CN101175899A - 低co2热能动力设备 - Google Patents

Abstract

一种主要从基于煤的燃料中产生电能的方法，其中在CO₂捕获单元中将燃烧气体分离成富含CO₂的气流和CO₂较少的气流，CO₂较少的气流释放到周围环境中，而富含CO₂的气流准备用于沉积或排出。还描述了一种用于执行该方法的设备和用于该设备的优选注入器。

Description

低CO2热能动力设备

技术领域

本发明涉及一种主要从基于煤的燃料产生电能的方法，其中燃烧气体分离成富含CO₂的气流(其输出例如用于安全沉积)以及释放到周围环境中的CO₂较少的气流。本发明还涉及执行该方法的设备和该设备的部件。

背景技术

最近150年中，大气中CO₂的浓度已经增加了近30％，这主要是由于诸如煤和碳氢化合物的化石燃料的燃烧。甲烷的浓度已经加倍，而氮氧化合物的浓度已经增加了约15％。这已经加剧了大气温室效应，并已经导致了：

·在过去一百年中，地球表面附近的平均温度已经升高了约0.5℃，并且在最近十年中有加速的趋势

·在同一时期中，降雨量已经增加了1％

·由于冰川融化以及因为当加热时水的膨胀，海平面已经上升了15至20cm

不断增加的温室气体排放预期将对气候造成持续的改变。在未来50年，气温可能升高多达0.6至2.5℃。在科学界，基本上一致认为增加使用化石燃料以及呈指数地增加排放CO₂已经改变了自然的CO₂平衡，并且因而是本开发的直接原因。

重要的是立即采取措施，以稳定大气的CO₂含量。如果安全地收集和沉积热能动力设备中产生的CO₂，那么就可以实现这一目标。假设收集占据用于控制CO₂向大气排放的总耗费的四分之三。

来自热能动力设备的排放气体通常包含体积为4至10％的CO₂，其中最低值通常相对于燃气涡轮，而最高值仅在燃烧室中达到，该燃烧室通过产生蒸汽而冷却。

通过吸附作用从含CO₂气体中捕获CO₂是已知的，例如参见EP0551876。在此，使含CO₂气体接触吸收剂，该吸收剂通常是从气体中吸收CO₂的胺溶液。其后，通过加热胺溶液而使得胺溶液再生。然而，吸附取决于CO₂的分压力。如果分压力过低，则总CO₂中相对较小的部分会被吸收。通常，燃烧气体中CO₂的分压力较低，对于燃气涡轮通常值为0.04巴。在这种设备中，每重量单位CO₂的能耗将比如果原料气体中CO₂的分压力为1.5巴时高3倍。清洁的设备将是昂贵的，并且清洁处理的程度和动力设备的尺寸将是限制因素。

因而，开发工作集中在增加CO₂的分压力。根据WO00/48709，将在燃气涡轮上已经膨胀并且冷却的燃烧气体进行再加压。然后，使再加压的气体接触吸收剂。这样，CO₂的分压力上升，例如，上升至0.5巴，并且该清洁处理变得更有效。一个关键的缺点是气体中氧气的分压力也变高，例如1.5巴，同时当氧气分压力在约0.2巴之上时胺通常迅速降解。另外，需要昂贵的额外设备。

升高CO₂的分压力的另一种可能性是空气分离。通过将进入燃烧装置的空气分离成氧气和氮气，循环的CO₂可以分别在燃气涡轮组合循环或燃煤动力设备中用作推进剂(用于燃气轮机)或者作为冷却气体(用于燃煤锅炉)。没有氮气冲淡形成的CO₂，排出气体中的CO₂将具有较高的分压力，近似高达1巴。来自燃烧的过量的CO₂随后可以相对简单地得到分离，从而用于收集CO₂的设备可以得到简化。然而，这种***的总成本变得相对较高，因为除了动力设备外，还必须具有用于产生氧气的基本设备。除了对材料的很大需求外，生产和燃烧纯氧气带来相当大的安全挑战。这也将最可能需要发展新涡轮。

从WO2004/001301中，已知在提高的压力下发生燃烧，通过产生蒸汽而冷却燃烧气体，将燃烧气体分离成用于沉积的富含CO₂的气流以及CO₂较少的气流，并且在释放到大气中之前在涡轮上膨胀CO₂较少的气流。然而，正讨论的设备是气体驱动的设备，并且未提及使用煤炭作为燃料。

