與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)面接的具有二氧化碳捕獲的高壓礦物燃料氧燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種操作連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)，和一種將熱能提供到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方法。所述系統(tǒng)包括燃燒器以在高于大氣壓下使用固體、液體或氣體燃料，連同氧氣和超臨界二氧化碳的供應(yīng)而進(jìn)行氧燃燒。來自燃燒器的燃燒氣體被遞送到與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)面接的熱交換器。燃燒器中的溫度，以及到熱交換器的遞送溫度通過至少部分燃燒氣體到燃燒器的選擇性再循環(huán)和通過調(diào)制到燃燒器的氧氣和燃料供應(yīng)來控制。未被再循環(huán)的任何燃燒氣體被處理以出于使用或封存而分離二氧化碳。所述系統(tǒng)和方法實(shí)質(zhì)上消除二氧化碳的排放，同時(shí)提供熱能到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高效供應(yīng)。
【專利說明】與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)面接的具有二氧化碳捕獲的高壓礦物燃料氧燃燒系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒系統(tǒng)和操作燃燒系統(tǒng)的方法，且特定地涉及操作連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)。更特定而言，本發(fā)明涉及一種使用超臨界二氧化碳在壓力下用來氧燃燒的燃燒系統(tǒng)，和一種操作所述系統(tǒng)以與封閉的超臨界二氧化碳布雷頓(Brayton)循環(huán)系統(tǒng)面接的方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]溫室氣體到大氣的排放以驚人的速度增加，且其中由于增加使用礦物燃料，二氧化碳的排放是全球變暖和氣候變化的主要原因，導(dǎo)致國際上努力開發(fā)較少依賴于礦物燃料的低碳能源途徑。然而，替代燃料對(duì)礦物燃料的相對(duì)成本呈現(xiàn)出顯著缺點(diǎn)，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)型到低碳經(jīng)濟(jì)的期間努力開發(fā)的技術(shù)可使用礦物燃料但沒有溫室氣體排放的嚴(yán)重影響。對(duì)于工業(yè)過程，如發(fā)電，這些努力包括改進(jìn)從過程捕獲二氧化碳且增加發(fā)電過程的效率的方法。在發(fā)電的情況中，這些方法是燃燒前二氧化碳捕獲、燃燒后二氧化碳捕獲和伴隨二氧化碳捕獲的氧-燃料燃燒。然而，這些方法的每個(gè)均具有二氧化碳捕獲廠的資金和運(yùn)營成本，以及在氧吹氣化爐或氧-燃料過程的情況中從已知低溫空氣分離單元產(chǎn)生氧氣的額外高成本的相關(guān)缺點(diǎn)。除了構(gòu)建和運(yùn)營的高成本之外，還已知關(guān)于這些方法的每個(gè)的其它缺點(diǎn)，包括技術(shù)的復(fù)雜性和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)比于先前的工廠運(yùn)營(特別是發(fā)電)的低能源效率。
[0004]已作出提議將封閉的布雷頓循環(huán)與核能熱源集成，或與太陽能熱源集成。然而，這些源的每個(gè)呈現(xiàn)出基于源的本質(zhì)的固有缺點(diǎn)和顯著的成本缺點(diǎn)，使得如果可實(shí)質(zhì)上減少或消除二氧化碳排放，那么對(duì)于熱源使用礦物燃料仍然具吸引力。
[0005]目前已發(fā)現(xiàn)可通過在加壓燃燒系統(tǒng)中的簡單、有效、緊湊且低排放的過程而解決并克服上文認(rèn)定的許多缺點(diǎn)以及其它缺點(diǎn)，加壓燃燒系統(tǒng)被構(gòu)建來與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，尤其是封閉的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，或類似系統(tǒng)(諸如但不限于，用于發(fā)電的系統(tǒng))面接。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)集成的高效近零排放的加壓氧-燃料燃燒過程。本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)和方法可用以礦物燃料的各種形式(S卩，作為氣體、液體或固體燃料)的礦物燃料來操作。
[0006]在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中，由界面熱交換器將熱提供到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，且可由燃料和氧氣的質(zhì)量流速以及離開熱交換器進(jìn)入燃燒器的部分煙道氣體流的選擇性再循環(huán)而部分緩和并控制燃燒的溫度以及因此傳遞到并通過熱交換器的燃燒產(chǎn)物流，以便在熱交換器處滿足能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的熱能需求。
[0007]還發(fā)現(xiàn)可通過使用煙道氣體流以預(yù)熱進(jìn)入的燃料供應(yīng)和進(jìn)入的氧氣供應(yīng)來實(shí)現(xiàn)額外效率。取決于能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的構(gòu)造，來自該系統(tǒng)的余熱可用于預(yù)熱燃燒系統(tǒng)的進(jìn)入的燃料和氧氣供應(yīng)。另外可通過使用煙道氣體流以驅(qū)動(dòng)連接到循環(huán)泵的原動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的效率。此外，燃燒系統(tǒng)的高壓操作超過二氧化碳超臨界壓力，避免了二氧化碳排氣流壓縮所需的能量以用來存儲(chǔ)或使用。另外，加壓的煙道氣體排氣流可使用較不能源密集型的技術(shù)(如薄膜)而純化。發(fā)明概要
[0008]因此本發(fā)明試圖提供一種操作連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)包括
[0009](i)燃燒構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來選擇性地操作于超過大氣壓的燃燒壓力下，且包括燃燒器，燃燒器具有
[0010](a)至少一個(gè)燃燒室；
[0011](b)燃料輸入構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來在超過所選燃燒壓力的壓力下接收燃料供應(yīng)；
[0012](C)氧氣輸入構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來接收具有至少70%純度且在超過所選燃燒壓力的壓力下的氧氣供應(yīng)；
[0013](d) 二氧化碳輸入構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來接收在超過所選燃燒壓力的壓力下的超臨界二氧化碳供應(yīng)；
[0014](e)至少一個(gè)燃燒產(chǎn)物出口構(gòu)件，其定義燃燒器的出口流路以從燃燒室和燃燒器去除燃燒產(chǎn)物；和
