專利名稱：控制動(dòng)力設(shè)備的二氧化碳捕捉系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制包括二氧化碳捕捉系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界使用的大部分能量都來(lái)源于含有碳和氫的燃料(諸如煤、石油和天然氣以及其它有機(jī)燃料)的燃燒。這種燃燒會(huì)產(chǎn)生含有高水平的二氧化碳的煙道氣。由于關(guān)于全球變暖的考慮的原因，減少對(duì)大氣排放二氧化碳的需求增加，這就是為什么已經(jīng)開(kāi)發(fā)出在氣體釋放到大氣中之前從煙道氣中移除二氧化碳的方法。已經(jīng)提出了用于從煙道氣中移除二氧化碳的系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)包括使煙道氣與氨化的或與氨化合的吸收劑溶液接觸，以允許吸收劑溶液從煙道氣中捕捉二氧化碳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于改進(jìn)對(duì)包括二氧化碳捕捉系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備的控制。根據(jù)一方面，這個(gè)目標(biāo)以及根據(jù)以下論述而明確的其它目標(biāo)由一種控制動(dòng)力設(shè)備的方法實(shí)現(xiàn)，該動(dòng)力設(shè)備包括動(dòng)力設(shè)備鍋爐，其適于燃燒有機(jī)燃料，以及適于產(chǎn)生蒸汽和包含二氧化碳的過(guò)程氣體；蒸汽系統(tǒng)，其適于利用所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少一部分的能含量的至少一部分；以及二氧化碳捕捉系統(tǒng)，其適于通過(guò)這樣來(lái)從所述過(guò)程氣體的至少一部分中移除二氧化碳的至少一部分使二氧化碳吸收劑溶液與過(guò)程氣體接觸，使得來(lái)自動(dòng)力設(shè)備鍋爐中產(chǎn)生的所述過(guò)程氣體的二氧化碳被二氧化碳吸收劑捕捉，從而使二氧化碳吸收劑富含二氧化碳，該方法包括將動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的再生器部分轉(zhuǎn)送到二氧化碳捕捉系統(tǒng)的再生器；當(dāng)吸收劑溶液富含二氧化碳時(shí)，通過(guò)借助于轉(zhuǎn)送的蒸汽加熱所述二氧化碳吸收劑溶液以使吸收劑溶液貧含二氧化碳來(lái)在所述再生器中使吸收劑溶液至少部分地再生；以及借助于至少一個(gè)自動(dòng)控制器來(lái)自動(dòng)地控制碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行。因此通過(guò)以下兩者來(lái)將二氧化碳捕捉系統(tǒng)集成到動(dòng)力設(shè)備中使二氧化碳捕捉系統(tǒng)從來(lái)自鍋爐的過(guò)程氣體中移除二氧化碳，以及將來(lái)自所述鍋爐的蒸汽轉(zhuǎn)送到二氧化碳捕捉系統(tǒng)的再生器。通過(guò)在動(dòng)力設(shè)備中集成二氧化碳捕捉系統(tǒng)，二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行可更好且更容易地適合動(dòng)力設(shè)備的其余部分的運(yùn)行和要求。而且，可更容易地觀測(cè)和控制整個(gè)動(dòng)力設(shè)備(包括二氧化碳捕捉系統(tǒng))的動(dòng)力輸出。通過(guò)使用來(lái)自動(dòng)力設(shè)備鍋爐的蒸汽來(lái)使吸收劑溶液再生，不需要單獨(dú)的熱源來(lái)加熱吸收劑溶液，從而簡(jiǎn)化動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)。還注意到，利用例如電加熱器來(lái)使吸收劑溶液再生所需的動(dòng)力可大于將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的一部分轉(zhuǎn)送到再生器所造成的動(dòng)力生產(chǎn)的損失。通過(guò)使吸收劑溶液再生，S卩，從溶液中移除二氧化碳，從而使溶液關(guān)于二氧化碳是不飽和或貧的，可在二氧化碳捕捉系統(tǒng)中重新使用吸收劑溶液來(lái)從過(guò)程氣體中移除二氧化碳。通過(guò)借助于至少一個(gè)自動(dòng)控制器(諸如朝向固定的設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行的PID控制器)來(lái)自動(dòng)地控制二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行的至少一部分，可促進(jìn)對(duì)運(yùn)行的控制，從而減少對(duì)手動(dòng)地控制系統(tǒng)的運(yùn)行的需要?？赏ㄟ^(guò)蒸汽系統(tǒng)來(lái)將再生器蒸汽部分從動(dòng)力設(shè)備鍋爐的轉(zhuǎn)送到二氧化碳捕捉系統(tǒng)的再生器。這意味著除了再生器之外，部分蒸汽還可由蒸汽系統(tǒng)使用，從而減少對(duì)動(dòng)力設(shè)備的總蒸汽生產(chǎn)需要。二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行可由多個(gè)自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制，即，不只是由一個(gè)自動(dòng)控制器控制。這可促進(jìn)提高對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，而且也可提高系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力設(shè)備的其余部分的適應(yīng)性。利用多個(gè)自動(dòng)化的控制器，控制可更加準(zhǔn)確，并且可精細(xì)地調(diào)整。多個(gè)控制器也可由自動(dòng)的主控制器控制。這意味著可以較高的水平聯(lián)合地控制多個(gè)控制器，從而允許控制器共同且彼此相關(guān)地運(yùn)行。 至少一個(gè)控制器可為布置成優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備的整體運(yùn)行的優(yōu)化系統(tǒng)的一部分。這意味著二氧化碳捕捉系統(tǒng)可與動(dòng)力設(shè)備的其余部分相關(guān)地運(yùn)行，以便在總體上加強(qiáng)動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行。