[发明专利]包括二氧化碳浓度控制系统和方法的涡轮机

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及涡轮机技术，并且更具体而言，涉及用于控制涡轮机中的二氧化碳(CO₂)浓度的系统。

背景技术

金属铸造厂常使用高炉来利用焦炭将铁矿石还原成精炼铁。高炉产生具有低热值的高炉气。高炉气常被用作燃料，以对铸造厂中的各种机器供以动力。例如，高炉气可以用于对涡轮机供以动力，涡轮机运转为铸造厂生产电力的发电机。就是说，来自压缩机区段的压缩空气与高炉气相混合，在燃烧器中点燃并且被引入涡轮机的涡轮区段中。涡轮区段联接至构造成为铸造厂生产电能的发电机。通常，高炉气为约60％氮气、18-20％二氧化碳以及一些氧气，且剩余物为一氧化碳。作为贫燃料(lean fuel)，高炉气以高流动速率被引进涡轮机燃烧器室中。高流动速率可能导致燃烧器区段达到停车极限(stall limit)。因而，从压缩机区段抽取空气并且供入涡轮区段的排气部分，以防止压缩机停车。

发明内容

根据本发明的一个方面，涡轮机包括压缩机区段、可操作地连接至压缩机区段的涡轮区段、在压缩机区段和涡轮区段之间流体地连接的燃烧器以及流体地连接至燃烧器的二氧化碳(CO₂)抽取系统。CO₂抽取系统包括CO₂分离器。CO₂分离器将充满CO₂的入口气流分离成第一气流和第二气流。第一气流基本没有CO₂，而第二气流包括CO₂。第一气流被引导至燃烧器，而第二气流通过排出导管。

根据本发明的另一方面，高炉气发电设备包括包含排气部分的高炉和流体地连接至该高炉的排气部分的炉气压缩机。炉气压缩机对来自高炉的高炉气进行加压。煤气炉发电设备还包括涡轮机，该涡轮机具有压缩机区段、可操作地连接至压缩机区段的涡轮区段以及在压缩机区段和涡轮区段之间流体地连接的燃烧器。二氧化碳(CO₂)抽取系统流体地连接至炉气压缩机和燃烧器。CO₂抽取系统包括CO₂分离器。CO₂分离器将来自炉气压缩机的充满CO₂的入口气流分离成第一气流和第二气流。第一气流基本上没有CO₂，而第二气流包括CO₂。第一气流被引导至燃烧器，而第二气流通过排出管道进行传递。

根据本发明的又另一方面，一种运转高炉气发电设备的方法包括：产生包含二氧化碳(CO₂)的高炉气；将高炉气导入炉气压缩机内以形成加压的高炉气；将加压的高炉气传递至CO₂抽取系统内；从加压的高炉气抽取CO₂，以形成基本上没有CO₂的第一加压的气流和包括CO₂的第二加压的气流；以及将第一加压的气流导入涡轮机的燃烧器内。

根据下面结合了图形的说明书，这些优点和特征以及其它的优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

在说明书所附的权利要求中特别地指出并且明要求保护被视为本发明的主题。根据下面结合了附图的详细描述，本发明的前述特征和优点以及其它的特征和优点是显而易见的，在附图中：

图1是根据示范性实施例的一个方面的包括涡轮机的高炉气发电设备的示意图，该涡轮机具有用于控制CO₂浓度的系统；

图2是根据示范性实施例的另一方面的包括涡轮机的高炉气发电设备的示意图，该涡轮机具有用于控制CO₂浓度的系统；以及

图3是根据示范性实施例的又另一方面的包括涡轮机的高炉气发电设备的示意图，该涡轮机具有用于控制CO₂浓度的系统。

详细描述参考了附图以示例的方式解释了本发明的实施例，连同优点和特征。

部件列表

2：高炉气发电设备

4：涡轮机

6：压缩机区段

8：涡轮区段

10：公共压缩机/涡轮轴

12：燃烧器

14、33：排气部分(8)

16：热回收蒸汽发生器(HRSG)

30：高炉

40：炉气压缩机(FGC)

50：二氧化碳抽取系统

54：二氧化碳分离器

56：二氧化碳膜

59：加压的高炉气

64：第一加压的气流

66：第二加压的气流