[0015](f)至少一個(gè)燃燒產(chǎn)物流再循環(huán)入口構(gòu)件；
[0016](ii)氧氣遞送構(gòu)件,其操作地連接到氧氣輸入構(gòu)件；
[0017](iii)燃料遞送構(gòu)件，其操作地連接到燃料輸入構(gòu)件；
[0018](iv)至少第一熱交換器構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來操作連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其具有輸入?yún)^(qū)域、排出區(qū)域和至少第一流道，至少第一流道定義輸入?yún)^(qū)域與排出區(qū)域之間用于從燃燒器接收的燃燒產(chǎn)物的流路；
[0019](V)燃燒排氣構(gòu)件，其包括流道；
[0020](Vi)再循環(huán)構(gòu)件，其操作地連接到至少一個(gè)燃燒產(chǎn)物流再循環(huán)入口構(gòu)件，且包括至少一個(gè)循環(huán)泵；和
[0021](Vii)燃燒排出構(gòu)件，其操作地連接到第一熱交換器構(gòu)件的排出區(qū)域以去除燃燒產(chǎn)物，且燃燒排出構(gòu)件包括
[0022](a)劃分構(gòu)件，其用于將燃燒產(chǎn)物分成再循環(huán)流和排氣流；
[0023](b)再循環(huán)流遞送構(gòu)件，其操作地連接到再循環(huán)構(gòu)件；和
[0024](C)排氣流遞送構(gòu)件，其操作地連接到燃燒排氣構(gòu)件。
[0025]在一些實(shí)施方案中，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是具有工作流體的封閉的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，且第一熱交換器構(gòu)件還包括第二流道，第二流道定義輸入?yún)^(qū)域與排出區(qū)域之間用于從封閉的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)供應(yīng)工作流體的流路。
[0026]優(yōu)選地，其中氧氣輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來接收具有至少80%，更優(yōu)選的至少90%和最優(yōu)選的至少95%的純度的氧氣供應(yīng)。
[0027]優(yōu)選地，至少一個(gè)燃燒室的每個(gè)被構(gòu)建和配置來操作于至少IOMPa的壓力下，更優(yōu)選地在IOMPa與25MPa之間的壓力下。
[0028]優(yōu)選地，燃燒排氣構(gòu)件被構(gòu)建和配置來操作地連接到用于排氣流的調(diào)節(jié)構(gòu)件，且調(diào)節(jié)構(gòu)件包括水蒸氣去除構(gòu)件和雜質(zhì)去除構(gòu)件，以產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)物流。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)構(gòu)件選自閃蒸分離器、重力分離器和薄膜處理構(gòu)件中的至少一個(gè)。
[0029]優(yōu)選地，循環(huán)構(gòu)件包括位于劃分構(gòu)件上游的至少一個(gè)冷凝物敲出容器。[0030]優(yōu)選地，燃燒系統(tǒng)還包括操作地連接到再循環(huán)構(gòu)件的原動(dòng)機(jī)，且原動(dòng)機(jī)優(yōu)選地選自渦輪、引擎、電動(dòng)機(jī)及其組合的至少一個(gè)，且優(yōu)選地位于燃燒排氣構(gòu)件的流道內(nèi)。
[0031]優(yōu)選地，燃燒系統(tǒng)還包括操作地連接到燃燒排氣構(gòu)件的背壓調(diào)節(jié)器。
[0032]優(yōu)選地,第一熱交換器構(gòu)件選自印刷電路熱交換器、殼和管式熱交換器和板式熱交換器，更優(yōu)選地為逆流熱交換器。
[0033]可選地，燃燒系統(tǒng)還包括操作連接到燃燒排氣構(gòu)件的至少第二熱交換器構(gòu)件，其具有輸入?yún)^(qū)域、排出區(qū)域，且定義輸入?yún)^(qū)域與排出區(qū)域之間用于排氣流的流道。優(yōu)選地，第二熱交換器構(gòu)件包括定義用于氧氣進(jìn)入流的流路的第二流道，且其選自印刷電路熱交換器、殼和管式熱交換器和板式熱交換器，優(yōu)選地為逆流熱交換器。
[0034]可選地，燃燒系統(tǒng)還包括至少第三熱交換器構(gòu)件，其操作連接到第二熱交換器下游的燃燒排氣構(gòu)件，且包括用于排氣流的流道。優(yōu)選地，第三熱交換器構(gòu)件選自印刷電路熱交換器、殼和管式熱交換器和板式熱交換器，優(yōu)選地為逆流熱交換器。
[0035]可選地，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括二級(jí)熱交換器構(gòu)件，且燃燒系統(tǒng)的氧氣遞送構(gòu)件可操作地連接到二級(jí)熱交換器構(gòu)件。
[0036]可選地，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括三級(jí)熱交換器構(gòu)件，且燃料遞送構(gòu)件可操作地連接到三級(jí)熱交換器構(gòu)件。
[0037]優(yōu)選地，燃料輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來接收選自由液體燃料、氣體燃料、固體燃料和其混合物組成的組的燃料供應(yīng)。
[0038]在燃料是液體燃料之處，燃料輸入構(gòu)件優(yōu)選地被構(gòu)建和配置來從再循環(huán)流接收流以使液體燃料霧化。
[0039]在燃料是粉狀固體燃料之處，燃料輸入構(gòu)件優(yōu)選地被構(gòu)建和配置來從再循環(huán)流接收流以運(yùn)載粉狀固體燃料。
[0040]在燃料是氣體燃料之處，其可包括天然氣、或選自來自氣化過程的合成氣體和來自燃料精制過程的廢氣。
[0041]在燃料是氣體燃料之處，第三熱交換器構(gòu)件優(yōu)選地包括定義用于進(jìn)入的燃料供應(yīng)的流路的第二流道。
[0042]可選地，燃燒系統(tǒng)還包括第四熱交換器構(gòu)件，其操作地連接到再循環(huán)流遞送構(gòu)件以用于修改再循環(huán)流的操作溫度。
[0043]在燃料是固體燃料之處，其優(yōu)選地包括選自煤、煤粉、加工的煤、油、浙青、石油焦、易燃廢物和生物質(zhì)及其組合的至少一個(gè)的碳?xì)淙剂?，且?yōu)選地是粉狀固體燃料，在這種情況下燃料輸入構(gòu)件優(yōu)選地包括超臨界二氧化碳流以運(yùn)載粉狀固體燃料，且燃料輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來從再循環(huán)流接收流以運(yùn)載粉狀固體燃料。
[0044]可選地，燃料供應(yīng)是包括液體二氧化碳中的粉狀固體燃料的料漿，且燃料輸入構(gòu)件還包括料漿饋送系統(tǒng)。
[0045]優(yōu)選地，燃燒構(gòu)件還包括至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來去除不易燃的固體顆粒，包括飛灰、底灰、爐渣和非灰微粒中的至少一個(gè)。優(yōu)選地，再循環(huán)構(gòu)件包括至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來去除不易燃的固體顆粒，且至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件位于第一熱交換器的上游。替代地或另外，至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件位于第一熱交換器下游，和/或至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件位于循環(huán)泵的上游。[0046]本發(fā)明還試圖提供一種將熱能提供到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方法，所述方法包括步驟