例如可通過(guò)不斷地計(jì)算設(shè)定點(diǎn)以及將設(shè)定點(diǎn)分配給至少一個(gè)控制器來(lái)執(zhí)行優(yōu)化。在運(yùn)行參數(shù)或與動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行有關(guān)的其它條件隨著時(shí)間的過(guò)去而改變時(shí)，通過(guò)重新計(jì)算設(shè)定點(diǎn)以及將設(shè)定點(diǎn)重新分配給控制器，可自動(dòng)地控制二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行，并且二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行也適于整個(gè)動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行。例如可通過(guò)使用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化或者通過(guò)使用動(dòng)態(tài)優(yōu)化來(lái)優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行?？梢噪x線或在線的方式優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行。可通過(guò)單獨(dú)地、按順序地或聯(lián)合地優(yōu)化二氧化碳捕捉系統(tǒng)和/或動(dòng)力設(shè)備的其它部分(諸如蒸汽系統(tǒng)和/或鍋爐)來(lái)優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行?？苫谶x自下者組成的組的至少一個(gè)變量的目標(biāo)函數(shù)的最小化來(lái)優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行與動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行有關(guān)的操縱變量、受控變量和干擾變量，并且/或者可基于微分對(duì)策和/或龐特里亞金(Pontryagin)極小值原理來(lái)優(yōu)化動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行?？申P(guān)于動(dòng)力設(shè)備的最大動(dòng)力輸出來(lái)優(yōu)化包括二氧化碳捕捉系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)將二氧化碳捕捉保持在規(guī)定的水平處。該水平可為每時(shí)間單位或每過(guò)程氣體體積單位捕捉到的二氧化碳的規(guī)定的總量，或者進(jìn)入二氧化碳捕捉系統(tǒng)的過(guò)程氣體的捕捉到的二氧化碳的百分比，或者離開(kāi)二氧化碳捕捉系統(tǒng)的過(guò)程氣體的二氧化碳濃度。因而可最大程度地提高動(dòng)力輸出，同時(shí)仍然保證不超過(guò)例如政府規(guī)定的最大二氧化碳排放?？蓛?yōu)化包括二氧化碳捕捉系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行，使得該優(yōu)化包括動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力輸出和二氧化碳捕捉水平之間的權(quán)衡。這意味著可基于例如出售產(chǎn)生的能量和捕捉到的二氧化碳的收入相對(duì)于例如將二氧化碳排放到大氣的政府費(fèi)用的成本來(lái)優(yōu)化設(shè)備的總盈利。至少一個(gè)控制器可控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量。至少一個(gè)控制器可至少部分地基于與進(jìn)入再生器的吸收劑溶液流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量，與進(jìn)入再生器的吸收劑溶液流的屬性有關(guān)的所述測(cè)量值由控制器自動(dòng)地接收。因而控制器可基于從動(dòng)力設(shè)備的另一個(gè)部分獲得的值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽量，所述值與使吸收劑溶液再生所需的蒸汽量有關(guān)。這可為前饋控制器。
備選地或另外，至少一個(gè)控制器可至少部分地基于與來(lái)自動(dòng)力設(shè)備鍋爐的過(guò)程氣體流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量，與來(lái)自動(dòng)力設(shè)備鍋爐的過(guò)程氣體流的屬性有關(guān)的所述測(cè)量值由控制器自動(dòng)地接收。這可為前饋控制器。備選地或另外，至少一個(gè)控制器可至少部分地基于與再生器內(nèi)部的或離開(kāi)再生器的富含二氧化碳的氣體流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量，與再生器內(nèi)部的或離開(kāi)再生器的富含二氧化碳的氣體流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的所述測(cè)量值由控制器自動(dòng)地接收。這可為反饋控制器。可用多個(gè)自動(dòng)控制器來(lái)控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量。這些控制器可為上面論述的控制器中的一個(gè)或若干個(gè)，或者在控制轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量的方面有效的任何其它控制器。控制器可協(xié)作，以控制轉(zhuǎn)送的蒸汽量。轉(zhuǎn)送的蒸汽量因而可取決于動(dòng)力設(shè)備中的多個(gè)不同的位置處的多個(gè)不同的度量，借此蒸汽量可更精確地適于動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行。
轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的至少一部分可作為給水回到動(dòng)力設(shè)備鍋爐。因而，蒸汽或蒸汽的冷凝物可在鍋爐中重新用來(lái)產(chǎn)生新的蒸汽，從而提高動(dòng)力設(shè)備的自足性，以及減少?gòu)U水的量。這也促進(jìn)二氧化碳捕捉系統(tǒng)在動(dòng)力設(shè)備中的整體集成性。二氧化碳捕捉系統(tǒng)可包括吸收器組件，其中過(guò)程氣體與提供給吸收器組件的吸收劑溶液量接觸，借此吸收器組件中的吸收劑溶液從過(guò)程氣體中捕捉二氧化碳。吸收器組件可布置成促進(jìn)過(guò)程氣體和吸收劑溶液之間的接觸。吸收劑布置可包括一個(gè)或多個(gè)吸收器。至少一個(gè)控制器可至少部分地基于與過(guò)程氣體流(該流正離開(kāi)吸收器組件)的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制提供給吸收器組件的吸收劑溶液量，與過(guò)程氣體流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的所述測(cè)量值被控制器自動(dòng)地接收。離開(kāi)吸收器組件的過(guò)程氣體流可比進(jìn)入吸收器組件的過(guò)程氣體具有更低的二氧化碳含量，因?yàn)槲談┤芤嚎赡芤呀?jīng)從過(guò)程氣體中捕捉了二氧化碳。上面關(guān)于構(gòu)想的許多不同的自動(dòng)控制器所論述的至少一個(gè)變量可為例如蒸汽、過(guò)程氣體和/或吸收劑溶液的相應(yīng)的測(cè)量流的流率、溫度、壓力和二氧化碳濃度中的一個(gè)或若干個(gè)。至少一個(gè)控制器可控制從動(dòng)力設(shè)備鍋爐轉(zhuǎn)送出的、為了加熱饋送給鍋爐的鍋爐給水而提供的蒸汽的給水加熱部分的量，該控制以轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分的量為基礎(chǔ)?；谵D(zhuǎn)送到再生器的蒸汽量，因而可控制用來(lái)加熱鍋爐給水的蒸汽量。例如在通往再生器的蒸汽和用于加熱鍋爐給水的蒸汽之間有固定的比可為方便的。因而，如果轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽量增加，則為了加熱鍋爐給水而提供的蒸汽量也可增加。至少一個(gè)控制器可通過(guò)基于為了加熱饋送給所述鍋爐的鍋爐給水而從動(dòng)力設(shè)備鍋爐中轉(zhuǎn)送出的蒸汽量而改變從中壓渦輪到低壓渦輪的蒸汽的流率以及從而改變蒸汽的壓力，來(lái)控制中壓蒸汽輪機(jī)和低壓蒸汽輪機(jī)之間的中壓/低壓交叉部處的背壓。在蒸汽流已經(jīng)傳送通過(guò)蒸汽系統(tǒng)的至少一個(gè)蒸汽輪機(jī)之后，允許蒸汽的再生器部分的量的至少一部分被從蒸汽流中虹吸出可為方便的。因而在鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽被虹吸到再生器之后，借助于動(dòng)力設(shè)備蒸汽系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)渦輪，該蒸汽可首先用來(lái)來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力。這同樣可適用于為了加熱鍋爐給水而提供的任何蒸汽部分。
轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽的再生器部分可為具有任何壓力和溫度的、直接或間接地來(lái)自鍋爐的任何蒸汽。轉(zhuǎn)送到再生器的蒸汽可為例如中壓蒸汽或低壓蒸汽，或者中壓蒸汽和低壓蒸汽的混合物。這意味著蒸汽在轉(zhuǎn)送到再生器之前可能已經(jīng)被用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)渦輪中產(chǎn)生動(dòng)力，因而蒸汽不是高壓蒸汽。但是，也可單獨(dú)地或與中壓蒸汽和/或低壓蒸汽結(jié)合起來(lái)使用高壓蒸汽。動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少一部分可在動(dòng)力設(shè)備冷凝器中冷凝，從而產(chǎn)生冷凝物，其中，冷凝物的至少一部分可轉(zhuǎn)送到熱交換器，以冷卻來(lái)自二氧化碳捕捉系統(tǒng)的再生器的富含二氧化碳的氣體流，在此之后，冷凝物部分可作為給水回到鍋爐。通過(guò)利用冷凝物部分來(lái)冷卻由于吸收劑溶液的再生而產(chǎn)生的富含二氧化碳的氣體流，即離開(kāi)吸收劑溶液的二氧化碳，包括二氧化碳捕捉系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備的集成性和能量效率額外地得到增加。轉(zhuǎn)送到熱交換器冷凝物部分的量可由至少一個(gè)自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制。根據(jù)另一個(gè)方面，本目標(biāo)由一種動(dòng)力設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其包括動(dòng)力設(shè)備鍋爐，其適于燃燒有機(jī)燃料，以及適于產(chǎn)生蒸汽和包含二氧化碳的過(guò)程氣體；蒸汽系統(tǒng)，其適于利用所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少一部分的能含量的至少一部分；以及二氧化碳捕捉系統(tǒng)， 其適于通過(guò)這樣來(lái)從所述過(guò)程氣體中移除二氧化碳的至少一部分使二氧化碳吸收劑溶液與過(guò)程氣體接觸，使得來(lái)自動(dòng)力設(shè)備鍋爐中產(chǎn)生的所述過(guò)程氣體的二氧化碳被二氧化碳吸收劑捕捉，從而使二氧化碳吸收劑富含二氧化碳，二氧化碳捕捉系統(tǒng)包括布置成促進(jìn)過(guò)程氣體和吸收劑溶液之間的接觸的吸收組件，其中，吸收組件連接到動(dòng)力設(shè)備上，使得鍋爐所產(chǎn)生的過(guò)程氣體的至少一部分可從動(dòng)力設(shè)備轉(zhuǎn)送到吸收組件；再生器，其布置成使吸收劑溶液再生，使得通過(guò)從吸收劑溶液中移除二氧化碳來(lái)使富含捕捉到的二氧化碳的吸收劑溶液至少部分地再生，其中，再生器連接到動(dòng)力設(shè)備上，使得鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少再生器部分可從動(dòng)力設(shè)備轉(zhuǎn)送到再生器；以及布置成控制二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行的自動(dòng)控制器。使用這個(gè)其它方面的動(dòng)力設(shè)備來(lái)執(zhí)行上面論述的方法可為方便的。與該方法有關(guān)的以上論述在可適用的部分方面也與動(dòng)力設(shè)備有關(guān)。參照了那個(gè)論述。


現(xiàn)在將參照附圖來(lái)論述目前優(yōu)選的實(shí)施例，其中
圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的步驟的示意性工藝流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力設(shè)備的示意性正視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)化系統(tǒng)的不同的水平的示意圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)將吸收劑溶液稱為“貧”時(shí)，例如當(dāng)接觸二氧化碳捕捉系統(tǒng)中的過(guò)程氣體時(shí)，或者在再生之后，這意味著關(guān)于二氧化碳，吸收劑溶液是不飽和的，并且因而吸收劑溶液可從過(guò)程氣體中捕捉較多二氧化碳。當(dāng)將吸收劑溶液稱為“富”時(shí)，例如在接觸二氧化碳捕捉系統(tǒng)中的過(guò)程氣體時(shí)，或者在再生之前，這意味著吸收劑溶液是飽和的，或者至少幾乎是飽和的，或者關(guān)于二氧化碳而過(guò)飽和，并且因而吸收劑溶液在能夠從過(guò)程氣體中捕捉任何較多的二氧化碳之前可能需要再生，或者二氧化碳可沉淀為固體鹽。吸收劑溶液可為能夠從過(guò)程氣體中捕捉二氧化碳的任何溶液，諸如氨化溶液或胺化溶液?？赏ㄟ^(guò)使吸收劑溶液吸收或溶解任何形式(諸如呈溶解的分子CO2或溶解鹽的形式)的CO2來(lái)實(shí)現(xiàn)用吸收劑溶液從過(guò)程氣體中捕捉co2。動(dòng)力設(shè)備包括連接系統(tǒng)的不同的部分的管道，并且動(dòng)力設(shè)備布置成允許蒸汽、吸收劑溶液、過(guò)程氣體等分別如需要的那樣在動(dòng)力設(shè)備內(nèi)流動(dòng)。管道可包括適于控制流量的閥、泵、噴嘴、熱交換器等。蒸汽系統(tǒng)可包括聯(lián)結(jié)到一個(gè)或多個(gè)用于產(chǎn)生功率的發(fā)電機(jī)上的一個(gè)或多個(gè)蒸汽輪機(jī)。使用設(shè)計(jì)成在不同的蒸汽壓力處運(yùn)行的至少三個(gè)串聯(lián)聯(lián)結(jié)的渦輪可為方便的。這些渦輪分別可稱為高壓渦輪、中壓渦輪和低壓渦輪。在傳送通過(guò)低壓渦輪之后，蒸汽可在動(dòng)力設(shè)備的冷凝器中冷凝。在傳送通過(guò)高壓渦輪之前，來(lái)自鍋爐的蒸汽典型地可具有150巴-350巴的壓力。在高壓渦輪和中壓渦輪之間的蒸汽稱為高壓蒸汽，并且典型地可具有62巴-250巴的壓力。在中壓渦輪和低壓渦輪之間的蒸汽稱為中壓蒸汽，并且典型地可具有5巴_62巴的壓力(諸如5巴-10巴)和在154°C和TlTC (310 ° 和530 0F )之間的溫度。在經(jīng)過(guò)低壓渦輪之后的蒸汽稱為低壓蒸汽，并且典型地可具有0.01巴-5巴的壓力(諸如3巴-4巴)和在135°C和143°C (275 ° 和290 0F )之間的溫度。如上面論述的那樣，關(guān)于二氧化碳捕捉系統(tǒng)與動(dòng)力設(shè)備的其它部分的相互作用，提出的動(dòng)力設(shè)備在熱方面是高度集成的。這可降低二氧化碳捕捉系統(tǒng)的能量消耗，并且從而增加動(dòng)力設(shè)備的總的動(dòng)力產(chǎn)生。此集成還意味著二氧化碳捕捉系統(tǒng)可與動(dòng)力設(shè)備的其余部分一起受控制。因而，可在整體控制策略中考慮動(dòng)力設(shè)備的其它部分的運(yùn)行對(duì)二氧化碳捕捉系統(tǒng)運(yùn)行的影響，以及相反?？刂撇呗钥梢韵抡邽榛A(chǔ)應(yīng)用過(guò)程模型來(lái)計(jì)算二氧化碳捕捉系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備的其它部分(諸如蒸汽循環(huán))或兩者的運(yùn)行參數(shù)、軌跡或運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)。這些技術(shù)可以二氧化碳捕捉系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備的其它部分或兩者的穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)模型為基礎(chǔ)。這些模型可為綜合性的全范圍模型或局部模型，例如僅反映二氧化碳捕捉系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備的其它部分之間的主要相互作用的模型?？墒褂迷O(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)(PCS)。在這個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)了整個(gè)動(dòng)力設(shè)備或其部分的數(shù)學(xué)模型。特別地，這些模型可復(fù)制對(duì)整個(gè)設(shè)備的安全和可靠運(yùn)行而言重要的特性。另夕卜，建模技術(shù)可為(但不限于)基于基本原理的建模方法或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式建模方法，包括(但不限于)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自回歸移動(dòng)平均(諸如有限脈沖響應(yīng)模型，或者甚至基于一些條件的模型)或混合建模策略。模型包括不同類別的變量。操縱變量用來(lái)控制設(shè)備的行為。它們包括控制輸入(諸如閥行程、質(zhì)量流量、旋轉(zhuǎn)速度等)和可改變的參數(shù)，諸如控制回路的參數(shù)。典型的操縱變量為
二氧化碳捕捉系統(tǒng)
I)再生器蒸汽流量，2)貧吸收劑溶液流率，3)通往貧冷卻器的冷卻水流率，4)用來(lái)冷卻CO2壓縮系統(tǒng)中的富含CO2的流的冷凝物流率。
動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力產(chǎn)生部分
I)燃料質(zhì)量流量，2)蒸汽質(zhì)量流量，3)給水流量，4)蒸汽集管的壓力水平的設(shè)定點(diǎn)，5)蒸汽集管的溫度水平的設(shè)定點(diǎn)。受控變量是需要被控制在某些運(yùn)行極限內(nèi)的變量或其函數(shù)。典型的受控變量為 二氧化碳捕捉系統(tǒng)
1)C02吸收效率，2)再沸器熱任務(wù)/IP/LP蒸汽流量，3)跨過(guò)吸收系統(tǒng)的壓降，4) IP蒸汽壓力，5)在再生器的頂上回收的CO2的溫度，6)在不同的壓縮級(jí)的入口處的富含CO2的流的溫度。動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力產(chǎn)生部分
I)動(dòng)力輸出，2)在諸如蒸汽集管的各種位置處的蒸汽壓力和溫度，3)蒸汽抽取流量。干擾變量是用作設(shè)備的不可控輸入的變量。典型的干擾變量為
二氧化碳捕捉系統(tǒng)·
I)煙道氣中的CO2濃度，2)在二氧化碳捕捉系統(tǒng)的入口處的煙道氣的溫度。動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力產(chǎn)生部分
