CN116892448A - 一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统及方法，具体如下：空气和余热锅炉来的烟气混合后送入压气机压缩，高压气体进入燃烧室与燃料混合后燃烧产生高温高压气体，然后进入燃气透平膨胀做功，带动发电机a发电，燃气透平做功后烟气进入余热锅炉，余热锅炉利用余热，产生蒸汽用于带动发电机b做功发电，放完热量的烟气一部分通过再循环风机与环境中空气混合后重新进入压气机，另一部分送至二氧化碳捕集装置进行捕集，捕集后二氧化碳送入气罐组用作冷却气，捕集后烟气清洁排空。本发明利用二氧化碳压缩气独立供气的二次空气系统，保证启动和变工况下燃气轮机高温部件的热防护，能够在提高机组的安全性的同时将二氧化碳高效富集和利用。

Description

一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统及方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统及方法。

背景技术

由布雷顿循环可知，提高燃气轮机效率必然伴随燃气透平入口温度的提高，燃气轮机热端部件，承受着分布不均匀的热负荷。耐高温材料虽然取得一定的进展，但相对于现代燃机透平进口温度是远远不够的，发展先进冷却技术是热端部件防护的重要措施。常见的热防护措施，按防护位置可分为内部防护（冲击冷却、对流冷却等），外部防护（气膜冷却、热障涂层等），其中气膜冷却是重要的热防护措施。低温冷气从叶片表面吹出，在主流的压制下冷气覆盖热端部件表面，形成气膜层防止高温燃气的侵蚀，因此燃气轮机布有一套二次空气系统。

传统二次空气系统的冷却气体，是从压气机不同级引气，通过抽气槽、管路、喷嘴等一系列元件送至相应的透平级进行冷却，该过程增加了燃气轮机气路设计的复杂性，另外变工况条件下：压气机抽气不利于稳定运行，热端部件冷气量供给不足导致寿命降低甚至烧毁。基于以上原因，本发明提出的独立二次空气系统，实现多种运行模式下高温部件冷却的精准调控，降低了压气机负担和气路设计的复杂度，提高了热端部件的安全性，拓宽了机组的运行工况。

另外，化石燃料的消耗是产生二氧化碳的重要源头，二氧化碳浓度逐年增长是温室效应的主要原因。CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）即碳捕获、利用与封存技术是缓解气候变暖的手段，但是如何利用二氧化碳是CCUS技术中的难点，本发明将联合循环排放的烟气中二氧化碳捕集，作为燃气透平冷却的气源。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术中传统的燃气轮机二次空气系统的冷却气，从压气机不同级引气，通过一系列流动元件送至相应的透平级进行冷却，该过程增加了燃气轮机气路设计的复杂程度，此外变工况下存在诸多风险；燃气轮机燃烧室消耗化石能源产生大量二氧化碳，而二氧化碳的高效利用是CCUS技术的难点等技术问题，本发明提出一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统及方法，利用储气罐（二氧化碳压缩气）独立供气的二次空气系统，保证启动和变工况下燃气轮机高端部件的热防护，能够在提高机组的安全性的同时将二氧化碳高效富集和利用。

技术方案：一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，包括空气、燃气、压气机、燃烧室、燃气透平、余热锅炉、蒸汽透平、再循环风机、二氧化碳捕集装置、气罐组和发电机a与发电机b，

其中压气机、燃气透平和发电机a安装于同一转轴，蒸汽透平和发电机b安装于同一转轴；

空气与压气机进气口管道连接，压气机出气口与燃烧室进气口管道连接；

燃气与燃烧室进燃料口管道连接，燃烧室出气口与燃气透平燃气进气口管道连接；

燃气透平（3）与发电机a连接，用于带动发电机a发电，燃气透平冷却气进口与气罐组气体出口管道连接，燃气透平烟气出口与余热锅炉一个进气口连接；

余热锅炉有两个烟气出口，一个烟气出口分成两路，一路通过再循环风机与空气与压气机进气口之间连接的管道连接，另一路与二氧化碳捕集装置进气口管道连接，蒸汽透平与发电机b连接，用于带动发电机b发电，蒸汽透平出气口与余热锅炉另一个进气口连接；

