專利名稱：帶有流化床脫揮發(fā)器和鍋爐的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用循環(huán)流化床(CFB)技術和工藝由揮發(fā)性含碳給料來發(fā)電的高效煤基發(fā)電系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種蒸汽-燃氣聯(lián)合透平發(fā)電廠，它能利用間接加熱的、全攜帶流動循環(huán)流化床脫揮發(fā)器/熱裂化器來提高發(fā)電廠的發(fā)電效率。該發(fā)電廠能使燃氣透平的發(fā)電量(Brayton循環(huán))與蒸汽透平的發(fā)電量(Rankine循環(huán))的比值最大化。本發(fā)明還涉及利用這樣的發(fā)電廠由揮發(fā)性含碳給料來發(fā)電的工藝。
相關申請本申請是1995年9月1日提交的No.08/522,763號專利申請的部分繼續(xù)申請，上述申請的全部內(nèi)容援引在此以作參考。
背景技術：
在過去的幾年中，在燃氣輪機燃燒方面的進步已經(jīng)可使天然氣燃燒、燃氣透平和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備更為高效、清潔和可靠。因此，在例如能通過一管道而可靠獲得天然氣的地方，它們已經(jīng)成為一種較佳的新型發(fā)電廠選擇方案。現(xiàn)在，從新的天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠所獲得之電力的成本大約是從相等或稍大規(guī)模的粉煤式發(fā)電廠所獲得電力之成本的60％，而那里粉煤的價格僅為天然氣的60％。
Bailie的美國專利No.3,853,498描述了一種間接加熱的生物質(zhì)燃氣發(fā)生器，它采用了來自一固定的(沸騰流化床)放熱型炭燃燒器的熱床物料間接地使供給至一吸熱型固定(沸騰床)脫揮發(fā)器(也稱作燃氣發(fā)生器或熱裂化器)的生物質(zhì)物料干燥和脫揮發(fā)。因為Bailie工藝所采用的生物質(zhì)具有高的揮發(fā)物含量(重量百分比大于80％)，大多數(shù)或所有的由炭燃燒而放出的熱量要被用來供給脫揮發(fā)器的吸熱需求。為此，Bailie的生物質(zhì)燃氣發(fā)生器對煤而言并不適用。它沒有被結合到聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中。
Feldmann等人的美國專利4,828,581描述了一種優(yōu)于Bailie專利的改進，用于特別的間接加熱生物質(zhì)燃氣發(fā)生器/脫揮發(fā)器的容器設計?！?81專利描述了一種雙區(qū)間接加熱的生物質(zhì)脫揮發(fā)器。與Bailie的專利一樣，利用初始流化用蒸汽或再循環(huán)產(chǎn)品氣體而產(chǎn)生的初始流化速度是發(fā)生在固定或沸騰區(qū)域內(nèi)(低于7英尺/秒(FPS))。然而，一旦將高揮發(fā)性的生物質(zhì)給料引入這個第一區(qū)域的頂部，大量的揮發(fā)性物質(zhì)和生物質(zhì)內(nèi)含水份的快速釋放所產(chǎn)生的速度(15 FPS以上)足以完全攜帶具有殘余煤粉的床層物料?！?81號專利所采用之容器的長度-直徑比大于Bailie脫揮發(fā)器(在6∶1以上)。容器在單位橫截面積上的流量是固定(沸騰)流化床生物質(zhì)氣體發(fā)生器的10倍。沒有’581號專利帶有煤脫揮發(fā)器應用或者將之組合到一個聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠內(nèi)的描述。Feldmann的雙區(qū)脫揮發(fā)器容器設計方案不能在多煤份情況下工作。這是因為煤不能釋放足夠的水份和揮發(fā)性物質(zhì)，因而不能將所要求之7 FPS以下的固定床(沸騰)流化速度提高至穩(wěn)定攜帶流所需要的15FPS以上。即使對那些等級較低、水份含量較高的煤勉強可以釋放出足夠用于攜帶流的揮發(fā)性物質(zhì)，一個要求其“第一空間”的速度必須在7 FPS以下的雙區(qū)氣體發(fā)生器，即增加了復雜性，又無可補償?shù)膬?yōu)點。與Bailie專利一樣，該容器沒有結合到一聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中。
Schemenau的美國專利No.4,901,521描述了一種燃煤型燃氣透平-蒸汽聯(lián)合透平發(fā)電廠，它利用了一循環(huán)流化床(CFB)鍋爐或沸騰流化床鍋爐。在一實施例中，熱的CFB鍋爐的床層物料只和CFB床的返回管道內(nèi)的原煤給料的一部分直接接觸。這一技術不能產(chǎn)生一流化區(qū)域。因此，只有一部分用作燃氣透平之燃料的煤的揮發(fā)性物質(zhì)可以回收。在另一實施例中，將一固定(沸騰床)的煤燃燒器(非CFB)與一固定的(沸騰)流化床脫揮發(fā)器(它們又叫作除氣器/氣體發(fā)生器)以類似于Bailie的方式(但是是用煤，不是生物質(zhì))一起使用。該脫揮發(fā)器是借助含CO2和N2的鍋爐廢氣來實現(xiàn)流化，因而基本上能稀釋產(chǎn)品氣體的Btu(英國熱量單位)含量。
此外，在Schemenau專利中采用一固定流化床脫揮發(fā)器會導致較低的流量。還由于其熱裂化要比采用CFB脫揮發(fā)器所能達到的為少而造成具有較高含量的焦油及冷凝液體的產(chǎn)品氣體。Schemenau沒有和告知或建議如何使效率較高的燃氣透平發(fā)電量與效率較低的蒸汽透平發(fā)電量混合的比率最大化，這是因為(1)只有一部分，不是全部的原煤都直接供給到脫揮發(fā)器內(nèi)；(2)一部分透平廢氣的顯熱不是用于預熱在透平燃燒器(同流換熱器(recuperator))之前的透平空氣壓縮機的排放物；(3)一部分透平廢氣的顯熱不是用于預熱燃氣透平壓縮機排放物；(4)流化床鍋爐的床層物料或廢氣顯熱不是用于預熱氣體壓縮機的空氣排放物；(5)脫揮發(fā)器缺乏確實的氣體密封裝置，因而不能防止產(chǎn)生的一部分揮發(fā)性物質(zhì)逃逸至燃燒器或其出口；以及(6)不能在需要時通過對脫揮發(fā)器添加蒸汽及空氣或氧氣來增加可燃氣體的產(chǎn)量。
Gounder的美國專利No.5,255,507作了這樣的描述將一煤基CFB鍋爐與一燃氣透平循環(huán)相結合，并采用一與一外部流化床燃氣透平空氣加熱器聯(lián)合的同流換熱器。然而，’507專利沒有描述將一煤基CFB鍋爐與一藉CFB鍋爐的熱床材料間接加熱的脫揮發(fā)器相結合的情況?！?07號專利沒有告知或建議關于如何將燃氣透平循環(huán)發(fā)電量與蒸汽透平循環(huán)發(fā)電量的比率最大化，這是因為(1)一部分原煤是直接供給至CFB鍋爐；(2)來自氣體發(fā)生器的顯熱不是用于預熱燃氣透平壓縮機的空氣；以及(3)來自CFB鍋爐廢氣的顯熱不是用于預熱燃氣透平壓縮機的空氣。在’507專利中，燃氣透平的輸入燃料是由天然氣而不是煤氣的“第一燃料源”供給。當天然氣可通過管道獲得時，迄今所采用的任何一種煤基發(fā)電技術很少含有比它經(jīng)濟的(以每千瓦小時的發(fā)電量計，它們的基本投資要高2至3倍，燃料效率要低20％至35％，操作和維修費用要高2倍)。
授予Dietz的歐洲專利607,795描述了一種以類似于Grounder專利的方式結合在一聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的CFB機組。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)和工藝。提供了一種通過揮發(fā)性含碳給料(例如煤)來發(fā)電的燃氣透平循環(huán)(Brayton循環(huán))和蒸汽透平循環(huán)(Rankine)電廠，其中，燃氣透平完全與一傳統(tǒng)的煤全攜帶床(coal fully entrained)(“CFB”)鍋爐以及一煤全攜帶床(“CFB”)脫揮發(fā)器/熱裂化器組合在一起。另外，揮發(fā)性給料可以是瀝青、奧里姆遜(orimulsion)、渣油或重油、頁巖、瀝青砂或生物質(zhì)。本發(fā)明的CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器利用了CFB鍋爐的熱床層物料來間接地供給含碳給料(例如煤)的脫揮發(fā)和裂化需要吸入的熱量。
該CFB鍋爐采用燃氣透平廢氣來作為CFB鍋爐流化氣體和燃燒空氣的全部或部分供氣。燃氣透平的部分輸入熱量是由CFB鍋爐的熱床層物料、熱煙道氣以及燃氣冷卻來提供的，因而可減小燃氣透平燃燒器的燃料需求，并使效率較高、基本投資較低的Brayton循環(huán)發(fā)電量與率較低、基本投資較高的Rankine循環(huán)發(fā)電量的比值最大。
或者，通過利用蒸汽和空氣或氧氣來替換在脫揮發(fā)器/熱裂化器內(nèi)充當流化氣體的某些或全部的再循環(huán)產(chǎn)品氣體，也可以使Brayton循環(huán)發(fā)電量相對Rankine循環(huán)發(fā)電量的比值最大化。因此，產(chǎn)品氣體的產(chǎn)量增加，并且從含較低揮發(fā)性物質(zhì)給料所獲得之炭的量減小。在該實施例中，燃氣透平的部分輸入熱量是借助熱交換器來獲得的。
這種間接受熱全攜帶流的CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器的流化可攜帶由此產(chǎn)生的具有再循環(huán)裂化煤的揮發(fā)物(產(chǎn)品氣體)的揮發(fā)攜帶物。當采用低揮發(fā)性給料或者是需要較高的氣體產(chǎn)量時，可添加蒸汽和空氣或氧氣來替代產(chǎn)品氣體。該CFB鍋爐可接納已脫揮發(fā)的煤或其它已脫揮發(fā)的給料(炭)以及稍有冷卻的床層物料，并使炭燃燒而重新加熱床層材料，并提供用于Rankine能量循環(huán)以及可選擇地用于Brayton循環(huán)的部分熱能。
