專利名稱：通過氧化燃料燃燒發(fā)電的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過氧化燃料燃燒發(fā)電的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一種雙點(diǎn) 火或靈活燃燒的燃燒系統(tǒng)，即，涉及一種能夠在氧化燃料燃燒和空氣燃燒的模式之間輕易 轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氧化燃料燃燒是從發(fā)電鍋爐的燃燒氣體中去除(X)2的建議方法之一，例如該發(fā)電 鍋爐可以是煤粉(PC)鍋爐或循環(huán)流化床(CFB)鍋爐。氧化燃料燃燒基于碳質(zhì)燃料與基本 上純氧(通常為大約95%的純度)一起燃燒，以使二氧化碳和水作為從鍋爐排放的廢氣的 主要成分。因此，可相對(duì)容易地捕集到二氧化碳，而不需要像燃料與空氣一起燃燒時(shí)那樣， 把二氧化碳從氮?dú)庾鳛橹饕煞值臍怏w流中分離出來。通過氧化燃料燃燒發(fā)電比通過空氣的常規(guī)燃燒發(fā)電更為復(fù)雜，因?yàn)樾枰踉?，?如，基于空氣分離單元(ASU)的低溫(crygenic)或隔膜，在其中氧與空氣的其他成分分離。 當(dāng)水被去除后，所產(chǎn)生的廢氣隨后準(zhǔn)備好隔離CO2，并且廢氣有可能被凈化以減少來自于氧 化劑、燃料和空氣泄露的惰性氣體。該凈化過程通常是通過(X)2在高壓下的低溫冷凝來完 成。(X)2能夠從廢氣中分離出來，例如，通過將其冷卻到相對(duì)低的溫度并壓縮到大于IlObar 的壓力。為了避免與純氧一起燃燒導(dǎo)致的非常高的燃燒溫度，使用氧化燃料燃燒鍋爐是有 利的，其中燃燒條件布置成接近空氣點(diǎn)火燃燒的燃燒條件。這可以通過使廢氣循環(huán)回到熔 爐來完成，以提供氧化劑氣體的例如大約為20到觀%的平均A含量。這樣的氧化燃料燃燒 鍋爐可以有利地通過改造現(xiàn)有的空氣點(diǎn)火鍋爐而建造。由于關(guān)于氧化燃燒捕集與儲(chǔ)藏二氧 化碳的很多不確定性，還需要雙點(diǎn)火鍋爐，即能夠從氧化燃料燃燒改變?yōu)榭諝恻c(diǎn)火的鍋爐， 并盡可能方便地改變回來，優(yōu)選地，不需要在構(gòu)造上作任何改變。采用這樣的雙點(diǎn)火鍋爐， 能夠在高負(fù)載需求中(比如在夏季或白天)通過使用空氣點(diǎn)火燃燒具有最大功率輸出，并 且能夠在其他條件中去除(X)2應(yīng)用氧化燃料燃燒。同時(shí)，可以在空氣點(diǎn)火模式中使用雙點(diǎn) 火鍋爐，例如，當(dāng)空氣分離單元或(X)2隔離單元出故障時(shí)?；谕ㄟ^空氣燃燒碳質(zhì)燃料的常規(guī)鍋爐通常包括一組熱傳遞表面，例如蒸發(fā)器、 過熱器、回?zé)崞鳌⒐?jié)約裝置和空氣加熱器，順序布置在靜電除塵器(ESP)或纖維過濾器上游 的廢氣通道和熔爐中。同樣已知的是在并聯(lián)的廢氣通道部分布置過熱器、回?zé)崞骱凸?jié)約裝 置，或者并聯(lián)于空氣加熱器的低壓節(jié)約裝置。美國專利6，202，574示出了一種氧化燃料燃燒鍋爐，其在廢氣通道中，在過熱器、 回?zé)崞骱凸?jié)約裝置的下游，具有另一有順序的組的廢氣冷卻器，包括循環(huán)廢氣加熱器、純氧 加熱器和給水加熱器。德國專利公開文本DE10356701A1示出了一種氧化燃料燃燒鍋爐系 統(tǒng)，包括串聯(lián)地或并聯(lián)地布置在廢氣通道中的氧加熱器和循環(huán)廢氣加熱器。PCT專利公開文本W(wǎng)02006/131283示出了一種雙點(diǎn)火氧化燃料燃燒鍋爐，其在空 氣加熱器的下游具有一系列換熱器，這些換熱器在氧化燃料燃燒模式中連接到給水供應(yīng)線以補(bǔ)償熱能，這在氧化燃料燃燒模式中用于空氣分離或CO2液化。該系統(tǒng)由于用于控制氧 化燃料燃燒模式中的給水流所需的閥門和控制器而相當(dāng)復(fù)雜，。