[0047](a)提供燃燒構(gòu)件，燃燒構(gòu)件被構(gòu)建和配置來選擇性地操作于超過大氣壓的燃燒壓力下，且其包括具有至少一個(gè)燃燒室的燃燒器，且其操作地連接到具有燃燒產(chǎn)物流道的第一熱交換器，燃燒構(gòu)件還被操作地連接到循環(huán)泵；
[0048](b)將第一熱交換器連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；
[0049](C)選擇操作燃燒壓力；
[0050](d)確定能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所需的遞送溫度范圍，且確定所需的遞送溫度范圍內(nèi)的目標(biāo)溫度范圍；
[0051]Ce)遞送燃料供應(yīng)，具有至少70%純度且在超過所選操作燃燒壓力的壓力下的氧氣供應(yīng)，且同時(shí)選擇性地將包括超臨界二氧化碳流的加壓流體供應(yīng)遞送到燃燒器；
[0052](f)在存在氧氣供應(yīng)的情況下在燃燒室中燃燒燃料供應(yīng)，且在所選的操作燃燒壓力下對(duì)流體加壓以產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流；
[0053](g)將燃燒產(chǎn)物流遞送到并通過第一熱交換器的第一流道；
[0054](h)選擇性地將離開第一熱交換器的燃燒產(chǎn)物流分成再循環(huán)流和排氣流；
[0055]( i )將再循環(huán)流遞送到燃燒器；
[0056](j)監(jiān)視所需的遞送溫度范圍且根據(jù)所需的遞送溫度范圍上的變化調(diào)整目標(biāo)溫度范圍；
[0057](k)選擇性地控制和調(diào)整燃料和氧氣的供應(yīng)比率和遞送再循環(huán)流到燃燒器的速率，以將燃燒產(chǎn)物流帶入并維持在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)；和
[0058](I)將排氣流遞送到燃燒排氣構(gòu)件以用于去除和選擇性恢復(fù)。
[0059]優(yōu)選地，在步驟(e)之前，方法包括(d.1)通過將燃料供應(yīng)在空氣中在環(huán)境壓力下燃燒而將燃燒構(gòu)件預(yù)熱到目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的操作溫度的啟動(dòng)步驟。
[0060]優(yōu)選地,在步驟(d.1)之后且在步驟(e)之前,方法包括啟動(dòng)步驟
[0061](d.2)將燃料供應(yīng)和具有至少70%純度的氧氣供應(yīng)連同包括在小于所選目標(biāo)溫度范圍的最大值的溫度下的二氧化碳流的加壓流體供應(yīng)且在小于所選操作燃燒壓力的壓力下而遞送到燃燒器，且燃燒燃料以將燃燒構(gòu)件的溫度和壓力上升到各自所選的值；和
[0062](d.3)選擇性地操作循環(huán)泵以建立再循環(huán)流。
[0063]優(yōu)選地，步驟(h)還包括通過背壓調(diào)節(jié)器來控制再循環(huán)流中的壓力而選擇性地控制去除排氣流的比率。
[0064]優(yōu)選地，步驟(f)還包括使燃燒產(chǎn)物流中的最多3%的氧氣以干基測量。
[0065]在一些實(shí)施方案中，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是具有工作流體的封閉的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，且第一熱交換器還包括定義用于工作流體供應(yīng)的流路的第二流道，以從步驟(g)中遞送到第一流道的燃燒產(chǎn)物流接收熱。在這些實(shí)施方案中，步驟(k)優(yōu)選地包括控制和調(diào)整燃料和氧氣的供應(yīng)比率，以及響應(yīng)于工作流體通過第一熱交換器的質(zhì)量流速上的變化和所需遞送溫度范圍內(nèi)的變化而將再循環(huán)流遞送到燃燒器的速率。
[0066]優(yōu)選地，步驟(d)中的氧氣供應(yīng)包括具有至少80%，更優(yōu)選的至少90%，最優(yōu)選的至少95%的純度的氧氣供應(yīng)。
[0067]優(yōu)選地，步驟(C)包括選擇至少lOMPa，更優(yōu)選的在IOMPa與25MPa之間的操作燃燒壓力。[0068]優(yōu)選地，方法還包括在步驟(e)之前預(yù)熱氧氣的步驟(c.1)，且步驟(c.1)優(yōu)選地包括將第二熱交換器提供到燃燒排氣構(gòu)件，將排氣流遞送到并通過第二熱交換器，且將氧氣供應(yīng)遞送到并通過第二熱交換器以由排氣流加熱。
[0069]優(yōu)選地，步驟(g)包括將燃燒流體產(chǎn)物在比所需遞送溫度范圍的最大值至少大5 0C的溫度下遞送到第一流道。
[0070]優(yōu)選地，步驟(i)還包括將再循環(huán)部分壓縮到超過步驟(C)中所選的操作燃燒壓力的壓力。
[0071]在步驟(e)中遞送燃料供應(yīng)包括遞送天然氣，方法優(yōu)選地還包括在步驟(e)之前預(yù)熱燃料供應(yīng)的步驟(c.2)。更優(yōu)選地，步驟(c.2)包括將第三熱交換器提供到燃燒排氣構(gòu)件，將排氣流遞送到并通過第三熱交換器，且將燃料供應(yīng)遞送到并通過第三熱交換器以由排氣流加熱。
[0072]優(yōu)選地，步驟(e)中遞送燃料供應(yīng)包括遞送選自由液體燃料、氣體燃料、固體燃料和其混合物組成的組的燃料供應(yīng)。在燃料是固體燃料之處，步驟(e)中遞送燃料供應(yīng)優(yōu)選地包括遞送選自煤、煤粉、加工的煤、油、浙青、石油焦、易燃廢物、生物質(zhì)和其組合的至少一個(gè)的碳?xì)淙剂瞎?yīng)。在燃料供應(yīng)是粉狀固體燃料之處，步驟(e)優(yōu)選地還包括在超臨界二氧化碳流中或在以料漿形式的液體二氧化碳中提供粉狀固體燃料。
[0073]優(yōu)選地，步驟(k)還包括將排氣流帶到環(huán)境溫度。優(yōu)選地，步驟(k)另外還包括通過從排氣流去除水蒸氣和雜質(zhì)以產(chǎn)生在所選純度范圍內(nèi)的二氧化碳產(chǎn)物流而調(diào)節(jié)排氣流，且二氧化碳產(chǎn)物流是以選自超臨界和亞臨界的形式。
[0074]優(yōu)選地，步驟(a)還包括將至少一個(gè)固體去除構(gòu)件提供到燃燒器。更優(yōu)選地，步驟(a)還包括在燃燒器與第一熱交換器之間提供至少一個(gè)固體去除構(gòu)件和至少一個(gè)固體出口，且方法還包括在步驟(g)之前(f.1)將燃燒產(chǎn)物流傳遞通過固體去除構(gòu)件且通過至少一個(gè)固體出口排出所去除的固體的步驟。
[0075]優(yōu)選地，方法還包括在步驟(i)之前選擇性地從再循環(huán)流去除固體的步驟。更優(yōu)選地，步驟(a)還包括將至少一個(gè)固體去除構(gòu)件提供到循環(huán)泵上游的燃燒構(gòu)件。
[0076]優(yōu)選地，步驟(a)還包括提供再循環(huán)流熱交換器，且步驟(i)還包括將再循環(huán)流的至少部分選擇性地傳遞通過再循環(huán)流熱交換器以修改再循環(huán)流的溫度。
[0077]可選地，步驟(a)還包括將旁路構(gòu)件提供到第一熱交換器，且步驟(g)還包括選擇性地將燃燒產(chǎn)物流的至少部分傳遞通過旁路構(gòu)件，而不是通過第一熱交換器。