因此，本發(fā)明的一個目的在于，對于含任何給定揮發(fā)物含量的煤，通過將燃氣透平發(fā)電量與蒸汽透平發(fā)電量的比值最大化來克服傳統(tǒng)技術的缺陷。
本發(fā)明的另一目的在于，通過利用所有可獲得的高級別(高溫)的熱量在煙道氣體燃燒之前對燃氣透平壓縮機的空氣加以預熱，使Brayton循環(huán)的發(fā)電量與Rankine循環(huán)的發(fā)電量的比值最大化。
本發(fā)明的又一個目的在于，它可回收來自燃氣透平廢氣(借助于一同流換熱器)、熱的產(chǎn)品氣體(熱裂化的煤揮發(fā)性物質(zhì))、CFB鍋爐床層物料以及熱的CFB鍋爐煙道氣體的熱量來預熱燃氣透平壓縮機空氣。
本發(fā)明的另一目的在于，使所有的碳給料完全地脫揮發(fā)和熱裂化，從而產(chǎn)生一用于發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)品氣體。
本發(fā)明的另一目的在于，即使在低揮發(fā)性物質(zhì)的情況下，也能通過向脫揮發(fā)器引入蒸汽和空氣而增大效率較高的Brayton循環(huán)的發(fā)電量。這樣就增加了氣體產(chǎn)量并減少了炭產(chǎn)量，與利用熱交換器將熱量傳遞給燃氣透平(Brayton循環(huán))相比，其成本更加經(jīng)濟。
本發(fā)明的又一個目的在于，能利用各種級別的煤的揮發(fā)性含量來增大一煤基發(fā)電系統(tǒng)的效率。
本發(fā)明的又一個目的在于，只用過剩熱量來產(chǎn)生(具有最高的實際蒸汽循環(huán)效率)蒸汽(包括過熱的和再熱的蒸汽)，而這種過剩熱量在燃氣透平壓縮機空氣被引入至燃氣透平燃燒器之前不能有效地被用來對其進行預熱。
本發(fā)明的另一個目的在于，當在與基本上在CFB鍋爐內(nèi)脫揮發(fā)的碳給料發(fā)生放熱反應時可利用透平廢氣中所有可以獲得的氧氣。
本發(fā)明的另一個目的在于，通過利用一帶有一放熱型鍋爐燃燒器的常壓工作CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器以及一將來自CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器的產(chǎn)品氣體作為燃料的燃氣透平，來降低現(xiàn)有的煤基發(fā)電系統(tǒng)的等級。
本發(fā)明的另一個目的在于，產(chǎn)生一過剩的產(chǎn)品氣體，以便輸出而用于化工廠或普通供氣(家用煤氣)。
采用本發(fā)明的CFB(攜帶流)脫揮發(fā)器/熱裂化器的一個優(yōu)點在于，與另一種反應器相比，它具有較高的流量、較少的焦油和冷凝油。
利用一部分炭來驅動脫揮發(fā)工藝的優(yōu)點在于，它能夠儲存起所有的裂化煤揮發(fā)性物質(zhì)，以作燃氣透平的優(yōu)質(zhì)燃料之用。
與通過空氣或昂貴的氧氣在常壓下或在燃氣透平壓力下實現(xiàn)部分氧化的傳統(tǒng)的全煤氣體發(fā)生器相比，本發(fā)明的煤脫揮發(fā)和熱裂化工藝的一個優(yōu)點在于，它具有一較低的產(chǎn)氣吸熱需求，在生產(chǎn)450Btu/SCF(標準立方英尺)之上的燃氣時，對吹送氧氣的氣體發(fā)生器小于300Btu/SCF，對吹送空氣的氣體發(fā)生器小于150Btu/SCF。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，最終的產(chǎn)品氣體可以直接替代大多數(shù)市購的燃氣透平內(nèi)的天然氣，并且較小的氣體體積可以減少氣體壓縮能量的損耗、顯熱損耗和氣體清潔設備的尺寸及成本。
本發(fā)明還有一優(yōu)點在于，在CFB鍋爐和脫揮發(fā)器的再循環(huán)床層物料內(nèi)采用了堿性的硫吸附劑，這樣就可以俘獲大量的硫并且無需進行H2S的消除工作。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點在于，其生產(chǎn)工藝過程既可以在常壓進行也可以用在透平供給壓力下進行。在透平供給壓力下，透平廢氣進入一傳統(tǒng)的余熱回收蒸汽發(fā)電機(HRSG)，并且沒有被用作CFB炭燃燒器的供氣。此加壓的CFB炭燃燒器的供氣是由一部分燃氣透平空氣壓縮機的廢氣來提供的。
本發(fā)明的還有一個優(yōu)點在于，當燃氣透平廢氣量超過CFB鍋爐燃燒空氣需求，或者是本發(fā)明工藝是以加壓方式工作時，本發(fā)明的工藝可以在帶有或者沒有一輔助的HRSG的情況下進行。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，可以在有或者沒有CFB鍋爐的外或內(nèi)流化床燃氣透平空氣預熱器的情況下，采用所述工藝。
本發(fā)明的特征包括但不限于當原煤或CFB鍋爐的其它給料的碳產(chǎn)量不足以用完作為燃燒供氣之透平廢氣時，可以部分地補充原煤或CFB鍋爐的其它給料(以某些效率損失為代價)；當燃氣透平廢氣的O2含量不夠或需要簡化循環(huán)時，可以部分或全部地采用CFB鍋爐的補充燃燒供給空氣(以某些效率損失為代價)；當(1)需要有附加的氣體產(chǎn)量和較小的炭產(chǎn)量以便使燃氣透平(Brayton)的發(fā)電量最大化時，或(2)通過CFB鍋爐再循環(huán)熱床物料只能獲得不足以全部脫揮發(fā)或熱裂化的熱量或溫度時，可采用蒸汽和/或對脫揮發(fā)器/熱裂化器供給部分的或含氧的空氣、或采用熱的產(chǎn)品氣體流；在燃氣透平使用之前(當氣體的一部分再循環(huán)以用于脫揮發(fā)器的流化氣體之后)或者是可以采用熱氣體清潔方法時，已脫揮發(fā)且裂化的高Btu產(chǎn)品氣體可以被冷卻(通過熱交換器或水冷)并能對其顆粒、冷凝物和酸性氣體加以清潔用以儲存顯熱以提高燃氣透平的效率；所述CFB鍋爐可以以一種能產(chǎn)生CO燃氣的還原(亞理想狀態(tài))方式運行，或者通過燃燒燃氣透平空氣或蒸汽的熱交換器來間接地使用。
因此，本發(fā)明的一個方面涉及利用含碳給料發(fā)電的工藝方法，它包括以下步驟a.提供第一和第二個全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)，一傳熱物料回路經(jīng)過其中連續(xù)循環(huán)，并且分別由第一和第二流化氣體流化；b.將一種揮發(fā)性含碳給料引入所述第一全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)；
c.用所述傳熱物料加熱所述揮發(fā)性含碳給料，加熱足夠一段時間以生產(chǎn)出(1)一種由部分熱裂的揮發(fā)性物質(zhì)組成的產(chǎn)品氣體和(2)基本上脫揮發(fā)的給料。所述傳熱物料以約為1000°F和2400°F之間的第一溫度進入第一反應區(qū)，由于所述第一反應區(qū)的吸熱作用，所述傳熱物料以低于第一溫度的第二溫度移出所述反應區(qū)；d.將所述基本上脫揮發(fā)的給料與所述傳熱物料從所述氣體產(chǎn)物分離，并且再一些所述產(chǎn)品氣體再循環(huán)作為多數(shù)第一流化氣體；e.將所述基本脫揮發(fā)給料與來自步驟d的所述傳熱物料和作為所述第二種流體氣體的一種含氧透平廢氣一起引入第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)；f.在有所述含氧透平廢氣的情況下、以高于所述第一全攜帶流循環(huán)流化反應區(qū)溫度之上的溫度對所述基本脫揮發(fā)給料進行放熱反應，反應經(jīng)過一段時間以使基本脫揮發(fā)給料充分燃燒燃燒，生產(chǎn)出一種燃料氣體，使用于燃氣透平的壓縮空氣進氣預熱，生成高壓蒸汽，并且使第二溫度的所述傳熱物料溫度上升到比所述第一溫度高，所述高壓蒸汽傳送到一蒸汽透平用以發(fā)電；g.將產(chǎn)品氣體和空氣引入燃氣透平，在燃氣透平內(nèi)燃燒產(chǎn)品氣體和空氣，從而提供能量和生成出溫度為至少約800°F至1200°F的透平廢氣；以及h.將步驟g的含氧透平廢氣作為第二種流化氣體和專用或初級燃燒空氣進氣再循環(huán)到第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)。
本發(fā)明另一方面涉及一種系統(tǒng)，其至少包括a.第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐，包括熱量傳送物料的循環(huán)床，用于使揮發(fā)性含碳給料脫揮發(fā)化和熱裂，并且能夠產(chǎn)生基本脫揮發(fā)碳給料和產(chǎn)品氣體，所述第一全攜帶流流化循環(huán)床包括1.用于引入需使之脫揮發(fā)化和熱分裂的揮發(fā)性含碳給料的入口裝置；2.用于將基本上脫揮發(fā)給料和循環(huán)熱傳送物料與氣體產(chǎn)品分離的分離裝置，并且包括為了熱回收和滌氣而排除產(chǎn)品氣體的出口裝置；3.連接到出口上以回收來自產(chǎn)品氣體的感應熱的第一熱量回收裝置；4.用于使用作第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的一部分流化氣體的一些產(chǎn)品氣體的第一再循環(huán)管路；5.特別是在揮發(fā)性較低的給料情況下，還可選用補充出口，以將蒸汽和/或空氣或氧氣引入，以增加氣體產(chǎn)量并且減少炭產(chǎn)量；以及b.第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐，包括一爐區(qū)、沸騰區(qū)和一分離區(qū)，一固體/氣體分離區(qū)以及包括連續(xù)循環(huán)的傳熱物料，能夠在基本上脫揮發(fā)碳給料和含氧透平廢氣之間發(fā)生一放熱反應，以生成燃料氣體、高壓蒸汽、預熱的燃氣透平壓縮空氣和溫度為第一溫度或更高溫度的再加熱的傳熱物料；c.