為了在最小化二氧化碳排放量時(shí)更加經(jīng)濟(jì)地發(fā)電，需要一種改進(jìn)的氧化燃料燃燒 的方法和系統(tǒng)，尤其是，利用一種雙點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于氧化燃料燃燒的新方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種通過氧化燃料燃燒發(fā)電的方法，該方法包括 以下步驟將碳質(zhì)燃料供給至熔爐內(nèi)，將氧化劑氣體供給至所述熔爐內(nèi)，其中，在第一操作 模式，所述氧化劑氣體包括基本上純的氧流，其由氧源運(yùn)送用于使所述燃料與所述氧一起 燃燒以產(chǎn)生主要包括二氧化碳和水的廢氣，從所述熔爐排放廢氣流，在最終分配塊中將所 述廢氣流分成循環(huán)部分和結(jié)束部分，通過氣體循環(huán)通道將所述循環(huán)部分循環(huán)至熔爐，并通 過出口通道運(yùn)送所述結(jié)束部分至最終處理，其中所述方法還包括以下步驟在布置在所述 最終分配塊上游的第一分配塊中處將廢氣流分成第一廢氣流和第二廢氣流，通過氣-氣換 熱器將熱量從所述第一廢氣流傳遞至氣體循環(huán)通道中的氣體以形成冷卻的第一廢氣流，通 過第一節(jié)約裝置將熱量從所述第二廢氣流傳遞至給水線中的給水流以形成冷卻的第二廢 氣流，在布置在所述最終分配塊上游的連接塊中將所述冷卻的第一廢氣流和所述冷卻的第 二廢氣流組合在一起以形成組合廢氣流，并將至少一部分所述組合廢氣流運(yùn)送通過布置為 將熱量從所述組合廢氣流傳遞至所述給水線中的給水流的第二節(jié)約裝置。根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種通過氧化燃料燃燒發(fā)電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括用于燃燒碳質(zhì)燃料的熔爐，用于將基本上純的氧從氧源供給至所述熔爐內(nèi)的氧通道，用 于將所述燃料與氧一起燃燒以產(chǎn)生主要包括二氧化碳和水的廢氣，連接至所述熔爐的廢氣 通道系統(tǒng)，用于將所述廢氣從所述熔爐排放，其中廢氣通道系統(tǒng)包括上游通道、出口通道和 氣體循環(huán)通道，其中所述上游通道通過最終分配塊連接至所述氣體循環(huán)通道和所述出口通 道，用于將所述廢氣的第一部分，所謂的循環(huán)部分通過所述循環(huán)通道循環(huán)至所述熔爐，并將 所述廢氣的第二部分，所謂的結(jié)束部分通過出口通道運(yùn)送用于最終處理，其中所述系統(tǒng)進(jìn) 一步包括在第一分配塊和連接塊之間將上游通道分為第一廢氣通道部分和第二廢氣通道 部分的布置在第一廢氣通道部分中的氣-氣換熱器，用于將熱量從第一廢氣通道部分中的 廢氣傳遞至氣體循環(huán)通道中的氣體，布置在第二廢氣通道部分中的第一節(jié)約裝置，用于將 熱量從第二廢氣通道部分中的廢氣傳遞至給水線中的給水流，以及布置在連接塊下游的廢 氣通道系統(tǒng)中的第二節(jié)約裝置，用于將熱量從廢氣通道系統(tǒng)中的氣體傳遞至所述給水線中 的給水流。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)選地包括布置在氧通道中的氧加熱器，該氧加熱器有利 地連接到布置在出口通道中的氣體冷卻器，以通過從廢氣的結(jié)束部分獲得的熱量加熱基本 上純的氧。該氧加熱系統(tǒng)可包括氣-氣換熱器，其中熱量直接從廢氣的結(jié)束部分傳遞到基 本上純的氧流，但是，有利地，這基于通過獨(dú)立布置的氣體冷卻器和氧加熱器之間的循環(huán)管 路系統(tǒng)中的泵來循環(huán)熱傳遞介質(zhì)，通常是水。當(dāng)使用本發(fā)明時(shí)，相對(duì)純的氧的供給率基于燃 料供給率而有利地確定，以使燃料充分地完全燃燒。通常，氧供給率通過監(jiān)控廢氣中的殘余 氧含量而控制，該氧供給率應(yīng)該保持在一個(gè)合適的水平，通常大約為3%。5
廢氣的循環(huán)部分和基本上純的氧流可以單獨(dú)地被引入到熔爐中，但是，根據(jù)本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例，基本上純的氧流和廢氣的循環(huán)部分在混合器中混合，該混合器布置為連 接氣-氣換熱器下游的氣體循環(huán)通道和氧加熱器下游的氧通道。因此，組合的氧化劑氣體 流形成以經(jīng)由通道供給至熔爐內(nèi)。在混合循環(huán)氣體之前加熱氧流得到的優(yōu)點(diǎn)是避免循環(huán) 氣體的濕氣或酸氣冷凝在化噴射器管道上，如果&流的溫度太低，可導(dǎo)致該冷凝。一般來 說，加熱的純氧流與廢氣的加熱循環(huán)部分的混合使得其可有效地控制組合氧化劑氣體中的 溫度、流動(dòng)率和氧含量。