CN102159888A - 燃烧空气的作好co2捕集准备的循环流化床蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

一种燃烧器(110)，可运行以用于以其实现矿物燃料(114′)的燃烧，以便由此加热工作流体(102)和生成烟气(104)。空气预热器144接收在燃烧器(110)中所生成的烟气104。当在燃烧空气的模式中运行时，送风机(180)促使空气(188)流到空气预热器(144)，而当在燃烧O2的模式中运行时，送风机(180)促使O2和再循环烟气(188′)两者流至空气预热器(144)。空气预热器(144)可运行以用于取决于其运行模式的具体性质将热量从由此被接收的烟气(150)传递到当在燃烧空气的模式中运行时接收到的空气188，或者传递到当在燃烧O2的模式中运行时接收到的O2和再循环烟气(188′)两者，以便由此实现空气(188)的预热或O2和再循环烟气(188′)两者的预热，以及以便以其实现由此被接收的烟气的冷却。取决于运行模式的具体性质，促使经预热的空气(142)或促使经预热的O2和再循环烟气(142′)两者从空气预热器(144)流到燃烧器(110)，以便由此以其实现矿物燃料(114′)的流化。

Description

燃烧空气的作好CO<sub>2</sub>捕集准备的循环流化床蒸汽发生器
发明领域
本发明大体涉及蒸汽发生，且更具体而言涉及一种作好CO2捕集准备的燃烧空气的流化床蒸汽发生器，其中，这种流化床蒸汽发生器可改型用于燃烧氧气。
发明背景
包含用于燃烧矿物燃料的燃烧炉的热发生系统长期以来用于生成受控制的热量，目标在于做有用功。功可为直接功的形式，就如在窑炉的情况下那样，或者，功可为间接功的形式，就如在用于工业或海运应用或用于驱动产生电功率的涡轮的蒸汽发生器的情况下那样。用于蒸汽发生的当代水管式燃烧炉可为各种类型，包括但不限于流化床锅炉。虽然存在各种类型的流化床锅炉，但是一般而言，它们全都基本上根据相同的原理来运行，其中，在燃料在流化床锅炉内的燃烧之前，喷射通常呈空气形式的气体来使固体流化。
根据循环流化床(CFB)类型的锅炉的运行模式，典型地，使气体(例如，作为例示，空气)流过固体颗粒的床，以便由此产生能够以其实现固体颗粒的彼此分离的力。为此，随着气体流增大，从而达到在其处由施加到固体颗粒上的这种气体产生的力正好足以促使固体颗粒彼此分离的点。当达到此点时，CFB锅炉的床被流化，从而使得存在于固体颗粒之间的气垫允许固体颗粒自由运动，从而为CFB锅炉的固体颗粒的床提供液体的特性。CFB锅炉的固体颗粒的床的体积密度在组成CFB锅炉的床的固体颗粒变得被流化时的时间点处相对较高，但是当使固体颗粒的床向上流过CFB锅炉时，其体积密度将降低，固体颗粒在CFB锅炉中燃烧以生成热量。
被迫在CFB锅炉内循环的固体颗粒典型地包括诸如碎煤或粉煤或其它固体燃料等的固体燃料颗粒，以及诸如碎的或粉碎的石灰石、白云石或其它碱性土质材料等的吸附剂颗粒。固体燃料颗粒在CFB锅炉内的燃烧会产生烟气和灰。在固体燃料颗粒的这种燃烧期间，固体燃料颗粒中的碳被氧化，从而导致二氧化碳(CO2)的产生。氮气也在固体燃料颗粒的这种燃烧期间氧化，从而导致氧化氮(NOx)的产生。另外，在固体燃料颗粒的这种燃烧期间，硫氧化形成过氧化钠(SO2)。在固体燃料颗粒在CFB锅炉内的燃烧期间产生的这种CO2、NOx、SO2和其它气体共同地一起构成通常所谓的烟气。一般而言，在固体燃料颗粒在CFB锅炉内的燃烧期间产生的灰主要包含惰性材料和吸附剂颗粒形式的未燃烧的固体。这种灰或灰的至少某些部分有时称为微粒物质。由固体燃料颗粒在CFB锅炉内的燃烧产生的灰变成在CFB锅炉内的向上的流径中由热烟气夹带和携带，该热烟气是在固体燃料颗粒的这种燃烧期间产生的。之后，此灰与热烟气一起从CFB锅炉中排出。在热烟气在CFB锅炉内的此向上流动期间，此烟气中的SO2设计成被上文已经提到过的吸附剂的颗粒所吸收。
根据本发明，优选使用传统构造的空气污染控制(APC)子系统来从自上述类型的热发生系统中所生成的烟气中去除各种所谓的污染物，包括(作为例示)CO2、NOx、SO2和微粒物质。为此，在到达烟囱之前以及从烟囱排到大气中之前，从CFB锅炉中排出的这种烟气被引导到传统构造的APC子系统的各种构件。这种APC子系统的各个构件独自地可被看作一系统。例如，在这点上作为例示而非限制，可通过使用旋风分离器和/或静电沉淀器来使烟气经受处理，以便由此从这种烟气中去除微粒物质，通过使用选择性催化还原(SCR)系统来使供应品经受处理，以便由此从这种烟气中去除NOx，以及可通过使用SO2洗涤器系统来使烟气经受处理，以便由此从这种烟气中去除SO2，以及可通过使用CO2洗涤器系统来使烟气经受处理，以便由此从这种烟气中去除CO2。