與所述分離裝置流體連通的第一流動管路，用于將所述一部分分離的、基本脫揮發(fā)的碳給料和來自所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的傳熱物料引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐；d.用于將來自所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的所述分離區(qū)的傳熱物料傳送到所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的第二流動管路；e.用于將來自所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的所述產(chǎn)品氣體傳送到一滌氣系統(tǒng)中以去除氮和含污染物質(zhì)和顆粒的硫以形成凈化產(chǎn)品氣體的第三流動管路；f.用于將第一部分的所述凈化產(chǎn)品氣體引入所述第一全攜帶流流化循環(huán)床反應爐的第四流動管路，并且將第二部分氣體引入一壓縮機以產(chǎn)成用于燃氣透平的壓縮產(chǎn)品氣體以提供能量；g.用于為一燃氣透平和膨脹透平形成壓縮空氣進氣的燃氣透平空氣壓縮機；h.用于將所述壓縮空氣傳送到一燃氣透平的第五流動管路；以及i.一連接到所述第四和第五流動管路上的燃氣透平燃燒器，以燃燒凈化的產(chǎn)品氣體的所述第二部分和壓縮空氣，從而提供能源和可再利用的透平廢氣，并且包括用于將所述透平廢氣作為流化氣體引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的第六流動管路。
通過以下詳細描述和附圖可對本發(fā)明的這些和那些目的、優(yōu)點、特征和內(nèi)容有進一步的了解。
附圖的簡要說明

圖1A和1B是說明本發(fā)明第一實施例的流程圖，其中，沒有對用于燃氣透平燃燒器的壓縮供氣進行預熱。該發(fā)電循環(huán)是以某些總效率損失為代價而被簡化的。如果給料包含的揮發(fā)性物質(zhì)不足以產(chǎn)生足夠的燃氣而使燃氣透平發(fā)電量(Brayton循環(huán))與蒸汽透平發(fā)電量(Rankine循環(huán))的比值最大化，那么就可以在脫揮發(fā)器內(nèi)使用補充的流化蒸汽和/或空氣或氧氣，以通過部分氧化而增大燃氣產(chǎn)量并減少炭產(chǎn)量。
圖2A和2B是說明本發(fā)明一較佳實施例的流程圖，其中，利用了相當大部分的透平廢氣熱量、產(chǎn)品氣體顯熱、CFB鍋爐床層物料的熱量以及CFB鍋爐的煙道氣體熱量，在燃氣壓縮機的排放空氣被引入燃氣透平燃燒器之前對其進行預熱，從而使燃氣透平(Brayton cycle)發(fā)電量最大化，并使蒸汽透平(Rankine循環(huán))的發(fā)電量相應減小。
對本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明提供了一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(“CCPP”)工藝以及實施該工藝的設備。因此，本發(fā)明是將一燃燒脫揮發(fā)煤炭的CFB鍋爐(例如反應器、反應區(qū))以及一CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器(例如反應器、反應區(qū)域)組合在一起。脫揮發(fā)器/熱裂化器是借助從所述CFB燃煤鍋爐再循環(huán)的熱的固體物間接加熱的。通過使一部分熱裂化的煤揮發(fā)性物質(zhì)再循環(huán)，就可以發(fā)生流化并達到攜帶速度。熱裂化的煤揮發(fā)物用作燃氣透平的燃料。燃氣透平的廢氣既可用作流化氣體也可用作CFB燃煤鍋爐的燃燒空氣源。
在本發(fā)明的一較佳實施例中，燃氣透平壓縮機的排放空氣，又稱作壓縮空氣(通常是600°F至700°F)，是受到預熱的。預熱的熱量是由燃氣透平廢氣(通常是900°F至1200°F)和/或來自產(chǎn)品氣體(裂化的煤揮發(fā)性物質(zhì))和/或燃煤CFB鍋爐熱床層物料和/或排放(煙道)氣體提供的。對于具有某一給定揮發(fā)物含量的煤，這樣能使效率較高、基本投資較低的Brayton循環(huán)發(fā)電量(燃氣透平循環(huán))與效率較低、基本投資較高的Rankine循環(huán)發(fā)電量(蒸汽循環(huán))的比值最大化。作為一個實用的設備，由于煤基CFB鍋爐將在介于1500°F至2000°F之間的床溫下工作，以及脫揮發(fā)器/熱裂化器是在一個略低于此的溫度下工作，所以必須利用相當大量的產(chǎn)品氣體才能達到現(xiàn)時的燃氣透平最大燃燒溫度2350°F(將來的透平設計建議該溫度為2500°F)。如果要把透平空氣壓縮機的排放空氣加熱到1200°F以上，陶瓷的熱交換器是比金屬的熱交換表面更為合適。
煤的揮發(fā)物含量隨著煤的級別和等級而發(fā)生很大的變化。無煙煤幾乎沒有揮發(fā)性物質(zhì)，因而不太適合于本發(fā)明的發(fā)電循環(huán)。本發(fā)明所采用的碳給料應該包含20％以上的揮發(fā)物，以便產(chǎn)生足夠的燃氣透平的燃料，例如產(chǎn)品氣體?？刹捎醚a充的蒸汽和/或空氣或氧氣來增大低揮發(fā)性燃料的氣體產(chǎn)率。可以采用的碳給料的揮發(fā)物含量沒有上限。在高揮發(fā)物含量的碳給料的情況下，如果沒有足夠的炭來達到CFB鍋爐循環(huán)的最優(yōu)蒸汽循環(huán)效率，并且所述鍋爐還充當燃氣透平的余熱蒸汽發(fā)電機或HRSG，那么在該鍋爐中就可以采用補充燃料或一部分產(chǎn)品氣體。瀝青煤通常含有重量百分比為20％至30％的揮發(fā)性物質(zhì)，使用起來可以令人滿意。如果產(chǎn)生的瀝青煤揮發(fā)性物質(zhì)的燃燒不能提供足夠的燃氣透平廢氣來滿足所有的CFB燃煤鍋爐的燃燒供氣需求，那么就可添加補充的燃燒空氣。
無論煤的揮發(fā)物含量如何，只要簡單地增大再循環(huán)產(chǎn)品氣體部分和/或采用補充的蒸汽和空氣或氧氣，總中能夠獲得足夠的煤揮發(fā)物，從而使CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器流化沸騰而達到完全攜帶的流動速度。以沸騰或固定流化床以及循環(huán)或攜帶床為特征的流化速度受到床層的顆粒尺寸和密度的影響。對反應器，例如涉及本發(fā)明的燃燒器和氣體發(fā)生器類型而言，顆粒尺寸和密度通常會導致沸騰床的流化速度在5英尺/秒以下，完全攜帶或CFB流動速度在15英尺/秒以上。過渡的且有時不穩(wěn)定的流動速度在5至15英尺/秒之間。適用于本發(fā)明的攜帶流速是在10至50英尺/秒之間，較佳的是在20至40英尺/秒之間。流速在50英尺/秒以上時，會發(fā)生反應器嚴重腐蝕和旋風現(xiàn)象。
像次瀝青煤、褐煤和泥煤等級別較低的煤具有漸次升高的揮發(fā)物含量。雖然在描述本發(fā)明時用的是各種煤，但合適的揮發(fā)性含碳給料還可以包括奧里姆遜、油頁巖、瀝青砂和生物質(zhì)。如果目前的用于高揮發(fā)性給料的脫揮發(fā)方法會產(chǎn)生過多的燃氣透平燃料，進而造成過多的透平廢氣無法被有效地用作煤基CFB鍋爐的流化沸騰氣體和燃燒空氣(同時保存最小量的多余空氣，以使鍋爐的效率良好)，那么就可以把透平廢氣部分引至一余熱蒸汽發(fā)電機(HRSG)。較率低一些但花費較少一些的變化形式是對CFB燃炭鍋爐添加一些原煤，這樣會增加的鍋爐燃燒空氣需求，可通過燃氣透平廢氣來完全滿足(燃氣透平廢氣通常包含大約15％的O2，這已經(jīng)足夠超過CFB鍋爐燃燒的供氣量)。
此外，利用本發(fā)明生產(chǎn)的透平廢氣或者甚至是傳統(tǒng)的燃燒天然氣的氣輪機廢氣來作為CFB鍋爐的燃燒供氣，可以獲得較高的氧氣利用率(較少的剩余空氣)和較高的鍋爐效率。與傳統(tǒng)的空氣供給式CFB鍋爐相比，由于低氧含量廢氣(12％-15％的O2比20％)的煙道氣體再循環(huán)作用，供給一完全燃燒CFB鍋爐燃燒器的透平廢氣還能產(chǎn)生較低的NOx排放量。
本發(fā)明的燃炭CFB鍋爐和CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器可以在近似于大氣壓力(15至30psia)下工作，或者是在燃氣透平燃料供給壓力(通常是10至30個大氣壓)下工作。兩個反應器之間的壓力差通常保持為小于1大氣壓，以避免兩個容器之間的氣體密封損失以及從一個到另一個的氣體泄漏。如果是在高壓下工作，透平廢氣被排放至一常壓HRCG，而CFB炭燃燒器的燃燒空氣則由燃氣透平空氣壓縮機或一單獨的空氣壓縮機來供給。
該工藝可以在有或者沒有補充HRCG的情況下工作，它可以在有或者沒有對CFB燃炭鍋爐補充供給空氣或補充供給煤的情況下工作，它也可以在有或者沒有一同流換熱器、有或者沒有燃氣透平空氣的預加熱器的情況下工作。
如果CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器的工作溫度不足以獲得足夠的脫揮發(fā)和/或裂化或氣體產(chǎn)量，可以添加蒸汽和/或空氣或氧氣，以便與流化的再循環(huán)產(chǎn)品氣體一起或取代它們來提高溫度和/或氣體產(chǎn)量，而對產(chǎn)品氣體的熱值僅有少量的稀釋。CFB燃炭鍋爐還可以在亞理想狀況下工作，以產(chǎn)生CO而不是CO2(兩者都被N2稀釋)。這種低Btu的CO燃料可以被清潔、壓縮以及與高Btu的產(chǎn)品氣體混合，并且可以在燃氣透平內(nèi)燃燒，或者，它們也可以分開在一個燃燒式加熱器內(nèi)燃燒，以便預熱燃氣透平壓縮空氣或產(chǎn)生高壓的過熱蒸汽。在本文中，術語“低Btu氣體”是指在較高加熱基礎上熱值小于150 BTU/SCF的氣體。術語“中等BTU氣體”是指在較高的加熱基礎上熱值介于150至350 BTU/SCF之間的氣體。術語“高BTU氣體”是指在較高的加熱基礎上熱值大于350 BTU/SCF的氣體。