氣體循環(huán)通道和氧通道可有利地被分為多條并聯(lián)線，并分別連接在多個(gè)混合器中 以形成多股混合氣體流，并可分別供給到熔爐，例如，作為第一和第二氧化劑氣體。通過分 別控制并聯(lián)循環(huán)氣體線和氧線中的氣體流，可以分別控制氧化劑氣體流的流動(dòng)和氧含量。當(dāng)本發(fā)明用于由空氣點(diǎn)火鍋爐改造的氧化燃料燃燒鍋爐時(shí)，廢氣循環(huán)部分的流量 被有利地調(diào)節(jié)，以在熔爐中保持期望的氣體速度，其中氧化劑氣體的氧含量被有利地調(diào)節(jié) 到接近空氣中的氧含量，通常，大約是18%到觀％。所改造鍋爐的熔爐溫度或熱通量將有 利地保持在大約其原有水平以避免例如，熔爐壁的腐蝕或材料強(qiáng)度問題。當(dāng)與以氮?dú)庾鳛槠渲饕煞值某Ｒ?guī)廢氣比較時(shí)，由于在以二氧化碳作為其主要成 分的氧化燃料燃燒過程中生成的廢氣的高熱容，同樣體積流量的廢氣在相同溫度下氧化燃 料燃燒攜帶的熱量比空氣點(diǎn)火燃燒攜帶的熱量更多。因此，當(dāng)將空氣點(diǎn)火流生成過程改為 氧化燃料燃燒時(shí)，燃料供給率有利地提高了至少10%，而仍然可以保持原來的熔爐溫度或 熱通量。由于點(diǎn)火的增加，增加的熱量可用于例如，產(chǎn)生蒸汽以及加熱氧化劑氣體。在常規(guī)的空氣點(diǎn)火鍋爐中，從蒸汽輪機(jī)中提取的很大一部分蒸汽用于預(yù)熱給水。 在氧化燃料燃燒鍋爐中，有利地，從蒸汽輪機(jī)中提取的至少一部分的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)在空氣 分離單元(ASU)或二氧化碳凈化和壓縮單元(CCU)中的壓縮機(jī)，而且，相應(yīng)地，布置在廢氣 通道中的節(jié)約裝置中進(jìn)行的給水的預(yù)熱量增加了。因?yàn)檫@種裝置，并由于基于上述點(diǎn)火的 增加而增加的蒸汽生成，在氧化燃料燃燒中需要特別有效的節(jié)約裝置系統(tǒng)。第一節(jié)約裝置有利地布置在緊鄰第二節(jié)約裝置下游的給水線。通過這種裝置，第 一和第二節(jié)約裝置處于直接的給水流連接，S卩，相同的給水流總是流動(dòng)通過這兩個(gè)節(jié)約裝 置，并且沒有帶有控制閥的支管，用于控制兩節(jié)約裝置之間的給水流。這樣，根據(jù)本發(fā)明的 節(jié)約裝置提供一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可調(diào)節(jié)用于最優(yōu)地加熱給水。該調(diào)節(jié)優(yōu)選地通過控 制第一廢氣通道部分和第二廢氣通道部分的一個(gè)中的氣間來實(shí)現(xiàn)，以改變?cè)谶@兩個(gè)廢氣通 道部分之間的廢氣的分配比例。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第二節(jié)約裝置布置在上游通道，S卩，最終分配塊上游的 廢氣通道。通常，上游通道包括灰塵分離器，如靜電除塵器(ESP)或纖維過濾器。第二節(jié)約 裝置有利地布置在灰塵分離器的上游，由此廢氣的溫度可調(diào)節(jié)以適合灰塵分離器的工作范 圍。通常，絕大多數(shù)的廢氣，例如，大約80%，流動(dòng)通過第一廢氣通道部分，而較小的部 分，例如，大約20 %，流動(dòng)通過第二廢氣通道部分。因此，當(dāng)?shù)谝粡U氣流在氣-氣換熱器中冷 卻，例如，從大約310°C到大約210°C，而第二廢氣流在第一節(jié)約裝置中冷卻時(shí)，例如，冷卻 至大約170°C，組合的廢氣在連接塊下游的溫度大約是200°C。因而，組合的廢氣流有利地 在布置在上游通道中的第二節(jié)約裝置中冷卻，從大約200°C，例如，冷卻至大約150°C。這種節(jié)約裝置的布置可能同時(shí)加熱在氣-氣換熱器中的循環(huán)氣體和在節(jié)約裝置中的給水至它 們最優(yōu)的溫度，而沒有節(jié)約裝置或下游灰塵分離器的酸性冷凝的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，特別有利的是當(dāng)出口通道包括連接到氧加熱 器的廢氣冷卻器時(shí)，第二節(jié)約裝置布置在氣體循環(huán)通道中，而不是上游通道中。因此，第二 節(jié)約裝置將熱量僅從廢氣的循環(huán)部分傳遞到給水。