I)環(huán)境條件，2)燃料質(zhì)量，3)由于老化而引起的構(gòu)件特性的變化，諸如傳熱系數(shù)的變化，4)由于電網(wǎng)干擾而造成的計(jì)劃外的負(fù)荷改變，諸如頻率變化、甩負(fù)荷等。將通過(guò)使用基于比例-積分-微分(PID)控制器(諸如級(jí)聯(lián)控制器或比值控制器等)的許多高級(jí)控制方案來(lái)實(shí)施設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)的特定實(shí)施例?？膳c前一段的實(shí)施例組合的設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例是使用過(guò)程模型以及穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)優(yōu)化來(lái)計(jì)算過(guò)程的最佳運(yùn)行參數(shù)。優(yōu)化程序可以操縱變量、受控變量以及可選地對(duì)附屬于上面描述的模型所表達(dá)的設(shè)備動(dòng)態(tài)特性的干擾變量和/或其它未知參數(shù)的估計(jì)值的目標(biāo)函數(shù)的最小化為基礎(chǔ)。目標(biāo)函數(shù)典型地處罰相對(duì)于固定的運(yùn)行條件和/或從給定的初始條件達(dá)到某個(gè)設(shè)備條件的預(yù)先定義的軌跡和/或時(shí)間和/或燃料消耗量、CO2產(chǎn)生量等的偏差?？苫蛘咭噪x線的方式或者以在線的方式執(zhí)行優(yōu)化程序。它也可包括允許估計(jì)例如可用于使設(shè)備動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)定的未知參數(shù)的特征，以便實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)，例如使目標(biāo)函數(shù)最小化。優(yōu)化程序可單獨(dú)地、按順序地或者共同地應(yīng)用于或者二氧化碳捕捉系統(tǒng)或者動(dòng)力設(shè)備的任何其它部分，諸如鍋爐和/或蒸汽循環(huán)。具體而言，它也可由二氧化碳捕捉系統(tǒng)和設(shè)備的其它部分之間的微分對(duì)策組成，并且/或者它可以龐特里亞金的極小值原理為基礎(chǔ)。優(yōu)化程序的特殊實(shí)施例以模型預(yù)測(cè)控制為基礎(chǔ)，模型預(yù)測(cè)控制基于在到未來(lái)的某個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)預(yù)測(cè)的設(shè)備輸出來(lái)使目標(biāo)函數(shù)最小化。現(xiàn)在將參照?qǐng)DI來(lái)論述根據(jù)本發(fā)明的控制動(dòng)力設(shè)備的目前優(yōu)選的方法。在步驟I中，動(dòng)力設(shè)備鍋爐燃燒有機(jī)燃料，以使水沸騰，以及產(chǎn)生蒸汽。蒸汽通過(guò)管道而轉(zhuǎn)送到蒸汽循環(huán)，蒸汽循環(huán)包括用于產(chǎn)生功率、發(fā)電的蒸汽輪機(jī)，并且有機(jī)燃料燃燒而產(chǎn)生的煙道氣通過(guò)管道而轉(zhuǎn)送到氣體清潔系統(tǒng)，在氣體清潔系統(tǒng)中，含有顆粒、硫和氮的污染物等被從煙道氣中移除，在此之后，清潔的煙道氣被轉(zhuǎn)送到二氧化碳捕捉系統(tǒng)，在其中，吸收劑溶液從煙道氣中捕捉二氧化碳。在步驟2中，中壓(IP)蒸汽和低壓(LP)蒸汽的混合物被從蒸汽循環(huán)中虹吸出，并且被轉(zhuǎn)送到二氧化碳捕捉系統(tǒng)的再生器。虹吸的蒸汽量由至少一個(gè)自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制。在步驟3中，從蒸汽循環(huán)中轉(zhuǎn)送出的熱蒸汽與富含二氧化碳的吸收劑溶液交換熱，該溶液在包括在再生器中的再沸器中借助于熱交換器從煙道氣中捕捉二氧化碳，借此蒸汽不與吸收劑溶液直接接觸。在再生器中，使富含二氧化碳的吸收劑溶液沸騰，從而提供較純的二氧化碳?xì)怏w流，它被轉(zhuǎn)送到壓縮機(jī)供壓縮和在后來(lái)存儲(chǔ)。因而從吸收劑溶液中移除吸收劑溶液捕捉到的二氧化碳的至少大部分，從而產(chǎn)生不飽和的吸收劑溶液或貧吸收劑溶液，該溶液回到二氧化碳移除系統(tǒng)，以從經(jīng)過(guò)的煙道氣中捕捉更多二氧化碳?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D2來(lái)論述根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力設(shè)備10的目前優(yōu)選的實(shí)施例。動(dòng)力設(shè)備10包括鍋爐11、蒸汽循環(huán)12和二氧化碳捕捉系統(tǒng)13。
蒸汽循環(huán)12包括高壓渦輪14、中壓渦輪15和低壓渦輪16，以及冷凝器17。來(lái)自鍋爐的蒸汽將在膨脹和冷卻期間依次傳送通過(guò)渦輪14、15和16，在此之后，已經(jīng)經(jīng)過(guò)低壓渦輪16的蒸汽將在冷凝器17中在低壓處冷凝。來(lái)自冷凝器17的冷的冷凝物然后可作為鍋爐給水轉(zhuǎn)送向鍋爐11，以重新用來(lái)產(chǎn)生蒸汽。在到達(dá)鍋爐之前，鍋爐給水將被兩個(gè)鍋爐給水加熱器20加熱，以降低鍋爐11的加熱負(fù)荷，在此之后，給水再次進(jìn)入鍋爐11，以完成蒸汽循環(huán)12。但是，來(lái)自冷凝器17的一些冷凝物在CO2壓縮熱交換器22中改為用作冷卻介質(zhì)，并且從而在作為鍋爐給水回到蒸汽循環(huán)之前被加熱，從而降低鍋爐給水加熱器20的加熱負(fù)荷。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，在已經(jīng)經(jīng)過(guò)中壓渦輪15之后但在進(jìn)入低壓渦輪16之前，一些蒸汽被虹吸而遠(yuǎn)離蒸汽循環(huán)。這個(gè)蒸汽部分地被作為加熱介質(zhì)轉(zhuǎn)送到再生器再沸器21中，并且部分地被作為加熱介質(zhì)轉(zhuǎn)送到鍋爐給水加熱器20中。由于在IP-LP交叉部處的背壓確保將蒸汽供應(yīng)到LP渦輪和再沸器兩者，所以這個(gè) 壓力得到保持，而不管LP給水加熱器20的蒸汽流如何變化。通過(guò)對(duì)閥19起作用的壓力控制器18來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。二氧化碳捕捉系統(tǒng)包括吸收器23，其中來(lái)自鍋爐11的煙道氣可接觸吸收劑溶液，借此吸收劑溶液從煙道氣中捕捉二氧化碳；再生器24，其中，可通過(guò)借助于再沸器21進(jìn)行加熱來(lái)使來(lái)自吸收器23的富含二氧化碳的吸收劑溶液再生，以提供貧含二氧化碳的吸收劑溶液以及富含二氧化碳的氣體流，貧含二氧化碳的吸收劑溶液可回到吸收器23，富含二氧化碳的氣體流可離開(kāi)再生器24 ;以及二氧化碳?jí)嚎s組件25。