[发明专利]具有三个燃烧区域的燃氧型锅炉单元和其操作方法

说明书

本发明公开了一种燃氧型锅炉单元，其包括燃炉(100)，用于燃烧燃料，并用于排出燃烧所产生的烟道气。燃炉具有第一(100a)、第二(100b)和第三(100c)燃烧区域以及空气分离单元(106)，空气分离单元用于从空气中分离出氧气(118)，并将分离出的氧气的第一部分(119)提供给第一氧化剂流(115)，将第二部分(120)提供给第二氧化剂流(117)，并将分离出的氧气的第三部分(121)提供给燃炉(100)的第一(100a)、第二(100b)和第三(100c)燃烧区域。控制器与控制阀和测量单元一起促使分离出的氧气(118)进行分配，使得第一(115)和第二(117)氧气流具有所需的氧气含量，并且燃炉(100)的第一(100a)、第二(100b)和第三(100c)区域基于燃烧区域化学计量学控制而接收所需量的氧气。确定烟道气氧气含量，以便控制不同的氧气含量和产生的分离出的氧气的量。

关于联邦政府资助研究的声明

美国政府根据授权对本发明具有权利，所述授权具有来自美国能源部/国家能源技术实验室(NETL)的合同No. DE-NT0005290。

技术领域

本公开涉及一种燃氧型锅炉单元、利用至少一个这样的锅炉单元的能量生产系统以及其操作方法。

背景技术

用于能量生产系统的锅炉单元已经用于燃煤发电厂等等。这种锅炉单元利用空气并将空气发送给燃炉，以便燃烧煤，从而产生蒸汽，蒸汽后续用于产生电力。用于电力生产的锅炉单元以及这种系统的其它构件在例如专利申请公开No.2012/0052450、No.2012/0145052, No.2010/0236500和No.2009/0133611以及美国专利No.7,954,458和No.6,505,567中有所描述。

燃氧是为燃烧化石燃料(例如煤等等)的发电厂中的二氧化碳捕获和螯合作用而研究出来的，以便用氧气和再循环的烟道气的混合物替代燃烧空气，从而产生高二氧化碳含量的烟道气流，其可以更容易地进行处理，以便使用(例如提高采油率)和/或螯合作用。在美国专利申请公开No.2012/0145052中公开了某些燃氧系统，其可包括空气分离单元、锅炉、污染控制系统和用于再循环烟道气的气体处理单元。来自燃烧的热量和锅炉烟道气中的余热可用于生产过热蒸汽，以便驱动蒸汽涡轮发电机，从而生产电力。烟道气然后可进行处理，以除去某些污染物(例如NO_X、SO_X等等)，然后可使一部分处理后的烟道气再循环至锅炉以实现燃烧。如美国专利申请公开No.2012/0134042中所公开的那样，基于锅炉中燃烧了多少燃料而将氧气添加至再循环的烟道气中。氧气添加到烟道气中，从而形成单个氧化剂流，然后将单个氧化剂流馈送至锅炉。这种系统容易发生效率低和系统退化。

发明内容

一种燃氧型锅炉单元可包括燃炉，其用于燃烧燃料并用于排出燃烧所产生的烟道气。燃炉可具有第一燃烧区域、第二燃烧区域和第三燃烧区域。在锅炉单元中还可提供用于接收空气并从空气中分离出氧气的空气分离单元。这种锅炉单元还可包括至少一个管道，其用于混合分离出的氧气的第一部分和第一烟道气流，从而形成具有第一预定氧气含量的第一氧化剂流，用于混合分离出的氧气的第二部分和第二烟道气流，从而形成具有第二预定氧气含量的第二氧化剂流，并且用于将分离出的氧气的第三部分引导至燃炉的第一、第二和第三燃烧区域，以用于燃料的燃烧，其中管道将第一氧化剂流引导至燃炉的第一燃烧区域，并且将第二氧化剂流引导至燃炉的第一、第二和第三燃烧区域。锅炉单元还可包括控制器，其通过促使第一量的分离出的氧气的第三部分发送给第一燃烧区域，第二量的分离出的氧气的第三部分发送给第二燃烧区域，并且第三量的分离出的氧气的第三部分发送给第三燃烧区域，来对燃炉进行燃烧区域化学计量学控制。第一量、第二量和第三量可基于下者之间的差异来确定：针对第一、第二和第三燃烧区域的燃料燃烧所规定的氧气总量，以及在第一和第二氧化剂流中所确定的氧气量。