根據(jù)本發(fā)明，傳熱的床層物料可以是惰性的耐火材料(例如砂、石英、二氧化硅、玻璃等)、堿性的吸附材料(例如石灰石、白云巖)、或者是一支持催化劑。由于本發(fā)明可以利用一傳統(tǒng)的CFB煤基鍋爐(具有一鍋爐部分、攜帶床燃燒部分以及固相/氣相分離部分)以及一市購的燃氣透平，所以通過添加一CFB煤基脫揮發(fā)器/熱裂化器以及一燃氣透平(基本上如圖1所示)，可將現(xiàn)有的CFB煤基鍋爐重新裝備以提高其效率和發(fā)電量。在用本發(fā)明技術來重新裝備一現(xiàn)有的CFB鍋爐時唯一不能從市場上購得的設備是CFB煤脫揮發(fā)器/熱裂化器，由于它具有較高的流過量，所以體積較小、易于構建且成本相對低廉。
很多燃氣透平都具有膨脹機能力，這比它們的空氣壓縮機能力要大10％至25％。當采用這樣的燃氣透平時，利用來自于產(chǎn)品氣體冷卻或CFB鍋爐煙道氣體冷卻而獲得的低級顯余熱，來潤濕干凈的產(chǎn)品氣體。借助這一技術可將透平輸出量提高至20％，并同時在熱耗方面有一些改善。
根據(jù)本發(fā)明，在脫揮發(fā)器內(nèi)的駐留時間是在0.5至5秒之間的一個足夠的時間段，以便產(chǎn)生(1)包括部分熱裂化揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)品氣體，以及(2)基本揮發(fā)的固體碳給料。部分裂化的揮發(fā)性物質(zhì)可提供第一流化氣體。傳熱物料在大約1000°F至2400°F之間的第一溫度進入CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器，并在低于第一溫度的第二溫度排出，這是因為第一反應區(qū)(CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器)需要吸熱。CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器工作時的脫揮發(fā)固體的溫度大約是在1000°F以上，較佳的是在大約1400°F以上，最好是在大約1700°F以上。此外，脫揮發(fā)固體的溫度低于大約2400°F，較佳的是低于大約2200°F，最好是大約2000°F。CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器在低于1000°F的溫度下工作，會使碳給料的脫揮發(fā)效果不佳并導致熱裂化不充分。在2400°F以上的溫度時，在CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器內(nèi)將發(fā)生結渣和灰分熔化現(xiàn)象。
本發(fā)明的CFB鍋爐可使來自于CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器的基本脫揮發(fā)的給料在有含氧的透平廢氣的情況下發(fā)生放熱反應。該反應發(fā)生的溫度是在CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器溫度之上。該放熱反應所發(fā)生的時間段應該足以使基本脫揮發(fā)的給料燃燒，并產(chǎn)生一煙道氣體。熱的煙道氣體和床層物料可用來預熱透平空氣并產(chǎn)生高壓蒸汽，并且可借助放熱反應所放出的熱量而將傳熱物料的溫度從第二溫度升高至大于或等于第一溫度的溫度。
在本發(fā)明的燃氣透平中，被清潔的產(chǎn)品氣體和壓縮空氣發(fā)生燃燒，并形成了溫度至少為大約800°F至1200°F的透平廢氣，該廢氣還包含足夠用于CFB鍋爐的氧。
圖1A、1B、2A和2B所示的系統(tǒng)包括供物料在各處理站之間傳送的流動管道。這些流動管道含有本技術領域的普通技術人員熟知的必需的閥和流動控制裝置，以幫助固體和/氣體在各處理站之間的傳送，但它們未在圖中示出。如果需要，也可以采用若干個泵、壓縮機和鼓風機，它們的布置和容量是本技術領域的專業(yè)人員所熟知的。下面將結合圖1A、1B、2A和2B來描述本發(fā)明。
在圖1A和1B中，原煤或其它含揮發(fā)性含碳給料預先被粉碎至與攜帶流或CFB反應器(被同時使用的)相符合的尺寸，通常其最大顆粒尺寸在1/4″以下，粉碎后的碳給料通過一低壓型密封送料器，例如一旋轉式加料艙、星形閥、或其它一些可以從市場上購得的用于現(xiàn)有CFB鍋爐的壓力密封送料器。送給的物料從一個或多個進料口12進入一攜帶流化床反應器10的底部。反應器10內(nèi)部由耐火材料來鑲襯和保溫。來自CFB鍋爐系統(tǒng)30的熱的傳熱物料通過管道45從一個或多個供給口16供給到所述CFB脫揮發(fā)器/熱裂化反應器10的底部。送給的物料和熱的固體傳熱床層材料可借助運輸氣體，即再循環(huán)的產(chǎn)品氣體24向上傳送，所述再循環(huán)的產(chǎn)品氣體可以用蒸汽和/或空氣或氧氣加以補充或代替，從而提高氣體的產(chǎn)出。運輸氣體被引導通過反應器10的底部，通過管道40，并通過一市購的CFB鍋爐和反應器共用的穿孔分配板(未示)。當熱的固體傳熱物料和供給的原料以一個足以維持穩(wěn)定攜帶流的速度(10英尺/秒以上，最好是15英尺/秒以上)向反應器10上方運送時，熱的床層物料內(nèi)的熱量通過傳導、對流和輻射相組合方式而被傳遞給送給的原料。于是，給料內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)被釋放出來，并且至少部分地熱裂化成為分子重量較低的非冷凝氣體(產(chǎn)品氣體)。
固體物質(zhì)是從反應器10的頂部去除，并且通過一固體-氣體分離系統(tǒng)14，該分離系統(tǒng)可以是一個或多個旋風式分離器、迷宮式分離器(U形梁或謝夫隆型)、或者是在市購的CFB鍋爐中通常采用的其它類似裝置。熱的產(chǎn)品氣體是從分離器14中去除并通過管道18，在該管道內(nèi)，氣體中的熱量可以在一個產(chǎn)品氣體再熱器內(nèi)間接地交換，即將通過管道40而用作CFB脫揮發(fā)器之流化氣體的冷的、清潔的產(chǎn)品氣體在這個再熱器內(nèi)重新被加熱。隨后，冷卻后的產(chǎn)品氣體管道18通過一傳統(tǒng)設計的產(chǎn)品氣體激冷和清潔系統(tǒng)22來去除H2S顆粒和冷凝液體。來自系統(tǒng)22的清潔的產(chǎn)品氣體被分流，一部分產(chǎn)品氣體通過管道24再循環(huán)，在該管道內(nèi)，借助一低壓鼓風機26使氣體增壓而使之足以用作反應器10內(nèi)的流化氣體。來自氣體清潔系統(tǒng)22的大部分產(chǎn)品氣體在進入燃氣透平燃燒器56之前在一高壓氣體壓縮機58內(nèi)受到壓縮。
從分離器14排出的固體物質(zhì)比那些通過管道45供給至脫揮發(fā)器的固體物質(zhì)要冷一些。這是因為吸熱的脫揮發(fā)及裂化反應加上送給原料內(nèi)的水份蒸發(fā)以及將給料加熱到反應器溫度(加上通過設備絕熱層的損失)所需要的吸熱量而造成的。來自系統(tǒng)14的分離后的固體物質(zhì)包括固體的傳熱物料以及炭渣。該物料在分離器底部以及一相連的非流化立管15內(nèi)沒有發(fā)生流化。該物料是通過管道19傳送的，并由可控的L-閥、J-閥、或其它在CFB鍋爐和類似流化系統(tǒng)內(nèi)通常使用的市購的固體再循環(huán)控制閥來加以控制。帶有炭的冷卻的傳熱物料從一爐膛32底部的一個或多個供給口34擠入到CFB鍋爐系統(tǒng)爐膛內(nèi)(反應區(qū)32)。該CFB鍋爐系統(tǒng)30是傳統(tǒng)的市購設計，它可以具有鑲襯耐火材料的保溫壁，或者是襯有蒸汽發(fā)生水管(水壁結構)。在CFB鍋爐系統(tǒng)內(nèi)再循環(huán)的熱的傳熱物料從一個或多個人口36進入CFB爐膛32的底部。燃氣透平廢氣被用作CFB鍋爐爐膛32的流化氣體，并通過管道62、位于CFB鍋爐爐膛32底部的傳統(tǒng)設計的分配板(未示)進入爐膛。
如果透平廢氣不能提供足以使CFB鍋爐系統(tǒng)30內(nèi)的炭有效燃燒的O2，可通過管道64添加補充的空氣。如果在脫揮發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生的炭不足以有效地利用燃氣透平廢氣管道62內(nèi)的O2含量，那么可通過管道66向CFB鍋爐爐膛32添加補充的煤給料，以便維持較佳的鍋爐效率。
固體和氣體物質(zhì)從CFB鍋爐爐膛32的頂部排放，并被引入一氣體/固體分離器38。分離后的氣體通過管道傳送至一傳統(tǒng)的對流鍋爐部分40，這一部分包含過熱器、再熱器、蒸汽發(fā)生器和省煤器。來自分離器38的分離固體被引入一非流化的立管39，它們在那里重新受到導向，或者是通過管道45并經(jīng)過一固體再循環(huán)控制閥41進入CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器反應器10，或者是經(jīng)過一第二固體再循環(huán)控制閥42重新回到CFB鍋爐爐膛32內(nèi)。來自CFB鍋爐系統(tǒng)的過熱蒸汽通過管道44傳送到一傳統(tǒng)的利用Rankine循環(huán)系統(tǒng)來發(fā)電的蒸汽透平發(fā)電機70。該系統(tǒng)包括一冷凝器和冷卻塔，并且可以包含或不包含由該系統(tǒng)共有的若干個再加熱和給水加熱的級段。CFB鍋爐煙道氣體是從鍋爐對流段40經(jīng)過管道46排出，并且在排入大氣之前經(jīng)過一通常的污染控制設備和煙囪。
清潔的壓縮煙道空氣通過管道57被引入一傳統(tǒng)的市購的燃氣透平燃燒器56內(nèi)。該傳統(tǒng)的燃氣透平還包括一壓縮機部分50和一透平部分52，所述透平部分可驅動壓縮機以及一用來發(fā)電的發(fā)電機。
在圖1A和1B中，由于利用具有高揮發(fā)物含量的給料或者是通過增大脫揮發(fā)器的產(chǎn)量可使給料能量的50％至70％被傳遞給透平(Brayton循環(huán))氣體或液體燃料，所以可使循環(huán)的效率最高，并且炭的產(chǎn)量也被限制為床砂再加熱以及高壓的再加熱蒸汽所需要的程度，這樣也能使循環(huán)效率最高。