吸收器23布置成接納來(lái)自鍋爐11的煙道氣和來(lái)自再生器的以及可選地來(lái)自新鮮的貧吸收劑溶液(未顯示)的另一種貧吸收劑溶液源的二氧化碳未飽的和或貧含二氧化碳的吸收劑溶液。吸收劑溶液可在吸收器23中再循環(huán)。來(lái)自再生器24的貧溶液在進(jìn)入吸收器23之前可被熱交換器26和/或27冷卻。在熱交換器26中，貧溶液可被離開(kāi)吸收器23且前往再生器24的富溶液冷卻。在熱交換器27中，貧溶液另外可被常規(guī)的冷卻介質(zhì)(諸如水)冷卻。除了放出富吸收劑溶液之外，吸收器23還布置成放出貧含二氧化碳的煙道氣，即在與吸收劑溶液接觸之后的煙道氣。這個(gè)貧煙道氣離開(kāi)動(dòng)力設(shè)備10，并且例如可被放出到大氣。反饋PID控制器28將用來(lái)控制吸收器23中的CO2捕捉量，即使進(jìn)入吸收器23的煙道氣量會(huì)改變。這個(gè)控制器28將基于例如離開(kāi)吸收器23的煙道氣的二氧化碳含量，通過(guò)對(duì)例如在熱交換器26和27之間的貧溶液流的閥起作用來(lái)試圖把進(jìn)入吸收器23的貧吸收劑溶液和煙道氣的比保持為設(shè)定值，典型地為設(shè)計(jì)值。 再生器24布置成接納來(lái)自吸收器23的、已經(jīng)傳送通過(guò)熱交換器26的富含二氧化碳的吸收劑溶液，并且布置成通過(guò)熱交換器26和27來(lái)將貧含二氧化碳的吸收劑溶液放出到吸收器23，以及放出離開(kāi)再生器24且進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s組件25的富含二氧化碳的氣體流。再生器24包括再沸器21，再沸器21是熱交換器，其中，如上面論述的那樣，來(lái)自蒸汽循環(huán)的蒸汽用來(lái)加熱被從吸收器23接納到再生器24中的富含二氧化碳的吸收劑溶液。在這個(gè)加熱期間，吸收劑溶液捕捉到的二氧化碳作為富含二氧化碳的氣體或基本上純的二氧化碳離開(kāi)溶液，借此使吸收劑溶液再生，并且使其可回到吸收器23。鑒于動(dòng)力設(shè)備10的整體運(yùn)行，圖2中顯示的一個(gè)或若干個(gè)控制器30、31和32可用來(lái)控制饋送到再沸器21的蒸汽量。如果例如二氧化碳捕捉系統(tǒng)的煙道氣負(fù)荷改變，進(jìn)入再生器的富吸收劑溶液流也可具有不同的流量和/或不同的CO2組成。為了最大程度地降低再沸器消耗的能量，控制器30可基于進(jìn)入再生器的富吸收劑溶液流來(lái)控制蒸汽流率。這將是前饋控制器30。對(duì)于控制器30備選地或額外地，可使用控制器32，控制器32使用通往吸收器23的煙道氣流的度量來(lái)對(duì)通往再沸器21的蒸汽流進(jìn)行前饋控制。為了對(duì)再生器中的溶液的再生提供經(jīng)精調(diào)的控制，額外的控制器31，即反饋控制器31可基于再生器中的托盤溫度來(lái)進(jìn)一步調(diào)節(jié)通往再沸器的蒸汽流。待測(cè)溫度可為離開(kāi)再生器的或在再生器的任何中間級(jí)處的富含CO2的氣體流的溫度。正好在蒸汽流進(jìn)入再沸器21之前，控制器30、31和32可對(duì)例如蒸汽流的閥33起作用，并且/或者在蒸汽流進(jìn)入IP-LP交叉部之后，控制器30、31和32可對(duì)節(jié)流閥34起作用。在這個(gè)具體實(shí)施例中，控制器30和31對(duì)閥33起作用，而控制器32則對(duì)閥34起作用。二氧化碳?jí)嚎s系統(tǒng)25包括上面論述的熱交換器22以及壓縮機(jī)35。壓縮機(jī)35可壓縮來(lái)自再生器的富含二氧化碳的氣體流，以促進(jìn)存儲(chǔ)二氧化碳，二氧化碳可為基本上純的。二氧化碳甚至可被壓縮成液體形式。經(jīng)壓縮的二氧化碳離開(kāi)動(dòng)力設(shè)備10，并且例如可被出售或較永久地存儲(chǔ)，以避免被排放到大氣。參照?qǐng)D3，現(xiàn)在將論述根據(jù)本發(fā)明的目前優(yōu)選的優(yōu)化系統(tǒng)，該優(yōu)化系統(tǒng)是本發(fā)明的設(shè)備級(jí)控制策略的實(shí)施。圖3示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備級(jí)優(yōu)化系統(tǒng)(POS) 5的運(yùn)行。PCS 6從動(dòng)力設(shè)備內(nèi)的不同的傳感器7中獲得有關(guān)的數(shù)據(jù)。基于這個(gè)數(shù)據(jù)，使用上面描述的過(guò)程模型和一些優(yōu)化程序來(lái)計(jì)算各種操縱變量的輸出，并且該輸出被傳遞回促動(dòng)器。PCS 6例如可為包括分布式控制系統(tǒng)(DCS)和可編程的邏輯控制器(PLC)的數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)。圖4中左邊的箭頭代表優(yōu)化系統(tǒng)中的向上的過(guò)程數(shù)據(jù)流，而右邊的箭頭則代表優(yōu)化系統(tǒng)的輸出。示例 I
在下面描述使用PID控制器的設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)的特定示例
I.將使用簡(jiǎn)單的反饋PID控制器來(lái)控制CO2捕捉的量，而不管負(fù)荷如何變化。這個(gè)控制器將試圖將進(jìn)入吸收器的貧溶液和煙道氣的比保持為設(shè)定值，典型地是設(shè)計(jì)值。
2.基于I中描述的控制器，進(jìn)入再生器的富溶液流也將具有不同的流量和/或不同的CO2組成。為了最大程度地降低再沸器所消耗的能量，將基于進(jìn)入CO2捕捉系統(tǒng)的煙道氣的量來(lái)改變蒸汽流率。這將是前饋控制器。3.為了對(duì)再生器中再生的溶液提供經(jīng)精調(diào)的控制，額外的控制器，即反饋控制器將基于再生器中的托盤溫度來(lái)進(jìn)一步調(diào)節(jié)通往再沸器的蒸汽流。待控制的溫度可為離開(kāi)再生器或在再生器中的任何中間級(jí)處的、待由試驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)針對(duì)給定的設(shè)計(jì)而確定的富含CO2的氣體流的溫度。4.這兩個(gè)控制器共同形成可稱為“具有反饋調(diào)整的前饋”的高級(jí)控制方案。前饋控制器在蒸汽流中提供主要變化，以便應(yīng)對(duì)富吸收劑流中的變化，而反饋控制器則提供精調(diào)。5.由于在IP-LP交叉部處的背壓確保蒸汽供應(yīng)到LP渦輪和再沸器兩者，所以這 個(gè)壓力得到保持，而不管通往LP給水加熱器的蒸汽流如何變化。通過(guò)實(shí)施壓力控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。6.將使用另一組PID反饋控制器來(lái)控制來(lái)自冷凝器的、用來(lái)冷卻壓縮區(qū)段中的富含CO2的流的流的流量。7.另外，這個(gè)示例也將具有用以保持流到吸收器等的貧溶液的溫度的其它控制器。8.將基于各個(gè)動(dòng)力設(shè)備過(guò)程來(lái)確定關(guān)于前饋回路、設(shè)計(jì)比等的計(jì)算?？烧J(rèn)為或者基礎(chǔ)的或者經(jīng)驗(yàn)上的這些關(guān)系構(gòu)成“過(guò)程模型”。示例 2
