[发明专利]增强热力效率和污染控制的供电系统

说明书

本发明涉及供电设备或供电系统，更具体地说，涉及低排放、采用化石燃料并具有增强热力效率和污染控制的供电设备。

在供电设备例如化石燃料的供电设备中，点燃并焚烧化石燃料，在控制条件下在反应室内氧化或燃烧以产生热。将热传递到循环流体例如水以产生蒸汽，所述流体通过反应室内或邻近的冷却管。蒸汽于是通过蒸汽轮机发电。使用化石燃料的集成气化联合循环(IGCC)供电设备，将化石燃烧分为多个阶段，典型地，其中第一阶段是部分氧化或气化步骤。随后在蒸汽轮机和蒸汽锅炉中燃烧生成的气体。在设计化石燃料的供电设备时，热力效率和污染控制一直是重要的考虑因素。从资源保护的角度出发，不断增加的燃料价格及日益严格的污染控制的这几个因素，促使需要采用更好、更清洁、更高效的将化石燃料转化为电的方法。虽然供电设备或系统已经取得了相对高水平的效率和污染控制，但是许多问题仍然有待解决。例如，流出颗粒物越来越难以达到标准的要求，典型的供电设备需要许多不同的工艺过程和设备以去除颗粒物。这样增加了成本和系统的复杂性，所述的工艺过程和设备通常需要巨大的功率输入，导致极大的寄生功率损失和效率低下。而且，尽管供电设备偶尔采用节约装置和类似的设备以回收来自燃烧产物中气体的部分显热，但供电设备没有试图回收例如气体气化的潜热，这是因为在这种设备的操作条件下，这些气体的冷凝温度太低以致于不能有效地回收。尤其在燃烧过程中产生相对大量水蒸汽的系统中，如不能回收任何明显的部分气化潜热，将会导致明显的热力效率低下。

发明概述

因此本发明的目的是提供集成化的供电设备或系统，所述的设备或系统可回收来自生成水的气化潜热、洗涤排出的酸气，去除例如汞和颗粒物的化学污染物，及作为整个工艺过程必不可少部分的冷凝并回收液态二氧化碳。

本发明的另外一个目的是提供具有增强热力效率的供电设备或系统。

本发明的又一个目的是提供具有增强污染控制的上述类型的系统。

本发明的再一个目的是提供具有增强灵活性的上述类型的系统。

本发明的又一个目的是提供可回收在氧化或燃烧过程中生成水的部分气化潜热的上述类型的系统。

本发明的另一个目的是提供可在高压下操作的上述类型的系统，所述的高压可以使回收在氧化或燃烧过程中生成水的部分气化潜热在热力学上可行。

本发明的又一个目的是提供可充分利用二氧化碳使用性能的上述类型的系统。

本发明的再一个目的是提供利用循环、回收的在氧化或燃烧过程中产生水的上述类型的系统，以减少设备费用及磨损。

本发明的另一个目的是提供利用冷却剂的两段升压以减少热交换设备的费用和磨损的上述类型的系统。

本发明的又一个目的是提供可高效回收二氧化碳，并可在以后使用或出售的上述类型的系统。

本发明的另一个目的是提供从氧化或燃烧产物中除去颗粒物的上述类型的改进系统。

本发明的又一个目的是提供高效部分氧化或气化固体和液体化石燃料的上述型式的系统。

为实现上述及其它的目的及优点，公开了一种高压供电设备或系统，如下所述其可使例如化石燃料清洁、高效地氧化或燃烧。燃料和氧化剂被送到反应室，在优选的基本上约700psia～约2000psia，更优选为约850psia～约1276psia的压力范围内，在反应室内燃料被氧化。冷却剂被送到反应室内与燃料和氧化剂进行热交换。所选的反应室压力要大于或等于在如下温度下二氧化碳的气液平衡压力，所述的温度指在该温度下供电设备能够抑制热量散失到环境。来自反应室燃烧的产物被送到热交换器，在优选的基本上约700psia～约2000psia，更优选为约850psia～约1276psia的压力范围内，在热交换器中水从来自燃烧的产物中冷凝下来。一部分冷凝水循环回热交换器上游的燃烧产物中。同时，在送入反应室前，冷却剂以两步升压方式通过热交换器，这样冷却剂在以基本上约300psia～约600psia的压力下通过热交换器，并在基本上约2000psia～约5000psia的压力下通过反应室。

附图简述

根据载有附图的本发明，参考以下优选但说明性实施方式的详细说明，可以更全面地理解上述说明及其它的目的、特征和优点。

图1是涉及含有极小量或没有灰分或形成灰分材料的化石燃料的本发明供电系统的示意图；

图2列表说明了如图1描述系统优选的、假设的操作条件；

图3列表说明了如图1描述系统优选的、假设的质量流量；

图4A和4B列表说明了如图1描述系统优选的、假设的能量流量表；