該裝置的優(yōu)勢(shì)在于廢氣的溫度保持相對(duì) 高，通常為大約200°C，當(dāng)廢氣進(jìn)入廢氣冷卻器時(shí)，氧流能夠相應(yīng)地被氧加熱器加熱到相對(duì) 高的溫度。當(dāng)然，也有可能具有分離的第二節(jié)約裝置，其一部分位于上游通道中，另一部分 位于氣體循環(huán)通道中。根據(jù)本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括布置在氣體循環(huán)通道中的進(jìn)氣口， 用于引入空氣流作為氧化劑氣體，和布置在氣體循環(huán)通道中的氣閘，用于控制循環(huán)部分。進(jìn) 氣口的目的是提供可能的第二操作模式，空氣點(diǎn)火模式，其可與第一操作模式交替使用。在 第二操作模式中，循環(huán)部分被最小化，空氣而不是基本上純的氧或氧流和廢氣循環(huán)部分的 組合作為氧化劑氣體。進(jìn)氣口有利地布置在氣-氣換熱器的上游，以將熱量從廢氣傳遞至 氣-氣換熱器中的空氣流。在第二操作模式，燃燒系統(tǒng)與氧源斷開連接，廢氣包括氮、二氧化碳和水作為其主 要成分。因?yàn)閺U氣中大部分是氮?dú)?，所以系統(tǒng)也與二氧化碳凈化和壓縮單元(CCU)斷開連 接，廢氣通過煙道釋放到環(huán)境中。本發(fā)明的主要思想之一是其提供了一種雙點(diǎn)火氧化燃料 燃燒的系統(tǒng)和方法，該雙點(diǎn)火氧化燃料燃燒能夠輕易地從氧化燃料燃燒轉(zhuǎn)換成空氣點(diǎn)火燃 燒，并且轉(zhuǎn)換回來，而不用對(duì)構(gòu)造作任何改變，即使在使用中，不用在轉(zhuǎn)換過程中停止發(fā)電。因?yàn)樵诘诙僮髂Ｊ街袥]有使用氧源，而且廢氣的二氧化碳沒有經(jīng)過凈化和分 離，所以這些過程的輔助能耗被最小化，并且該系統(tǒng)提供了比氧化燃料燃燒更高的總效率， 但是代價(jià)是將二氧化碳釋放到環(huán)境中?？諝恻c(diǎn)火操作模式在能量需求特別高時(shí)被有利地使 用，例如在夏季或白天?？商娲?，空氣點(diǎn)火模式可以暫時(shí)使用，例如，基于不同的經(jīng)濟(jì)條 件，或當(dāng)氧源和二氧化碳凈化和壓縮單元或二氧化碳儲(chǔ)藏系統(tǒng)出于一些原因都不可用時(shí)。當(dāng)使用第一操作模式時(shí)，氣-氣換熱器中的冷氣體的初始溫度即循環(huán)氣體的溫度 相對(duì)高，因此廢氣在氣-氣換熱器中僅僅冷卻大約100°c，通常，到大約200°C。因此，氣-氣 換熱器下游的廢氣承載器吸取大量的熱能，其中有相當(dāng)大的部分被有利地用于加熱第二節(jié) 約裝置中的給水。因此，在第一操作模式中第二節(jié)約裝置被布置成使得廢氣在其中冷卻優(yōu) 選為至少大約30°C，更優(yōu)選為至少大約40°C。通常，在第一操作模式中，廢氣在第二節(jié)約裝 置中從大約170°C和大約220°C之間的溫度冷卻到大約120°C和大約170°C之間的溫度，即， 用于保持在酸性氣體露點(diǎn)之上。為了獲得期望的廢氣溫度，第一和第二節(jié)約裝置優(yōu)選為布 置在除氣器上游的LP節(jié)約裝置。當(dāng)使用低壓通風(fēng)機(jī)時(shí)，第一和第二節(jié)約裝置也可以布置在 除氣器的上游。在第二操作模式中，循環(huán)廢氣流有利地被大量空氣流替換，然而，該空氣流的溫度 比該循環(huán)廢氣的溫度低的多。因此，廢氣隨即在氣-氣換熱器中冷卻至更低的溫度，通常大 約120°C。在這些情況下，氣-氣換熱器下游的廢氣溫度通常已接近進(jìn)入第二換熱器的給水 的溫度，并且在第二節(jié)約裝置中有非常小的熱傳遞，如果有的話。有利地，在第二操作模式 中，廢氣溫度在第二節(jié)約裝置中變化了不超過10°C。如上所述，在氧化燃料燃燒模式中，從蒸汽輪機(jī)提取的大部分蒸汽用于驅(qū)動(dòng)ASU或CCU中的壓縮機(jī)。在空氣點(diǎn)火模式中，當(dāng)ASU和CCU不使用時(shí)，這些蒸汽被保存用于預(yù)熱 給水，在節(jié)約裝置中給水預(yù)熱的需求大大減少。如上所述，在空氣點(diǎn)火模式中，本裝置自動(dòng) 降低了節(jié)約裝置的熱傳遞責(zé)任。在空氣點(diǎn)火模式中，給水的預(yù)熱通過在第一或第二廢氣通 道部分使用氣間也有利地被降低，以降低流過第二廢氣通道部分的廢氣的分配。