CN102859304B - 驱动汽轮机发电设备的方法和由褐煤产生蒸汽的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于驱动具有至少一个用褐煤燃烧的蒸汽发生器的汽轮机发电设备的方法，其中将褐煤在流化床干燥器内进行间接干燥，该干燥器至少部分地用来自蒸汽发生器的水-蒸汽循环的蒸汽加热，该方法的特征在于，将来自蒸汽发生器的烟气进行气体洗涤以分离CO2，且气体洗涤所需的能量至少部分地由干燥过程获取。此外本发明涉及用于由褐煤产生蒸汽的装置，其包括至少一个用于褐煤的干燥设备以及用于烟气的CO2气体洗涤的装置，其中干燥过程和CO2气体洗涤是彼此热耦合的。

Description

驱动汽轮机发电设备的方法和由褐煤产生蒸汽的装置
本发明涉及驱动具有至少一个用褐煤燃烧的蒸汽发生器的汽轮机发电设备的方法，其中对褐煤进行预先干燥，优选在流化床干燥器中进行间接干燥，该干燥器至少部分地用来自蒸汽发生器的水-蒸汽循环的蒸汽加热。
例如这种方法由DE 103 19 477A1已知。
与由硬煤的发电相比，褐煤的燃烧伴随着更高的CO2排放。这主要由褐煤更高的含水量导致。挖掘湿褐煤具有大约45到65％的含水量，通过干燥，该含水量可以降低到大约10到25％。为了获得有效的褐煤电气化，已知首先将褐煤在流化床干燥器中进行间接干燥，其中流化床干燥器至少部分地用来自蒸汽发生器的水-蒸汽循环的蒸汽加热并且由褐煤的干燥产生的废气的能量用于预热来自水-蒸汽循环的冷进水。这种已知的方法还称为“WTA”(具有内部废热利用的流化床干燥)。通过该流化床干燥的方法，利用从干燥器中的干燥设备中排出的富含能量的蒸汽，并且使用来自蒸汽发生器的蒸汽循环的低压蒸汽，与使用常规的褐煤发电设备的技术相比可以达到4到5个百分点的效率增加。例如这种WTA技术还已知来自DE 195 18 644C2。
除了效率增加或效率调节，在现代发电设备技术中减少CO2排放愈来愈起到显著的作用。化石燃烧的发电设备减少的CO2释放不仅有助于气候保护，此外，其还增加了发电的经济性。因此，开发发电设备的效率增加的技术强烈驱动着这项技术向前发展，并且与之平行地发展了从发电设备废气中分离CO2以及之后的CO2的地下储存的可能性。
目前用于CO2分离的最实用的技术是CO2的化学吸收，其在工业上可以相对简单地改进并且因此是可快速转化的。但是对于CO2的洗涤，需要相当量的最后无法用于发电的能量，以至于CO2的化学吸收的实现与显著的效率损失相关联。
用于从工业废气中分离CO2的合适的方法例如由EP 1 967 249A1已知。在该出版物中，描述了CO2的洗涤用于净化来自发电设备工艺的烟气。那里描述的洗涤过程包括在吸收器中用结合CO2组分的水溶液对烟气进行气体洗涤和在解吸器中对负载了CO2的溶剂进行汽提，将溶剂与温度为110℃到130℃的热蒸汽逆流地引入解吸器中。这种蒸汽在所谓的再沸器中通过借助于低压蒸汽加热溶剂支流来产生。具有大约4bar的压力的低压蒸汽由汽轮机的中压部分和低压部分之间的溢流管线获取。在解吸器中，在提高的温度下，溶剂再次释放CO2。
对于溶剂的再生，需要大量的能量，其从用于发电的汽轮机的低压部分取出。在非最优化的洗涤工艺中，仅对于CO2溶剂的再生而言，可能需要发电设备单元的最高70％的低压蒸汽的量。结果，仅仅由于低压蒸汽取出，发电设备的电效率就会降低最高11个百分点。
为了改进这种能量平衡，EP 1 967 249A1中提议，在负载CO2的溶剂再生期间，使用汽提的组分从而使在再沸器中用于产生汽提蒸汽所需的低压蒸汽的量减少，这进而与先前提及的效率的下降有关。
虽然已经使用根据EP 1 967 249B1的方法实现了所需的低压蒸汽的显著减少，但是还期望低压蒸汽的消耗能够减少更多。
因此本发明基于的目的在于，执行用于驱动用褐煤燃烧的以及相应的具有废气的CO2洗涤装置的汽轮机发电设备的方法，特别是这种方法所需的低压蒸汽的量进一步减少。特别是，汽轮机发电设备的调节性由此在每一个负载状态下得到改进。
