氧化碳52进行热交换。此外，可以在出口冷却器56中的热交换之后在中间冷却器55中执行热交换。
并且，根据本实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统还可以包括在第三实施例中描述的阀71和控制单元72。在图5中示出了这样的一个结构。并且，控制单元72可以被配置为控制阀81的开启度。
在第一实施例到第四实施例中，冷却水61被用来从包含水蒸气的二氧化碳气体42或用于加热重沸器的蒸汽18中回收热，但是可以使用诸如氨等具有低沸点的介质。
(第五实施例)
图6举例说明了根据本发明第五实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构。这一实施例与图1中所示的第一实施例的区别在于：冷凝物27的一部分被用于与包含水蒸气的二氧化碳气体42进行热交换，并且生成的蒸汽91被供应给低压涡轮23。在图6中，与图1中所示的第一实施例的部分相同的部分由相同的附图标记指示。对其的描述不再重复。此外，在图6中，驱动压缩器53和54的涡轮57未示出。
如图6所示，以这样的方式获得蒸汽91：从在冷凝泵31的下游侧的管道28中分流的冷却水(冷凝物27)在CO2冷凝器51中对包含水蒸气的二氧化碳气体42的热进行回收，并且蒸汽91被供应给低压涡轮23。供应给低压涡轮23的蒸汽91被用作驱动低压涡轮23的蒸汽。可以通过将包括在从二氧化碳分离回收装置40的再生塔中放出的包含水蒸气的二氧化碳气体42中的热能用作低压涡轮23的驱动能量，来增大蒸汽发电装置1a的输出。
以这一方式，根据本实施例，二氧化碳回收型蒸汽发电系统可以使用冷凝物27的一部分与包含水蒸气的二氧化碳气体42进行热交换，并且将生成的蒸汽91用作驱动低压涡轮23的蒸汽的一部分。相应地，可以有效地回收热能并且实现高的热效率。
(第六实施例)
图7举例说明了根据本发明第六实施例的二氧化碳回收型蒸汽发电系统的示意结构。这一实施例与在图6中所示的第五实施例的区别在于：蒸汽91被供应给驱动压缩器51和53的涡轮57。在图7中，与图6中所示的第五实施例的部分相同的部分由相同的附图标记指示。对其的描述不再重复。
如图7中所示，蒸汽91是通过在CO2冷凝器51中的冷凝物27的一部分与包含水蒸气的二氧化碳气体42之间的热交换而生成的，并且该蒸汽91被供应给涡轮57。蒸汽91用于驱动涡轮57。相应地，可以将CO2冷凝器51回收的热用作涡轮57的动力，并且CO2冷凝器51回收的热可以补充压缩器53和54的动力的一部分。
从涡轮57排出的蒸汽作为排出物汇流到位于冷凝泵31和供水泵34之间的管道28的适当位置中。
以这一方式，在本实施例中，回收了从二氧化碳分离回收装置40的再生塔放出的二氧化碳42中的热能，并且生成的蒸汽被供应给驱动压缩器的涡轮57，从而可以补充压缩器53和54的动力的一部分。由于这一原因，二氧化碳回收型蒸汽发电系统1可以有效地回收热能并且实现高的热效率。此外，二氧化碳回收型蒸汽发电系统1可以根据用于压缩二氧化碳的确保的动力源来抑制蒸汽发电装置1a的输出的退化。
在第一实施例到第六实施例中，示出了一种提供了两个压缩二氧化碳的压缩器和两个冷却被压缩的二氧化碳的冷却器的结构，但是压缩器和冷却器的数量可以是1或3或大于等于3。
尽管已经描述了一些特定的实施例，但是这些实施例是仅以示例的方式提出的，并且这些实施例并不是要限制本发明的范围。事实上，此处描述的新颖方法和系统可以以各种其他形式来实施；而且，在不脱离本发明精神的情况下，可以对此处描述的方法和系统的形式进行各种省略、替代和改变。所附的权利要求和它们的等同物旨在涵盖落入本发明范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (10)

1.一种二氧化碳回收型蒸汽发电系统，包括：
锅炉，所述锅炉通过燃烧燃料来产生蒸汽并且生成废气；
第一涡轮，所述第一涡轮连接到发电机并且所述第一涡轮由从所述锅炉供应的蒸汽旋转地驱动；
吸收塔，所述吸收塔被供应了来自所述锅炉的废气，并且所述吸收塔使得包含在所述废气中的二氧化碳被吸收到吸收液中；