以上的本發(fā)明的簡(jiǎn)要描述，以及進(jìn)一步目的、特征和優(yōu)勢(shì)將通過參照下面的本發(fā) 明的當(dāng)前優(yōu)選但說明性的實(shí)施例的詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖，被更充分地認(rèn)識(shí)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的氧化燃料燃燒發(fā)電裝置的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的氧化燃料燃燒發(fā)電裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)電裝置10的示意圖。發(fā)電裝置10包括鍋 爐12，其可以是例如煤粉(PC)鍋爐或循環(huán)流化床(CFB)鍋爐。該鍋爐的熔爐14包括常規(guī) 燃料供給裝置16 ；用于將氧化劑氣體18供給到熔爐內(nèi)的裝置以及用于排放燃料和氧化劑 氣體的氧燃燒所產(chǎn)生的廢氣的廢氣通道系統(tǒng)20。鍋爐12的一些元件的細(xì)節(jié)和類型，例如 燃料供給裝置16和氧化劑氣體供給裝置18，本質(zhì)上，取決于該鍋爐的類型。然而，這些細(xì) 節(jié)，例如，燃燒器、煤攪拌機(jī)、用于分別供給第一和第二入口氣體的裝置對(duì)本發(fā)明并不重要， 因此沒有在圖1中示出。廢氣通道系統(tǒng)20包括上游通道部分M、循環(huán)通道28和出口通道58，由此，廢氣流 在最終分配塊沈中分成循環(huán)部分和結(jié)束部分，該循環(huán)部分通過循環(huán)氣體通道28被運(yùn)送回 熔爐14，該結(jié)束部分通過出口通道58被運(yùn)送用于最終處理。氧化劑氣體優(yōu)選為基本上純的氧和廢氣循環(huán)部分的至少一部分的混合物，該基本 上純的氧由空氣分離單元(ASU) 24中的空氣流22產(chǎn)生。循環(huán)部分的另一部分，未在圖1中 示出，例如，可用作為鍋爐12密封氣體或運(yùn)送氣體。廢氣循環(huán)通道觀有利地包括用于控制 廢氣循環(huán)率的裝置，例如風(fēng)扇30和氣間32。廢氣的循環(huán)率被有利地調(diào)節(jié)，使得熔爐14內(nèi)所 得到的氣體流量獲得期望值，由此氧化劑氣體平均化含量通常接近空氣中的A含量含量， 優(yōu)選為從大約18%到大約觀％。在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，也可能分別將已循環(huán)廢氣流和基 本上純的氧，或多股具有不同O2含量的流引入例如熔爐14的不同部分。常規(guī)來講，熔爐14通常包括蒸發(fā)表面，未在圖1中示出，廢氣通道系統(tǒng)20的上游 通道部分M進(jìn)一步包括換熱器表面34，例如，過熱器、回?zé)崞骱虷P節(jié)約裝置。為了簡(jiǎn)單， 圖1僅僅示出了一個(gè)這樣的換熱器表面34，但實(shí)際上，廢氣通道系統(tǒng)的上游部分通常包括 多個(gè)用于從廢氣恢復(fù)熱量的過熱、回?zé)岷虷P節(jié)約裝置表面。在廢氣通道系統(tǒng)20的上游部分Μ，蒸汽生成換熱表面34的下游，也布置了用于將 熱量從廢氣直接傳遞至廢氣的循環(huán)部分的氣-氣換熱器36，例如再生的換熱器，和用于將 熱量傳遞至給水線40中流動(dòng)的給水的第一節(jié)約裝置38。根據(jù)本發(fā)明，氣-氣換熱器36有 利地布置在第一廢氣通道部分42中，第一節(jié)約裝置38布置在第二廢氣通道部分44中，這 些通道部分并聯(lián)連接在初始分配塊46和連接塊48之間。第一廢氣通道部分42和第二廢 氣通道部分44中的一個(gè)有利地包括用于調(diào)節(jié)分配到并聯(lián)通道部分的廢氣的氣閘50。
