CN102596363A - 用于co2捕获的动力设备 - Google Patents

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Abstract

因为CO2被确定为是主要温室气体，所以其捕获和储存对于控制全球变暖是关键的。在为CO2捕获和压缩而设计的动力设备增加竞争力的条件下，准备好改装的动力设备将容许更早地利用CO2捕获系统(12)，准备好改装的动力设备包括将动力设备改装成CO2捕获设备的高效途径。本发明的目的是提供一种具有增加的操作灵活性的燃烧化石燃料的动力设备(1，2)，其容许当为CO2捕获系统(12)的操作提取蒸汽以及当CO2捕获系统(12)不操作且不提取蒸汽时高效率地进行操作。此外，操作这种设备(1，2)的方法也是本发明的一个目的。一个另外的目的是提供这样一种动力设备(1，2)：其预备用于CO2捕获系统(12)的将来改装，并且其已经设有能够在蒸汽提取或没有蒸汽提取的条件下高效率操作的蒸汽循环。本发明的一个主要方面是提供具有两个蒸汽涡轮装置(14，15)的水蒸汽循环，一个用于不依赖于CO2捕获操作的连续操作，并且一个在CO2捕获操作期间可至少部分地关闭。

Description

用于CO2捕获的动力设备
技术领域
本发明涉及具有集成CO2捕获的动力设备以及准备好CO2捕获的动力设备。
背景技术
近些年来已经变得明显的是，温室气体的产生导致了全球变暖，而且温室气体产量的进一步的增加将进一步加速全球变暖。因为CO2(二氧化碳)被确定为是主要的温室气体，所以CCS(碳的捕获和储存)被认为是减少温室气体释放到大气中并控制全球变暖的一项潜在的主要措施。在这种环境下，CCS被限定为CO2捕获、压缩、运输和储存的工艺。捕获被限定为这样一种工艺：其中，在碳基燃料的燃烧之后从烟道气中除去CO2或者在燃烧之前除去和处理碳。任何吸收剂、吸附剂的再生或其它从烟道气或燃料气流中除去碳的CO2的措施都被认为是捕获工艺的一部分。
目前被认为最接近大规模工业应用的CO2捕获技术是后燃烧捕获。在后燃烧捕获中，CO2从烟道气中加以去除。剩余烟道气被释放至大气中，并且将CO2压缩以用于运输和储存。存在若干种已知的工艺来从烟道气中除去CO2，例如吸收、吸附、隔膜分离和低温分离。
所有已知的用于CO2捕获和压缩的技术都需要相对较大量的能量。关于优化不同的工艺以及通过将这些工艺集成到动力设备中而减少功率和效率损失，有许多出版物。
EP1688173给出了用于后燃烧捕获的一个示例和一种用于减少由于CO2的吸收和相应的吸收液体的再生而引起的功率输出损失的方法。这里建议从动力设备的不同的蒸汽涡轮级中提取蒸汽用于吸收剂的再生，从而最大限度地减小涡轮输出的减少。
在相同的环境下，WO2007/073201提出使用由于压缩CO2流量而引起的压缩热量，以用于吸收剂的再生。
这些方法致力于减少特定CO2捕获装备的功率需求，然而它们会降低设备的操作灵活性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有CO2捕获系统、具有增加的操作灵活性的燃烧化石燃料的动力设备，其容许当用于CO2捕获系统的蒸汽提取处于操作中时，以及当CO2捕获系统不操作且不提取蒸汽时都以高效率进行操作。此外，操作这种设备的方法也是本发明的一个目的。一个另外的目的是提供一种动力设备，其预备用于将来CO2捕获系统的改装，并且其已经设有能够在有蒸汽提取或没有蒸汽提取的情况下高效率操作的蒸汽循环。