圖2A和2B示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中，熱量在若干個位置上回收，以便在燃料氣體燃燒之前將燃氣透平壓縮機空氣，即壓縮空氣預熱到一個最大可能的溫度。這將使效率較高的燃氣透平(Brayton循環(huán))與效率較低的蒸汽透平(Rankine循環(huán))的比值最大化。在圖2A和2B中采用了與圖1A和1B相同的標號系統(tǒng)，只是在兩者共有的元件前面加了“1”。
該實施例中CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器(反應器)的送料和工作情況與圖1A和1B所示的系統(tǒng)相比沒有變化。與圖1A和1B所示的一樣，來自脫揮發(fā)器110的冷卻的傳熱固體床層物料和炭通過管道115從一個或多個入口134進入CFB鍋爐爐膛部分132，隨后，爐內(nèi)的傳熱固體和氣體流經(jīng)一固體/氣體分離器138。在絕熱立管139中，一部分分離出來的熱的固體經(jīng)過固體控制閥141和管道145重新回到CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器110。其余的傳熱固體物質(zhì)在經(jīng)過固體循環(huán)控制閥142和管道136之后被傳送至一個外部流化床透平空氣加熱器。
在一同流換熱器166內(nèi)預熱的被壓縮透平空氣通過管道167到達外部流化床空氣加熱器148。外部流化床空氣加熱器148可借助經(jīng)管道162和163傳送的一部分燃氣透平廢氣而流化沸騰至固定的流化床速度(小于7英尺/秒，最好是小于5英尺/秒)。在管道169內(nèi)預熱而升溫的空氣通過管道165返回透平燃燒器。這一外部流化床空氣加熱器類似于目前已上市的CFB鍋爐上所采用的外部流化床過熱器。從外部流化床空氣加熱器排出的略有冷卻的床層物料從一個或多個入口進入鍋爐爐膛132的底部。
CFB鍋爐煙道氣體排出至顆粒分離器138，并被引入到鍋爐的對流部分140。該煙道氣體先是通過將熱量傳遞給一個附加的燃氣透平壓縮空氣加熱器143而冷卻，所述加熱器用來自管道167的壓縮空氣來供氣。加熱后的壓縮空氣通過管道169和165返回燃氣透平燃燒器。
通過管道118從CFB脫揮發(fā)器/熱裂化器110而來的熱裂化揮發(fā)物(產(chǎn)品氣體)先是在一個附加的透平壓縮空氣加熱器119內(nèi)冷卻，所述加熱器用來自供給管道167的燃氣透平壓縮空氣來供氣，而被加熱的氣體返回管道165。將較冷的產(chǎn)品氣體從空氣加熱器119內(nèi)去除，并使之在一個能產(chǎn)生高壓過熱蒸汽的鍋爐121內(nèi)進一步冷卻。該蒸汽是通過管道144傳送至蒸汽透平170。然后，如圖1A和1B所描述的那樣，產(chǎn)品氣體進一步地被冷卻和清潔，并且被傳送到燃氣透平。
通過所有的燃氣透平壓縮空氣加熱器148，143和149而獲得的熱回收量受到材料方面的限制?，F(xiàn)在用于蒸汽鍋爐過熱器的金屬管被限制在大約1100°F。發(fā)展中的高溫金屬合金和陶瓷材料可承受較高的溫度。將透平空氣預熱到接近CFB鍋爐床層物料溫度(通常是1800°F至2000°F)可使總的系統(tǒng)熱量中的很大一部分被用于效率較高的燃氣透平循環(huán)，而不是用于效率較低的蒸汽透平循環(huán)。
在利用揮發(fā)性含量較高的給料的情況下，可以產(chǎn)生更多的用于燃氣透平的產(chǎn)品氣體，因此，可生產(chǎn)出比在CFB鍋爐130內(nèi)被有效利用的更多的透平廢氣，同時可維持較佳鍋爐效率所需要的最小的剩余空氣量(通常比上述O2的理想配比需求量20％要低)。如圖2A和2B所示的、無需使鍋爐效率變?yōu)檩^差的一種變化形式是，補充的原煤給料是如前所述的那樣通過管道166被直接引入到CFB鍋爐爐膛132內(nèi)的。然而，一個更為理想的變化形式是，透平廢氣的多余部分通過管道179傳送至通常在市購燃氣透平聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠內(nèi)的一傳統(tǒng)的余熱蒸汽發(fā)電機(HRSG)180，隨后再將這些冷卻的透平廢氣送到一排放站。來自HRSG 180的高壓或中壓的蒸汽通過管道182和184用于蒸汽透平。
雖然上面已結合一特定實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，本技術領域的普通技術人員還可在這些描述和附圖的基礎上作出很多變型或變化都是很明顯的。因此，本發(fā)明旨在涵蓋落入所附權利要求范圍內(nèi)的所有變型或變化。此外，文中引用的美國專利的內(nèi)容都援引在此以作參考。
權利要求
1.一種利用揮發(fā)性含碳給料發(fā)電的方法，包括a.提供第一和第二個全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)，一傳熱物料回路經(jīng)過其中連續(xù)循環(huán)，并且分別由第一和第二流化氣體流化；b.將一種揮發(fā)性含碳給料引入所述第一全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)；c.用所述傳熱物料加熱所述揮發(fā)性含碳給料，加熱足夠一段時間以生產(chǎn)出由部分熱裂的揮發(fā)性物質(zhì)組成的氣體產(chǎn)品和基本上脫揮發(fā)的給料，所述傳熱物料以約為1000°F和2400°F之間的第一溫度進入第一反應區(qū)，由于所述第一反應區(qū)的吸熱作用，所述傳熱物料以低于第一溫度的第二溫度移出所述反應區(qū)；d.將所述基本上脫揮發(fā)的給料和所述傳熱物料與所述氣體產(chǎn)物分離；e.將由步驟d所獲得的所述基本脫揮發(fā)給料和所述傳熱物料與作為所述第二種流體氣體的一種含氧透平廢氣一起引入第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)；f.在有所述含氧透平廢氣的情況下，以高于所述第一全攜帶流循環(huán)流化反應區(qū)溫度之上的溫度對所述基本脫揮發(fā)給料進行放熱反應，反應經(jīng)過一段時間以使基本脫揮發(fā)給料充分燃燒燃燒，生產(chǎn)出一種燃料氣體，使用于燃氣透平的壓縮空氣進氣預熱，生成傳送到一蒸汽透平的高壓蒸汽而產(chǎn)生電能和使第二溫度的所述傳熱物料溫度升高到與所述第一溫度相同或更高；g.將在步驟f中升溫的傳熱物料分離并且將一部分所述升溫傳熱物料傳送到所述第一反應區(qū)；h.將由步驟d生成的一部分所述產(chǎn)品氣體壓縮并且形成一壓縮產(chǎn)品氣體；i.提供來自一燃氣透平壓縮機的壓縮空氣；j.將所述壓縮產(chǎn)品氣體和所述壓縮空氣引入一燃氣透平燃燒器，使所述壓縮產(chǎn)品氣體和所述壓縮空氣在所述燃氣透平中燃燒，從而產(chǎn)生能量和溫度至少在約800°F至1200°F的含氧透平廢氣；以及k.使步驟j的所述含氧透平廢氣作為所述第二流化氣體再循環(huán)到所述第二全攜帶流循環(huán)流化反應區(qū)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟i(1).在將所述壓縮空氣引入步驟j的所述燃氣透平燃燒機之前，預熱步驟i的所述壓縮空氣，以使引入所述燃氣透平的壓縮空氣預熱。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括提供一同流換熱器；將步驟i的所述壓縮空氣引入所述換熱器；以及將步驟j的透平廢氣在其再循環(huán)到所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)之前引入所述換熱器，從而將熱量從所述透平廢氣傳遞到所述換熱器的所述壓縮空氣中以形成第一預熱溫度的預熱壓縮空氣。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括提供一第一空氣加熱器；將步驟i的所述壓縮空氣引入所述第一空氣加熱器；以及將步驟d的所述產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器，從而將熱量從所述產(chǎn)品氣體傳遞到所述第一空氣加熱器內(nèi)的所述壓縮空氣中以形成所述預熱壓縮空氣。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括提供一流化床空氣加熱器；將步驟g的另一部分所述分離傳熱物料引入所述流化床空氣加熱器并在其中流化；以及將步驟i的所述壓縮空氣引入所述流化床空氣加熱器，從而將熱量從所述傳熱物料傳遞到所述第一空氣加熱器中的所述壓縮空氣中以形成所述預熱壓縮空氣。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括在所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)的對流沸騰段提供第二空氣加熱器；以及將步驟i的所述壓縮空氣引入所述第二空氣加熱器，從而將熱量從所述沸騰段的燃料氣體中傳遞到所述壓縮空氣中以形成預熱的壓縮空氣。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟將所述第一預熱溫度的所述預熱壓縮空氣引入第一空氣加熱器；以及將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器，從而將熱量從所述產(chǎn)品氣體引到所述第一空氣加熱器中的所述預熱壓縮空氣中，而將所述預熱壓縮空氣的溫度升高到第二較高預熱溫度。