連接塊48的下游有利地連接到第二節(jié)約裝置52，用于將熱量從廢氣的組合流傳 遞至給水線40中流動(dòng)的給水。通過采用該節(jié)約裝置的組合，就有可能同時(shí)通過氣-氣換熱 器36加熱循環(huán)通道觀中的氣體，并且通過節(jié)約裝置38、52加熱給水，到它們的最佳溫度， 而沒有節(jié)約裝置上的酸性冷凝的風(fēng)險(xiǎn)。廢氣通道系統(tǒng)20的上游部分M還通常包括用于清理來自廢氣的粒子和氣態(tài)污染 物的常規(guī)單元，該單元在圖1中僅由灰塵分離器56示意性地示出。根據(jù)氧化燃料燃燒的主要目標(biāo)，即從廢氣重獲二氧化碳，出口通道58裝配有用于 冷卻、清理和壓縮二氧化碳的裝置，示意性地由二氧化碳處理單元60表示。該單元60通常 包括用于完全干燥來自廢氣的所有水的干燥器，和用于分離不可冷凝氣體流的分離器，例 如氧62和來自二氧化碳的其他可能的雜質(zhì)。二氧化碳64流通常在液體或超臨界狀態(tài)被捕 集，例如，在壓力為大約llObar，使得它能夠被輸送以進(jìn)一步使用或被儲(chǔ)藏在一個(gè)合適的地 方。圖1單獨(dú)地示出了位于二氧化碳處理單元60的上游的冷凝式氣體冷卻器66，用于初始 去除廢氣中的水。為了將能量從廢氣的結(jié)束部分傳遞至基本上純的氧流，出口通道58優(yōu)選地裝配 有通過液體熱傳遞介質(zhì)循環(huán)連接到氧加熱器70的氣體冷卻器68，該氧加熱器70布置在氧 源M下游的氧通道72中。該熱傳遞介質(zhì)，通常是水，優(yōu)選地通過泵74在氣體冷卻器68和 氧加熱器70之間延伸的管道76中循環(huán)，該氣體冷卻器68和氧加熱器70實(shí)際上通常位于 遠(yuǎn)離發(fā)電裝置10的部分。氧通道72可直接連接到熔爐14，但是，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，氧通道72和廢 氣循環(huán)通道觀都連接到混合器78，并且混合氣體流作為氧化劑氣體通過氧化劑氣體供給 裝置18被引導(dǎo)至熔爐。該系統(tǒng)有可能分別控制氧化劑氣體的溫度、流速和氧含量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該系統(tǒng)還包括用于將空氣供給到熔爐14的進(jìn)氣口 80。 空氣流優(yōu)選引入到氣-氣換熱器36上游的氣體循環(huán)通道觀，由此可能將熱量從廢氣直接傳 遞到空氣流。進(jìn)氣口 80的目的是能夠從氧化燃料燃燒轉(zhuǎn)換到空氣點(diǎn)火燃燒。因此，當(dāng)將空 氣引入到氣體循環(huán)通道觀時(shí)，供氧停止，并且最小化廢氣的循環(huán)，優(yōu)選為通過氣間32完全 停止。在空氣點(diǎn)火模式中，該廢氣包括混有大量氮的水和二氧化碳，由此不可能輕易地從廢 氣中捕集二氧化碳，因此，在這種情況下，廢氣通過煙道(stack) 82釋放到環(huán)境中。在空氣點(diǎn)火模式中，流動(dòng)在氣體循環(huán)通道28中的空氣流可有利地通過氣體加熱 器86已經(jīng)在氣-氣換熱器36的上游預(yù)熱。有利地布置在風(fēng)扇30下游的氣體循環(huán)通道觀 的該氣體加熱器86，可通過管道76的側(cè)環(huán)連接到氣體冷卻器68，然后其在空氣點(diǎn)火模式中 連接以將從廢氣結(jié)束部分獲得的熱量傳遞到氣體加熱器86，而不是氧加熱器70?？蛇x擇 地，該氣體加熱器86可以是布置在氣體循環(huán)通道觀中的常規(guī)蒸汽線圈加熱器，優(yōu)選為僅在 空氣點(diǎn)火模式中使用。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)電裝置ION的示意圖。與圖1所示的 發(fā)電裝置10中的元件相對(duì)應(yīng)的發(fā)電裝置ION的相似元件都用與圖1中相同的附圖標(biāo)記示出ο發(fā)電裝置ION與圖1示出的發(fā)電裝置10的不同之處主要在于第二節(jié)約裝置52布 置在氣體循環(huán)通道28中，而不是廢氣通道系統(tǒng)20的上游部分M。因此，廢氣的結(jié)束部分保 持在較高的溫度，并且與由圖1所示實(shí)施例的加熱器70相比，由氧加熱器84加熱的氧流可9被加熱到更高的溫度。氧加熱器84在這里示為直接氣-氣加熱器，但是該氧加熱器可替代 地包括基于在單獨(dú)的廢氣冷卻器和氧加熱器之間循環(huán)熱傳遞介質(zhì)的氧加熱系統(tǒng)，如圖1所 示。也有可能，氧在兩個(gè)連續(xù)的加熱器中加熱，例如，首先在如圖1所示類型的加熱系統(tǒng)中 加熱，然后，在直接氣-氣換熱器中加熱，如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該系統(tǒng)包括用于在空氣點(diǎn)火模式中將空氣作為氧化劑 供給至熔爐14的進(jìn)氣口 80，如在圖1所示的系統(tǒng)中。