專利名稱：涉及碳封存和發(fā)動機的方法及系統(tǒng)的制作方法
涉及碳封存和發(fā)動機的方法及系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本文中所公開的主題涉及碳封存，且更具體地，涉及在功率系統(tǒng)中封存碳。
技術(shù)背景
功率系統(tǒng)常排出二氧化碳廢氣。碳封存系統(tǒng)從廢氣中移除二氧化碳?xì)怏w并且儲藏二氧化碳。
從廢氣中移除二氧化碳?xì)怏w消耗了能量，該能量否則將被利用來產(chǎn)生有用的軸功 率。需要一種方法和系統(tǒng)，其允許系統(tǒng)封存碳并且更有效地操作。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于產(chǎn)生動力的系統(tǒng)包括發(fā)動機，其可操作以輸出廢 氣；碳捕集機構(gòu)，其可操作以從廢氣移除二氧化碳(CO2)并且輸出CO2 ；以及壓縮機，其可操 作以接收(X)2并且輸出冷卻發(fā)動機的構(gòu)件的壓縮的co2。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種操作功率系統(tǒng)的方法包括從發(fā)動機輸出廢氣；從 廢氣移除二氧化碳(CO2)；壓縮CO2 ；以及用該壓縮的(X)2冷卻發(fā)動機的構(gòu)件。
根據(jù)聯(lián)系附圖獲得的以下描述，這些和其它優(yōu)點和特征將變得更清楚。


本文所附的權(quán)利要求書中具體地指出并且清楚地要求保護被認(rèn)為是本發(fā)明的主 題。根據(jù)聯(lián)系附圖獲得的以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點將顯而易見，在其 中




3圖1圖示了用于產(chǎn)生動力的示例性系統(tǒng)和方法。圖2圖示了用于產(chǎn)生動力的系統(tǒng)和方法的示例性備選實施例。圖3圖示了圖1和圖2的發(fā)動機的示例性實施例的框圖。通過參考附圖的示例，本詳細(xì)說明解釋了本發(fā)明的實施例和優(yōu)點及特征。部件清單100系統(tǒng)102燃?xì)鉁u輪發(fā)動機103燃燒后廢氣104碳捕集機構(gòu)106熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)105C02107冷卻氣體入口 108壓縮機 109冷卻氣體出口 110封存場所
111第一流體通道
112熱交換器
113第二流體通道
114膨脹器
115蒸汽發(fā)生器
200 系統(tǒng)
202壓縮機部分
204燃燒器部分
206功率渦輪部分
208定子(噴嘴)
210過渡件具體實施方式
碳捕集機構(gòu)和封存裝置(CCS)用來從系統(tǒng)廢氣中移除(X)2并且在封存場所中儲存 該C02。CCS方法常消耗能量，導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低；例如，燃燒后的基于胺的CO2的移除使 用能量來再生溶劑，例如來自熱回收蒸汽發(fā)生器或蒸汽渦輪機提取的熱能和功率被用來驅(qū) 動壓縮CO2的壓縮機，以進行封存。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機常使用燃燒前壓縮的空氣(放氣(bleed air))來冷卻發(fā)動機構(gòu)件。使用放氣降低了性能，即燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的輸出和熱效率。
圖1圖示了用于增加使用CCS的功率系統(tǒng)的效率的示例性系統(tǒng)和方法。在這 點上，系統(tǒng)100包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機102，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機102經(jīng)由熱回收蒸汽發(fā)生器 (HRSG) 106將燃燒后的廢氣103輸出至碳捕集機構(gòu)104。該圖示的示例性實施例包括HRSG 106，其冷卻廢氣103并且輸出蒸汽，然而其它實施例可不包括該HRSG 106。在該圖示的示 例性實施例中的碳捕集機構(gòu)104可以例如是基于胺的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可例如從HRSG 106接 收蒸汽；然而，可使用任何其它合適的碳捕集機構(gòu)方法或系統(tǒng)從廢氣103提取C02。