WO2004/026445涉及一种用于将燃气的热能动力设备的燃烧气体分离成富含CO₂的气流和CO₂较少的气流的方法。来自动力设备的燃烧气体在此用作第二组合动力设备和分离设备中的含氧气体。

上述的方法主要涉及燃烧天然气的动力设备。然而，当今，与天然气相比，更广泛地使用煤炭作为热能动力设备中的燃料。另外，与基于天然气的设备相比，燃煤热能动力设备每单位电能的确产生更多的CO₂。另外，煤炭易于获得，并且与天然气相比是较便宜的燃料。

将诸如粉煤的基于煤的燃料引入加压燃烧室存在技术挑战。使用空气作为煤尘的推进剂将产生***性混合物，该***性混合物会导致其在进入燃烧室之前开始燃烧，并且甚至可能导致在用于混合空气和煤的装置或者连接管线或燃烧室中***。使用诸如氮气的惰性气体将是另一种可能性，但是氮气的净化将使动力设备增加不可接受的成本。另外，添加氮气将增加总气流，并且导致燃烧气体中CO₂的分压力下降，这对于分离CO₂是不利的。

根据所谓的PFBC处理，粉煤与水混合以形成糊状混合物，将其挤压进入燃烧室。需要水-煤糊状混合物以便于泵送流体，并且由此克服锅炉燃烧压。糊状物中的水将蒸发，从而导致效率损失。为了点燃水-煤糊状物，需要流化床燃烧器。这是大型且昂贵的设备。另外，流化床给出了为2巴量级的显著压降。这降低了下游涡轮的动力。

发明内容

因此，需要一种成本有效的方法，用于从基于煤的燃料中产生电能，其中燃烧气体分离成用于沉积的富含CO₂的气流和可以释放到大气中的CO₂较少的气流。

根据第一方面，本发明涉及一种用于主要从基于煤的燃料中产生电能的方法，其中将基于煤的燃料和含氧气体引入燃烧室中，并且在升高的压力下燃烧，通过产生用于产生电力的蒸汽冷却燃烧室中的燃烧气体，进一步冷却燃烧气体并在CO₂捕获单元中将其分离成富含CO₂的气流和CO₂较少的气流，在将CO₂较少的气流释放到周围环境中之前，再加热该CO₂较少的气流并且在涡轮上使其膨胀而产生电能，其中将富含CO₂的气流分离成用于沉积或输出的气流和再循环至燃烧室的气流。在燃烧室中，再循环的CO₂用于将粉煤带入燃烧区域。如果使用空气代替CO₂将粉煤送入锅炉，将存在严重的***危险。通过使用CO₂代替空气，排除了***危险。另外，消除了提及的用于流化床反应器的压降。

根据优选实施例，再循环到燃烧室中的至少一部分富含CO₂的气流在引入燃烧室之前与基于煤的燃料混合，并且与基于煤的燃料一同注入到燃烧室中。再循环到燃烧室中的富含CO₂的气流可用于使中间存储装置的容器中燃料流化，以避免沉淀的煤燃料可能妨碍注入燃烧室。另外，富含CO₂的气流可用作用于燃料的推进剂，以迫使燃料从容器进入燃烧室。

优选地，在CO₂较少的气流在涡轮上膨胀之前，通过与来自燃气的第二燃烧室的燃烧气体进行热交换而加热所述CO₂较少的气流。这样可以优化设备的能量输出并增加部分电力，这部分电力通过在这部分气流释放到环境中之前而使其膨胀产生。

燃烧室中的压力可以从5至35巴，优选10至20巴，更优选从约12巴至约16巴。与较低压力相比，在升高的压力下，在CO₂捕获设备中对CO₂的吸收更有效。在升高的压力下的燃烧在升高的压力下将燃烧气体传送到捕获设备中，而无需耗能压缩机。通过保持燃烧室几乎完全燃烧，可以最小化要净化的废气质量流，并且CO₂的浓度以及因而其分压力最大化。

优选地，通过产生蒸汽将离开燃烧室中的燃烧气体降低到约350℃以下。通过将离开燃烧室的燃烧气体中的温度保持在350℃以下，在用于进一步处理气体的设备中可以使用普通质量的钢。另外，高的能量输出作为蒸汽取出，以用于产生电能。