二氧化碳捕集装置用作二氧化碳捕集，二氧化碳出气口与气罐组进气口管道连接，捕集后烟气出口排空。

作为优选，所述燃气透平包括3个透平级，分别为透平首级、透平第二级和透平末级，所述气罐组包括储气罐和冷却气罐组，储气罐与冷却气罐组连通，冷却气罐组包括高压气罐、中压气罐和低压气罐，高压气罐侧边出气口与透平首级冷气进口管道连接，中压气罐侧边出气口与透平第二级冷气进口管道连接，低压气罐侧边出气口与透平末级冷气进口管道连接。

作为优选，所述气罐组还包括二氧化碳气体压缩机，高压气罐、中压气罐和低压气罐设有气罐压力表，用于实时控制各级气罐中的压力，保证各级气罐既不欠压也不超压，二氧化碳气体压缩机一侧进气口与储气罐出气口连接，另一侧出气口与高压气罐一侧进气口管道连接或者同时与高压气罐、中压气罐和低压气罐一侧进气口管道连接，当二氧化碳气体压缩机另一侧出气口与高压气罐一侧进气口管道连接时，高压气罐、中压气罐和低压气罐罐间设有压力阀a和压力阀b，高压气罐、中压气罐和低压气罐依次管道连接；当同时与高压气罐、中压气罐和低压气罐一侧进气口管道连接时，高压气罐、中压气罐和低压气罐之间互不接触。气罐组的压力分配策略：1.二氧化碳气体压缩机给高压气罐输送高压二氧化碳，此时罐体间压力阀门全开，当低压气罐达到额定压力时关闭压力阀b，当中压气罐达到额定压力时关闭压力阀a，最后实现高压气罐所需压力，当机组运行时需要二次空气冷却时通过动态调整阀门开度进行压力动态平衡；2. 二氧化碳气体压缩机输出三个压力级气体给高压气罐、中压气罐和低压气罐。

作为优选，所述高压气罐、中压气罐和低压气罐为单罐或同类压力的罐组，所述二氧化碳气体压缩机为气体压缩机，其作用主要将储气罐内的二氧化碳加压至所需压力；。

作为优选，所述二氧化碳捕集装置用于完成烟气的过滤和二氧化碳的捕集，包括烟气吸收单元和溶液再生单元，其中烟气吸收单元包括依次连接的一级过滤单元、二级过滤单元、三级过滤单元、二氧化碳捕集室和尾气室，其中二氧化碳捕集室顶端设有吸收液控制单元，所述吸收液控制单元为喷淋装置，底端中部开口，溶液再生单元为再生塔，再生塔内设有换热盘管，再生塔一侧设有热烟气进口，另一侧设有冷烟气出口，顶部设有富集液进口，底端设有浓二氧化碳吸收液出口，顶端设有二氧化碳出口，热烟气进口为换热盘管进气口冷烟气出口为换热盘管出气口，冷烟气出口与一级过滤单元管道连接，富集液进口与二氧化碳捕集室底端开口管道连接，吸收液出口与二氧化碳捕集室顶端喷淋装置进液口管道连接，二氧化碳出口与气罐组进气口管道连接，所述吸收液为二氧化碳吸收溶液，富集液为吸收了二氧化碳的吸收液。

作为优选，所述一级过滤单元为为预处理，用于去除较大的颗粒物，二级过滤单元为过滤器介质单元，过滤器介质可由纤维素、聚酯纤维、玻璃纤维等材料制成，具有高表面积和孔隙度，用于捕集和吸附烟气中的细小颗粒物和污染物，三级过滤单元为稳压单元，用于控制烟气进入二氧化碳捕集室中保持稳定的流量和压力条件。

作为优选，所述再生塔包括溶液泵，溶液泵设于吸收液出口与二氧化碳捕集室顶端喷淋装置进液口相连的管道上游。

作为优选，所述烟气吸收单元还包括二氧化碳浓度传感器，二氧化碳浓度传感器设于二氧化碳捕集室底部一侧，根据烟气中二氧化碳浓度实时调节吸收液喷淋量，用以保证二氧化碳的脱碳效率，一般来讲，二氧化碳作为二次空气气源，运行中来流烟气二氧化碳的浓度上升，喷淋量增加。