本发明基于的目的通过驱动具有至少一个用褐煤燃烧的蒸汽发生器的汽轮机发电设备的方法实现，其中对褐煤进行预先干燥，优选在流化床干燥器中间接干燥，该干燥器至少部分地用来自蒸汽发生器的水-蒸汽循环的蒸汽加热，其中该方法的特征在于对来自蒸汽发生器的烟气进行气体洗涤以分离CO2且气体洗涤所需的能量至少部分地获取自干燥。
本发明意义上合适的干燥方法为其中产生废汽的所有干燥方法，以及例如机械-热脱水。
以此方式，本发明确保了利用一部分或全部来自流化床干燥的废气的热含量用于负载CO2的洗涤介质的再生。就本身而言，利用来自褐煤干燥的废气的热含量是已知的。迄今为止对利用废气的热含量的概念包括锅炉进水的或涡轮冷凝物的预热和/或燃烧空气借助热转移系统的直接预热。此外，废气的热含量可以在煤干燥中本身利用，正如例如DE 103 477B4中描述的在借助多步废气压缩进行温度或压力的升高之后。
但是将废气的热含量用于进水预热或用于预热燃烧空气具有如下缺点，即仅使用了一部分废气的热含量。相当一部分的热含量不能使用。例如在具有1100MW额定功率的发电设备单元的情况中，大约100MW的热功率不能使用。
取决于由废气压缩所获取的能量的量，根据本发明的方法不仅具有如下优点，即必须从涡轮的中压部分排到涡轮的低压部分的溢流管线中的低压蒸汽更少，而且还显示了如在先提到的能量上的优点。
在根据本发明的方法优选的变形方式中设计为，在褐煤的干燥期间产生的蒸汽至少一部分的残热用于负载CO2的溶剂的再生。
对于负载CO2的溶剂的再生，可以使用至少一种冷凝热交换器，其用至少一个来自流化床干燥的废气支流进气。
在本发明意义上，溶剂也可以理解为溶剂混合物。对于从蒸汽发生器的烟气分离CO2有利地进行EP 1 967 249中描述的方法，在该方法中在负载CO2的溶剂的再生期间使用汽提成分，但是区别在于，在根据本发明的方法的情况中，为此所需的能量至少一部分获取自流化床的干燥。
为了保证废气在为此所需的热交换器中冷凝，将废气优选预先压缩到3到5bar之间的压力。也就是说，废气的压力借助废气的压缩提高到对应于大约130℃的冷凝温度的水平。与可能使用的来自发电设备工艺的低温热量相比，其具有无需用于降低溶剂的沸点的特殊措施的优点。
废气的压缩优选借助来自蒸汽发生过程的水-蒸汽循环的低压蒸汽进行。选择性的，还可以用电能驱动一个或多个蒸汽发生器。
在根据本发明的方法的优选变形方式中，设计为CO2溶剂再生的部分量所需的能量以来自汽轮机工艺的水-蒸汽循环的低压蒸汽的形式获取。例如，所需能量的大约50％可以利用来自褐煤干燥期间所产生的废气的残热。剩余的50％可以来自汽轮机中压部分到低压部分的溢流管线的低压蒸汽的形式获得。
褐煤在流化床干燥器中的干燥期间所产生的废气流可以例如分为两个支流，例如，其中一部分废气被压缩并且用于负载CO2的溶剂的再生，而另一部分所产生的废气用于锅炉进水或燃烧空气的预热。
此外，本发明还涉及用于从褐煤产生蒸汽的装置，其包括至少一个用于干燥挖掘湿褐煤的的干燥器，至少一个用干燥的褐煤燃烧的蒸汽发生器，和至少一个后置于蒸汽发生器的汽轮机，其中该装置的特征在于，设置了至少一个用于来自蒸汽发生器的烟气的CO2洗涤的装置，其包括至少一个用于将溶剂负载来自烟气的CO2的吸收塔和至少一个用于溶剂再生的解吸塔，以及至少一个为解吸塔配置的再沸器，其中该再沸器与干燥器的废气出口相连。
该干燥器优选构造为流化床干燥器。
在本发明的意义上，再沸器理解为冷凝热交换器，其与解吸塔的塔底相连，其中在再沸器中预先压缩到大约4bar的热废气，在大约130℃下冷凝，并且将其热输出至经预热的负载CO2的溶剂且在该过程中导致CO2从溶剂中释放。
优选在流化床干燥器的出口和再沸器之间设置至少一个废气压缩器。该废气压缩器例如可以由用低压蒸汽进气的汽轮机驱动。
在根据本发明的装置的符合目的的实施方案中设计为，为解吸器配置了至少一个第二再沸器，该解吸器与汽轮机工艺的水-蒸汽循环的低压管线相连。