作為示例I的步驟2-4的代替或補(bǔ)充，備選方案將使用再沸器中的溫度來(lái)操縱熱任務(wù)。這將是較緩慢的回路，但卻將對(duì)饋送流變化提供良好響應(yīng)。示例 3
作為示例I或2的步驟2-4的代替或補(bǔ)充，另一個(gè)備選將使用煙道氣流量信號(hào)作為前饋控制器的前饋，前饋控制器操縱通過(guò)在IP-LP交叉部之后的節(jié)流閥的蒸汽流。然后通過(guò)基于再生器中的托盤溫度來(lái)進(jìn)一步操縱通往再沸器的蒸汽流，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)地調(diào)節(jié)從富吸收劑中移除CO2。示例 4
在下面介紹實(shí)施為模型預(yù)測(cè)性控制系統(tǒng)的設(shè)備級(jí)優(yōu)化系統(tǒng)(POS)的典型示例。在這個(gè)特定的示例中，帶著以下目標(biāo)來(lái)運(yùn)行POS
將CO2吸收保持在規(guī)定的水平處，同時(shí)
最大程度地減小由于從蒸汽循環(huán)中虹吸出蒸汽的原因而產(chǎn)生的二氧化碳捕捉系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力產(chǎn)生的寄生負(fù)荷。 最大程度地減小由于與二氧化碳捕捉系統(tǒng)熱集成的原因而產(chǎn)生的對(duì)鍋爐運(yùn)行的干擾。I.考慮其中動(dòng)力設(shè)備在“穩(wěn)態(tài)”條件下運(yùn)行的場(chǎng)景。2.由于一些無(wú)法預(yù)料的情況，設(shè)備負(fù)荷可有所改變。隨著煙道氣流率/設(shè)備負(fù)荷減小，煙道氣中的CO2濃度和煙道氣溫度也改變。這些信號(hào)被發(fā)送到PCS，PCS基于變化的大小來(lái)采取措施。
3.控制系統(tǒng)在這種情況下運(yùn)行的方式如下
a.隨著設(shè)備負(fù)荷減小，PCS計(jì)算通往吸收器的貧吸收劑溶液流的最佳減少量，以便保持CO2吸收效率。這個(gè)最佳流率作為設(shè)定點(diǎn)被傳送給貧吸收劑流控制器。b.同時(shí)，通往再生器的蒸汽流也減少，以便應(yīng)對(duì)捕捉到的較少量C02。計(jì)算通往再生器的蒸汽流量的最佳設(shè)定點(diǎn)，并且將其提供給調(diào)整控制器。c.來(lái)自再生器的減少的冷凝物流將提高對(duì)加熱鍋爐給水(BFW)加熱器的加熱需求。PCS計(jì)算用于BFW加熱器的IP/LP蒸汽的流量設(shè)定點(diǎn)，以便補(bǔ)償減少的冷凝物流量。d.類似地，來(lái)自冷凝器的冷凝物流的溫度在其與壓縮系統(tǒng)中的較少的富含CO2的流交換熱時(shí)也將降低。這也將提高對(duì)上面在(C)中提到的BFW加熱器的加熱要求。為了避免這一點(diǎn)，PCS將減少?gòu)睦淠鞯綁嚎s系統(tǒng)的冷凝物流量，從而確保對(duì)BFW加熱器的加熱要求沒(méi)有增加或有較少的增加。 e.最后，PCS也將計(jì)算通往熱交換器以冷卻CO2捕捉系統(tǒng)中的貧吸收劑的冷卻水流率的新設(shè)定點(diǎn)。f.由于PCS的目標(biāo)之一是最大程度地減小寄生負(fù)荷，所以將使用表示CO2捕捉系統(tǒng)引起的整個(gè)寄生負(fù)荷的變量，并且優(yōu)化器將試圖通過(guò)改變操縱變量來(lái)最大程度地減小這個(gè)值。g.如之前提到的那樣，將或者使用穩(wěn)態(tài)模型和優(yōu)化器或者使用動(dòng)態(tài)模型和優(yōu)化器或結(jié)合穩(wěn)態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩者來(lái)完成所有計(jì)算。4.如在上面可看到的那樣，在模型預(yù)測(cè)性控制表現(xiàn)中，POS操縱調(diào)整PID控制器的設(shè)定點(diǎn)而非改變實(shí)際值。示例中的自(操縱或干擾)變量和因(受控)變量如下
I........................................................................................『T.麗........................................................................................................................................................................碩.....................................................................................I
I M t；'<:( :嗽ft.HI
I^麗麗麗嗣!FFl
I 迪ft吸收器的貧吸收刺流M,I
I—AilBf'ftI
I Jift 丨.!FW熱器_ IlVlP 蒸汽流U " H1ZlJ1 校塊彳IP cm Jj I
I閣以i+衫系統(tǒng)中的沾欠^I
I/1: 器的!典 tMmtm I
I >」的流的冷凝物流MI
丨丨 O
I 通彳〖:紅冷卻器的冷卻水流. A吸收擁流拿I
I.........................................麗麗7麗百砑........................................"—麗西...麗取.....―I
[— tf ,, , ,..Yf:各個(gè)TC縮級(jí)處的流的—I
I煙j￡TC屮的IUfll成I
IIn-I
Iirai k.I
IWmfIum跨)i吸收器的爪piI
I................................................................................................................................................................................................................................................................................IiWiWimJj............................................................I
...........................