作为优选，所述再生塔包括换热器a、换热器b，换热器a和换热器b分别为管壳式换热器，热烟气走管程。

作为优选，所述高压气罐和二氧化碳气体压缩机外侧通过水套包裹，用于吸收压缩热，并将该热量用作换热器的热源。

作为优选，所述高压气罐连接发电机，在保证提供充足冷气的前提下，可将压缩空气的势能转化为电能。

基于上述一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统的运行方法，步骤如下：空气和余热锅炉来的烟气混合后送入压气机进行压缩，高压气体进入燃烧室与燃料混合后燃烧产生高温高压气体，高温高压气体进入燃气透平膨胀做功，带动发电机a发电，燃气透平做功后烟气进入余热锅炉，余热锅炉利用做功后烟气即高温废气（燃气涡轮机尾气）中的余热，产生蒸汽用于带动发电机b做功发电，放完热量的烟气分成两路，一部分烟气通过再循环风机与环境中空气混合后重新进入压气机，剩余烟气送至二氧化碳捕集装置用于二氧化碳的捕集，捕集后二氧化碳送入气罐组用作冷却气，捕集后烟气清洁排空。

本发明运行的原理为：压气机和燃烧室之间为主要的一次空气流路，气罐组和燃气透平之间为主要的二次空气流路，一次空气和二次空气在燃气透平中混合。气罐组中气体为二氧化碳，其提供相应压力冷气至燃气透平各级需求侧，完成冷却的二氧化碳随高温主流进入余热锅炉放热，放完热的烟气进入二氧化碳捕集装置，捕集后的二氧化碳进入气罐组。

所述的二氧化碳捕集装置，二氧化碳捕集室上部设有喷淋装置，喷淋吸收液与来流烟气接触实现二氧化碳的富集，浓的吸收液捕集二氧化碳后变成稀的吸收液。吸收液吸收了二氧化碳后浓度变低，需要送至溶液再生单元再生，通过再生塔对吸收液加热降低二氧化碳溶解度，热量来源来自刚进入吸收装置的高温烟气和压缩二氧化碳的压缩热，实现内部能量等品质高效利用。吸收液解析二氧化碳后变成浓吸收液，溶液泵将浓吸收液泵入烟气吸收单元，二氧化碳进入气罐组。

有益效果：如上所述，本发明具有以下效果：

1.传统燃气轮机二次空气系统，从压气机不同级引气，通过抽气槽、管路、喷嘴等一系列元件送至相应的透平级进行冷却，在机组启动过程中，机组进入额定工况前，压气机提供的冷气（压力低、流量小）不能满足透平的冷却要求，另外一方面抽吸气体影响压气机的安全运行；燃烧室出口，即透平进口的温度上升快，急需进行冷却降温，热端部件冷气量供应不足导致寿命降低甚至烧毁，而本发明将冷却气单独形成独立空气流路，利用三个压力级气罐分别与对应的待冷却透平级连通，三个压力级气罐内存储的压缩气体能够随时提供充足气源，不受机组启动影响，保证了机组的安全运行，进而提高了热端部件的安全性，拓宽了机组的运行工况；

2.传统燃气轮机二次空气系统，在机组变工况时，压气机提供的冷气参数发生波动，透平的进口温度并不会立马改变，因此需求量和供应量存在不匹配，而本发明中通过控制三个压力级气罐存储阀门的开度，迅速匹配透平的冷气需求量，能够实现多种运行模式下高温部件冷却的精准调控；

3.二氧化碳排放逐年增加，温室效应不断恶化，各国不断发展先进的CCUS技术，但二氧化碳的利用是个难题，本发明不仅对机组二氧化碳进行捕集而且将捕集的二氧化碳用做二次空气系统气源，此外烟气中二氧化碳浓度的提高有利二氧化碳的捕集，提高吸收液的吸收效率；

4.在用电高峰时段，保证透平冷却的前提下，高压气罐中气体做功带动发电机发电，用作电厂内部用电，提高机组运行的经济性；

5.另外，本发明从气罐组中引的冷却气比传统直接从压气机中引的气体温度低，相同工质前提下需要的冷量更小，并且，气罐组内高压条件下，分子之间的相互作用增强，二氧化碳扩散能力强，比传统从压气机引出的空气热防护能力好。