根据一个实施例，将天然气引入燃烧室中以支持燃烧。当燃烧通过添加天然气而得到支持时，燃烧变得更为有效。

根据第二方面，本发明涉及主要燃烧基于煤的燃料的热能动力设备，该热能动力设备包括燃烧室、用于将基于煤的燃料和含氧气体引入燃烧室中的装置、用于冷却燃烧室中的燃烧气体的冷却装置以及用于将燃烧气体分离成富含CO₂的气流和CO₂较少的气流的装置，其中动力设备还包括用于将一部分CO₂再循环至燃烧室的管线以及用于释放剩余的富含CO₂的气流用于沉积或输出的CO₂管线。

冷却装置优选地是燃烧室内的冷却盘管，其中冷却盘管通过产生蒸汽来冷却燃烧气体。在生产用于产生电能的蒸汽的同时，燃烧室内的冷却盘管有效地冷却燃烧气体。

优选地，该热能动力设备还包括连接到用于产生电能的发生器的蒸汽涡轮。

根据一个优选实施例，部署有用于产生用于加热CO₂较少的气流的热的燃气的第二燃烧室以及在将加热的CO₂较少的气流释放到周围环境中之前使其膨胀的涡轮。在气流释放到周围环境之前加热气流给气体增加了能量。结果，从涡轮上的CO₂较少的气流的膨胀中产生电能变得更有效，并且提高了设备的总效率。

优选地，用于膨胀CO₂较少的气流的涡轮连接到用于产生电能的发生器。

根据第三方面，本发明涉及用于将基于煤的燃料和含氧气体注入加压燃烧室中的注入器，其包括被用于含氧气体的多个注入器所包围的用于注入基于粉煤和CO₂气体的混合物的中心管道。具有被用于含氧气体的注入器包围的用于注入煤和CO₂的中心管管的注入器结构确保了快速和紧密地混合基于煤的燃料和含氧气体。燃料和含氧气体的快速和紧密混合确保了燃烧室的最优燃烧。

根据一个优选实施例，注入器还包括用于注入天然气的一个或多个气体注入器。可以在燃烧开始和用于维持燃烧的情况下使用天然气形式的附加燃料。天然气在燃烧室中的燃烧导致了煤的更优和更好的燃烧，这是因为附加热量确保了煤中的较轻成份蒸发并且更有效地燃烧。

还可以在中心管道内提供螺旋肋。该螺旋肋将使得基于煤的燃料和CO₂的混合物以涡流运动形式排出中心管道。该运动确保对基于煤的燃料、含氧气体以及任何添加的天然气的甚至更好的混合。

根据一个实施例，将气体注入器定向成使得气体与煤粉以相反方式旋转。气体和粉煤相对彼此相反地旋转确保了对气体和煤粉的最佳混合。

附图说明

图1是本发明的优选实施例的示意图；

图2a示出了贯穿根据本发明的注入器的纵截面；

图2b示出了图2a的截面A-A；

图3示出了用于根据本发明的设备的示意性研磨和中间燃料存储设备；

图4是贯穿用于根据本发明的设备的组合的热交换器和第二燃烧室的纵截面；

图5是中间燃料存储设备和用于处理CO₂的装置的示意图；以及

图6是典型的CO₂捕获单元的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了燃烧天然气和煤的热能动力设备的典型实施例。分别通过煤管线10和石灰石管线11将煤和可选的石灰石引入煤研磨机12中。在煤研磨机12中，将煤和可选的石灰石研磨成磨碎的混合物，使得颗粒尺寸适于送入燃烧室中。

磨碎的煤和可选的石灰石在输送装置13上运送至中间存储装置14。所示的实施例中的中间存储装置14包括两个或以上的存储单元，每个单元以分批方式操作。两个或以上的单元是必须的，以提供燃烧室的连续操作。

每个中间存储单元包括进给阀15、存储容器16和排出阀17。另外，每个单元包括用于来自CO₂管线18的CO₂的一个或多个入口。将来自煤研磨机的磨碎的混合物运输到中间存储设备中，并且每次填入一个存储容器。为了填充容器16，进给阀15打开，而排出阀17关闭。在填充容器16期间或之后，优选地借助于来自CO₂管线18的CO₂将空气从容器中清除，以避免产生空气和煤尘的危险混合物。