8.如權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟提供一流化床空氣加熱器；將一部分所述第一預熱溫度的所述預熱壓縮空氣和來自步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；進入所述流化床空氣加熱器；將另一部分在所述第一預熱溫度的所述預熱壓縮空氣和來自步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述流化床空氣加熱器；以及將所述產(chǎn)品氣體的熱量和所述傳熱物料的熱量傳遞到所述預熱壓縮空氣，而將所述各個加熱器中的所述預熱壓縮空氣的溫度升高到第二較高預熱溫度。
9.如權利要求3所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)的一對流沸騰段內(nèi)提供第二空氣加熱器；以及將所述第一預熱溫度的所述預熱空氣引入所述第二空氣加熱器，從而將所述沸騰段內(nèi)的燃料氣體的熱量傳遞到所述預熱壓縮空氣中以使其溫度升高到第二較高預熱溫度。
10.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括提供第一空氣加熱器，流化床空氣加熱器和在所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)中提供第二空氣加熱器；將步驟i的部分所述壓縮空氣引入所述第一空氣加熱器，引入所述流化床空氣加熱器以及引入所述第二空氣加熱器；將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；將步驟g的另一部分所述傳熱物料引入并且在所述流化床空氣加熱器中流化；以及將所述產(chǎn)品氣體的熱量、所述流化傳熱物料的熱量和所述沸騰段中的所述燃料氣體的熱量傳遞到所述各個加熱器中的所述壓縮空氣部分，以使之溫度上升到比其給料溫度高。
11.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括提供第一空氣加熱器和流化床空氣加熱器；將部分來自步驟i的所述壓縮空氣引入所述第一空氣加熱器和所述流化床空氣加熱器；將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；將來自步驟g的另一部分所述分離傳熱物料引入并且在所述流化床空氣加熱器中流化；以及將所述產(chǎn)品氣體和所述傳熱物料所述另一部分的熱量傳遞到所述各加熱器中的所述壓縮空氣部分，而使所述壓縮空氣溫度上升到高于其給料溫度。
12.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟包括提供第一空氣加熱器和第二空氣加熱器，所述第二空氣加熱器位于所述第二循環(huán)床反應區(qū)的一對流沸騰段中；將步驟i的部分所述壓縮空氣引入所述第一和第二空氣加熱器；將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；以及將所述產(chǎn)品氣體和所述燃料氣體的熱量傳遞到所述各加熱器的所述壓縮空氣中，以使所述壓縮空氣的溫度上升到高于其給料溫度。
13.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述預熱步驟還包括提供第一空氣加熱器和第二空氣加熱器，所述第二空氣加熱器位于所述第二循環(huán)床反應區(qū)的對流沸騰段中；將所述第一溫度的部分所述預熱壓縮空氣引入所述第一空氣加熱器以及引入所述第二壓縮空氣加熱器；將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；以及將所述產(chǎn)品氣體和所述燃料氣體的熱量傳遞到所述各個加熱器的所述壓縮空氣部分，以使所述壓縮空氣的溫度上升到高于所述第一預熱溫度。
14.如權利要求4，10，11，12或13所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟提供具有一高壓蒸汽發(fā)生器的所述第一空氣加熱器，并且在熱量傳遞到所述壓縮空氣之后，將所述產(chǎn)品氣體引入所述高壓蒸汽發(fā)生器以產(chǎn)生高壓蒸汽。
15.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還以下步驟1.使一部分溫度在約800°F和1200°F之間、來自步驟j的所述透平廢氣穿過一高壓和低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，在該處所述透平廢氣的熱量用于將所述蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中的水轉變成蒸汽，該蒸汽接著將引入一蒸汽透平用以發(fā)電。
16.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)各自都在近于大氣壓力的壓力下操作。
17.如權利要求1，2或3，其特征在于，對步驟d中所獲得的所述產(chǎn)品氣體進行滌氣以除去氮和含有污染物質(zhì)和顆粒的硫，以在步驟g的壓縮之前形成凈化的產(chǎn)品氣體。
18.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟d的所述揮發(fā)性含碳給料是從瀝青沙、瀝青煤和次瀝青煤中選出的。
19.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述揮發(fā)性含碳給料揮發(fā)性物質(zhì)的含量至少占重量的20％。
20.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述揮發(fā)性含碳給料是從瀝青煤和次瀝青煤中選出的。
21.如權利要求17所述的方法，其特征在于，一些所述凈化產(chǎn)品氣體作為第一流化氣體再循環(huán)到所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)中。
22.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一流化氣體以10英尺/秒至約40英尺/秒的速度引入所述第一反應區(qū)中。
23.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括將補充流化氣體引入至少一個所述全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)的步驟。
24.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括將補充的碳給料引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)的步驟。
25.一種用揮發(fā)性含碳給料發(fā)電的方法，包括a.提供第一和第二個全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)，一傳熱物料回路經(jīng)過其中連續(xù)循環(huán)，并且分別由第一和第二流化氣體流化；b.將一種揮發(fā)性含碳給料引入所述第一全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)；c.用所述傳熱物料加熱所述揮發(fā)性含碳給料，加熱足夠一段時間以生產(chǎn)出由部分熱裂的揮發(fā)性物質(zhì)組成的產(chǎn)呂氣體和基本上脫揮發(fā)的給料，所述傳熱物料以約為1000°F和2400°F之間的第一溫度進入第一反應區(qū)，由于所述第一反應區(qū)的吸熱作用，所述傳熱物料以低于第一溫度的第二溫度移出所述反應區(qū)；d.將所述基本上脫揮發(fā)的給料和所述傳熱物料與所述氣體產(chǎn)物分離，并且一些所述產(chǎn)品氣體作為所述第一流化氣體再循環(huán)；e.將由步驟d所獲得的所述基本脫揮發(fā)給料和所述傳熱物料與作為所述第二種流體氣體的一種含氧透平廢氣一起引入第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)；f.在有所述含氧透平廢氣的情況下、以高于所述第一全攜帶流循環(huán)流化反應區(qū)溫度之上的溫度對所述基本脫揮發(fā)給料進行放熱反應，反應經(jīng)過一段時間以使基本脫揮發(fā)給料充分燃燒燃燒，生產(chǎn)出一種燃料氣體，使用于燃氣透平的壓縮空氣進氣預熱，生成高壓蒸汽，并且使第二溫度的所述傳熱物料溫度上升到比所述第一溫度高，所述高壓蒸汽傳送到一蒸汽透平以發(fā)電；g.將再升溫的傳熱物料分離成第一和第二部分，所述第一部分作為所述傳熱物料輸送到所述第一反應區(qū)；h.提供來自一燃氣透平的壓縮段的壓縮空氣；i.提供一換熱器并將步驟h的所述壓縮空氣引入所述換熱器，而與來自一燃氣透平的透平廢氣成熱交換關系，從而將所述透平廢氣的熱量傳遞到所述換熱器中的所述壓縮空氣中以形成第一溫度的預熱壓縮空氣；j.提供第一空氣加熱器；將步驟h的一部分第一所述溫度的所述壓縮空氣引入所述第一空氣加熱器；并且將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器，從而傳遞所述產(chǎn)品氣體的熱量以使所述第一溫度的預熱壓縮空氣部分上升到比所述第一溫度高的第二溫度；k.提供流化床空氣加熱器；將步驟h的所述第一溫度的另一部分所述預熱壓縮空氣引入所述流化床空氣加熱器；并且將步驟g的所述傳熱物料的所述分離第二部分引入所述流化床空氣加熱器并使之流化，從而傳遞分離傳熱物料的所述第二部分的熱量，以使所述流化床加熱器中的預熱壓縮空氣的第一溫度上升到比所述第一溫度高的第三溫度；l.在所述第二循環(huán)流化床反應區(qū)的對流沸騰段中設置第二壓縮空氣加熱器，將步驟h的所述預熱壓縮空氣的另一部分引入所述第二空氣加熱器，從而所述第二全攜帶流循環(huán)流化床區(qū)中所生成的所述燃料氣體中的熱量傳遞到所述第二空氣加熱器中的所述壓縮空氣的另一部分，以形成處于比所述第一溫度高的第四溫度下的預熱壓縮空氣；m.提供壓縮產(chǎn)品氣體；n.提供燃氣透平；將步驟m的所述壓縮產(chǎn)品氣體和步驟i，j，k和l的所述預熱壓縮空氣部分引入所述燃氣透平，在所述燃氣透平內(nèi)燃燒所述壓縮產(chǎn)品氣體和所述預熱壓縮空氣部分，從而提供能量和提供一種含氧的、其溫度為至少約800°F至1200°F的、用于所述步驟i的所述透平廢氣；以及o.將步驟n的所述含氧透平廢氣作為所述第二種流化氣體再循環(huán)到所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟p.將一部分步驟n的所述透平廢氣穿過一高壓和低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，在該處所述透平廢氣的熱量用于將所述蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中的水轉變成蒸汽，這些蒸汽隨后被引入一蒸汽透平中用以發(fā)電。