附图说明

图1是本发明一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统的示意图；

图2是本发明燃气-蒸汽联合循环排放烟气中的二氧化碳捕集装置的示意图；

图3是本发明中捕集后的二氧化碳增压和存储的示意图，图中（a）为二氧化碳气体压缩机出气口与高压气罐一侧进气口管道连接示意图，（b）为二氧化碳气体压缩机出气口同时与高压气罐、中压气罐和低压气罐一侧进气口管道连接示意图；

图4是本发明燃气轮机二次空气系统二氧化碳循环的示意图；

图5是本发明燃气轮机二次空气系统运行时主流气体的流动示意图；

图6是本发明高压气罐组功能示意图；

图中各数字标号代表如下：1.压气机；2.燃烧室；3.燃气透平；4.余热锅炉；5.蒸汽透平；6.再循环风机；7.二氧化碳捕集装置；7-1.烟气吸收单元；7-1-1.一级过滤单元；7-1-2.二级过滤单元；7-1-3.三级过滤单元；7-1-4.二氧化碳捕集室；7-1-5.尾气室；7-1-6.吸收液控制单元；7-1-7.二氧化碳浓度传感器；7-2.溶液再生单元；7-2-1.换热器a；7-2-2.换热器b；7-2-3.溶液泵；8.气罐组；8-0.二氧化碳气体压缩机；8-1.储气罐；8-2.高压气罐；8-3.中压气罐；8-3-1.压力阀a；8-4.低压气罐；8-4-1.压力阀b；G1.发电机a；G2.发电机b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，具体实施例只是实现本发明的一种技术手段，并不能理解为对本发明技术方案的限制。

当前应用广泛的燃气-蒸汽联合循环机组（不限以下两个示例）：

1.GE 9HA.01 Combined Cycle Power Plant:

燃气透平：GE 9HA.01燃气轮机

蒸汽透平：常见的蒸汽轮机（例如：三胀式蒸汽轮机）

燃气透平排出烟气温度范围：550℃至600℃

余热锅炉排出烟气温度范围：约150℃

2.Siemens SGT-800 Combined Cycle Power Plant:

燃气透平：Siemens SGT-800燃气轮机

蒸汽透平：常见的蒸汽轮机（例如：双胀式蒸汽轮机）

燃气透平排出烟气温度范围：500℃至550℃

余热锅炉排出烟气温度范围：约120℃

其余热锅炉排出烟气的温度均满足二氧化碳捕集装置7中再生塔换热器7-2-1和7-2-2所需要温度。

实施例1

一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，参见图1，包括空气、燃气、压气机1、燃烧室2、燃气透平3、余热锅炉4、蒸汽透平5、再循环风机6、二氧化碳捕集装置7、气罐组8和发电机a G1和发电机b G2。

其中压气机1、燃气透平3和发电机a G1安装于同一转轴，蒸汽透平5和发电机b G2安装于同一转轴。

空气与压气机1进气口管道连接，压气机1出气口与燃烧室2进气口管道连接。

燃气与燃烧室2进燃料口管道连接，燃烧室2出气口与燃气透平3燃气进气口管道连接。

燃气透平3与发电机a G1连接，用于带动发电机a G1发电，燃气透平3冷却气进口与气罐组8气体出口管道连接，燃气透平3烟气出口与余热锅炉4一个进气口连接。

余热锅炉4有两个烟气出口，一路通过再循环风机6与空气与压气机1进气口之间连接的管道管道连接，另一路与二氧化碳捕集装置7进气口管道连接，蒸汽透平5与发电机bG2连接，用于带动发电机b G2发电，蒸汽透平5出气口与余热锅炉4另一个进气口连接。