借助于CO₂阀19控制CO₂。在填充容器和从容器中清除空气之后，进给阀15关闭。在容器中的混合物将引入燃烧室25之前，将CO₂填充入容器中以在容器中提供这样的压力，该压力比燃烧室中的压力高例如0.5至1巴，如0.7巴，或者更高。

根据一个实施例，将容器中的CO₂入口布置成通过CO₂来流使容器中的混合物至少局部地流化。其后，排出阀17打开，通过管线20将混合物引入注入器21中。通过注入器21将混合物以及CO₂、来自空气管线23的已压缩含氧气体以及可选地来自气体管线22的天然气引入燃烧室25。下文将参考图2更详细地描述注入器21。来自气体管线22的天然气用于促进燃烧室中的燃烧并且调整其中的内燃。

含氧气体可以是空气、富氧空气或氧气。说明书和权利要求中的术语空气和氧气用作同义词，用于描述这些可能性。

燃烧室25中的燃烧在升高的压力下发生，该压力例如从5至25巴，更优选从约10至约20巴，或者最优选约15巴。

燃烧室中的固体物质(诸如来自煤和燃烧气体中硫磺化合物凝固产生的硫酸钙的非可燃性残余物)收集在燃烧室底部，并且通过固体去除管线24去除。

上述燃烧室25是当前优选的燃烧室。然而，本领域技术人员应理解，其他结构和操作原理也是可能的。所述燃烧室可以由例如流化床燃烧室所代替。

通过在燃烧室内的冷却盘管9中产生蒸汽，从燃烧室中去除燃烧产生的大量的热。从燃烧室顶部去除大部分热，以降低通过燃烧气体管线35离开燃烧室25的燃烧气体的温度。

冷却盘管9中产生的蒸汽通过蒸汽管线26从燃烧室中去除，并且在涡轮28上膨胀，以在发生器27中产生电力。在管线29中将膨胀的蒸汽导入冷凝器30，在其中冷却并冷凝膨胀的气体。冷凝水在通过管线33再次引入燃烧室25中的冷却盘管9之前，由泵31泵出并且在预热器32中通过热交换而预先加热。必须注意到，该回路可能非常复杂。冷却盘管9可以分成两个或以上的冷却盘管，每个盘管将一部分热量取出至一个或以上的蒸汽涡轮。

通过燃烧气体管线35离开燃烧室25的燃烧气体优选具有约350℃或更低的温度。离开燃烧室的燃烧气体中低于350℃的温度使得可以在管线和处理设备的构造中使用较便宜的钢，并且减少建造成本。

管线35中的燃烧气体包含来自燃烧室的粉尘。该粉尘对于燃烧气体的进一步处理可能是有害的。因此，必须在包括多个旋风器和/或过滤器38的除尘单元36中去除粉尘。

所示的除尘单元36包括并行的两条管线，每条管线包括串联的多个旋风器和/或过滤器。然而，该单元可以包括两条以上的并行管线。为了允许连续操作除尘单元，只要并行管线中的至少一条打开并且始终运行，则可以关闭一条或以上的并行管线以用于清洁和维修。

借助于上游阀37可以关闭一条并行管线的入口侧，而通过下游阀40可以关闭并行管线的另一侧。在旋风器和/或过滤器中分离的粉尘通过除尘管线39去除。

来自除尘单元的无尘燃烧气体经由管线41引导至选择性催化还原单元(SCR单元)，以用于充分还原燃烧室中产生的NO_x。在SCR单元42中，根据反应3NO+2NH₃＝2.5N₂+3H₂O，可以用NH₃去除NO_x。该清除在大气压力下具有高达90％的效率，但是假设在通常高于10巴的工作压力下效果更好。因而，可以将NO_x清除至低到5ppm或者更低的残余量。通过调整热交换器，可以对气体提供最适于所述处理的温度。也可以使用不用NH₃去除NO_x的其他已知方法。NH₃方法具有存在一些NH₃“泄漏”的缺点。