[0078]附圖簡述
[0079]現(xiàn)在將相對(duì)于附圖描述本發(fā)明，其中:
[0080]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方案的示意表示；
[0081]圖2是對(duì)于氣體燃料的本發(fā)明的第二實(shí)施方案的示意表示；
[0082]圖3是對(duì)于液體燃料的本發(fā)明的第二實(shí)施方案的示意表示；
[0083]圖4是對(duì)于固體燃料的本發(fā)明的第三實(shí)施方案的不意表不；和
[0084]圖5是對(duì)于料漿燃料的本發(fā)明的第四實(shí)施方案的示意表示。
【具體實(shí)施方式】
[0085]首先參考圖1，以不意表不不出本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)5的第一實(shí)施方案,其包括被構(gòu)建來適當(dāng)連接到任何能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(未示出)的系統(tǒng)5，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)被設(shè)計(jì)來通過接觸接收熱能。在本實(shí)施方案中，燃燒系統(tǒng)5包括燃燒器10，其示出為具有被設(shè)計(jì)用于加壓氧燃燒的多個(gè)區(qū)域，且具有氧氣入口 12、燃料入口 14和燃燒產(chǎn)物出口 18，煙道氣體流可從燃燒產(chǎn)物出口 18傳遞到熱交換器120的入口 22，且沿著路徑28到熱交換器出口 24。從煙道氣體流傳遞通過熱交換器120的熱被能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過任何適當(dāng)構(gòu)件(未示出)從接觸表面26接收。
[0086]在傳遞通過熱交換器120之后，較冷的煙道氣體流傳遞到冷凝鼓34，其在啟動(dòng)期間去除任何液體。煙道氣體流的流路持續(xù)到劃分器38，此處再循環(huán)線40從排氣線48分離。在操作期間，如下文進(jìn)一步討論，再循環(huán)的比率對(duì)于燃燒器的適度溫度而選擇性地改變，且沒有遞送到再循環(huán)線40中的煙道氣體流的任何殘余部分被傳遞到線48中的排氣流，且通過原動(dòng)機(jī)，在本文中示出為渦輪50，以進(jìn)一步處理為二氧化碳產(chǎn)物。
[0087]傳遞到再循環(huán)線40中的再循環(huán)流由循環(huán)泵42泵送，且遞送到燃燒器10的區(qū)域的所選區(qū)域，通過再循環(huán)入口 44的各自入口提供到燃燒器10。
[0088]現(xiàn)在參考圖2，示出本發(fā)明的第二實(shí)施方案中的燃燒系統(tǒng)205，其被設(shè)計(jì)來與氣體燃料供應(yīng)一起使用。燃燒系統(tǒng)205的主要組件構(gòu)造類似于圖1中的燃燒系統(tǒng)5的構(gòu)造。然而，在出口 18離開燃燒器10的煙道氣體流傳遞到入口 222以在第一路徑228中傳遞到并通過熱交換器220，而來自能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(未示出)的工作流體在第二路徑30中以相反方向傳遞通過熱交換器220，以從第一路徑228中的煙道氣體流接收熱能。同時(shí)，如果負(fù)載管理需要，如下文進(jìn)一步討論，那么在出口 18離開燃燒器10的部分煙道氣體流可在選用旁路線32中繞開熱交換器220，且重新加入在出口 224離開熱交換器220的煙道氣體流。
[0089]在劃分器38之后，再循環(huán)流由泵42在再循環(huán)線40中以與如圖1中所示的相同方式泵送。然而，在本實(shí)施方案中，再循環(huán)線40具有選用熱交換器76，其可出于負(fù)載管理而選擇性地用于去除再循環(huán)流的部分熱能。再循環(huán)流的一部分可被分離以在線60中加入氧氣供應(yīng)流，而不是在再循環(huán)入口 44直接傳遞到燃燒器。為啟動(dòng)本實(shí)施方案，將加壓二氧化碳通過線16供應(yīng)到燃燒器。
[0090]圖2還示出對(duì)于在劃分器38處從再循環(huán)流分開的排氣流的選項(xiàng)。在通過原動(dòng)機(jī)(示出為渦輪50)膨脹之后，排氣流可選地可傳遞到并通過熱交換器72，氧氣供應(yīng)也通過熱交換器72傳遞，使得排氣流中的過量熱能可用于部分地預(yù)熱氧氣供應(yīng)。作為進(jìn)一步的替代或另外選項(xiàng)，排氣流可傳遞到并通過熱交換器73，且用于在線62中預(yù)熱氣體燃料供應(yīng)。其后，排氣流可傳遞到適當(dāng)純化構(gòu)件52，以在傳遞到產(chǎn)物流54之前去除污染物。
[0091]作為更進(jìn)一步的選項(xiàng)，來自能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的過量熱可用于幫助預(yù)熱在線60中通過熱交換器74的氧氣供應(yīng)，且預(yù)熱在線62中通過熱交換器75的氣體燃料供應(yīng)。
[0092]現(xiàn)在參考圖3，以示意表示示出本發(fā)明的第三實(shí)施方案中的燃燒系統(tǒng)305，其被設(shè)計(jì)來與液體燃料供應(yīng)一起使用。本實(shí)施方案在許多方面類似于圖2中所示的對(duì)于氣體供應(yīng)的實(shí)施方案，包括用于負(fù)載管理的選用旁路線32，用于供應(yīng)加壓二氧化碳的啟動(dòng)線16，和熱交換器72、73、74、75和76。此外，線40中的再循環(huán)流的部分可被分離以添加到線64中的液體燃料供應(yīng)，以在輸入14處遞送到燃燒器10之前使燃料霧化；替代地或另外，再循環(huán)流的部分可以與圖2中所示的相同方式被分離并添加到線60中的氧氣供應(yīng)。此外，為了處理來自液體燃料供應(yīng)的雜質(zhì)，可在系統(tǒng)中的適當(dāng)位置提供如本文中示出為36a、36b和36c的除灰構(gòu)件。
[0093]現(xiàn)在參考圖4，以示意表示示出本發(fā)明的第四實(shí)施方案中的燃燒系統(tǒng)405，其被設(shè)計(jì)來與固體燃料供應(yīng)一起使用。在本實(shí)施方案中，固體燃料在饋送器66處遞送?？蛇x地，再循環(huán)流的部分可被分離到線46中且用于將固體燃料從饋送器66運(yùn)載到燃燒器10的入口 14中。在本實(shí)施方案中，還可以使用選用的熱交換器72和74以在線60中預(yù)熱氧氣供應(yīng)。以與圖3中所示的相同方式，為了處理來自固體燃料供應(yīng)的雜質(zhì)，可在系統(tǒng)中的適當(dāng)位置提供如本文中示出為36a、36b和36c的除灰構(gòu)件。
[0094]現(xiàn)在參考圖5，以示意表示示出本發(fā)明的第五實(shí)施方案中的燃燒系統(tǒng)505，其被設(shè)計(jì)來與料漿形式的燃料供應(yīng)一起使用。在本實(shí)施方案中，料漿從饋送器68在入口 14處直接遞送到燃燒器10。除灰構(gòu)件的特征提供在適當(dāng)位置，如在36a、36b、36處；且選用的熱交換器72、74和76可以與圖4中所示的相同方式提供。
[0095]參考圖2至圖5，啟動(dòng)過程將由以下步驟組成:可通過關(guān)閉閥V2、V3和V5且部分打開閥Vl和V6，且將固體、液體或氣體燃料與空氣在環(huán)境壓力下燃燒或適當(dāng)?shù)奶娲胧┒A(yù)熱系統(tǒng)，以將其帶到系統(tǒng)的操作溫度，且使用電動(dòng)機(jī)運(yùn)行循環(huán)泵42，同時(shí)調(diào)制閥Vl和V6以優(yōu)化系統(tǒng)不同部分中的加熱速率。例如，預(yù)熱可通過將液體或氣體燃料與空氣在環(huán)境壓力下燃燒而執(zhí)行。適當(dāng)?shù)奶娲胧ㄊ褂猛獠侩姎饣蛱柲軜?gòu)件或其它構(gòu)件。當(dāng)完成預(yù)熱時(shí)，空氣和燃料供應(yīng)被隔離，且閥V6被關(guān)閉。