二氧化碳捕集装置7二氧化碳出气口与气罐组8进气口管道连接，捕集后烟气出口排空。

基于上述一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统做功的方法，步骤如下：空气和余热锅炉4来的烟气混合后送入压气机进行压缩，高压气体进入燃烧室2与燃料混合产生高温高压气体，高温高压气体进入燃气透平3膨胀做功，带动发电机a G1发电，燃气透平3做功后烟气进入余热锅炉4，余热锅炉4利用做功后烟气中的余热，产生蒸汽用于带动发电机b G2做功发电，放完热量的烟气分成两路，一部分烟气通过再循环风机6与环境中空气混合后重新进入压气机1，剩余烟气送至二氧化碳捕集装置7用于二氧化碳的捕集，捕集后二氧化碳送入气罐组8用作冷却气，捕集后烟气清洁排空。

实施例2

同实施例1，区别在于，所述燃气透平3包括3个透平级，分别为透平首级、透平第二级和透平末级，所述气罐组8包括储气罐8-1和冷却气罐组，储气罐8-1与冷却气罐组连通，冷却气罐组包括高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4，高压气罐8-2侧边出气口与透平首级冷气进口管道连接，中压气罐8-3侧边出气口与透平第二级冷气进口管道连接，低压气罐8-4侧边出气口与透平末级冷气进口管道连接。

所述气罐组8还包括二氧化碳气体压缩机8-0，高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4设有气罐压力表，用于实时控制各级气罐中的压力，保证各级气罐既不欠压也不超压，高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4中的压力根据对应的透平级所需压力设定，参见图3（a），二氧化碳气体压缩机8-0一侧进气口与储气罐8-1出气口连接，另一侧出气口与高压气罐8-2一侧进气口管道连接，高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4罐间设有压力阀a 8-3-1和压力阀b 8-4-1，高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4依次管道连接。二氧化碳气体压缩机8-0给气罐组输送高压二氧化碳，此时罐体间压力阀门全开，当低压气罐8-4达到额定压力时关闭阀门8-4-1，当中压气罐8-3达到额定压力时关闭阀门8-3-1，最后实现高压气罐所需压力，当机组运行时需要二次空气冷却时通过动态调整阀门开度进行压力动态平衡。

所述高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4为单罐或同类压力的罐组，所述二氧化碳气体压缩机8-0为气体压缩机，其作用主要将储气罐8-1内的二氧化碳加压至所需压力。

所述二氧化碳捕集装置7用于完成烟气的过滤和二氧化碳的捕集，参见图2，包括烟气吸收单元7-1和溶液再生单元7-2，其中烟气吸收单元7-1包括依次连接的一级过滤单元7-1-1、二级过滤单元7-1-2、三级过滤单元7-1-3、二氧化碳捕集室7-1-4和尾气室7-1-5，其中二氧化碳捕集室7-1-4顶端设有吸收液控制单元7-1-6，所述吸收液控制单元7-1-6为喷淋装置，底端中部开口，溶液再生单元7-2为再生塔，再生塔内设有换热盘管，再生塔一侧设有热烟气进口（约130℃），另一侧设有冷烟气出口，顶部设有富集液进口，底端设有浓二氧化碳吸收液出口，顶端设有二氧化碳出口，热烟气进口为换热盘管进气口冷烟气出口为换热盘管出气口，冷烟气出口与一级过滤单元7-1-1管道连接，富集液进口与二氧化碳捕集室7-1-4底端开口管道连接，吸收液出口与二氧化碳捕集室顶端喷淋装置进液口管道连接，二氧化碳出口与气罐组8进气口管道连接，所述吸收液为二氧化碳吸收溶液（如胺溶液：乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）等），富集液为吸收了二氧化碳的吸收液，吸收液控制单元7-1-6用于存储吸收液存储和根据二氧化碳传感器7-1-7反馈的浓度调整吸收液喷淋量。吸收液通过顶部喷淋装置注入二氧化碳捕集室7-1-4，与进入其中的低温烟气（20℃至60℃）接触，发生化学反应生成化合物而被吸收。

所述一级过滤单元7-1-1为预处理单元，用于去除烟气中灰尘及颗粒污染物等较大的颗粒物，包括预除尘器、脱硫装置和脱硝装置，预除尘器用于去除大颗粒物，脱硫装置用于去除二氧化硫，脱硝装置用于减少氮氧化物的排放。二级过滤单元7-1-2为过滤器介质单元，为烟气中级过滤单元，可以采用电过滤器、袋式过滤器或其他过滤装置，过滤器介质可由纤维素、聚酯纤维、玻璃纤维等材料制成，具有高表面积和孔隙度，用于捕集和吸附烟气中的细小颗粒物和污染物。三级过滤单元7-1-3为稳压单元，用于控制烟气进入二氧化碳捕集室7-1-4中保持稳定的流量和压力条件，通常包括气体调节阀、压力传感器和控制系统等。