已清洁的气体在管线43中离开SCR单元，并且在热交换器44中冷却。来自热交换器44的气体在管线46中引入冷凝器47。在冷凝器中，气体进一步冷却，并且从气体中去除冷凝水。离开冷凝器的气体在管线48中引导至CO₂捕获单元49。

可选地，可以在冷凝器的上游设置气体洗涤器。在该可选的气体洗涤器中，用水蒸汽渗透该气体，并且气体通过与适当温度的水逆向接触而冷却。洗涤器可以使用化学药品以氧化和/或吸收包括NO_x、SO_x、其它酸或气体以及颗粒的多种废气残余物。这种化学药品可以是提供碱性溶液的从SCR***中“泄漏”的NH₃，或者具有碱性和/或氧化性的特定化学物质。在后一情况中，洗涤器可以完全代替SCR单元42。

净化废气对于最小化CO₂捕获吸收剂中热稳定盐的形成以及最小化CO₂捕获性能随着时间的退化是必要的。

CO₂捕获单元通常包括吸收器，其中废气相对于诸如胺、热碳酸盐或物理吸收剂的吸收剂逆向流动。在废气作为CO₂较少的气流离开吸收器之前，吸收器中废气中CO₂的量通常减少90至99％。具有吸收的CO₂的吸收剂(富含量的吸收剂)在溶剂/溶剂热交换器中加热，并且在汽提塔中再生。再生的溶剂在溶剂/溶剂交换器中冷却，在平衡冷却器中冷却，并且返回到CO₂吸收塔，而CO₂作为富含CO₂的气流从汽提塔去除。图6示出了典型CO₂捕获单元。然而，该单元的详细设计将取决于所使用的溶剂类型。

CO₂捕获单元49可以是任何类型的单元，该单元能够将部分清洁的燃烧气体分离成通过CO₂管线51离开单元的富含CO₂的气流和通过管线50离开单元的CO₂较少的气流。管线51中富含CO₂的气流在由马达53驱动的压缩机52中压缩至约100巴的压力。一部分已经压缩的富含CO₂的气流在管线54中离开压缩机，并且作为用于中间存储装置14的CO₂源再循环。剩余的CO₂进一步压缩，并且在CO₂管线55中从设备中去除。

通过管线50离开CO₂捕获单元49的CO₂较少的气流引入再加湿器中，其中气体在通过管线57引导至热交换器44之前被加热并且用水渗透，在所述热交换器44中，耗尽CO₂的气体由管线43中的热气体加热。优选地，通过空气管线73将空气或另一合适的气体引入管线57(或者可选地管线50)中，以补足已经从燃烧气体中去除的CO₂的质量，从而CO₂较少的气流的热容量近似与管线43中燃烧气体的热容量相等。通过空气入口70将空气带入***中，并且借助于由马达72驱动的压缩机71将其压缩。可选地，来自压缩机78的一些空气可以绕过燃烧器25和下游设备，并且引入管线50和管线57中(图1中未示出)。

已加热的CO₂较少的气流通过管线58离开热交换器44，并且引入热交换器59，其中通过从第二燃烧室81在管线82中进入热交换器的燃烧气体加热CO₂较少的气流。该第二燃烧室81由来自气体入口管线80的天然气而点燃。用于第二燃烧室81中的燃烧的氧气通过管线87引入第二燃烧室。

来自热交换器59的冷却下来的气体在管线86中离开热交换器，该管线86引入用于去除CO₂的管线41。借助于风机84和管线85，管线86中的一部分气体可以在管线83中取出并且再循环进入管线82。通过管线83的再循环用于增加从管线82通过热交换器59的已加热气体的质量流。如果热交换器由承受例如高达2000℃的高温的材料制成，那么再循环是多余的。

在管线60中离开热交换器59的已加热的CO₂较少的气流在涡轮61上膨胀。在气流通过管线64释放到大气中之前，通过管线62离开涡轮61的已膨胀的CO₂较少的气流进一步在热交换器63中冷却。热交换器63可以与预热器32相同(该预热器预先加热进入燃烧室中的冷却盘管的水)，从而已经膨胀的CO₂较少的气流中的能量用于加热预热器32中的水。

