[发明专利]氢协助式氧-燃料燃烧

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于氧-燃料(oxy-fuel)燃烧的系统和方法。更具体而言，本发明涉及氢协助式氧-燃料燃烧。

背景技术

在例如功率发生系统中燃烧化石燃料所产生的排气流包括在燃烧期间作为副产物的氮氧化物(NO_x)和一氧化碳(CO)。来自利用化石燃料的动力装置的NO_x和CO排放越来越多地受到国家和国际条例的惩罚。随着排出NO_x和CO的成本提高，减排对于经济的功率生产是重要的。

减少NO_x排放的一种方法是通过选择性催化还原从排气中移除NO_x。用于在不必从排气中移除NO_x的情况下实现近零NO_x的方法是氧-燃料燃烧过程。在此方法中，与使用空气相反，将纯氧(典型地与二次气体结合，诸如二氧化碳)用作氧化剂，从而产生具有微不足道的NO_x排放的烟道气。在氧-燃料过程中，当可在氧化剂中有最低可能氧(O₂)浓度的情况下稳定燃烧火焰时，可产生较低的排气CO排放。但是，将氧-燃料的O₂浓度降低到某个水平以下可导致火焰稳定性问题。

因此，需要一种用于产生功率、确保较低水平的NO_x和CO排放以及保持火焰稳定性的系统和方法。

发明内容

简要而言，在一个实施例中，提供一种方法。该方法包括：在存在氧化剂的情况下在燃烧器中燃烧燃料流，以产生排气；使排气冷凝，以获得包括至少95%(体积)的二氧化碳的输出流；以及将输出流的至少一部分引导到燃烧器。进入燃烧器的燃料流包括主燃料和氢。氧化剂包括氧和二氧化碳，并且基本不含氮。

在一个实施例中，提供一种系统。该系统包括燃烧器、空气分离单元、燃料流源和冷凝器。燃烧器包括氧输入端口、燃料流输入端口、二氧化碳输入端口和排气输出端口。空气分离单元通过燃烧器的氧输入端口与燃烧器处于流体连通。燃料流源通过燃料流输入端口与燃烧器处于流体连通，并且包括燃料源和氢源。冷凝器设置成通过排气输出端口接收来自燃烧器的排气，以及通过二氧化碳输入端口使输出流回到燃烧器。

在一个实施例中，提供一种系统。该系统包括燃烧器、空气分离单元、混氢(hydrogen enrichment)单元、涡轮和冷凝器。燃烧器包括氧输入端口、燃料流输入端口、二氧化碳输入端口和排气输出端口。空气分离单元通过燃烧器的氧输入端口与燃烧器处于流体连通。混氢单元通过燃料输入端口与燃烧器处于流体连通。涡轮通过排气输出端口与燃烧器连通。冷凝器设置在涡轮的下游，以接收来自涡轮的排气，以及通过二氧化碳输入端口使输出流回到燃烧器。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，类似符号在所有图中表示类似部件，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的系统；

图2示出了根据本发明的一个实施例的混氢系统的示例；

图3示出了根据本发明的一个实施例的系统；

图4示出了根据本发明的一个实施例的系统；以及

图5示出了根据本发明的实施例的、燃料的混氢所产生的一氧化碳减少的益处。

部件列表

10系统

12 ASU

14冷凝器

16冷却系统

18贮存器管理单元

22主燃料流

24蒸汽

26空气

28氢

42氧输入端口

44蒸汽输入端口

46排气输出端口

48 CO₂输入端口

50系统

58燃料流

62排气

64涡轮

66用尽的排气流

70二氧化碳流

72 CO₂捕捉系统

74油回收系统

76 CO₂压缩机

78氧压缩机

80空气压缩机。

具体实施方式

本发明的实施例包括使用混氢燃料的氧-燃料燃烧。

在以下说明书和所附权利要求中，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数个所指对象，除非上下文清楚地另有规定。