[0096]在這個(gè)初始預(yù)熱之后，對(duì)于啟動(dòng)的完成具有各種選項(xiàng)。
[0097]首先，對(duì)于將用氣體燃料操作的系統(tǒng)，如圖2中，接下來的步驟如下:
[0098]1.在低于或等于操作壓力的壓力下且在低于或等于系統(tǒng)操作溫度的溫度下用二氧化碳對(duì)系統(tǒng)預(yù)加壓；
[0099]2.啟動(dòng)循環(huán)泵以建立再循環(huán)流；
[0100]3.啟動(dòng)燃料和氧氣流，開始燃燒，且增加流速直到系統(tǒng)到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)操作值，同時(shí)調(diào)制控制閥Vl直到到達(dá)穩(wěn)態(tài)操作壓力和溫度；和
[0101]4.當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)條件時(shí)，同樣調(diào)制閥V2和V3以優(yōu)化燃燒性能。
[0102]作為替代方法，對(duì)于將用氣體燃料操作的系統(tǒng)，接下來的步驟可為如下:
[0103]1.從外部源啟動(dòng)燃料和氧氣流和溫度適中的加壓二氧化碳流，開始燃燒，且增加流速直到系統(tǒng)到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)操作值，同時(shí)調(diào)制控制閥Vl直到到達(dá)穩(wěn)態(tài)操作壓力和溫度；
[0104]2.同時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵并持續(xù)循環(huán)以完全建立處于穩(wěn)態(tài)條件的再循環(huán)流，同時(shí)逐漸減少加壓二氧化碳的外部供應(yīng)；
[0105]3.當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)條件時(shí)，也調(diào)制控制閥V2和V3以優(yōu)化燃燒性能。
[0106]其次，對(duì)于將用液體燃料操作的系統(tǒng)，如圖3中，接下來的步驟如下:
[0107]1.在低于或等于操作壓力的壓力下且在低于或等于系統(tǒng)操作溫度的溫度下用二氧化碳對(duì)系統(tǒng)預(yù)加壓；
[0108]2.啟動(dòng)循環(huán)泵以建立再循環(huán)流；
[0109]3.啟動(dòng)氧氣和燃料流，通過使用來自通過控制閥V8供應(yīng)的外部源的加壓二氧化碳流使燃料霧化，開始燃燒，且增加流速直到系統(tǒng)到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)操作值，同時(shí)調(diào)制控制閥Vl直到到達(dá)穩(wěn)態(tài)操作壓力和溫度。同時(shí)，隨著在系統(tǒng)中進(jìn)一步建立壓力，逐漸關(guān)閉閥V8并開啟閥V7 ;和[0110]4.當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)條件時(shí)，也調(diào)制控制閥V2、V3和V7以優(yōu)化燃燒性能。
[0111]作為進(jìn)一步的替代方法，對(duì)于將用液體燃料操作的系統(tǒng)，步驟可為如下:
[0112]1.從外部源通過控制閥V8啟動(dòng)氧氣和燃料流和溫度適中的加壓二氧化碳流，開始燃燒，且增加流速直到系統(tǒng)到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)操作值，同時(shí)調(diào)制控制閥Vl直到到達(dá)穩(wěn)態(tài)操作壓力和溫度。同時(shí)，隨著在系統(tǒng)中進(jìn)一步建立壓力，逐漸關(guān)閉閥V8并開啟閥V7 ；
[0113]2.同時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵并持續(xù)循環(huán)以完全建立處于穩(wěn)態(tài)條件的再循環(huán)流，同時(shí)逐漸減少加壓二氧化碳的外部供應(yīng)；和
[0114]3.當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)條件時(shí)，也調(diào)制控制閥V2、V3和V7以優(yōu)化燃燒性能。
[0115]在操作期間，具有響應(yīng)于能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求的系統(tǒng)負(fù)載管理的各種方法，熱能通過熱交換器220供應(yīng)到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這些方法和選項(xiàng)是基于控制通過熱交換器220而被傳遞到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的熱量，同時(shí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)體驗(yàn)到負(fù)載變化。以下選項(xiàng)可對(duì)于氣體、液體和固體燃料(如不同地在圖2至圖5中所示)個(gè)別或組合地實(shí)施:
[0116]?引入新的熱交換器HX6以將再循環(huán)流的溫度調(diào)制在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。
[0117]?在HXl周圍引入旁路構(gòu)件，其具有調(diào)制閥V4以控制旁路流的流速。
[0118]?引入存貨控制構(gòu)件，通過使用釋放閥V5以控制系統(tǒng)內(nèi)過量的壓力、溫度和質(zhì)量流。
[0119]?調(diào)制燃料和02流速以遵循能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的負(fù)載變化。
[0120]?調(diào)制循環(huán)泵以控制再循環(huán)流的質(zhì)量流速。
【權(quán)利要求】
1.一種操作連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)，所述燃燒系統(tǒng)包括 (i)燃燒構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來選擇性操作于超過大氣壓的燃燒壓力下，且包括燃燒器，所述燃燒器具有 (a)至少一個(gè)燃燒室； (b)燃料輸入構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來在超過所述所選燃燒壓力的壓力下接收燃料供應(yīng)； (c)氧氣輸入構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來接收具有至少70%純度且在超過所述所選燃燒壓力的壓力下的氧氣供應(yīng)； (d)二氧化碳輸入構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來接收在超過所述所選燃燒壓力的壓力下的超臨界二氧化碳供應(yīng)； Ce)至少一個(gè)燃燒產(chǎn)物出口構(gòu)件，其定義燃燒器的出口流路以從所述燃燒室和所述燃燒器去除燃燒產(chǎn)物；和 