本发明的一个主要方面是提供带有两个蒸汽涡轮装置的水蒸汽循环。一个蒸汽涡轮装置相对于CO2捕获操作独立地进行操作，并且一个蒸汽涡轮装置可在CO2捕获操作期间至少部分地关闭。
为此，提出了一种动力设备，其包括带有两个蒸汽涡轮装置的水蒸汽循环。第一蒸汽涡轮装置包括具有至少两个压力水平的蒸汽涡轮，并且第二蒸汽涡轮装置包括：至少一个设计为使蒸汽膨胀至背压的背压式涡轮，该背压适合用作用于CO2捕获系统的供给压力；或者设计为使蒸汽膨胀至适合用作用于CO2捕获系统的供给压力的压力的中间压力涡轮。
为了优化蒸汽循环，有利的是在不同的压力水平上提取锅炉中的热量。在本发明的一个实施例中，第二涡轮装置的背压式蒸汽涡轮的入口压力因此高于或低于第一涡轮装置的中间压力蒸汽涡轮的入口压力。例如，第二涡轮装置的背压式蒸汽涡轮的入口压力高于第一涡轮装置的中间压力蒸汽涡轮的入口压力。结果，总的水蒸汽循环将因此有效地具有专用于第二蒸汽涡轮的另外的压力水平，以便最大限度地提高该设备的性能和/或收益。
为了在所有时间都能高效地使用第二涡轮装置的背压式蒸汽涡轮的出口蒸汽，针对背压式涡轮的出口压力和出口质量流量而设计的低压蒸汽涡轮是第二涡轮装置的一部分。如果蒸汽没有被导向至CO2捕获系统中，那么其将背压式涡轮的出口蒸汽流动转换成机械能。
此外，第二蒸汽涡轮装置典型地具有比第一蒸汽涡轮装置更小的设计质量流量。结果，如果第二蒸汽涡轮装置或第二蒸汽涡轮装置的背压式涡轮在比第一蒸汽涡轮装置更高的频率下进行操作，那么这可能是有利的。为了将功率供给电网，其或者连接到以电网频率进行操作的带齿轮箱的发电机上，或者驱动以升高的频率运转的发电机。在后一情况下，第二发电机借助于变频器，例如矩阵变换器而连接在电网上。
在另一实施例中，动力设备是联合循环动力设备，其包括用于从烟道气中除去CO2的CO2捕获系统或预备用于改装CO2捕获系统。其包括烟道气管道和烟囱以及两个蒸汽涡轮装置。第一蒸汽涡轮装置包括至少一个设计为使蒸汽膨胀至背压的背压式涡轮，背压适合用作用于所安装的或所规划的CO2捕获系统的供给压力。第二蒸汽涡轮装置包括具有入口压力的低压涡轮，该入口压力与背压式涡轮的出口压力相匹配，并设计为当CO2捕获系统不操作时，使CO2捕获系统的蒸汽质量流将背压式蒸汽涡轮的出口蒸汽的热能转换成机械能。
这种蒸汽涡轮装置例如适合基于氨合物的CO2捕获系统。它们典型地需要相对较大量的低压力水平的蒸汽。为此，背压式蒸汽涡轮膨胀至低的背压。低级蒸汽只具有相对较低的比焓，所以需要背压式涡轮的总的质量流量用于CO2捕获。这容许省略低压蒸汽涡轮。这种布置特别适合联合循环动力设备，其中相对于烟道气质量流量的比蒸汽质量流量是低的。另一实施例是基于氨作为吸收剂的CO2捕获系统，其中低压涡轮可以省略。在这种情况下，另外的工艺蒸汽典型地可用于提取。
在又一实施例中，动力设备是联合循环动力设备，其包括具有烟道气再循环的燃气涡轮。当在热回收蒸汽发生器中提取其有用热量之后，烟道气的一部分被再循环到入口空气或燃气涡轮中。这增加了烟道气中的CO2浓度，并且促进了从烟道气中捕获CO2。
根据又一实施例，第二涡轮装置的低压涡轮可利用超速离合器而与第二涡轮装置的轴系相接合。如果蒸汽提供给低压涡轮，并且低压涡轮进行操作，那么超速离合器会接合，并且低压涡轮驱动第二发电机。如果在CO2捕获操作期间没有可用的蒸汽，那么齿轮可脱开，并且蒸汽涡轮可保持在停止状态。
在一个实施例中，第一和第二蒸汽涡轮装置在一个公共轴系上对齐，在这两个蒸汽涡轮装置之间只有一个发电机。
