CN104564345A - 燃气轮机二氧化碳零排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机中二氧化碳回收系统，尤其涉及空气净化和二氧化碳气体减排的燃气轮机二氧化碳零排放系统，其包括燃气轮机、余热锅炉、冷循环管路、一体化压气机，所述燃气轮机的高温排气被引到装在其后的余热锅炉中去加热给水，产生蒸汽以驱动汽轮机做功；燃气轮机中燃料与空分制氧装置来的氧气混合，在燃气轮机的燃烧室内动力燃烧，产生高温高压气体推动燃气透平机对外输出功，同时产生的高温低压气体通入余热锅炉，余热锅炉产生的高温高压水蒸汽通入汽轮机，产生的高纯度的二氧化碳尾气进入压气机压缩后送至二氧化碳中间冷却器，冷却后的二氧化碳气体通过二级压缩机压缩后进入二氧化碳液态储罐。

Description

燃气轮机二氧化碳零排放系统

技术领域

本发明涉及到燃气轮机中二氧化碳回收系统，尤其涉及到空气净化和二氧化碳气体减排的燃气轮机二氧化碳零排放系统。

技术背景

目前世界上煤、石油、天然气等化石燃料燃所产生的二氧碳占温室气体总量的80％，能源利用与环境保护之间一直存在着难以调和的矛盾，化石能源利用过程中温室气体排放引发了全球气候的变暖等一系列异常的气候现象，温室效应迫使人们开始认识到地球气候对人类生存和发展的重要性，降低大气中温室气体二氧化碳浓度的途径不外乎减排（减少温室气体排放）与增汇（增加温室气体吸收）减排手段又可以进一步分为：

1、调整能源结构，解决温室气体排放，采用低碳与无碳能源，避免依靠煤等高二氧化碳排放能源，能源结构受到很多客观因素的制约（资源构成，技术基础，能源安全）制约；

2、提高能源利用效率，除调整能源结构外，控制温室气体的另一对策是依靠能源科学技术的发展，在提高能源利用效率的同时开拓二氧化碳的分离，储存和利用技术。通过提高能源利用率，在提供相同能量产品的情况下，可以减少化石能源的消耗，从而减少二氧化碳的排放；

3、捕集和埋存二氧化碳，从技术角度来看，二氧化碳排放源头多而散，通常难以用单一的方法分离回收，一些工业部门（电力、钢铁、化工等）由于燃用化石燃料而排放固定排放量大，可以采取技术手段回收以分离后回收。

与其他污染物控制问题不同，二氧化碳需要处理量大，而且排气中二氧化碳常常被空气中的氮气稀释，使得待分离物流中的二氧化碳浓度变得很低，量大且浓度低的特点使得二氧化碳的分离过程往往伴随着大量的甚至无法承受的能耗，大幅度地降低了能源的利用率，能源利用效率的降低反映到经济上，将会使发电站的成本提高约百分之五十。

传统解决能源利用与环境污染之间矛盾的思路往往局限于，先污染后治理，即采用简单的手段将化石燃料转换成热，然后再组织热力循环实现热转功，而对由于化石燃料燃烧产生的污染通常在流程的尾部采用基本独立于热转功过程的化工分离过程进行处理。但由于压缩处理二氧化碳需额外耗功，另外由于二氧化碳分子量比空气大，其循环最佳压气比值将比常规循环大一倍以上，因此使燃气轮机选型与改造都变得更加困难，氧气/二氧化碳循环系统的能耗是在空分制氧过程和二氧化碳压缩过程。这种传统的资源、能源利用方式与环境之间基于链式连接的串联模式恰恰是能源系统分离二氧化碳的能源的能耗居高不下的主要原因之一，需要强调的是，当前温室气体控制研究的焦点集中于如何实现零排放的目标上，即片面地强调实现减排的目标，而忽视了为实现零排放导致的能源利用效率的严重下降，及对经济、政策的负面影响，对于动力发电技术，系统性能相对下降1/4以上，意味着技术水平倒退将半过世纪，这显然不能接收的。某些观点将温室气体控制的难题简单地归咎于经济性差，亦即减排成本过高，认为只要解决成本问题，二氧化碳控制不存在科学技术难题，然后分析结果表明，导致二氧化碳减排成本居高不下的主要原因也在于二氧化碳减排能耗过高。

发明内容

本发明目的在于提出能实现大幅度减少温室气体排放的燃气轮机二氧化碳零排放系统。

为实现以上发明目的，本发明提出以下技术方案：燃气轮机二氧化碳零排放系统，其包括燃气轮机、冷循环管路、一体化压气机，所述燃气轮机富氧燃烧生成高纯度二氧化碳，高纯度二氧化碳通过冷循环管路进入一体化压气机，经一体化压气机压缩后变成液态二氧化碳从而实现温室决气体的零排放，所述燃气轮机的高温排气被引到装在其后的余热锅炉中去加热给水，产生蒸汽以驱动汽轮机做功；燃气轮机中燃料与空分制氧装置来的氧气混合，在燃气轮机的燃烧室内动力燃烧，产生高温高压气体推动燃气透平机对外输出功，同时产生的高温低压气体通入余热锅炉，余热锅炉产生的高温高压水蒸汽通入汽轮机实现燃气轮机与汽轮机的联合循环发电，产生的高纯度的二氧化碳尾气通入压气机，进入压气机压缩的二氧化碳部分气体进入二氧化碳中间冷却器，冷却后的二氧化碳气体通过二级压缩机压缩后进入二氧化碳液态储罐。

