[发明专利]用于发电设施的改进的二氧化碳捕集界面

说明书

发明背景

发明领域

本文所公开的发明涉及化石燃料发电设施，更特别地，使得该设施适于从燃烧废气中移除和捕集二氧化碳的系统。

现有技术论述

用于燃烧化石燃料以产生电能的各种商业系统和方法已应用许多年了。使用该系统的一个困难之处在于，它们排放出大量的二氧化碳—一种温室气体。据信温室气体如二氧化碳在大量释放至大气中时会导致有害后果。因此，化石燃料电厂已注重于具有更低温室气体排放的系统和方法。

一种更有效燃烧化石燃料且因此产生更低二氧化碳排放物的系统利用了称为增压流化床燃烧的技术。在该系统中，将燃料如煤炭引入增压容器中并燃烧，同时使空气料流强制通过该燃料。发现与一些其它系统和方法相比，这导致煤炭燃烧更完全且二氧化碳排放更低。

观察到一种从增压流化床燃烧的废气排放中移除和捕集二氧化碳的方法可进一步减少二氧化碳排放，条件是该方法能与流化床燃烧技术相容。一种从气体料流中移除和捕集二氧化碳的方法称为Benfield方法。在Benfield方法中，在碳酸钾的增压水溶液中吸收二氧化碳和其它气态组分。已发现当与增压流化床系统联用时，Benfield方法是有效的，条件是满足Benfield方法的操作条件。特别地，必须满足最高操作温度、二氧化硫和氮氧化物(nitrous oxide)的浓度。由于增压流化床燃烧方法废气中的温度、二氧化硫和氮氧化物相对于那些要求较高，因此需要在增压流化床燃烧方法和Benfield方法之间的界面。

美国专利8,752,384显示并描述了一种用于与增压流化床燃烧方法联用的Benfield方法中的界面。在该系统中，将来自增压流化床燃烧容器的废气提供至热回收蒸汽发生器中。所述热回收蒸汽发生器利用废气的一部分热能，从而将给水转化成蒸汽。然后使用所述蒸汽来驱动汽轮发电机，并使用汽轮发电机的电能来驱动电动机，所述电动机驱动空气压缩机。所述空气压缩机将供入增压流化床燃烧容器的空气加压。

通过移除颗粒物和二氧化硫而对离开热回收蒸汽发生器的废气进行调节，然后提供至Benfield处理装置以移除和捕集二氧化碳。在启动期间，经调节的废气(也称为烟道气)并不满足Benfield方法的温度要求，因此将烟道气转至绕开Benfield处理装置。

为了使得该系统更有效，借助第二设备—气体膨胀机来驱动将空气压入增压流化床燃烧容器的空气压缩机。所述气体膨胀机将烟道气中的能量转化成与空气压缩机偶联的轴中的机械功。

该系统的一个困难之处在于，烟道气在气体膨胀机中的膨胀导致烟道气温度降低。在一些情况下，这可导致在气体膨胀机中结冰或者可导致烟道气在空气排放烟囱中形成酸性冷凝物。该困难无法通过使烟道气保持通常较高温度而避免，因为该较高的烟道气温度与用于移除二氧化碳的Benfield方法不相容。

因此，现有技术需要一种发电系统，其中使用Benfield技术从废气中移除二氧化碳的增压流化床燃烧装置还保持烟道气中的足够高的温度，从而避免与气体膨胀机和空气排放烟囱中的低温条件有关的困难。

发明简述