该第二再沸器符合目的地与汽轮机的中压部分和低压部分之间的溢流管线相连。
本发明下文依据附图所示的示意性的布置图进行解释。基于简化的原因，仅显示了褐煤干燥过程和CO2气体洗涤。此外，汽轮机发电设备的主要部分，例如蒸汽发生器、涡轮、再生器和水蒸气循环没有显示。汽轮机发电设备的这些部分就本身而言是已知的，同样它们的相互连接也是已知的。
根据本发明的方法涉及包括用褐煤燃烧的蒸汽发生器的汽轮机发电设备的驱动。挖掘湿褐煤具有大约45到65％的含水量，通过干燥其降低到大约10到25％。将预先干燥且相应粉碎的褐煤输入蒸汽发生器中用于燃烧目的。这里所述的方法利用褐煤在静态流化床中的干燥过程，其中水蒸汽或蒸发的煤炭水份用作流化介质。必要的干燥能量通过浸入流化床中的热交换器耦合到流化床中。该流化床干燥器图中用1表示。它的热交换器2经由排出蒸汽的管线3用来自涡轮的排出蒸汽进气。挖掘湿褐煤由煤仓4获取，在一个或多个磨机5中粉碎，并且进料到流化床干燥器1中。在流化床干燥器1的下端，获取干燥的褐煤、冷却并且在将其输入没有显示出来的蒸汽发生器之前，再次通过一个或多个磨机粉碎。在流化床干燥器1中干燥期间产生的废气在静电过滤器6中除尘。静电过滤器6的下游，压缩第一支流7并且再次将其作为流化介质输入流化床干燥器1中。经由蒸汽冷凝器9将第二支流8输出，其中冷凝热用于锅炉进水预热或燃烧空气预热。
构成在干燥期间所产生的总废气的一部分的第三支流10在废气压缩器11中压缩到大约4bar的压力(绝对压力)并且输入为解吸塔12配置的第一再沸器13中。
解吸塔12是后来描述的蒸汽发生器的CO2气体洗涤器的一部分。为此所使用的烟气洗涤设备包括至少一个吸收塔(洗涤塔)14、解吸塔12、在吸收塔14和解吸塔12之间设置的热交换器15，其优选构造为逆流热交换器，与解吸塔12的顶端连接的冷凝器16、与解吸塔12的塔底连接的第一再沸器13，以及同样与解吸塔12的塔底连接的第二再沸器17。
来自蒸汽发生器的烟气18在吸收塔14中在低温(例如40℃到60℃)下用结合CO2的组分(溶剂)的水溶液洗涤。这样的溶剂例如可以是由水和单乙醇胺组成的混合物。
负载CO2的溶剂19经由逆流热交换器15预热后，将预热的负载CO2的溶剂19引入到解吸塔(还称为解吸器)中。在这里，液态溶剂与在靠近解吸塔12的塔底处自下方起大约110℃到130℃的热蒸汽对流，所述热蒸汽在再沸器13、17之一中通过溶剂支流的加热而产生。在该提高的温度下，溶剂再次释放CO2。解吸塔12的下游，热的CO2/水-蒸汽混合物通过水的冷凝在冷凝器16中分离，其中水随后回输到工艺中且可获得CO2用于储存或使用。将热的贫CO2的溶剂输入经由对流换热器15的冷却过程中，以便随后作为经冷却的贫CO2的溶剂再次用于洗涤循环。脱除了CO2的烟气18’在解吸塔14的上端离开该解吸塔。
在CO2废气洗涤的情况中，例如可以应用EP 1 967 249中描述的方法，使用汽提组分。作为汽提组分可以使用商购可得的化学品，其与洗涤清洁剂基本上不可混合，并与洗涤清洁剂实际上不反应，并且该化学品具有比洗涤清洁剂更高的蒸汽压，也就是说更低的沸点。例如作为汽提组分可以考虑烷烃或氟代烷烃。
这种措施用于降低溶剂的沸点以便由此减少用于溶剂再生的能量消耗。作为汽提蒸汽是指引入解吸塔12(汽提器)的溶剂(溶剂混合物)的经加热的支流。该经加热的溶剂的支流借助再沸器13、17产生。
本发明并不限于根据实施例的废气洗涤设备的所述相互连接，更确切地说，其他相互连接也是有可能的，例如如在EP 1 967 249中描述的那样。
废气的第二支流8可以选择性地全部用于溶剂的再生。锅炉进水或燃烧空气的预热可以借助从再沸器13将废气冷凝物回输来进行。
与现有技术不同，根据本发明，一部分汽提蒸汽借助第一废气加热的再沸器13产生。为此，来自流化床干燥器1的废气的第三支流10在废气压缩器11中压缩到大约4bar的压力并且在第一再沸器13中尽可能地冷凝，特别是在大约130℃的温度下。取决于设计，大约50％的溶剂再生所需的能量可以由流化床干燥时产生的蒸汽获取。其余量的能量根据本发明经由第二再沸器17产生，其以已知的方式用来自汽轮机中压部分和低压部分之间的溢流管线20的低压蒸汽驱动。