在所示实施例中，用于燃烧室25和第二燃烧室81两者的空气通过空气入口75引入***。优选地在具有两个压缩机76和78以及中间冷却器77的两级压缩机中压缩空气入口75中的空气。在管线79中离开压缩机78的压缩气体分成两股气流，进入通向注入器21的空气管线23和通向第二燃烧室81的第二空气管线87。压缩机76、78和/或涡轮61的泄漏由泄漏管线88示出。所示实施例中压缩机布置在轴66上，该轴是压缩机76、78、涡轮61以及用于产生电能的发生器65所共有的。可选地，可以有两级压缩机76、78(如图所示)和两级涡轮61(低压级和高压级，未示出)，从而低压涡轮驱动低压压缩机76，而高压涡轮驱动高压压缩机76和发生器65。

图2a示出了通过燃烧室和注入器21的优选实施例的纵截面。注入器21由焊接到燃烧室壁的轴环101所支撑。将注入器***轴环101中，并且借助于保持板100固定到轴环。注入器包括用于注入煤的中心管102、围绕中心管的空气注入器103和气体注入器104。轴环101优选地借助于来自空气入口109的在围绕轴环的冷却套管106中循环的空气冷却。优选地，通过在冷却套管中冷却轴环而加热的空气导入管线107中，引入空气注入器103中并且注入燃烧室中。

通过管线20进入注入器21的煤、CO₂和可选的石灰石的混合物引入中心管道102中。混合物被压缩的CO₂吹动通过管，并且注入燃烧室。如附图中所示，通过使用喷嘴将空气注入燃烧室，喷嘴引起的文氏管效应将附加地将材料从中心管道拖入燃烧室中。

离开注入器21的热的且燃烧着的气体/煤混合物对于燃烧室壁和蒸汽加热盘管9可能是有害的。为了避免对燃烧室壁和蒸汽加热盘管9的损害，与注入器21相对地布置反射器板111，用于降低剩余未燃烧的颗粒的速度并且避免或降低对燃烧室内壁的损害。优选地，反射器借助于通过气体管线110传来的CO₂而冷却，所述CO₂通过反射器板后侧的冷却通道112循环。通常，如果在燃烧室的壁上布置有一个以上的注入器，则每个注入器布置一个反射器板。可选地，反射器可以是具有用于注入器的开口的截头圆锥形。

图2b示出了图2a中截面A-A。中心管道102由多个空气注入器103围绕。在所示的注入器中，用于在气体管线22中将天然气引入注入器的气体注入器位于一个或多个空气注入器内侧。中心管道内壁上的多个螺旋形肋105使得煤混合物旋转并且因此在燃烧室中形成湍流。形成湍流对于确保合适地混合注入的煤、天然气和空气是重要的，以有助于形成燃烧的最优条件。

图3示出了组合的研磨机和中间存储设备14。煤和石灰石在输送装置10、11、13上运输到通向研磨机12的料斗150。料斗150具有多个内部折板，用于降低煤/石灰石送入研磨机12的速度。降低的送入速度将允许最优地消除空气。研磨机12优选包括一个以上的研磨机，其中进入的煤和石灰石首先引入一研磨机，然后进入精细研磨机以提供优选的颗粒尺寸。

研磨机和料斗的较低部分优选由从净化管线152进入的CO₂进行净化，以减少煤或石灰石携带的氧气或空气量，原因是煤粉和氧气的混合物可能是***性的。净化管线中CO₂气流由阀153控制。

由阿基米德螺旋升水泵13将煤和石灰石粉尘从研磨机竖直送入容器16中。当容器充满煤和石灰石粉尘时，使用***在输送机13和容器16之间的阀15而闭合容器入口。当容器16将清空至燃烧室时，阀15闭合，通过由阀155控制的CO₂管线154和/或通过由阀158控制的CO₂管线157在容器顶部将CO₂引入容器。通过管线154或管线157引入CO₂将增加容器内的压力。容器中的压力增加到高于燃烧室中压力的压力。优选地，容器中的压力比燃烧室中的压力高0.5至1巴。在容器底部附近通过管线157引入CO₂将至少局部地使得容器中物质流化。然后管线20中的阀17打开，并且如上所述，CO₂、煤粉和石灰石的混合物被迫通过管线20、通过注入器21并且进入燃烧室。在容器16清空之后，阀17再次关闭，阀15打开，并且如上所述容器再次填充粉尘。