27.如權利要求25所述的方法，其特征在于，對步驟d中所獲得的所述產(chǎn)品氣體進行滌氣以去除氮和含污染物質(zhì)和顆粒的硫，以在壓縮和引入所述燃氣透平之前形成凈化的產(chǎn)品氣體。
28.如權利要求25所述的方法，其特征在于，步驟d的所述揮發(fā)性含碳給料是從瀝青沙、瀝青煤和次瀝青煤中選出的。
29.如權利要求25所述的方法，其特征在于，所述揮發(fā)性含碳給料中揮發(fā)性物質(zhì)重量含量至少為20％。
30.如權利要求25所述的方法，其特征在于，所述揮發(fā)性含碳給料是從瀝青煤和次瀝青煤中選出的。
31.如權利要求25所述的方法，其特征在于，一些所述凈化產(chǎn)品氣體作為所述第一流化氣體再循環(huán)到所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)中。
32.如權利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一流化氣體以10英尺/秒至約40英尺/秒的速度引入。
33.如權利要求25所述的方法，其特征在于，還包括將補充的流化氣體引入至少一個所述全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)中的步驟。
34.如權利要求25所述的方法，其特征在于，還包括將補充的碳給料引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)中的步驟。
35.一種燃燒揮發(fā)性含碳物質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)，包括a.第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐，包括熱量傳送物料的循環(huán)床，并且能夠產(chǎn)生基本脫揮發(fā)碳給料和產(chǎn)品氣體，所述第一全攜帶流流化循環(huán)床包括1.用于引入須使之脫揮發(fā)化和熱分裂的揮發(fā)性含碳給料的入口裝置；2.用于從所述產(chǎn)品氣體中分離出基本上脫揮發(fā)給料和循環(huán)熱傳送物料的分離裝置，并且包括為了熱回收而排除所述產(chǎn)品氣體的出口裝置，所述分離的傳熱物料處于第一溫度；3.用于使用于所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的部分流化氣體的所述產(chǎn)品氣體返回的第一再循環(huán)裝置；以及4.連接到所述出口裝置上以回收來自所述產(chǎn)品氣體的熱值的第一熱量回收裝置；b.第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐，包括一爐區(qū)、沸騰區(qū)和一分離區(qū)，并且包括連續(xù)循環(huán)的傳熱物料，能夠在基本上脫揮發(fā)碳給料和含氧透平廢氣之間發(fā)生一放熱反應，以生成燃料氣體、高壓蒸汽、溫度高于所述第一溫度的預熱壓縮空氣和再加熱的傳熱物料；c.與所述分離裝置流體連通的第一裝置，用于將所述一部分分離的、基本脫揮發(fā)的碳給料和來自所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的傳熱物料引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐；d.用于將來自所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的所述分離區(qū)的傳熱物料傳送到所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的第二裝置；e.用于將來自所述第一全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的所述產(chǎn)品氣體傳送到一滌氣系統(tǒng)中以去除氮和含污染物質(zhì)和顆粒的硫以形成凈化產(chǎn)品氣體的第三裝置；f.用于將第一部分的所述凈化產(chǎn)品氣體引入所述第一全攜帶流流化循環(huán)床反應爐的第四裝置，并且將第二部分氣體引入一壓縮機以產(chǎn)成用于燃氣透平的壓縮產(chǎn)品氣體以提供能量；g.用于為一燃氣透平形成壓縮空氣進氣的裝置；h.用于將所述壓縮空氣傳送到一燃氣透平的第五傳送裝置；以及i.一連接到所述第四和第五傳送裝置上的燃氣透平，以燃燒凈化的產(chǎn)品氣體的所述第二部分和壓縮空氣，從而提供能源和可再利用的透平廢氣，并且包括用于將所述透平廢氣作為流化氣體引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的第六裝置。
36.如權利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第六傳送裝置還可將透平廢氣傳送到一蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以生成蒸汽透平中所用的高壓和低壓蒸汽。
37.如權利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一蒸汽透平，它與所述蒸汽發(fā)生系統(tǒng)流體連通以容納蒸汽并且將所述蒸汽轉換成能量。
38.如權利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括預熱裝置，其中所述第五傳送裝置包括第一和第二段，所述第一段提供所述空氣壓縮裝置和所述預熱裝置的入口之間的流體連通，所述第二段提供所述預熱裝置出和所述燃氣透平入口之間的流體連通。
39.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預熱裝置包括一換熱器，所述第六傳送裝置在透平廢氣引入所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐之前引過所述換熱器。
40.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預熱裝置包括一空氣加熱器-蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，所述第三傳送裝置在將產(chǎn)品氣體引入滌氣裝置之前將其引過所述空氣-蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。
41.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預熱裝置包括第一空氣加熱器、一流化床空氣加熱器和第二空氣加熱器，所述第二空氣加熱器位于所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)的沸騰區(qū)內(nèi)；所述第一段與所述各個加熱器連通以引入要預熱的壓縮空氣；所述第二傳送裝置也將傳熱物料引入所述流化床空氣加熱器；所述第三傳送裝置也將產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；以及所述第二段將來自所述加熱器的預熱壓縮空氣引入所述燃氣透平。
42.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預熱裝置包括一換熱器、一第一空氣加熱器、一流化床空氣加熱器和第二空氣加熱器，所述第二空氣加熱器位于所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應爐的沸騰區(qū)中，所述系統(tǒng)包括用于將來自所述換熱器的預熱壓縮空氣引入所述空氣加熱器的第七傳送裝置；所述第一段與所述換熱器連通以引入要預熱的壓縮空氣；所述第二傳送裝置也將分離的傳熱物料引入所述流化床空氣加熱器；所述第三傳送裝置也將產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；所述第六傳遞裝置也將透平廢氣引入所述換熱器；以及所述第二段將來自所述加熱器的預熱壓縮空氣引入所述燃氣透平。
43.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預熱裝置包括一換熱器、第一空氣加熱器和第二空氣加熱器，所述第二空氣加熱器位于所述第二全攜帶流循環(huán)漢化床反應區(qū)的對流沸騰區(qū)中，所述系統(tǒng)也包括用于將來自所述換熱器的預熱壓縮空氣傳送到所述空氣加熱器的第七傳送裝置；所述第一段與所述換熱器連通以引入要預熱的壓縮空氣；所述第三傳送裝置也將產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器；所述第六傳送裝置也將透平廢氣引入所述換熱器；以及所述第二段將來自所述換熱器和所述各個加熱器的預熱壓縮空氣傳送到所述燃氣透平中。
44.如權利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一高壓和低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其中所述第六傳送裝置也將一部分所述透平廢氣引入所述高壓和低壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，在該處來自所述透平的熱量被用于將水轉變成蒸汽，這些蒸汽隨后被引入一蒸汽透平中用以發(fā)電。