所有实施例或者包括用于从烟道气中除去CO2的CO2捕获系统、通向CO2捕获系统的烟道气管道、以及位于CO2捕获系统下游的烟囱，或者包括改装这种捕获系统所需要的空间。CO2捕获系统可包括辅助装置，例如CO2处理和压缩设施。如果该设备是为后续CO2捕获系统的改装而建造的，那么该设备和预留空间必须设置为容许CO2捕获系统的后续连接。另外，如果需要，在CO2捕获之前用于烟道气冷却和用于结构的空间也应预留出来，以用于后续改装。
在用于将来改装的设备的一个实施例中，考虑到将来的CO2捕获系统，烟囱设置在其最终位置。烟道气管道设计为用于改装之前的连续操作，并且一旦改装了CO2捕获系统就可用作旁路管道。为了最大限度地减小改装CO2捕获系统的影响，烟道气管道可能已包含风门片、闸门或转向器，以便一旦其得到改装，就将烟道气导向至CO2捕获系统中。此外，其可包括使耗尽CO2的烟道气从将来的CO2捕获系统返回至烟道气管道中的分支连接。一旦CO2捕获系统处于满负荷操作时，动力设备的原始烟道气管道的位于闸门或转向器下游的部分就变成旁路管道。
为了考虑CO2捕获系统的另外的压力损失，如果适用的话，将提供用于烟道气鼓风机的空间。这容许针对管道的初始背压进行动力设备的优化，该管道直接地将烟道气引导至烟囱中。在一个实施例中，烟道气鼓风机安装在转向器或闸门的下游，并且仅仅是针对CO2捕获操作所需的。
除了烟道气管道的机械接口、通向CO2捕获系统的低压蒸汽管系(包括冷凝物返回管线在内)之外，在动力设备和CO2捕获系统之间还需要控制接口。
所建议的设备布置的一个主要优点是在对现有动力设备没有任何显著修改的条件下将现有传统的没有CO2捕获的动力设备改装或升级至具有CO2捕获的动力设备的可能性。
本发明的一个要素是将没有CO2捕获的现有传统动力设备改装成具有CO2捕获的动力设备的方法。根据这种方法，CO2捕获系统建造在现有动力设备附近。
根据该方法的一个实施例，在传统动力设备正常操作时，建造CO2捕获系统、附加的烟道气管道和必要的蒸汽、功率及控制连接。现有传统动力设备的操作只是在将现有传统动力设备连接到CO2捕获系统上时发生中断。为此，只连接附加的或变化的烟道气管道。此外，低压蒸汽、冷凝物、电源和控制器都连接在CO2捕获系统上。此外必须执行后续的重新启用过程。对于原始动力设备本身的主要构件，例如对于蒸汽涡轮或燃气涡轮或锅炉，不需要执行变化或改装或需要执行非常有限的变化或改装，因为所提出的蒸汽循环已预备用于CO2捕获系统的改装。
CO2捕获系统可独立于现有动力设备的操作而进行冷启用。为了从传统动力设备向CO2捕获转变，必须简单地改变风门片、闸门或转向器释放烟道气的方向。依赖于此布置，来自CO2捕获系统的返回分支必须连接到现有烟囱上。
因而可最大限度地减小现有动力设备的商业运行的中断。重新连接或改变烟道气管道所需要的时间可减少至现有动力设备的正常计划维修停机所需要的时间以下。
本发明的又一主题是一种利用上述CO2捕获系统来操作用于燃烧碳基燃料的动力设备的方法。根据这种操作方法，在蒸汽循环的稳态操作期间操作第一蒸汽涡轮装置，以生产功率。第二蒸汽涡轮装置或者至少部分地旁路，以便为CO2捕获系统提供蒸汽，或者在CO2捕获系统(12)操作的时段期间进行操作，以便生产功率并将低压蒸汽释放至CO2捕获系统(12)中。当CO2捕获系统没有操作时，两个蒸汽涡轮装置都利用所有可获得的蒸汽进行操作，以便在稳态操作期间生产功率。所有可获得的蒸汽是由锅炉或HRSG生产的蒸汽，减去了动力设备本身操作(例如用于燃料预热)所需要的蒸汽流，或者减去了例如热电联产中转变为工艺蒸汽的蒸汽。
在又一实施例中，在高的电力需求时段期间，或者在不需要CO2捕获或者CO2捕获不能操作的时段期间，CO2捕获单元被关闭，并且使第二蒸汽涡轮装置的低压涡轮进行操作，以便生产峰值功率。