所述再生塔包括溶液泵7-2-3，溶液泵7-2-3设于吸收液出口与二氧化碳捕集室顶端喷淋装置进液口相连的管道上游。

所述烟气吸收单元7-1还包括二氧化碳浓度传感器7-1-7，二氧化碳浓度传感器7-1-7设于二氧化碳捕集室7-1-4底部一侧。

所述再生塔包括换热器a 7-2-1和换热器b 7-2-2，换热器a 7-2-1和换热器b7-2-2分别为管壳式换热器，热烟气走管程。

实施例3

同实施例2，区别在于，本实施例中燃气轮机启动时，压气机1抽吸环境中的空气进行逐级压缩，高压的压缩空气进入燃烧室2与燃料混合，燃烧过程产生高温高压气体，高温高压气体进入燃气透平3膨胀做功，带动发电机a G1发电，燃气轮机透平做完工后烟气进入余热锅炉4，余热锅炉4分别有三个出口，一部分烟气通过再循环风机6与环境中空气混合后重新进入压气机1，一部分烟气送至二氧化碳捕集装置7，最后一个出口是余热锅炉产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机5，蒸汽轮机带动发电机b G2做功发电。

参见图2，二氧化碳捕集装置7，烟气通过溶液再生单元7-2的再生塔换热，烟气降温后进入吸收单元7-1，吸收单元内的上部设有喷淋装置，顶部吸收液喷射与烟气接触完成二氧化碳捕集。喷淋装置可以根据烟气量调节喷淋量，保证二氧化碳的充分吸收。吸收了二氧化碳的吸收液富集液通入再生塔，通过再生塔对吸收液加热降低二氧化碳溶解度，热量来源来自高温烟气和压缩装置的压缩热，实现内部能量等品质高效利用。吸收液析出二氧化碳后变成浓吸收液通过熔液泵送至烟气吸收单元7-1，二氧化碳进入储气罐8-1。

参见图3（a），储气罐8-1进口与二氧化碳捕集装置7相连，储气罐8-1出口与二氧化碳气体压缩机8-0通过管道相连；高压气罐的高压气体是通过二氧化碳气体压缩机8-0增压，装置轴可以连接变频电机或透平的转轴，其目的是将机械能转换成二氧化碳的势能，高压气罐8-2上端通过管路与中压气罐8-3相连，管路上方装有压力阀a 8-3-1，高压气罐8-2右端通过管路与燃气轮机透平首级连接提供高压冷气；中压气罐8-3上端通过管路与低压气罐8-4相连，管路上方装有带有压力控制压力阀b 8-4-1，中压气罐8-3右端通过管路与燃气轮机透平第二级相连提供中压冷气；低压气罐8-4下端通过管路与中压气罐8-3相连，低压气罐8-4右端通过管路与燃气轮机透平末级连接提供冷气。相连的管道上都装有压力控制阀门，实时控制进入各级气罐中的流量、检测进出口的压力，保证各级气罐既不欠压也不超压。

参见图4，燃气轮机二次空气系统二氧化碳循环的示意图，气罐组8提供冷却气送至燃气透平3的首级、第二级和末级对高温部件进行热防护，二次空气和一次空气混合后排出燃气透平3，进入余热锅炉4放出余热，烟气进入二氧化碳捕集装置7先通过换热器，降低温度后进入烟气吸收单元7-1，吸收液在溶液再生单元7-2将二氧化碳解析，解析后的二氧化碳通过管道输送至气罐组8。