图4示出了组合的第二燃烧室和热交换器200，用于替换第二燃烧室81、热交换器59以及连接它们的管线。该组合在热上更加有效，并且避免或者减少了使用连接管线。

分别通过空气管线203和气体管线202将空气和天然气引入燃烧室201。 CO₂从CO₂管线204通过冷却套管205引入，以冷却燃烧室的上部，并且释放到燃烧室中以调节燃烧室中的气体组成。燃烧中的燃烧气体在燃烧室中被迫向下，并且通过燃烧室底部附近的开口206。来自燃烧室的温热的废气在围绕燃烧室的废气室中循环。废气室中的热废气通过与从管线58通过入口212进入设备的CO₂较少的气流之间的热交换而得到冷却。CO₂较少的气流在废气室207的外壁和热交换外壳210之间限定的循环空间中循环。

来自第二燃烧室201的废气通过废气出口208离开设备，并且引入管线86。加热的CO₂较少的气流通过热交换器出口213离开设备进入管线60。当空气引入空气入口以进入包围至少一部分热交换外壳210的套管216时，将引入空气管线203的空气优选地通过与CO₂较少的气流之间的热交换而预热。通过空气出口217去除加热的空气，并且将其引入空气管线203中。

组合的燃烧室和热交换器提供了机构更加紧凑的组合设备。分隔燃烧室和设备的热交换部分的壁上的高温差使得需要相对较小的热交换面积。

图5示出了中间存储装置14的实施例，其包括用于CO₂的存储装置250。CO₂存储装置250包括CO₂存储容器255、由马达263运转的压缩机259、粉尘过滤器252以及连接管线257和261以及数个阀253、254、258、260和262，这些阀控制***中的流动。通过可选的阀251，CO₂存储装置250可以相对于中间存储装置14封闭。

当处在容器255中的压力下的CO₂填充进入容器16、16’、16”之一时，连接到容器16的阀248、248’、248”打开。然后，阀256和262打开，以允许容器255中的气体流过管线256、261以及249、249’、249”。当由于低压差而从容器255流入容器16、16’、16”的流动下降时，阀256闭合，阀254、260和258打开，来自容器255的CO₂由压缩机259压缩，直到容器255中的压力在大气压附近。随后闭合所有阀253、254、256、258、260、262和248。

为了将过量的CO₂从容器16、16’、16”填充到容器255，相应的阀248、248’、248”打开。然后通过打开阀253和254，允许CO₂从容器16、16’、16”流过过滤器252进入容器255。一旦由于容器之间压力差的降低而导致流动下降，则阀254闭合，阀260、258和256打开，压缩来自容器16、16’、16”的气体，并且将其导入容器255用于暂时存储。当容器16、16’、16”中的压力约为大气压时，所有阀248、248’、248”、253、254、256、258、260和262闭合。

对于本领域技术人员而言，显然可以通过诸如管线154、157或18的任何CO₂管线将CO₂引入容器16或者将其从容器16中去除，并且管线249是示意性的，并且可以单独或者组合地覆盖任何提及的管线。

图6示出了典型和稍微简化的CO₂捕获单元49。冷却下来的燃烧气体通过管线48进入单元49，并且在底部附近引入吸收器300中。已清洁的燃烧气体在吸收器顶部附近在管线50中离开吸收器300。将诸如胺或热碳酸盐溶液的吸收剂通过管线301在吸收器顶部附近引入吸收器，并且在吸收器底部附近通过管线302作为富含量(富含CO₂)的吸收剂而离开吸收器。要清洁的气体和通过吸收器的吸收剂的逆向流动确保了吸收CO₂的优化条件。

在富含量的吸收剂在汽提塔305的顶部引入汽提塔之前，管线302中的富含量的吸收剂在热交换器303中与再生的低含量的吸收剂热交换而被加热。与吸收器300中相比，汽提塔中的温度较高，而压力较低，从而使CO₂从吸收剂中释放。从吸收剂中释放的CO₂通过CO₂管线306而从汽提塔中去除。管线306中的CO₂在回流冷凝器307中冷却，以去除通过管线51离开CO₂捕获单元的富含CO₂的气流中的湿气。在回流冷凝器307中冷凝的湿气在回流管线308中返回到汽提塔。