如果在高的电力需求时段期间需要额外的功率，为了容许第二蒸汽涡轮装置的低压涡轮的快速起动和/或加载，第二蒸汽涡轮装置的低压涡轮装载最小的蒸汽流量，以保持其温暖。
这种水蒸汽循环分离成两部分容许当蒸汽用于CO2捕获系统以及当没有蒸汽用于CO2捕获系统时都进行高效率操作。其容许根据最佳目标借助CO2捕获和不同的操作方法而进行灵活操作。可能的最佳目标例如是最大功率、最大效率和最大CO2捕获率。
这里所述的蒸汽动力设备典型地是烧煤的蒸汽动力设备。然而，本发明还可适用于任何其它种类的燃烧化石燃料的蒸汽动力设备，例如烧油或烧气的蒸汽动力设备。
附图说明
下面将借助于附图更详细地描述本发明、其性质以及其优点。参照附图：
图1示意性地显示了燃烧化石燃料的蒸汽动力设备，其具有CO2捕获系统和带两个蒸汽涡轮装置的水蒸汽循环，
图2示意性地显示了燃烧化石燃料的蒸汽动力设备，其具有CO2捕获系统和带两个蒸汽涡轮装置的水蒸汽循环，蒸汽涡轮装置使用了四个压力水平，
图3示意性地显示了联合循环设备，其具有烟道气再循环、CO2捕获系统和带两个蒸汽涡轮装置的水蒸汽循环，
图4示意性地显示了联合循环设备，其具有烟道气再循环、CO2捕获系统和水蒸汽循环，水蒸汽循环具有沿着一个轴系对齐并可与超速离合器相接合的两个蒸汽涡轮装置，
图5示意性地显示了联合循环设备，其具有烟道气再循环、CO2捕获系统和水蒸汽循环，水蒸汽循环具有沿着一个轴系对齐的两个蒸汽涡轮装置，其中第二蒸汽涡轮装置包括两个可与超速离合器相接合的低压涡轮。
具体实施方式
根据本发明的具有CO2捕获的动力设备的主要构件是动力设备1，2，其包括第一蒸汽涡轮装置14和第二蒸汽涡轮装置15以及CO2捕获系统12。
图1中显示了根据本发明的一个实施例的设备布置的第一示例。在这个示例中，动力设备1是蒸汽动力设备1。其包括锅炉3、第一蒸汽涡轮装置14、第二蒸汽涡轮装置15和CO2捕获系统12，其中化石燃料8和空气7被供给锅炉3。燃料7和空气8在锅炉3中进行燃烧，从而产生新鲜蒸汽9，10，37和烟道气4。
第一蒸汽涡轮装置14包括HPT(高压蒸汽涡轮)24、IPT(中间压力蒸汽涡轮)25和LPT(低压蒸汽涡轮)26。HPT24和IPT25由来自锅炉3的高压新鲜蒸汽(life stream)9和中间压力新鲜蒸汽10所驱动。LPT26由从IPT25获得的低压蒸汽11a和/或来自锅炉3的低压新鲜蒸汽37驱动。该装置还包括发电机5和冷凝器18，发电机5生产电功率，给水19从冷凝器返回至锅炉3中。蒸汽循环被简化了，并且是示意性地显示的，而没有给水泵和锅炉的细节等等，因为这些元件不是本发明的主题。
第二蒸汽涡轮装置15包括背压式蒸汽涡轮27和第二LPT(低压蒸汽涡轮)28。背压式蒸汽涡轮27由来自锅炉3的中间压力新鲜蒸汽10所驱动。备选地，背压式蒸汽涡轮27可通过来自第一IPT25的提取的中间压力蒸汽10’而进行驱动。蒸汽提取可受到蒸汽提取阀29的控制。中间压力蒸汽10可受到蒸汽控制阀38的控制。第二LPT28由低压蒸汽11b来驱动，如果CO2捕获系统12没有操作时，低压蒸汽从背压式蒸汽涡轮27的排出蒸汽中获得。流向第二LPT28的蒸汽流受到第二LP控制阀41的控制。该装置还包括发电机45和冷凝器18，发电机生产电功率，给水19从冷凝器返回至锅炉3中。蒸汽循环被简化了，并且是示意性地显示的，而没有给水泵和锅炉的细节等等，因为这些元件不是本发明的主题。
CO2捕获系统12示意性地显示为一个盒子，其从烟道气4中除去CO2。耗尽CO2的烟道气16从CO2捕获单元12释放至烟囱16。在CO2捕获单元12不操作的情况下，其可通过烟道气旁路40进行旁路。为了控制旁路流量，在烟道气管道中提供了旁路风门片21。