其中二次空气气路的布置，不受压气机的空间和结构的限制，减小了阻力损失，不横穿主气流流动，避免热力循环过程带来的换热损失。

二次空气的流量、压力等可以根据燃气轮机透平的需求实时匹配。

参见图5，燃气轮机的主流示意图，环境中空气和高温烟气混合后进入压气机1被逐级增压，压气机1出口的高压气体与燃烧室2中的燃料发生燃烧反应，生成高温高压气体进入燃气透平3做功，燃气轮机机组排出的烟气进入余热锅炉4，一部分烟气通过再循环风机6重新进入压气机1，一部分烟气送至二氧化碳捕集装置7，进入捕集装置7中的烟气先通过再生装置的热交换器7-2-1，降低温度后进入烟气吸收单元7-1，捕集烟气中的二氧化碳后排出。

实施例4

同实施例2，区别在于，参见图3（b），二氧化碳气体压缩机8-0出气口同时与高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4一侧进气口管道连接，高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4之间互不接触。二氧化碳气体压缩机8-0输出三个压力级气体给高压气罐8-2、中压气罐8-3和低压气罐8-4。

所述高压气罐8-2和二氧化碳气体压缩机8-0外侧通过水套包裹，用于吸收压缩热，并将该热量用作换热器7-2-1和7-2-2的补充热源。

所述高压气罐8-2连接发电机，在保证提供充足冷气的前提下，可将压缩空气的势能转化为电能。

实施例5

同实施例2，区别在于，所述二氧化碳气体压缩机8-0为往复式、螺杆式和涡旋式压缩机等。以螺杆式为例，可以将压缩机的螺杆和联合循环蒸汽透平带动发电机（G2）的轴利用差速齿轮连接在一起，利用联合循环机组内部透平的轴功。所述的气体压缩机可用外部电源驱动也可利用联合机组的轴功驱动。在用电高峰时段，保证透平冷却的前提下，高压气罐中气体做功带动发电机发电，提高机组运行的经济性。图6所示二氧化碳气体压缩机8-0为气体压缩机，二氧化碳气体压缩机8-0对应的箭头代表利用联合机组的轴功来压缩空气，上面反方向代表：机组所需要的冷却气足够带动发电机做功发电，所以用两个相反的箭头表示。

Claims (10)

1.一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，包括空气、燃气、压气机（1）、燃烧室（2）、燃气透平（3）、余热锅炉（4）、蒸汽透平（5）、再循环风机（6）、二氧化碳捕集装置（7）、气罐组（8）和发电机a（G1）与发电机b（G2），

其中压气机（1）、燃气透平（3）和发电机a（G1）安装于同一转轴，蒸汽透平（5）和发电机b（G2）安装于同一转轴；

空气与压气机（1）进气口管道连接，压气机（1）出气口与燃烧室（2）进气口管道连接；

燃气与燃烧室（2）进燃料口管道连接，燃烧室（2）出气口与燃气透平（3）燃气进气口管道连接；

燃气透平（3）与发电机a（G1）连接，用于带动发电机a（G1）发电，燃气透平（3）冷却气进口与气罐组（8）气体出口管道连接，燃气透平（3）烟气出口与余热锅炉（4）一个进气口连接；

余热锅炉（4）有两个烟气出口，一个烟气出口分成两路，一路通过再循环风机（6）与空气与压气机（1）进气口之间连接的管道连接，另一路与二氧化碳捕集装置（7）进气口管道连接，另一个烟气出口与蒸汽透平（5）进气口管道连接，蒸汽透平（5）与发电机b（G2）连接，用于带动发电机b（G2）发电，蒸汽透平（5）出气口与余热锅炉（4）另一个进气口连接；

二氧化碳捕集装置（7）的二氧化碳出气口与气罐组（8）进气口管道连接，捕集后烟气出口排空。

2.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述燃气透平（3）包括3个透平级，分别为透平首级、透平第二级和透平末级，所述气罐组（8）包括储气罐（8-1）和冷却气罐组，储气罐（8-1）与冷却气罐组连通，冷却气罐组包括高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4），高压气罐（8-2）侧边出气口与透平首级冷气进口管道连接，中压气罐（8-3）侧边出气口与透平第二级冷气进口管道连接，低压气罐（8-4）侧边出气口与透平末级冷气进口管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述气罐组（8）还包括二氧化碳气体压缩机（8-0），高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）设有气罐压力表，二氧化碳气体压缩机（8-0）一侧进气口与储气罐（8-1）出气口连接，另一侧出气口与高压气罐（8-2）一侧进气口管道连接或者同时与高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）一侧进气口管道连接，当二氧化碳气体压缩机（8-0）另一侧出气口与高压气罐（8-2）一侧进气口管道连接时，高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）罐间设有压力阀a（8-3-1）和压力阀b（8-4-1），高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）依次管道连接；当同时与高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）一侧进气口管道连接时，高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）之间互不接触。