但是，如圖2所示，空氣流可以被布 置在氣體循環(huán)通道觀中的常規(guī)蒸汽線圈加熱器86N預(yù)加熱。然而，如果該系統(tǒng)包括單獨(dú)的 廢氣冷卻器68，其通過用于循環(huán)流體傳遞介質(zhì)的管道連接到氧通道72中的氧加熱器70，如 圖1所示，則該管道還可以包括側(cè)環(huán)，以在空氣點(diǎn)火模式中使用，用于通過布置在氣體循環(huán) 通道觀中的氣體加熱器加熱空氣。盡管本發(fā)明在此以實(shí)例結(jié)合目前被認(rèn)為是最優(yōu)選的實(shí)施例的方式描述，應(yīng)該理 解，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是意圖包括其特征的各種組合或修改，以及包含在 如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的若干其它應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種通過氧化燃料燃燒發(fā)電的方法，所述方法包括以下步驟(a)將碳質(zhì)燃料供給至熔爐；(b)將氧化劑氣體供給至所述熔爐，其中，在第一操作模式中，所述氧化劑氣體包括由 氧源運(yùn)送的基本上純的氧流，用于使所述燃料與所述氧一起燃燒以產(chǎn)生主要包括二氧化碳 和水的廢氣；(c)從所述熔爐排放廢氣流；(d)在最終分配塊將所述廢氣流分成循環(huán)部分和結(jié)束部分；(e)通過氣體循環(huán)通道將所述循環(huán)部分循環(huán)至所述熔爐；以及(f)通過出口通道將所述結(jié)束部分運(yùn)送至最終處理，其中所述方法還包括以下步驟(g)在布置在所述最終分配塊上游的第一分配塊將廢氣流分成第一廢氣流和第二廢氣流；(h)通過氣-氣換熱器將熱量從所述第一廢氣流傳遞至所述氣體循環(huán)通道中的氣體以 形成冷卻的第一廢氣流；(i)通過第一節(jié)約裝置將熱量從所述第二廢氣流傳遞至給水線中的給水流以形成冷卻 的第二廢氣流；(j)在布置在所述最終分配塊上游的連接塊中將所述冷卻的第一廢氣流和所述冷卻的 第二廢氣流組合在一起以形成組合廢氣流；以及(k)通過第二節(jié)約裝置運(yùn)送至少一部分所述組合的廢氣流，以將熱量從所述組合的廢 氣流傳遞至所述給水線中的給水流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二節(jié)約裝置布置在所述最終分配塊上游的 廢氣通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟將熱量從廢氣的結(jié)束部分傳遞至基 本上純的氧流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括以下步驟在混合器中混合所述基本上純的氧 流和所述循環(huán)部分，作為組合氧化劑氣體，并將所述組合氧化劑氣體供給至所述熔爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二節(jié)約裝置布置在所述循環(huán)通道中以從廢 氣循環(huán)部分中傳遞熱量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一節(jié)約裝置布置在緊鄰所述第二節(jié)約裝置 下游的所述給水線中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟控制所述第一廢氣流和所述第二廢 氣流的分配比例。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在第一操作模式中，所述廢氣的溫度在第二節(jié)約 裝置中降低至少30°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括交替進(jìn)行所述第一操作模式和第二操作模式， 其中循環(huán)部分最小化，以及其中所述氧化劑氣體包括引入到所述氣-氣換熱器上游的氣體 循環(huán)線的空氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述第二操作模式中，所述廢氣的溫度在第 二節(jié)約裝置中改變了少于10°c。