CO2捕获系统12由例如CO2吸收单元和再生单元组成，在CO2吸收单元中，通过吸收剂从烟道气4中除去CO2，并且在再生单元中，从吸收剂中释放出CO2。依赖于烟道气的温度和CO2吸收单元的操作温度范围，可能还需要烟道气冷却器6。捕获的CO2被发送，以用于压缩和储存17。典型地，CO2捕获系统12需要大量的热能用于其再生单元。这作为低压蒸汽11c从背压式蒸汽涡轮27供给CO2捕获系统。流向CO2捕获系统12的低压蒸汽11c流受到捕获系统控制阀42的控制。冷凝物或低级蒸汽在冷凝物回流13中从CO2捕获系统12返回至水蒸汽循环中。
图2示意性地显示了燃烧化石燃料的蒸汽动力设备1，其包括CO2捕获系统12和带两个蒸汽涡轮装置14，15的水蒸汽循环，蒸汽涡轮装置使用四个压力水平。第一蒸汽涡轮装置14和CO2捕获系统12类似于图1中所示的那些装置和系统。
在这个示例中，背压式蒸汽涡轮27不由中间蒸汽10供给与第一蒸汽涡轮装置14的IPT25相同的压力水平，而是供给同第一蒸汽涡轮装置14的中间压力相比处于升高的压力水平的升高的中间压力蒸汽20。流向背压式蒸汽涡轮27的升高的中间压力蒸汽43的流可受到蒸汽控制阀38的控制。通过利用两个用于中间压力蒸汽涡轮的不同的压力水平，水蒸汽循环有效地变成四个压力水平的循环。这容许更好地利用提取的热量，并产生更高的总效率。
图3示意性地显示了联合循环设备2，其包括带烟道气再循环35的燃气涡轮30、CO2捕获系统12和带两个蒸汽涡轮装置14，15的水蒸汽循环。第一和第二蒸汽涡轮装置14，15类似于图1中所示的那些装置。
燃气涡轮30包括压缩机31、燃烧器32和涡轮33，并驱动发电机5，入口空气7在压缩机31中进行压缩。压缩气体用于燃料8在燃烧器32中的燃烧，并且加压的热气体在涡轮33中膨胀。其主要输出是来自发电机5的电功率和热的烟道气34。热的烟道气34穿过热回收蒸汽发生器39(HRSG)，该热回收蒸汽发生器39产生新鲜蒸汽9，10，37。烟道气以较低温度水平离开HRSG39，并被导向至CO2捕获系统12。
在这个示例中，燃气涡轮显示为具有烟道气再循环的燃气涡轮。可控制的烟道气部分通过闸门或控制风门片和/或用于烟道气再循环22的鼓风机(未显示)进行转向，并且通过烟道气再循环管线35而再循环至入口空气7中。再循环的烟道气在烟道气冷却器36中进行冷却，以限制或控制燃气涡轮压缩机31的入口温度。烟道气冷却器36典型地包括从冷却的烟道气中除去冷凝物的冷凝物分离器(未显示)。
此外，联合循环动力设备2包括类似于图1中所示的那些(蒸汽涡轮装置)的第一和第二蒸汽涡轮装置14，15。然而，蒸汽不是从锅炉3而是从HRSG39中供给的。
图4示意性地显示了具有烟道气再循环35和CO2捕获系统12的联合循环设备2的另一示例。在这个示例中，水蒸汽循环的两个蒸汽涡轮装置14，15沿着一个轴系对齐。第一涡轮装置14被简化并仅由HPT24和IPT25组成，IPT25被设计为背压式涡轮以传送排出的蒸汽，排出的蒸汽具有CO2捕获系统12所需要的属性。IPT25的排出的蒸汽是低压蒸汽，并且或者在CO2捕获系统12不操作时用于驱动第二蒸汽涡轮装置，或者用于CO2捕获系统12。
第二蒸汽涡轮装置15也被简化，并且只由LPT28组成。其与第一蒸汽涡轮装置14沿着相同的轴进行设置。如果LPT28进行操作，则其通过超速离合器23而与第一蒸汽涡轮装置14的发电机5相接合。如果低压蒸汽11c用于CO2捕获系统12的操作，那么第二蒸汽涡轮装置15离线，并且超速离合器23脱开。