45.如權利要求1所述的方法，其特征在于，來自透平廢氣的氧不足以充分燃燒所述第二挾流循環(huán)流化床反應區(qū)中的炭，從而生成了含CO和N2的Btu低的燃料氣體，并且采用低Btu氣體在與所述高Btu產(chǎn)品氣體混合而燃燒燃氣透平燃燒器中的所述低Btu氣體之前預熱所述步驟i的所述壓縮空氣。
46.如權利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述透平廢氣的氧不足以充分燃燒所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)中的炭，從而生成由CO和N2組成的低Btu燃燒氣體，采用所述低Btu氣體生產(chǎn)高壓蒸汽。
47.如權利要求1和25所述的方法，其特征在于，所述傳熱物料是惰性物質(zhì)。
48.一種由揮發(fā)性含碳給料發(fā)電的工藝方法，包括a.提供第一和第二個全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)，一傳熱物料回路經(jīng)過其中連續(xù)循環(huán)，并且分別由第一和第二流化氣體流化；b.將一種揮發(fā)性含碳給料引入所述第一全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)；c.用所述傳熱物料加熱所述揮發(fā)性含碳給料，加熱足夠一段時間以生產(chǎn)出由部分熱裂的揮發(fā)性物質(zhì)組成的產(chǎn)品氣體和基本上脫揮發(fā)的給料，所述傳熱物料以約為1000°F和2400°F之間的第一溫度進入第一反應區(qū)，由于所述第一反應區(qū)的吸熱作用，所述傳熱物料以低于第一溫度的第二溫度移出所述反應區(qū)；d.提高氣體產(chǎn)品反應溫度，如果必要的話，將蒸汽和/或空氣或氧作為流化氣體代入脫揮發(fā)物質(zhì)中；e.將所述基本上脫揮發(fā)的給料和所述傳熱物料與所述氣體產(chǎn)物分離；f.將所述基本脫揮發(fā)給料和所述傳熱物料與作為所述第二種流體氣體的一種含氧透平廢氣一起引入第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)；g.在有所述含氧透平廢氣的情況下，以高于所述第一全攜帶流循環(huán)流化反應區(qū)溫度之上的溫度對所述基本脫揮發(fā)給料進行放熱反應，反應經(jīng)過一段時間以使基本脫揮發(fā)給料充分燃燒燃燒，生產(chǎn)出一種燃料氣體，使用于燃氣透平的壓縮空氣進氣預熱，生成高壓蒸汽，并且使第二溫度的所述傳熱物料溫度上升到比所述第一溫度高，所述高壓蒸汽傳送到一蒸汽透平用以發(fā)電；h.將步驟g中升溫的傳熱物料分離成第一和第二部分，所述一部分升溫傳熱物料輸送到所述第一反應區(qū)；i.壓縮來自步驟e的所述一部分產(chǎn)品氣體并形成壓縮產(chǎn)品氣體；j.提供來自燃氣透平壓縮機的壓縮空氣；k.將所述壓縮產(chǎn)呂氣體和所述壓縮空氣引入一燃氣透平燃料機中，在所述燃氣透平中燃燒所述壓縮產(chǎn)品氣體和所述預熱壓縮空氣部分，從而提供能量和提供一種含氧的、其溫度為至少約800°F至1200°F的、用于所述步驟i的所述透平廢氣；以及l(fā).將步驟k的所述含氧透平廢氣作為所述第二種流化氣體再循環(huán)到所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)。
49.如權利要求48所述的方法，其特征在于，所述全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)分別都在燃氣透平運行壓力或高于該壓力條件下操作。
50.如權利要求48所述的方法，其特征在于，所述含揮發(fā)性物質(zhì)的給料是生物質(zhì)。
51.如權利要求48所述的方法，其特征在于，所述含揮發(fā)性物質(zhì)的給料是奧里姆遜(Orimulsion)。
52.如權利要求48所述的方法，其特征在于，所述含揮發(fā)性物質(zhì)的給料是渣油或重原油。
53.如權利要求48所述的方法，其特征在于，所述含揮發(fā)性物質(zhì)的給料是瀝青。
54.如權利要求48所述的方法，其特征在于，還包括將蒸汽和/或空氣或氧氣作為補充或替代流化氣體引入所述全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)以增加氣體產(chǎn)量。
55.一種利用揮發(fā)性含碳給料發(fā)電的工藝方法，包括a.提供第一和第二個全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)，一傳熱物料回路經(jīng)過其中連續(xù)循環(huán)，并且分別由第一和第二流化氣體流化；b.將一種揮發(fā)性含碳給料引入所述第一全攜帶流的循環(huán)流化床反應區(qū)；c.用所述傳熱物料加熱所述揮發(fā)性含碳給料，加熱足夠一段時間以生產(chǎn)出由部分熱裂的揮發(fā)性物質(zhì)組成的產(chǎn)品氣體和基本上脫揮發(fā)的給料，所述傳熱物料以約為1000°F和2400°F之間的第一溫度進入第一反應區(qū)，由于所述第一反應區(qū)的吸熱作用，所述傳熱物料以低于第一溫度的第二溫度移出所述反應區(qū)；d.提高氣體產(chǎn)品反應溫度，如果必要的話，將蒸汽和/或空氣或氧作為流化氣體代入脫揮發(fā)物質(zhì)中；e.將所述基本上脫揮發(fā)的給料和所述傳熱物料與所述氣體產(chǎn)物分離，并且再一些所述產(chǎn)品氣體再循環(huán)作為所述第一流化氣體；f.將所述基本脫揮發(fā)給料與來自步驟e的所述傳熱物料和作為所述第二種流體氣體的一種含氧透平廢氣一起引入第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)；g.在有所述含氧透平廢氣的情況下，以高于所述第一全攜帶流循環(huán)流化反應區(qū)溫度之上的溫度對所述基本脫揮發(fā)給料進行放熱反應，反應經(jīng)過一段時間以使基本脫揮發(fā)給料充分燃燒燃燒，生產(chǎn)出一種燃料氣體，使用于燃氣透平的壓縮空氣進氣預熱，生成高壓蒸汽，并且使第二溫度的所述傳熱物料溫度上升到比所述第一溫度高，所述高壓蒸汽傳送到一蒸汽透平用以發(fā)電；h.將再升溫的傳熱物料分離成第一和第二部分，所述第一部分作為所述傳熱物料輸送到所述第一反應區(qū)；i.提供來自一燃氣透平的壓縮段的壓縮空氣；j.提供一換熱器并將步驟i的所述壓縮空氣引入所述換熱器，而與來自一燃氣透平的透平廢氣成熱交換關系，從而將所述透平廢氣的熱量傳遞到所述換熱器中的所述壓縮空氣中以形成第一溫度的預熱壓縮空氣；k.提供第一空氣加熱器；將步驟i的一部分在第一所述溫度的所述壓縮空氣引入所述第一空氣加熱器；并且將步驟d的產(chǎn)品氣體引入所述第一空氣加熱器，從而傳遞所述產(chǎn)品氣體的熱量以使所述第一溫度的預熱壓縮空氣部分上升到比所述第一溫度高的第二溫度；l.提供流化床空氣加熱器；將步驟i的所述第一溫度的另一部分所述預熱壓縮空氣引入所述流化床空氣加熱器；并且將步驟g的所述傳熱物料的所述分離第二部分引入所述流化床空氣加熱器并使之流化，從而傳遞分離傳熱物料的所述第二部分的熱量，以使所述流化床加熱器中的預熱壓縮空氣的第一溫度上升到比所述第一溫度高的第三溫度；m.在所述第二循環(huán)流化床反應區(qū)的對流沸騰段中設置第二壓縮空氣加熱器，將步驟i的所述預熱壓縮空氣的另一部分引入所述第二空氣加熱器，從而所述第二全攜帶流循環(huán)流化床區(qū)中所生成的所述燃料氣體中的熱量傳遞到所述第二空氣加熱器中的所述壓縮空氣的另一部分，以形成處于比所述第一溫度高的第四溫度下的預熱壓縮空氣；n.提供壓縮產(chǎn)品氣體；o.提供燃氣透平；將步驟m的所述壓縮產(chǎn)品氣體和步驟j，k，l和m的所述預熱壓縮空氣部分引入所述燃氣透平，在所述燃氣透平內(nèi)燃燒所述壓縮產(chǎn)品氣體和所述預熱壓縮空氣部分，從而提供能量和提供一種含氧的、其溫度為至少約800°F至1200°F的、用于所述步驟i的所述透平廢氣；以及p.將步驟o的所述含氧透平廢氣作為所述第二種流化氣體再循環(huán)到所述第二全攜帶流循環(huán)流化床反應區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高效且經(jīng)濟的燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和工藝。該系統(tǒng)利用一個可借助再循環(huán)的煤揮發(fā)物來流化沸騰的循環(huán)流化床(CFB)煤脫揮發(fā)器。該脫揮發(fā)器由來自于一傳統(tǒng)的燃燒脫揮發(fā)煤(炭)的CFB鍋爐的熱床層物料間接加熱。該CFB鍋爐由燃氣透平廢氣來流化沸騰。通過同時或連續(xù)地借助(1)燃氣透平廢氣(同流換熱器)、(2)從脫揮發(fā)器排出的熱煤揮發(fā)物、(3)煤炭CFB鍋爐的熱床層物料(具有一外部或內(nèi)部熱交換器)以及(4)CFB鍋爐煙道氣體,對燃氣透平壓縮機排放氣體進行預熱,就可使高效/低投資的Brayton循環(huán)(燃氣透平)的發(fā)電量與低效/高投資的Rankine循環(huán)(蒸汽透平)的發(fā)電量之比值最大化。所述的工藝和方法可以生產(chǎn)出具有高熱值(～500Btu/SCF)的熱裂化的清潔產(chǎn)品氣體,并能在無需任何改動的情況下可靠地用于為天然氣設計的燃氣透平。高熱值的產(chǎn)品氣體還可減小清潔燃料氣體所需要的體積以及燃料氣體的顯熱損失。
文檔編號F02C3/28GK1194680SQ9619662
公開日1998年9月30日 申請日期1996年8月29日 優(yōu)先權日1996年8月29日
發(fā)明者J·W·洛勒 申請人:J·W·洛勒