4.根据权利要求2所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述高压气罐（8-2）、中压气罐（8-3）和低压气罐（8-4）为单罐或同类压力的罐组，所述二氧化碳气体压缩机（8-0）为气体压缩机，其作用主要将储气罐（8-1）内的二氧化碳加压至所需压力。

5.根据权利要求2所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集装置（7）用于完成烟气的过滤和二氧化碳的捕集，包括烟气吸收单元（7-1）和溶液再生单元（7-2），其中烟气吸收单元（7-1）包括依次连接的一级过滤单元（7-1-1）、二级过滤单元（7-1-2）、三级过滤单元（7-1-3）、二氧化碳捕集室（7-1-4）和尾气室（7-1-5），其中二氧化碳捕集室（7-1-4）顶端设有吸收液控制单元（7-1-6），所述吸收液控制单元（7-1-6）为喷淋装置，底端中部开口，溶液再生单元（7-2）为再生塔，再生塔内设有换热盘管，再生塔一侧设有热烟气进口，另一侧设有冷烟气出口，顶部设有富集液进口，底端设有浓二氧化碳吸收液出口，顶端设有二氧化碳出口，热烟气进口为换热盘管进气口，冷烟气出口为换热盘管出气口，冷烟气出口与一级过滤单元（7-1-1）管道连接，富集液进口与二氧化碳捕集室（7-1-4）底端开口管道连接，吸收液出口与二氧化碳捕集室顶端喷淋装置进液口管道连接，二氧化碳出口与气罐组（8）进气口管道连接，所述吸收液为二氧化碳吸收溶液，富集液为吸收了二氧化碳的吸收液。

6.根据权利要求5所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述一级过滤单元（7-1-1）为预处理单元，用于去除较大的颗粒物，二级过滤单元（7-1-2）为过滤器介质单元，过滤器介质由纤维素、聚酯纤维或玻璃纤维材料制成，具有高表面积和孔隙度，用于捕集和吸附烟气中的细小颗粒物和污染物，三级过滤单元（7-1-3）为稳压单元，用于控制烟气进入二氧化碳捕集室（7-1-4）中保持稳定的流量和压力条件。

7.根据权利要求5所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述再生塔包括溶液泵（7-2-3），溶液泵（7-2-3）设于吸收液出口与二氧化碳捕集室顶端喷淋装置进液口相连的管道上游。

8.根据权利要求5所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述烟气吸收单元（7-1）还包括二氧化碳浓度传感器（7-1-7），二氧化碳浓度传感器（7-1-7）设于二氧化碳捕集室（7-1-4）底部一侧，吸收液控制单元（7-1-6）用于存储吸收液存储和根据二氧化碳传感器（7-1-7）反馈的浓度调整吸收液喷淋量。

9.根据权利要求5所述的一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统，其特征在于，所述再生塔包括换热器a（7-2-1）和换热器b（7-2-2），换热器a（7-2-1）和换热器b（7-2-2）分别为管壳式换热器，热烟气走管程。

10.基于权利要求1所述一种利用二氧化碳捕集气的燃气轮机二次空气系统运行方法，其特征在于，步骤如下：空气和余热锅炉（4）来的烟气混合后送入压气机（1）进行压缩，高压气体进入燃烧室（2）与燃料混合后燃烧产生高温高压气体，高温高压气体进入燃气透平（3）膨胀做功，带动发电机a（G1）发电，燃气透平（3）做功后烟气进入余热锅炉（4），余热锅炉（4）利用做功后烟气中的余热，产生蒸汽用于带动发电机b（G2）做功发电，放完热量的烟气分成两路，一部分烟气通过再循环风机（6）与环境中空气混合后重新进入压气机（1），剩余烟气送至二氧化碳捕集装置（7）用于二氧化碳的捕集，捕集后二氧化碳送入气罐组（8）用作冷却气，捕集后烟气清洁排空。