在该系统中为无补燃的余热锅炉型联合循环，在该系统中所有的热量都从循环的燃气轮机加入，燃气侧和蒸汽侧两循环的结合点为余热锅炉，所以称为无补燃的余热锅炉型联合循环。

本发明系统采用燃料在氧气环境环境中燃烧方式，将一部分的尾气回到系统循环，并将这部分二氧化碳冷凝后抽回并接入压气机，通过压气机压缩后的二氧化碳烟气由压气机终端引入外部冷却器，由外部冷却器冷却后引入外部高压压气机，外部高压压气机终压缩到液体二氧化碳，进入储气罐进行回收。系统接近零排放，燃烧尾气为二氧化碳及水蒸汽，通过降低温度可分离出二氧化碳，因此不需要尾气分离二氧化碳装置。不用脱硫和脱氮装置，降低了投资成本。

附图说明

图1为本发明实施例生物质燃气轮机联合循环中采用富氧燃烧实现二氧化碳零排放的系统图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例燃气轮机二氧化碳零排放系统，其包括燃气轮机、冷循环管路、一体化压气机，所述燃气轮机富氧燃烧生成高纯度二氧化碳，高纯度二氧化碳通过冷循环管路进入一体化压气机，经一体化压气机压缩后变成液态二氧化碳从而实现温室决气体的零排放，所述燃气轮机的高温排气被引到装在其后的余热锅炉中去加热给水，产生蒸汽以驱动汽轮机做功；燃气轮机中燃料与空分制氧装置来的氧气混合，在燃气轮机的燃烧室内动力燃烧，产生高温高压气体推动燃气透平机对外输出功，同时产生的高温低压气体通入余热锅炉，余热锅炉产生的高温高压水蒸汽通入汽轮机实现燃气轮机与汽轮机的联合循环发电，产生的高纯度的二氧化碳尾气通入压气机，进入压气机压缩的二氧化碳部分气体进入二氧化碳中间冷却器，冷却后的二氧化碳气体通过二级压缩机压缩后进入二氧化碳液态储罐。

优选的，产生的高纯度的二氧化碳尾气可以通入氧气预热器，充分吸收余热提高联合循环发电机组的热效率，减少了压气机的功耗。

优选的，进入压气机压缩的二氧化碳30％左右进入二氧化中间冷却器，冷却后的二氧化碳气体通过二级压缩机压缩后进入二氧化碳液态储罐，使二氧化碳零排放。

在该系统中为无补燃的余热锅炉型联合循环，在该系统中所有的热量都从循环的燃气轮机加入，燃气侧和蒸汽侧两循环的结合点为余热锅炉，所以称为无补燃的余热锅炉型联合循环。

本发明系统采用燃料在氧气环境环境中燃烧方式，将一部分的尾气回到系统循环，并将这部分二氧化碳冷凝后抽回并接入压气机，通过压气机压缩后的二氧化碳烟气由压气机终端引入外部冷却器，由外部冷却器冷却后引入外部高压压气机，外部高压压气机终压缩到液体二氧化碳，进入储气罐进行回收。

针对常规空气燃烧会稀释二氧化碳的缺陷，使得二氧化碳分离能耗过高问题，本发明可以采用二氧化碳与氧气混合来替代空气燃烧，使燃烧系统中的二氧化碳浓度增高，从而减小了分离的难度，降低了二氧化碳分离能耗。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.燃气轮机二氧化碳零排放系统，其特征在于：其包括燃气轮机、冷循环管路、一体化压气机，所述燃气轮机富氧燃烧生成高纯度二氧化碳，高纯度二氧化碳通过冷循环管路进入一体化压气机，经一体化压气机压缩后变成液态二氧化碳从而实现温室决气体的零排放，所述燃气轮机的高温排气被引到装在其后的余热锅炉中去加热给水，产生蒸汽以驱动汽轮机做功；燃气轮机中燃料与空分制氧装置来的氧气混合，在燃气轮机的燃烧室内动力燃烧，产生高温高压气体推动燃气透平机对外输出功，同时产生的高温低压气体通入余热锅炉，余热锅炉产生的高温高压水蒸汽通入汽轮机实现燃气轮机与汽轮机的联合循环发电，产生的高纯度的二氧化碳尾气通入压气机，进入压气机压缩的二氧化碳部分气体进入二氧化碳中间冷却器，冷却后的二氧化碳气体通过二级压缩机压缩后进入二氧化碳液态储罐。