流向第二LPT28的低压蒸汽11b流受到第二LP控制阀41的控制。流向CO2捕获系统12的低压蒸汽11c流受到捕获系统控制阀42的控制。
图5中显示了本发明的又一实施例。图5示意性地显示了联合循环设备2，其具有烟道气再循环、CO2捕获系统12和水蒸汽循环，水蒸汽循环具有两个沿着一个轴系而对齐的蒸汽涡轮装置14，15。其类似于图4中给出的示例，然而第二蒸汽涡轮装置15包括两个可与超速离合器23相接合的低压涡轮28，44。依赖于CO2捕获系统12的蒸汽需求，CO2捕获系统12可能不需要IPT25的所有排出的蒸汽。为了利用过量的低压蒸汽11，为第二蒸汽涡轮装置15添加了第二低压蒸汽涡轮44。第一蒸汽涡轮装置的HPT24和IPT25联接在发电机5上，位于发电机的一侧。附加的LPT44在另一侧联接在发电机5上。此外，第二蒸汽涡轮装置的LPT28可通过超速离合器23而与附加的LPT44相接合。流向第二LPT28的低压蒸汽11b流受到第二LP控制阀41的控制。流向附加的低压蒸汽涡轮44的低压蒸汽流受到LP控制阀43的控制。LPT28具有在设计条件下与CO2捕获系统12的蒸汽需求相等的设计质量流量。附加的LPT44具有这样的设计质量流量：其与在设计条件下可获得的低压蒸汽和CO2捕获系统12在设计条件下的蒸汽需求之间的差异相匹配。这里，设计条件是当设备在基本负荷下，以及在设备设计所针对的环境条件下(例如ISO条件(ISO2314，15℃的环境温度、1013mbar的环境压力和60％的相对湿度))进行操作时的条件。
上文和附图中所描述的示例性实施例向本领域中的普通技术人员公开了与示例性实施例不同并且包含在本发明范围内的实施例。
例如，所有附图显示了包括CO2捕获系统的动力设备1，2。为了提供根据本发明的准备进行捕获的动力设备1，2，可使用相同的布置和两个蒸汽涡轮装置14，15。简单地说，包括烟道气冷却器6的CO2捕获系统12被省略了，并被用于将来改装的空间所替代。将CO2捕获系统和为CO2捕获系统12提供低压蒸汽11c的蒸汽管线连接起来所需要的烟道气管道可以被省略，或者设有用于后面连接的盲板法兰。
在上面给出的示例中，描述了单一燃烧的燃气涡轮。应该懂得，可同等地使用例如US5577378中所述的顺序燃烧的燃气涡轮，也称为具有再热燃烧器的燃气涡轮。还可使用基于顺序燃烧的燃气涡轮和单一燃烧的燃气涡轮的组合的动力设备。顺序燃烧的燃气涡轮的应用可能是有利的，因为其烟道气中的CO2浓度典型地高于单一燃烧的燃气涡轮。
在示例中没有显示用于联合循环动力设备的单轴动力系。然而，同样可以想到其中第一蒸汽涡轮装置14和/或第二蒸汽涡轮装置15可通过超速离合器而联接到燃气涡轮的发电机5上的单轴动力系的布置。
此外，不应以限制性方式使用术语“锅炉”。例如，超临界蒸汽发生器在本发明的上下文中也被认为是锅炉。
部件列表：
1 带有CO2捕获的蒸汽动力设备；
2 带有CO2捕获的联合循环动力设备；
3 锅炉；
4 烟道气；
5 发电机；
6 烟道气冷却器；
7 空气；
8 燃料；
9 高压新鲜蒸汽；
10，10’ 中间压力蒸汽；
11a，b，c 低压蒸汽；
12 CO2捕获系统；
13 冷凝物回流；
14 第一蒸汽涡轮装置；
15 第二蒸汽涡轮装置；
16 耗尽CO2的烟道气；
17 用于压缩和储存的CO2；
18 冷凝器；
19 给水；
20 升高的中间压力新鲜蒸汽；
21 用于CO2捕获系统的旁路风门片；
22 用于烟道气再循环的控制风门片；
23 超速离合器；
24 HPT(高压蒸汽涡轮)；
25 第一IPT(中间压力蒸汽涡轮)；
26 第一LPT(低压蒸汽涡轮)；