这种低压蒸汽可以在大约4bar以及相应的温度下获得，从而蒸汽的调理通常并不是必需的。
第一和第二再沸器13、17在大致相同的条件下平行驱动。在所描述的实施例中这些再沸器平行连接。可以由相应的再沸器13、17获得的相应的汽提蒸汽的份额优选是可控制的。
在这种情况中，特别的优点在于，两个再沸器13、17都在相同的冷凝温度下操作。
本发明的方法的优点在于，由此在再沸器中用于CO2洗涤介质再生所需的来自涡轮的低压蒸汽的量显著减少，由此这种高效低压涡轮在具有CO2分离的操作时间段内更多地为发电作贡献，较多的冷凝物(具有低温)在涡轮下游产生，其进而可以用作冷源用于另外的不可利用的来自发电设备工艺或CO2洗涤设备的低温热；总体而言改进具有CO2分离的干燥褐煤的效率；由此确保或改进了具有整合了CO2分离的发电设备的发电部分的实用性；通过在涡轮的ND(LP)部分中保证足够量的低压蒸汽保证了发电设备的可控制性，且与涡轮的加热通风作用相反，并且如果合适的话，由于低的蒸汽进气而对涡轮另外的必要改进可以任选避免。
附图标记清单
1流化床干燥器
2热交换器
3排出蒸汽的管线
4煤仓
5磨机
6静电过滤器
7废气的第一支流
8废气的第二支流
9废气冷凝器
10废气的第三支流
11废气压缩器
12解吸塔
13第一再沸器
14吸收塔
15热交换器
16冷凝器
17第二再沸器
18烟气
18’烟气
19溶剂
20溢流管线

Claims (9)

1.用于驱动具有至少一个用褐煤燃烧的蒸汽发生器的汽轮机发电设备的方法，其中将褐煤在流化床干燥器内进行间接干燥，该干燥器至少部分地用来自蒸汽发生器的水-蒸汽循环的蒸汽加热，其中将来自蒸汽发生器的烟气进行气体洗涤以分离CO2，且气体洗涤所需的能量至少部分地由干燥过程获取,其特征在于，
在褐煤的干燥过程中产生的废气的至少一部分残热用于负载CO2的溶剂的再生,
对于负载CO2的溶剂的再生，使用至少一个冷凝热交换器，其至少用一个来自干燥过程的废气的支流进气，
进料到冷凝热交换器的废气预先压缩到3到5bar的绝对压力的压力。
2.权利要求1的方法，其特征在于，进料到冷凝热交换器的废气预先压缩到4bar的绝对压力的压力。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，废气的压缩借助来自蒸汽发生工艺的水-蒸汽循环的低压蒸汽进行。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于，溶剂再生所需的一部分量的能量以来自汽轮机工艺的水-蒸汽循环的低压蒸汽的形式获取。
5.权利要求3的方法，其特征在于，溶剂再生所需的一部分量的能量以来自汽轮机工艺的水-蒸汽循环的低压蒸汽的形式获取。
6.用于由褐煤产生蒸汽的装置，其包括至少一个用于干燥挖掘湿褐煤的干燥器，至少一个用干燥的褐煤燃烧的蒸汽发生器，至少一个后置于蒸汽发生器的汽轮机，其特征在于，至少一个用于来自蒸汽发生器的烟气的CO2洗涤的装置，其包括至少一个用于使溶剂负载来自烟气的CO2的吸收塔，至少一个用于溶剂再生的解吸塔和至少一个为解吸塔配置的再沸器，其中再沸器与干燥器的废气出口相连，在流化床干燥器废气出口和再沸器之间设置至少一个废气压缩器,其中再沸器为冷凝热交换器，其与解吸塔的塔底相连。
7.权利要求6的装置，其特征在于，所述干燥器构造为流化床干燥器。
8.权利要求6到7任一项的装置，其特征在于，为解吸塔配置了至少一个第二再沸器，所述第二再沸器与水-蒸汽循环的低压管线相连。
9.权利要求8的装置，其特征在于，第二再沸器与汽轮机的中压部分和低压部分之间的溢流管线相连。
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