碳捕集 機構(gòu)104從廢氣103中移除C02。在105處的(X)2由壓縮機108壓縮，并且被引導(dǎo)至封存場 所110。封存場所110可包括例如地下存儲場所，其可例如遠(yuǎn)離發(fā)電設(shè)備幾百英尺或幾百 英里。在合適的壓力下從CO2壓縮機中的一個端口提取壓縮的(X)2的一部分，用來經(jīng)由充 分設(shè)計的管道系統(tǒng)輸送至燃?xì)鉁u輪機并且從燃?xì)鉁u輪機返回。引導(dǎo)提取的(X)2穿過熱交換 器112(經(jīng)由第一流體通道111)，在該處提取的(X)2由在第二流體通道113中的(X)2加熱到 適合冷卻燃?xì)鉁u輪機102的溫度(例如600° F)。來自第一流體通道111的(X)2進入燃?xì)?渦輪機102的冷卻氣體入口 107，冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動機102的構(gòu)件，并且以更高的溫度(例 如1100° F)離開燃?xì)鉁u輪機102的冷卻氣體出口 109。該(X)2在降低CO2的溫度(例如 650° F)的膨脹器114中膨脹。將來自膨脹器114的CO2引導(dǎo)至熱交換器112，在熱交換器 112中，(X)2進入第二流體通道113并且加熱在第一流體通道111中的CO2。該(X)2離開熱交 換器112的第二流體通道113并且被引導(dǎo)至壓縮機108入口。該圖示的示例性實施例使用 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機102，然而其它類似系統(tǒng)可使用輸出廢氣且由CO2冷卻的另一種類型的發(fā)動 機。
圖2圖示了一個備選的實施例系統(tǒng)200。該系統(tǒng)200以與如上所述的系統(tǒng)100類 似的方式操作。在該系統(tǒng)200中，CO2膨脹器114由蒸汽發(fā)生器115取代，該蒸汽發(fā)生器115可例如是鍋形再沸器，其中，利用提取自從燃?xì)鉁u輪機102返回的熱(X)2的熱來產(chǎn)生處在合 適壓力下的蒸汽。在蒸汽發(fā)生器115中產(chǎn)生的蒸汽可例如供給至聯(lián)合循環(huán)蒸汽渦輪機(未 顯示)或被用于單獨的蒸汽渦輪機中以產(chǎn)生額外的功率。
圖3圖示了燃?xì)鉁u輪機102的一個示例性實施例的框圖。該燃?xì)鉁u輪機102包括 壓縮機部分202、可操作以燃燒燃料的燃燒器部分204以及動力渦輪部分206。CO2進入冷 卻氣體入口 107，冷卻發(fā)動機構(gòu)件(比方說，例如熱氣體通道(HGP)構(gòu)件(例如第一渦輪級 定子(噴嘴)208或燃燒器過渡件210))，并經(jīng)由冷卻氣體出口 109離開發(fā)動機。
在封閉的回路中使用(X)2來冷卻燃?xì)鉁u輪機102的HGP構(gòu)件增加了燃?xì)鉁u輪機 102的功率輸出和效率。(X)2具有超過壓縮空氣的更好的傳熱特性(即更高的比熱)，以便 實現(xiàn)用更少量的冷卻劑流冷卻燃?xì)鉁u輪機102的HGP構(gòu)件。使用CO2作為渦輪機冷卻劑來 取代來自壓縮機的放氣，允許更多的壓縮空氣被用于燃燒和用于產(chǎn)生有用軸功率的渦輪膨 脹。來自壓縮機的放氣典型地進入氣體流通道并且在第一級轉(zhuǎn)子入口上游與熱燃燒氣體混 合，在該處熱燃燒氣體通過膨脹開始產(chǎn)生有用功。如上所述的(X)2的使用，避免了由與放氣 的混合造成的渦輪入口溫度的不希望的降低，并且減少了在燃?xì)鉁u輪機102的渦輪入口和 轉(zhuǎn)子入口(點火溫度)之間的溫度差。當(dāng)由CO2冷卻時，燃?xì)鉁u輪機102的增加的效率和 功率輸出抵消了由CCS過程在系統(tǒng)100中引起的無效率的一部分。從而，該增加的燃?xì)鉁u 輪機功率輸出抵消了總的CCS功率損失的一部分，該功率損失包括由于用來捕集來自廢氣 的(X)2的熱能而產(chǎn)生的損失的蒸汽渦輪機功率輸出和為封存而用來壓縮捕集的(X)2的寄生 功率消耗。