27 第二IPT(中间压力蒸汽涡轮)；
28 第二LPT(低压蒸汽涡轮)；
29 蒸汽提取阀；
30 燃气涡轮；
31 压缩机；
32 燃烧器；
33 涡轮；
34 燃气涡轮烟道气；
35 烟道气再循环管线；
36 烟道气冷却器；
37 新鲜低压蒸汽；
38 IP控制阀(中间压力蒸汽控制阀)；
39 HRSG(热回收蒸汽发生器)；
40 烟道气旁路；
41 LP控制阀(低压蒸汽控制阀)；
42 CO2捕获系统控制阀；
43 LP控制阀；
44 LP蒸汽涡轮；
45 发电机；

Claims (16)

1.一种动力设备，包括蒸汽动力设备(1)或/和联合循环动力设备(2)，其中所述动力设备(1，2)的水蒸汽循环包括两个蒸汽涡轮装置(14，15)，第一蒸汽涡轮装置(14)包括具有至少两个压力水平的蒸汽涡轮，并且第二蒸汽涡轮装置(15)包括至少一个设计为使蒸汽膨胀至CO2捕获系统(12)的供给压力的背压式涡轮(27)。
2.根据权利要求1所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第二蒸汽涡轮装置(15)的至少一个背压式蒸汽涡轮(27)是针对入口压力设计的，所述入口压力低于所述第一蒸汽涡轮装置(14)的高压蒸汽涡轮(24)的入口压力，并且不同于所述第一蒸汽涡轮装置(14)的所述高压蒸汽涡轮(24)的出口压力。
3.根据权利要求1或2所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第二蒸汽涡轮装置(15)另外包括针对供给压力而设计的低压蒸汽涡轮(28)，所述供给压力与所述背压式涡轮(27)的出口压力相匹配，并且所述背压式蒸汽涡轮(27)和所述低压蒸汽涡轮(28)均是针对CO2捕获系统(12)的蒸汽质量流量而设计的，以便当所述CO2捕获系统(12)不操作时将所述背压式蒸汽涡轮(27)的出口蒸汽的热能转换成机械能。
4.根据权利要求2或3所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第二蒸汽涡轮装置(15)包括两个低压蒸汽涡轮(28，44)，一个具有与CO2捕获系统(12)在设计条件下的蒸汽需求相等的设计质量流量，并且一个具有这样的设计质量流量：其与在设计条件下可获得的低压蒸汽和CO2捕获系统(12)在设计条件下的蒸汽需求之间的差异相匹配。
5.根据前述权利要求中的一项所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第二蒸汽涡轮装置(15)具有比所述第一蒸汽涡轮装置(14)更小的设计质量流量，并且所述第二蒸汽涡轮装置(15)设计为用于比所述第一蒸汽涡轮装置(14)更高的操作频率。
6.一种联合循环动力设备(2)，烟道气管道和烟囱(16)，其中所述联合循环动力设备(2)的水蒸汽循环包括两个蒸汽涡轮装置(14，15)，第一蒸汽涡轮装置(14)包括至少一个中间压力涡轮(25)，其设计为使蒸汽膨胀至适合于用作CO2捕获系统(12)的供给压力的背压，并且第二蒸汽涡轮装置(15)包括具有入口压力的低压涡轮(28)，所述入口压力与所述中间压力涡轮(25)的出口压力相匹配，并且设计为用于所述CO2捕获系统(12)的蒸汽质量流量，以便在所述CO2捕获系统(12)不操作时将所述中间压力蒸汽涡轮(25)的出口蒸汽的热能转换成机械能。