Cf)至少一個(gè)燃燒產(chǎn)物流再循環(huán)入口構(gòu)件； (ii)氧氣遞送構(gòu)件，其操作地連接到所述氧氣輸入構(gòu)件； (iii)燃料遞送構(gòu)件，其操作地連接到所述燃料輸入構(gòu)件； (iv)至少第一熱交換器構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來操作連接到所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其具有輸入?yún)^(qū)域、排出區(qū)域和至少第一流道，所述至少第一流道定義所述輸入?yún)^(qū)域與所述排出區(qū)域之間用于從所述燃燒器接收的所述燃燒產(chǎn)物的流路； (V)燃燒排氣構(gòu)件，其包括流道； (vi )再循環(huán)構(gòu)件，其操作地連接到所述至少一個(gè)燃燒產(chǎn)物流再循環(huán)入口構(gòu)件，且包括至少一個(gè)循環(huán)泵；和 (vii)燃燒排出構(gòu)件，其操作地連接到所述第一熱交換器構(gòu)件的所述排出區(qū)域以去除所述燃燒產(chǎn)物，且燃燒排出構(gòu)件包括 Ca)劃分構(gòu)件，其用于將所述燃燒產(chǎn)物分成再循環(huán)流和排氣流； (b)再循環(huán)流遞送構(gòu)件，其操作地連接到所述再循環(huán)構(gòu)件；和 (c)排氣流遞送構(gòu)件，其操作地連接到所述燃燒排氣構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是具有工作流體的封閉的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，且所述第一熱交換器構(gòu)件還包括第二流道，所述第二流道定義所述輸入?yún)^(qū)域與所述排出區(qū)域之間用于從所述封閉的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)供應(yīng)所述工作流體的流路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述氧氣輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來接收具有至少80%純度的氧氣供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述氧氣輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來接收具有至少90%純度的氧氣供應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述氧氣輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來接收具有至少95%純度的氧氣供應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè) 燃燒室的每個(gè)被構(gòu)建和配置來操作于至少IOMPa的壓力下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)燃燒室的每個(gè)被構(gòu)建和配置來操作于IOMPa與25MPa之間的壓力下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃燒排氣構(gòu)件被構(gòu)建和配置來操作地連接到用于所述排氣流的調(diào)節(jié)構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)構(gòu)件包括水蒸氣去除構(gòu)件和雜質(zhì)去除構(gòu)件，以產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)物流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)構(gòu)件選自閃蒸分離器、重力分離器和薄膜處理構(gòu)件中的至少一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述循環(huán)構(gòu)件包括位于所述劃分構(gòu)件上游的至少一個(gè)冷凝物敲出容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其還包括操作地連接到所述再循環(huán)構(gòu)件的原動(dòng)機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述原動(dòng)機(jī)選自渦輪、引擎、電動(dòng)機(jī)及其組合的至少一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述原動(dòng)機(jī)位于所述燃燒排氣構(gòu)件的流道內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其還包括操作地連接到所述燃燒排氣構(gòu)件的背壓調(diào)節(jié)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第一熱交換器構(gòu)件選自印刷電路熱交換器、殼和管式熱交換器和板式熱交換器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所 述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第一熱交換器構(gòu)件是逆流熱交換器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其還包括至少第二熱交換器構(gòu)件，所述至少第二熱交換器構(gòu)件操作連接到所述燃燒排氣構(gòu)件，具有輸入?yún)^(qū)域、排出區(qū)域，且定義所述輸入?yún)^(qū)域與所述排出區(qū)域之間用于所述排氣流的流道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第二熱交換器構(gòu)件包括定義用于所述氧氣進(jìn)入流的流路的第二流道。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第二熱交換器構(gòu)件選自印刷電路熱交換器、殼和管式熱交換器和板式熱交換器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第二熱交換器構(gòu)件是逆流熱交換器。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其還包括至少第三熱交換器構(gòu)件，所述至少第三熱交換器構(gòu)件操作連接到所述第二熱交換器下游的所述燃燒排氣構(gòu)件，且包括用于所述排氣流的流道。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第三熱交換器構(gòu)件選自印刷電路熱交換器、殼和管式熱交換器和板式熱交換器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第三熱交換器構(gòu)件是逆流熱交換器。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括二級(jí)熱交換器構(gòu)件，且所述氧氣遞送構(gòu)件操作地可連接到所述二級(jí)熱交換器構(gòu)件。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括三級(jí)熱交換器構(gòu)件，且所述燃料遞送構(gòu)件操作地可連接到所述三級(jí)熱交換器構(gòu)件。