權(quán)利要求
1.一種控制動(dòng)力設(shè)備的方法，所述動(dòng)力設(shè)備包括 動(dòng)力設(shè)備鍋爐，其適于燃燒有機(jī)燃料，以及適于產(chǎn)生蒸汽和包含二氧化碳的過(guò)程氣體； 蒸汽系統(tǒng)，其適于利用所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少一部分的能含量的至少一部分；以及 二氧化碳捕捉系統(tǒng)，其適于通過(guò)這樣來(lái)從所述過(guò)程氣體的至少一部分中移除所述二氧化碳的至少一部分使二氧化碳吸收劑溶液與所述過(guò)程氣體接觸，使得來(lái)自所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐中產(chǎn)生的所述過(guò)程氣體的二氧化碳被所述二氧化碳吸收劑捕捉，從而使所述二氧化碳吸收劑富含二氧化碳， 所述方法包括 將所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的再生器部分轉(zhuǎn)送到所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)的再生器； 當(dāng)所述吸收劑溶液富含二氧化碳時(shí)，通過(guò)借助于所轉(zhuǎn)送的蒸汽加熱所述二氧化碳吸收劑溶液以使所述吸收劑溶液貧含二氧化碳來(lái)在所述再生器中至少部分地使所述吸收劑溶液再生；以及 借助于至少一個(gè)自動(dòng)控制器來(lái)自動(dòng)地控制所述碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過(guò)所述蒸汽系統(tǒng)來(lái)將所述蒸汽從所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐轉(zhuǎn)送到所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)的所述再生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行由多個(gè)自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)控制器由自動(dòng)的主控制器控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)控制器是布置成優(yōu)化所述動(dòng)力設(shè)備的整體運(yùn)行的優(yōu)化系統(tǒng)的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過(guò)不斷地計(jì)算設(shè)定點(diǎn)以及將所述設(shè)定點(diǎn)分配給所述至少一個(gè)控制器來(lái)執(zhí)行所述優(yōu)化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化來(lái)優(yōu)化所述動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用動(dòng)態(tài)優(yōu)化來(lái)優(yōu)化所述動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化以選自下者組成的組的至少一個(gè)變量的目標(biāo)函數(shù)的最小化為基礎(chǔ)與所述動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行有關(guān)的操縱變量、受控變量和干擾變量。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化以微分對(duì)策和/或龐特里亞金極小值原理為基礎(chǔ)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，關(guān)于所述動(dòng)力設(shè)備的最大動(dòng)力輸出來(lái)優(yōu)化包括所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)的所述動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)將二氧化碳捕捉保持在規(guī)定的水平處。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行的優(yōu)化包括所述動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力輸出和二氧化碳捕捉水平之間的權(quán)衡。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)控制器控制轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分的量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)控制器至少部分地基于與進(jìn)入所述再生器的所述吸收劑溶液的流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分的量，與進(jìn)入所述再生器的所述吸收劑溶液的流的屬性有關(guān)的所述測(cè)量值由所述控制器自動(dòng)地接收。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)控制器至少部分地基于與來(lái)自所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐的所述過(guò)程氣體的流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分的量，與來(lái)自所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐的所述過(guò)程氣體的流的屬性有關(guān)的所述測(cè)量值由所述控制器自動(dòng)地接收。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)控制器至少部分地基于與所述再生器內(nèi)部的或離開(kāi)所述再生器的富含二氧化碳的氣體流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分的量，與在所述再生器內(nèi)部的或離開(kāi)所述再生器的富含二氧化碳的氣體流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的所述測(cè)量值由所述控制器自動(dòng)地接收。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，多個(gè)自動(dòng)控制器協(xié)作，以控制轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分的量。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分的至少一部分作為給水回到所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)包括吸收器組件，在所述吸收器組件中，所述過(guò)程氣體與提供給所述吸收器組件的吸收劑溶液量接觸，借此所述吸收劑溶液從所述過(guò)程氣體中捕捉二氧化碳。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)控制器至少部分地基于與正離開(kāi)所述吸收器組件的所述過(guò)程氣體的流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的測(cè)量值來(lái)控制提供給所述吸收器組件的吸收劑溶液量，與所述過(guò)程氣體的流的屬性有關(guān)的至少一個(gè)變量的所述測(cè)量值由所述控制器自動(dòng)地接收。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)變量是流率、溫度、壓力和二氧化碳濃度中的一個(gè)或若干個(gè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在蒸汽流已經(jīng)傳送通過(guò)至少一個(gè)蒸汽輪機(jī)之后，蒸汽的再生器部分的量的至少一部分被從所述蒸汽流中虹吸出。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)送到所述再生器的蒸汽的再生器部分是中壓蒸汽或低壓蒸汽，或者中壓蒸汽和低壓蒸汽的混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少一部分在動(dòng)力設(shè)備冷凝器中冷凝，從而產(chǎn)生冷凝物，所述冷凝物的至少一部分被轉(zhuǎn)送到熱交換器，以冷卻來(lái)自所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)的所述再生器的富含二氧化碳的氣體流，之后，所述冷凝物部分作為給水回到所述鍋爐。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)送到所述熱交換器的冷凝物部分的量由所述至少一個(gè)自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制。
26.一種動(dòng)力設(shè)備,包括 動(dòng)力設(shè)備鍋爐，其適于燃燒有機(jī)燃料，以及適于產(chǎn)生蒸汽和包含二氧化碳的過(guò)程氣體； 蒸汽系統(tǒng)，其適于利用所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少一部分的能含量的至少一部分；以及 二氧化碳捕捉系統(tǒng)，其適于通過(guò)這樣來(lái)從所述過(guò)程氣體中移除所述二氧化碳的至少一部分使二氧化碳吸收劑溶液與所述過(guò)程氣體接觸，使得來(lái)自所述動(dòng)力設(shè)備鍋爐中產(chǎn)生的所述過(guò)程氣體的二氧化碳被所述二氧化碳吸收劑捕捉，從而使所述二氧化碳吸收劑富含二氧化碳，所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)包括 布置成促進(jìn)所述過(guò)程氣體和吸收劑溶液之間的接觸的吸收組件，其中，所述吸收組件連接到所述動(dòng)力設(shè)備上，使得所述鍋爐所產(chǎn)生的所述過(guò)程氣體的至少一部分可從所述動(dòng)力設(shè)備轉(zhuǎn)送到所述吸收組件； 再生器，其布置成使所述吸收劑溶液再生，使得通過(guò)從所述吸收劑溶液中移除二氧化碳來(lái)使富含捕捉到的二氧化碳的吸收劑溶液至少部分地再生，其中，所述再生器連接到所述動(dòng)力設(shè)備上，使得所述鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽的至少再生器部分可從所述動(dòng)力設(shè)備轉(zhuǎn)送到所述再生器；以及 布置成控制所述二氧化碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行的自動(dòng)控制器。
全文摘要
一種控制動(dòng)力設(shè)備(10)的方法，該動(dòng)力設(shè)備(10)包括鍋爐(11)，其適于燃燒有機(jī)燃料，以及適于產(chǎn)生蒸汽和包含二氧化碳的過(guò)程氣體；蒸汽系統(tǒng)；以及二氧化碳捕捉系統(tǒng)(13)，其適于通過(guò)使二氧化碳吸收劑溶液與過(guò)程氣體接觸來(lái)從過(guò)程氣體中移除二氧化碳的至少一部分，該方法包括將動(dòng)力設(shè)備鍋爐(11)所產(chǎn)生的蒸汽的一部分轉(zhuǎn)送到二氧化碳捕捉系統(tǒng)(13)的再生器(24)；通過(guò)借助于轉(zhuǎn)送的蒸汽加熱所述二氧化碳吸收劑溶液來(lái)在所述再生器(24)中使吸收劑溶液再生；以及借助于至少一個(gè)自動(dòng)控制器來(lái)自動(dòng)地控制碳捕捉系統(tǒng)(13)的運(yùn)行。本發(fā)明還涉及一種包括二氧化碳捕捉系統(tǒng)(13)的動(dòng)力設(shè)備(10)。
文檔編號(hào)F01K25/06GK102713166SQ201080062034
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者A.M.普菲菲爾, J.馬尚, N.B.罕達(dá)加馬, R.R.科特達(dá)瓦拉, S.赫普納, V.S.沙布德 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司