7.根据权利要求6所述的动力设备(2)，其特征在于，所述联合循环动力设备的至少一个燃气涡轮(30)设计为用于烟道气再循环，并且离开热回收蒸汽发生器(39)的烟道气的部分再循环到所述燃气涡轮(30)的入口空气中。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第二蒸汽涡轮装置(15)的低压涡轮(28)能够通过超速离合器(23)而连接在发电机(45，5)上。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第一和第二蒸汽涡轮装置(14，15)在一个公共轴系上对齐，并驱动一个发电机(5)。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的动力设备(1，2)，其特征在于，所述第一蒸汽涡轮装置(14)包括轴系，其具有一个联接在发电机(5，45)的第一侧上的中间压力涡轮(27)，并且所述第二蒸汽涡轮装置(15)包括联接在所述发电机(5，45)的第二侧上的附加的低压蒸汽涡轮(44)和能够通过超速离合器(23)而连接在所述附加的低压蒸汽涡轮(44)上的第二低压涡轮(28)。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的动力设备(1，2)，其特征在于，其包括用于从烟道气(4)中除去CO2的CO2捕获系统(12)、通向所述CO2捕获系统(12)的烟道气管道和所述CO2捕获系统(12)下游的烟囱(16)。
12.根据权利要求1至10中的一项所述的动力设备(1，2)，其特征在于，其包括能够从所述动力设备烟道气(4)中除去CO2的CO2捕获系统(12)所需要的空间，并且其设置为容许CO2捕获系统(12)的改装，以用于从所述烟道气(4)中除去CO2，并且/或者其包括预备用于改装CO2捕获系统(12)的烟道气管道和烟囱(16)。
13.一种用于操作根据权利要求11所述的动力设备(1，2)的方法，其特征在于，所述第一蒸汽涡轮装置(14)在蒸汽循环的所有稳态操作点期间进行操作以生产功率，并且在所述CO2捕获系统(12)进行操作时的时段期间，所述第二蒸汽涡轮装置(15)的至少一部分被旁路至所述CO2捕获系统(12)，并且/或者进行操作以生产功率，以及将低压蒸汽释放至所述CO2捕获系统(12)中，并且当所述CO2捕获系统(12)没有操作时，两个蒸汽涡轮装置(14，15)进行操作，从而利用所有可获得的蒸汽来生产功率。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在高的电力需求时段期间或者在不需要CO2捕获或不能操作CO2捕获的时段期间，所述CO2捕获系统(12)被关闭，并且所述第二蒸汽涡轮装置(15)的第二低压涡轮(28)进行操作以生产峰值功率。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述第二蒸汽涡轮装置的第二低压涡轮(28)装载最小的蒸汽流量，以保持第二蒸汽涡轮(28)温暖，以便在CO2捕获系统(12)不操作时用于快速起动和或加载。
16.一种用于改装根据权利要求12所述的动力设备(1，2)的方法，其特征在于，所述CO2捕获系统(12)建造于为所述CO2捕获系统(12)提供的空间上，并且所述CO2捕获系统(12)是在所述动力设备(1，2)进行操作的同时建造的，并且所述动力设备(1，2)的操作只是在连接所述CO2捕获系统(12)和后续重新启用时发生中断，其中连接所述CO2捕获系统(12)包括连接所述低压蒸汽(11c)、冷凝物(13)、电源、控制器和烟道气管道，以及/或者修改所述烟道气管道。
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