盡管僅聯(lián)系了有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進行描述，但應(yīng)該容易理解的是本發(fā)明 不限于這些公開的實施例。相反，可修改本發(fā)明以結(jié)合迄今為止未描述但與本發(fā)明的精神 和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、變更、替代或等同裝置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各 種實施例，但應(yīng)該理解的是本發(fā)明的各方面可僅包括一些所述實施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)視 為由前述說明限制，而是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限制。權(quán)利要求
1.一種用于功率發(fā)生的系統(tǒng)(100)，包括發(fā)動機(102)，其可操作以輸出廢氣(103)；碳捕集機構(gòu)(104)，其可操作以從所述廢氣(103)移除二氧化碳(105)并且輸出所述二 氧化碳(105)；以及壓縮機O04)，其可操作以接收所述二氧化碳(10 并且輸出冷卻所述發(fā)動機(102)的 構(gòu)件的壓縮的二氧化碳(105)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括具有第一流體通道(111) 和第二流體通道(11 的熱交換器(112)，所述熱交換器(11 可操作以將從所述壓縮機 (204)輸出的所述壓縮的二氧化碳(10 接收在所述第一流體通道(111)中，并且從所述第 一流體通道(111)以更高的溫度將所述二氧化碳(10 輸出至所述發(fā)動機的冷卻氣體入口 (107)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括膨脹器(114)，所述膨脹 器(114)可操作以從所述發(fā)動機(102)的冷卻氣體出口(109)接收二氧化碳(105)，并且 以更低的溫度將膨脹的二氧化碳(10 輸出至所述熱交換器(112)的所述第二流體通道 (113)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括蒸汽發(fā)生器(115)，所述 蒸汽發(fā)生器(11 可操作以從所述發(fā)動機(102)的冷卻氣體出口(109)接收二氧化碳，并 且以更低的溫度將膨脹的二氧化碳(10 輸出至所述熱交換器(11 的所述第二流體通道 (113).
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述碳捕集機構(gòu)(104)是基于胺的系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器(112)還可操作以將二氧化 碳(10 從所述第二流體通道(11 輸出至所述壓縮機004)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括熱回收蒸汽發(fā)生器 (106)，所述熱回收蒸汽發(fā)生器(106)可操作以從所述發(fā)動機(10 接收所述廢氣(103)，冷 卻所述廢氣(103)，并且將冷卻的所述廢氣(10 輸出至所述碳捕集機構(gòu)(104)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括碳封存場所(110)，所述 碳封存場所(110)可操作以從所述壓縮機(204)接收并且存儲所述壓縮的二氧化碳(105) 的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機(102)的構(gòu)件是處在燃燒器 (204)的一部分的下游的渦輪機熱氣體通道構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明指向涉及碳封存和發(fā)動機的方法及系統(tǒng)。具體而言，一種用于功率發(fā)生的系統(tǒng)(100)包括發(fā)動機(102)，其可操作以輸出廢氣(103)；碳捕集機構(gòu)(104)，其可操作以從廢氣(103)移除二氧化碳(CO2)并且輸出CO2(105)；和壓縮機(204)，其可操作以接收CO2(105)并且輸出冷卻發(fā)動機(102)的構(gòu)件的壓縮的CO2(105)。
文檔編號F02C7/18GK102032049SQ20101050352
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月5日
發(fā)明者C·博特羅, S·C·吉倫 申請人:通用電氣公司