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來接收選自由液體燃料、氣體燃料、固體燃料和其混合物組成的組的燃料供應(yīng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料是液體燃料，且所述燃料輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來從所述再循環(huán)流接收流以使所述液體燃料霧化。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料是粉狀固體燃料，且所述燃料輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來從所述再循環(huán)流接收流以運(yùn)載所述粉狀固體燃料。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料供應(yīng)包括天然氣。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述氣體燃料選自來自氣化過程的合成氣體和來自燃料精制過程的廢氣。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或權(quán)利要求31所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述第三熱交換器構(gòu)件包括定義用于所述進(jìn)入的燃料供應(yīng)的流路的第二流道。
33.根據(jù)權(quán)利要求1至32中任一項(xiàng)所述的燃燒系統(tǒng)，其還包括第四熱交換器構(gòu)件，其操作地連接到所述再循環(huán)流遞送構(gòu)件以用于修改所述再循環(huán)流的操作溫度。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料供應(yīng)包括選自煤、煤粉、加工的煤、油、浙青、石油焦、易燃廢物和生物質(zhì)及其組合的至少一個(gè)的碳?xì)淙剂稀?br> 35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料供應(yīng)是粉狀固體燃料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料輸入構(gòu)件包括超臨界二氧化碳流以運(yùn)載所述粉狀固體燃料。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料輸入構(gòu)件被構(gòu)建和配置來從所述再循環(huán)流接收流以運(yùn)載所述粉狀固體燃料。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃料供應(yīng)是液體二氧化碳中的粉狀固體燃料的料漿，且所述燃料輸入構(gòu) 件還包括料漿饋送系統(tǒng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述燃燒構(gòu)件還包括至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來去除不易燃的固體顆粒，包括飛灰、底灰、爐渣和非灰微粒中的至少一個(gè)。
40.根據(jù)權(quán)利要求27所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述再循環(huán)構(gòu)件包括至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件，其被構(gòu)建和配置來去除不易燃的固體顆粒。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件的一個(gè)位于所述第一熱交換器的上游。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)固體去除出口構(gòu)件的一個(gè)位于所述第一熱交換器的下游。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的燃燒系統(tǒng)，其中所述固體去除出口構(gòu)件的每個(gè)位于所述循環(huán)泵的上游。
44.一種將熱能提供到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟 (a)提供燃燒構(gòu)件，所述燃燒構(gòu)件被構(gòu)建和配置來選擇性地操作于超過大氣壓的燃燒壓力下，且其包括具有至少一個(gè)燃燒室的燃燒器，且其操作地連接到具有燃燒產(chǎn)物流道的第一熱交換器，所述燃燒構(gòu)件還被操作地連接到循環(huán)泵； (b)將所述第一熱交換器連接到所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)； (c)選擇操作燃燒壓力； (d)確定所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所需的遞送溫度范圍，且確定所述所需的遞送溫度范圍內(nèi)的目標(biāo)溫度范圍；(e)遞送燃料供應(yīng)，具有至少70%純度且在超過所述所選操作燃燒壓力的壓力下的氧氣供應(yīng)，且同時(shí)選擇性地將包括超臨界二氧化碳流的加壓流體供應(yīng)遞送到所述燃燒器； (f)在存在所述氧氣供應(yīng)的情況下在所述燃燒室中燃燒所述燃料供應(yīng)，且在所述所選的操作燃燒壓力下對(duì)流體加壓以產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流； (g)將所述燃燒產(chǎn)物流遞送到并通過所述第一熱交換器的第一流道； (h)選擇性地將離開所述第一熱交換器的所述燃燒產(chǎn)物流分成再循環(huán)流和排氣流； (i)將所述再循環(huán)流遞送到所述燃燒器； (j)監(jiān)視所述所需的遞送溫度范圍且根據(jù)所述所需的遞送溫度范圍上的變化調(diào)整所述目標(biāo)溫度范圍； (k)選擇性地控制和調(diào)整燃料和氧氣的供應(yīng)比率和所述再循環(huán)流遞送到所述燃燒器的速率，以將所述燃燒產(chǎn)物流帶入并維持在所述目標(biāo)溫度范圍內(nèi)；和 (I)將所述排氣流遞送到燃燒排氣構(gòu)件以用于去除和選擇性恢復(fù)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其還包括在步驟(e)之前(d.1)通過將燃料供應(yīng)在空氣中在環(huán)境壓力下燃燒而將所述燃燒構(gòu)件預(yù)熱到所述目標(biāo)溫度范圍內(nèi)的操作溫度的啟動(dòng)步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其還包括在步驟(d.1)之后且在步驟(e)之前的啟動(dòng)步驟 Cd.2)將燃料供應(yīng)和具有至少70%純度的氧氣供應(yīng)連同包括在小于所述所選目標(biāo)溫度范圍的最大值的溫度下的二氧化碳流的加壓流體供應(yīng)且在小于所述所選操作燃燒壓力的壓力下而遞送到所述燃燒器，且燃燒所述燃料以將所述燃燒構(gòu)件的溫度和壓力上升到各自所選的值；和 Cd.3)選擇性地操作所述循環(huán)泵以建立所述再循環(huán)流。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中步驟(h)還包括通過背壓調(diào)節(jié)器來控制所述再循環(huán)流中的壓力而選擇性地控制去除所述排氣流的比率。
48.根據(jù)權(quán)利要求44至47中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(f)還包括使所述燃燒產(chǎn)物流中的最多3%的氧氣以干基測量。