再生塔，所述再生塔被供应了来自所述吸收塔的吸收了二氧化碳的所述吸收液，所述再生塔从所述吸收液中排出二氧化碳气体，并且所述再生塔排出所述二氧化碳气体；
重沸器，所述重沸器对来自所述再生塔的所述吸收液进行加热，并且所述重沸器向所述再生塔供应所生成的蒸汽；
冷凝器，所述冷凝器通过使用具有低沸点的冷却介质对所述二氧化碳气体进行冷凝来将从所述再生塔排出的所述二氧化碳气体中的水分去除；
压缩器，所述压缩器对由所述冷凝器去除了水分的所述二氧化碳气体进行压缩；
第二涡轮，所述第二涡轮驱动所述压缩器；以及
蒸汽冷凝器，其通过冷却和冷凝来自所述第二涡轮的排出蒸汽来产生具有低沸点的所述冷却介质，
其中，由具有低沸点的所述冷却介质在所述冷凝器中从所述二氧化碳气体中回收热而产生的蒸汽被供应给所述第二涡轮。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳回收型蒸汽发电系统，还包括：
温度降低单元，其降低来自所述第一涡轮的蒸汽的温度，并将来自所述第一涡轮的所述蒸汽供应给所述重沸器，
其中，具有低沸点的所述冷却介质在所述冷凝器中从所述二氧化碳气体中回收热，并且此后，具有低沸点的所述冷却介质在所述温度降低单元中从来自所述第一涡轮的蒸汽中回收热。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳回收型蒸汽发电系统，还包括：
控制单元，所述控制单元测量由所述温度降低单元降低了温度的来自所述第一涡轮的所述蒸汽的温度，并且所述控制单元基于测量结果来对供应给所述冷凝器的具有低沸点的冷却介质的流率进行控制。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳回收型蒸汽发电系统，还包括：
冷却器，所述冷却器被供应了具有低沸点的所述冷却介质的一部分，并且所述冷却器对由所述压缩器压缩的二氧化碳气体进行冷却，
其中，通过在所述冷却器中冷却所述二氧化碳气体而产生的蒸汽被供应给所述第二涡轮。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳回收型蒸汽发电系统，还包括：
其中，所述锅炉包括生成主蒸汽的过热器和生成再热蒸汽的再热器，以及
所述第一涡轮包括：高压涡轮，所述高压涡轮由向其供应的所述主蒸汽旋转驱动；中压涡轮，所述中压涡轮由向其供应的所述再热蒸汽旋转驱动；以及低压涡轮，所述低压涡轮由从所述中压涡轮向其供应的排出蒸汽旋转驱动。
6.一种二氧化碳回收方法，包括：
通过燃烧燃料来产生蒸汽并生成废气，所述蒸汽驱动涡轮；
使得包含在所述废气中的二氧化碳被吸收到吸收液中；
通过对吸收了所述二氧化碳的所述吸收液进行加热来放出二氧化碳气体，并且排出所述二氧化碳气体；
使用具有低沸点的冷却介质来冷却所排出的二氧化碳气体，并且通过对水分进行冷凝来将所述二氧化碳气体中的所述水分去除；
使用压缩器来压缩被去除了水分的所述二氧化碳气体；以及
由具有低沸点的所述冷却介质在冷凝所述二氧化碳气体中的所述水分时回收热而生成的蒸汽被供应给驱动所述压缩器的驱动涡轮。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳回收方法，
其中，通过冷却和冷凝来自所述驱动涡轮的排出蒸汽来产生具有低沸点的所述冷却介质。
8.根据权利要求6所述的二氧化碳回收方法，
其中，来自所述涡轮的蒸汽被用作所述吸收液的热源，并且来自所述涡轮的蒸汽被用作由具有低沸点的所述冷却介质在冷凝所述水分时回收热而生成的蒸汽的热源。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳回收方法，
其中，测量由温度降低单元降低了温度的来自所述涡轮的所述蒸汽的温度，并且基于温度测量结果来控制具有低沸点的所述冷却介质的流率。
10.根据权利要求6所述的二氧化碳回收方法，
其中，具有低沸点的所述冷却介质的一部分被用来冷却由所述压缩器压缩的二氧化碳气体。
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