[发明专利]用于加热再循环气流的方法及发电的方法和系统

说明书

本公开涉及主要使用CO₂作为工作流体的提供电力生成的系统和方法。特别是，本公开提供了使用来自CO₂压缩机的一部分压缩热作为提高发电系统和方法的整体效率所需的附加加热。

技术领域

本公开的主题涉及用于发电(诸如电力)的系统和方法，其以理想效率工作，这通过在热交换器中使用另外热源对至少部分再循环CO₂流进行附加加热来实现。特别地，来自另外来源的热可以至少部分来源于至少部分再循环CO₂流的压缩。

背景技术

来自燃料燃烧的常规发电方式通常缺乏同时实现高效发电和碳捕捉(例如，用于封存或其它用途)的能力。具有碳捕捉的高效发电领域中的一个出版物，授予Allam等的第8,596,075号美国专利，在闭合循环燃烧系统中使用CO₂作为工作流体提供了理想的效率。这样的系统特别受益于以下公认的有效性：在回热式热交换器中使用来自热涡轮机排气的热并且添加更多的来自涡轮机排气之外来源的热来加热再循环CO₂流。尽管有这些进展，本领域中仍然存在对以下改进的发电系统和方法的不断增长的需要：其提供了高效率以及CO₂和来自其它燃料和燃烧的杂质的捕捉。

发明内容

本公开提供了具有改进效率的发电系统和方法。所述系统和方法可以利用CO₂作为工作流体，并且可以构造用于捕捉CO₂和来自其它燃料和燃烧的杂质。本发明的改进已被鉴定为涉及在压力升高的氧-燃料燃烧系统和方法中向再循环CO₂流引入低温度水平加热，其还利用以来自热涡轮机排气的热对再循环CO₂流进行的回热式加热。低温度水平加热在本文中可以以“附加加热”术语来描述。因此，应当理解，附加加热是来自除了热涡轮机排气之外的来源的低温度水平热。换言之，附加加热不是从热涡轮机排气回收的热。本公开特别地鉴定了在闭合循环或部分闭合循环的氧-燃料燃烧系统和方法中获得和传递附加加热的装置，所述系统和方法提供超过仅来自燃料的热的加热能力的发电输出，并且因此提供有利的效率提高。

在一些实施方式中，本公开涉及以理想效率工作的发电(诸如电力)系统和方法，所述理想效率通过以下方式实现：燃料(例如，碳质或含碳燃料)在氧中在升高压力下在再循环CO₂流存在下燃烧，随后将产物气体通过发电涡轮机膨胀，并且在回热式热交换器中冷却涡轮机排气，所述回热式热交换器加热先前所压缩的再循环CO₂流。可通过使用附加加热将至少部分再循环CO₂流在热交换器中进行附加加热而获得提高的发电效率，所述附加加热可以是，例如，至少部分来源于至少部分再循环CO₂流的压缩的热。