49.根據(jù)權(quán)利要求44至48中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是具有工作流體的封閉的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，且所述第一熱交換器還包括定義用于所述工作流體供應(yīng)的流路的第二流道，以從步驟(g)中遞送到所述第一流道的所述燃燒產(chǎn)物流接收熱。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中步驟(k)包括控制和調(diào)整燃料和氧氣的供應(yīng)比率，以及響應(yīng)于所述工作流體通過所述第一熱交換器的質(zhì)量流速上的變化和所述所需遞送溫度范圍內(nèi)的變化而將所述再循環(huán)流遞送到所述燃燒器的速率。
51.根據(jù)權(quán)利要求44至50中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(d)中的所述氧氣供應(yīng)包括具有至少80%的純度的氧氣供應(yīng)。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中步驟(e)中的所述氧氣供應(yīng)包括具有至少90%的純度的氧氣供應(yīng)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中步驟(e)中的所述氧氣供應(yīng)包括具有至少95%的純度的氧氣供應(yīng)。
54.根據(jù)權(quán)利要求44至53中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(c)包括選擇至少IOMPa的操作燃燒壓力。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中驟(c)包括選擇IOMPa與25MPa之間的操作燃燒壓力。
56.根據(jù)權(quán)利要求44至55中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在步驟(e)之前(c.1)預(yù)熱所述氧氣的步驟。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中步驟(c.1)包括將第二熱交換器提供到所述燃燒排氣構(gòu)件，將所述排氣流遞送到并通過所述第二熱交換器，且將所述氧氣供應(yīng)遞送到并通過所述第二熱交換器以由所述排氣流加熱。
58.根據(jù)權(quán)利要求44至57中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(g)包括在比所述所需遞送溫度范圍的最大值至少高5°C的溫度 下將所述燃燒流體產(chǎn)物遞送到所述第一流道。
59.根據(jù)權(quán)利要求44至58中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(i)還包括將所述再循環(huán)部分壓縮到超過步驟(c )中所選的所述操作燃燒壓力的壓力。
60.根據(jù)權(quán)利要求44至59中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(e)中所述遞送燃料供應(yīng)包括遞送天然氣，所述方法還包括在步驟(e)之前(c.2)預(yù)熱所述燃料供應(yīng)的步驟。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中步驟(c.2)包括將第三熱交換器提供到所述燃燒排氣構(gòu)件，將所述排氣流遞送到并通過所述第三熱交換器，且將所述燃料供應(yīng)遞送到并通過所述第三熱交換器以由所述排氣流加熱。
62.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中步驟(e)中所述遞送燃料供應(yīng)包括遞送選自由液體燃料、氣體燃料、固體燃料和其混合物組成的組的燃料供應(yīng)。
63.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中步驟(e)中所述遞送燃料供應(yīng)包括遞送選自煤、煤粉、加工的煤、油、浙青、石油焦、易燃廢物、生物質(zhì)及其組合的至少一個(gè)的碳?xì)淙剂瞎?yīng)。
64.根據(jù)權(quán)利要求62或權(quán)利要求63所述的方法，其中所述燃料供應(yīng)是粉狀固體燃料。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中步驟(e)還包括在超臨界二氧化碳流中提供所述粉狀固體燃料。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中步驟(e)包括在液體二氧化碳中遞送所述粉狀固體燃料作為料漿。
67.根據(jù)權(quán)利要求44至66中任一項(xiàng)所述的方法，其中驟(k)還包括將所述排氣流帶到環(huán)境溫度。
68.根據(jù)權(quán)利要求44至67中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(k)還包括通過從所述排氣流去除水蒸氣和雜質(zhì)以產(chǎn)生在所選純度范圍內(nèi)的二氧化碳產(chǎn)物流而調(diào)節(jié)所述排氣流。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述二氧化碳產(chǎn)物流是以選自超臨界和亞臨界的形式。
70.根據(jù)權(quán)利要求44至66中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(a)還包括將至少一個(gè)固體去除構(gòu)件提供到所述燃燒器。
71.根據(jù)權(quán)利要求44至66中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(a)還包括在所述燃燒器與所述第一熱交換器之間提供至少一個(gè)固體去除構(gòu)件和至少一個(gè)固體出口，且所述方法還包括在步驟(g)之前(f.1)將所述燃燒產(chǎn)物流傳遞通過所述固體去除構(gòu)件且通過所述至少一個(gè)固體出口排出所去除的固體的步驟。
72.根據(jù)權(quán)利要求44至70中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在步驟(i)之前選擇性地從所述再循環(huán)流去除固體的步驟。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中步驟(a)還包括將至少一個(gè)固體去除構(gòu)件提供到所述循環(huán)泵上游的所述燃燒構(gòu)件。
74.根據(jù)權(quán)利要求44至73中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(a)還包括提供再循環(huán)流熱交換器，且步驟(i )還包括將所述再循環(huán)流的至少部分選擇性地傳遞通過所述再循環(huán)流熱交換器以修改所述再循環(huán)流的溫度。
75.根據(jù)權(quán)利要求44至74中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(a)還包括將旁路構(gòu)件提供到所述第一熱交換器，且步驟(g)還包括選擇性地將所述燃燒產(chǎn)物流的至少部分傳遞通過所述旁路構(gòu)件，而不是通過所 述第一熱交換器。
【文檔編號(hào)】F23L7/00GK103547861SQ201180071093
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月24日
【發(fā)明者】K·E·贊加內(nèi), W·J·皮爾森, M·米特洛維奇, A·沙費(fèi)恩 申請(qǐng)人:由加拿大自然資源部長代表的加拿大女王陛下