11.一種通過氧化燃料燃燒的發(fā)電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于燃燒碳質(zhì)燃料的熔爐；用于將來自氧源的基本上純的氧供給至所述熔爐內(nèi)的氧通道，所述熔爐用于將所述燃 料與所述氧一起燃燒以產(chǎn)生主要包括二氧化碳和水的廢氣；連接至所述熔爐的廢氣通道系統(tǒng)，用于將所述廢氣從所述熔爐排放，其中所述廢氣通 道系統(tǒng)包括上游通道、出口通道和氣體循環(huán)通道，其中所述上游通道通過最終分配塊連接 至所述氣體循環(huán)通道和所述出口通道，用于將所述廢氣的循環(huán)部分通過所述循環(huán)通道循環(huán) 至所述熔爐，以及用于將所述廢氣的結(jié)束部分通過出口通道運(yùn)送用于最終處理，其中所述 上游通道在第一分配塊和連接塊之間分成第一廢氣通道部分和第二廢氣通道部分；布置在第一廢氣通道部分中的氣-氣換熱器，用于將熱量從第一廢氣通道部分中的廢 氣傳遞至氣體循環(huán)通道中的氣體；布置在第二廢氣通道部分中的第一節(jié)約裝置，用于將熱量從第二廢氣通道部分中的廢 氣傳遞至給水線中的給水流；以及布置在連接塊下游的廢氣通道系統(tǒng)中的第二節(jié)約裝置，用于將熱量從廢氣通道系統(tǒng)中 的氣體傳遞至所述給水線中的給水流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中第二節(jié)約裝置布置在上游通道中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括布置在氧通道中的氧加熱器，該氧加熱器連 接到布置在出口通道中的氣體冷卻器，用于通過從廢氣結(jié)束部分獲得的熱量加熱基本上純 的氧。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括混合器和通道，該混合器混合所述基本上純 的氧和所述循環(huán)部分，作為組合氧化劑氣體，所述通道用于將所述組合氧化劑氣體供給至 所述熔爐。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第二節(jié)約裝置布置在所述氣體循環(huán)通道中。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一節(jié)約裝置布置在緊鄰所述第二節(jié)約裝 置下游的所述給水線中。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括位于第一廢氣通道部分和第二廢氣通道部分 的中的一個(gè)的氣閘，用于控制所述廢氣的分配比例。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括布置在所述氣體循環(huán)通道中的氣間，用于控制所述循環(huán)部分；以及布置在所述氣體循環(huán)通道中的進(jìn)氣口，用于引入空氣流作為氧化劑氣體，其中所述進(jìn) 氣口布置在所述氣-氣換熱器的上游，用于將熱量從所述廢氣傳遞至所述氣-氣換熱器中 的空氣流。
全文摘要
一種用于發(fā)電的氧化燃料燃燒系統(tǒng)，包括熔爐，該熔爐用于燃燒碳質(zhì)燃料和基本上純的氧以產(chǎn)生主要包含二氧化碳和水的廢氣。廢氣通道系統(tǒng)從熔爐排放廢氣。該廢氣通道系統(tǒng)具有上游通道、出口通道和氣體循環(huán)通道。該上游通道通過循環(huán)通道將廢氣的循環(huán)部分循環(huán)至熔爐，并通過出口通道運(yùn)送廢氣的結(jié)束部分用于最終處理。上游通道在第一分配塊和連接塊之間分成第一廢氣通道部分和第二廢氣通道部分。布置在第一廢氣通道部分中的氣-氣換熱器將熱量從第一廢氣通道部分中的廢氣傳遞至氣體循環(huán)通道中的氣體。布置在第二廢氣通道部分中的第一節(jié)約裝置將熱量從第二廢氣通道部分中的廢氣傳遞至給水線中的給水流，并且布置在連接塊下游的廢氣通道系統(tǒng)中的第二節(jié)約裝置將熱量從廢氣通道系統(tǒng)中的氣體傳遞至給水線中的給水流。
文檔編號(hào)F22B35/00GK102047061SQ200980120154
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者O·西普, T·埃里克森, 范鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:福斯特韋勒能源股份公司