在管线301中从汽提塔中接近其底部处排出已经汽提的或低含量的吸收剂。管线301中低含量的吸收剂在其再次进入吸收器300之前在热交换器303和冷却器311中冷却。在加热回路309中，可以排出一部分低含量的吸收剂，低含量的吸收剂在加热回路309的再沸器中进行加热，之后将加热的低含量吸收剂再次引入汽提塔305。

在根据图1的典型的设备中，温度、压力和质量流的关键值可以如下：

参考号	压力(巴)	温度(℃)	质量流(kg/s)	结果(MW)
					13	1013	30	21(煤)
22	20	15	2，3
					23	16	300	300
26	300	600	272
					27				428
35	16	350	323
					46		120-130
48		40-90
					55	100	30	78
58	15	330	385
					60	15	850	385
65				80
					73	16	145	50
75	1013	15	400
					80	20	15	5
82		870
					86	15	330	90
87	16	300	85
					88	16	300	15

表1用于400MW设备中不同单元/不同位置的

压力、温度、质量流和结果

本领域技术人员将理解，所提及的热交换器、涡轮、压缩机等将表示两个或以上的并联或串联连接的设备。另外，在提及两个或以上的并联时，并联的数目可以与典型实施例不同。

Claims (16)

1.一种用于主要从基于煤的燃料产生电能的方法，其中将基于煤的燃料和含氧气体引入燃烧室中，并在升高的压力下燃烧，通过产生用于生产电能的蒸汽而使燃烧气体在燃烧室中冷却，进一步冷却所述燃烧气体并且将其在CO₂捕获单元中分离成富含CO₂的气流和CO₂较少的气流，在将CO₂较少的气流释放到周围环境中之前，对该CO₂较少的气流进行再加热并且在涡轮上膨胀以产生电能，其中将富含CO₂的气流分离成用于沉积或排出的气流以及再循环至燃烧室的气流。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，再循环到燃烧室的富含CO₂的气流的至少一部分在引入燃烧室之前与基于煤的燃料混合，并且与基于煤的燃料一同注入燃烧室。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在CO₂较少的气流在涡轮上膨胀之前，通过与来自燃气的第二燃烧室的燃烧气体进行热交换而加热所述CO₂较少的气流。

4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，燃烧室中的压力为从5至35巴。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述压力为从10至20巴，更优选地从约12至约16巴。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，通过产生蒸汽使离开燃烧室的燃烧气体中的温度降低至低于约350℃。

7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将天然气引入燃烧室中以支持燃烧。

8.一种主要由燃烧基于煤的燃料的热能动力设备，该热能动力设备包括燃烧室(25)、用于将基于煤的燃料和含氧气体引入燃烧室(25)的装置(21)、用于冷却燃烧室中的燃烧气体的冷却装置以及用于将燃烧气体分离成富含CO₂的气流和CO₂较少的气流的装置(49)，其中所述动力设备还包括用于将一部分CO₂再循环至燃烧室的管线(54)和用于传送剩余的富含CO₂的气流以用于沉积或排放的CO₂管线(55)。

9.根据权利要求8的热能动力设备，其特征在于，冷却装置是燃烧室(25)内的冷却盘管(9)，在燃烧室中，冷却盘管通过产生蒸汽而冷却燃烧气体。

10.根据权利要求9的热能动力设备，还包括连接到用于产生电能的发生器(27)的蒸汽涡轮(28)。

11.根据权利要求8的热能动力设备，包括：燃气的第二燃烧室(81)，其用于产生热量来加热CO₂较少的气流；以及涡轮(61)，其用于在将加热的CO₂较少的气流释放至周围环境之前使其膨胀。

12.根据权利要求11的热能动力设备，其特征在于，涡轮(61)连接到用于产生电能的发生器(65)。

13.一种注入器，用于将基于煤的燃料和含氧气体注入加压燃烧室中，包括用于注入基于粉煤的燃料和CO₂气体的混合物的中心管道(102)，该管道被用于含氧气体的多个注入器(103)所包围。

14.根据权利要求13的注入器，还包括用于注入天然气的一个或多个气体注入器(104)。

15.根据权利要求13或14的注入器，其特征在于，在中心管道(102)内设置螺旋肋(105)。

16.根据权利要求15的注入器，其特征在于，将气体注入器(104)定向成使得气体相对于煤粉反向旋转。

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