但是，存在同样已知可运行以用于以其实现来自烟气的排放的降低的其它方式。例如，就此而言，已知可通过在燃烧过程中使用氧气来降低CO2和NOx排放。更具体而言，为此在2003年1月14日公布的名称为“Oxygen Fired Circulating Fluidized Bed Steam Generator(燃烧氧气的循环流化床蒸汽发生器)”且转让给本申请的受让人的美国专利No.6,505,567中，描述和说明了一种使用氧气而非空气以便以其实现CFB锅炉中的燃料的流化的CFB锅炉蒸汽发生系统。在美国专利No.6,505,567中描述和说明的CFB锅炉蒸汽发生系统有利于将CO2用作期望的最终产物以及支持燃烧过程的手段两者。以此，通过对其的此引用，美国专利No.6,505,567的公开整体地结合在本文中。
根据在美国专利No.6,505,567中描述和说明的技术，将基本纯净的氧气供给流束引入蒸汽发生系统的CFB锅炉中。然后燃料在存在此基本纯净的氧气供给流束以及存在再循环烟气流束的情况下燃烧，以便由此产生其中CO2和水蒸汽是其两个最大的组成元素(按体积算)的烟气、并且是基本上没有NOx的烟气。这种烟气设计成被迫流过氧气供给流束预热器，该预热器可运行以用于将热量从这种烟气传递到氧气供给流束。对此进行进一步的参照，这种烟气然后被分离成最终产物部分和再循环部分。之后，烟气的这种最终产物部分经受冷却和压缩，以便由此产生液相CO2。另一方面，之后，烟气的再循环部分被引导回到蒸汽发生系统的CFB锅炉，以便由此有助于其中的燃烧过程。
在美国专利No.6,505,567中公开和说明的技术提供了能够将从中产生的CO2作为合乎需要的最终产物来使用以及能够以之支持燃烧过程的柔性。液体CO2的产生还起改进CFB锅炉蒸汽发生系统的热输出的作用。但是，虽然在美国专利No.6,505,567中公开和说明的技术可用来显著地降低CO2排放量，但是仍然有许多地区不愿提供额外的燃烧煤的蒸汽发生系统容量，因为他们考虑到未来可能颁布的关于CO2排放的政府法令以及为了由此满足这种法令所需要引起的成本。就此而言，研究显示，作为例示，在改型传统构造的燃烧煤的CFB锅炉蒸汽发生系统来进行CO2捕集的成本方面所需的投资典型地将在$1000至$1600/千瓦(kW)的范围中。这种研究还显示，在燃烧煤的CFB锅炉蒸汽发生系统的情况下用于实现这种CO2捕集的能量损失的范围典型地将为25％至40％。对此进行进一步的参照，特别是在改型情形的情况下，这种燃烧煤的CFB锅炉蒸汽发生系统的地点本身可能不足以容纳美国专利No.6,505,567中描述和说明的类型的CFB锅炉蒸汽发生系统。
因此，虽然说，已认识到存在对提供更多蒸汽发生系统容量以便由此产生(例如)额外的电功率的需要，也认识到燃烧煤的CFB锅炉蒸汽发生系统是用于以其实现这蒸汽的生成的高效的方式。但是，考虑到正在进行的全球变暖争论，以及考虑到对燃烧矿物燃料(例如煤)所造成的CO2排放的越来越多的关注，特别是捕集CO2的成本(就所需的资本费用和由此所提供的有所降低的能量生产两方面而言)毫无疑问地导致了至少一些安装的延误，这些安装否则的话本可以提供所需的容量增长，并且由此于是提高国家和世界均需要的功率可用性。
因此，已经发现现有技术中存在对新的和改进的技术的需要，该新的和改进的技术可运行以用于以其实现由燃烧矿物燃料的蒸汽发生系统或其它热发生系统在其运行期间所生成的CO2的捕集。
发明目的
因此，本发明的目的是提供一种用于捕集CO2的技术，该CO2是在燃烧矿物燃料的蒸汽或其它热发生系统的运行期间生成的，且该技术可比目前已知的技术以更少的费用和/或更高的效率来实现。
在结合本公开的示例(这些示例将被发现在本公开的附图中被提出)而进行考虑时，基于包括以下详细说明在内的本公开，以及通过本发明的实践，则对于本领域技术人员而言，本发明的另外的目标、优点、以及新颖的特征将变得显而易见。虽然在下文中参照(多个)优选实施例来对本发明进行描述和说明，但是本领域技术人员将容易地理解，本发明不限于此。为此，能够获得本文所阐述的本发明的教导的本领域普通技术人员将认识到，存在有另外的实现、修改和实施例以及其它使用领域，它们在不偏离本发明的实质的情况下落在如在本文中公开、说明和要求保护的本发明的范围内，且对它们而言，本发明可具有重要作用。
发明概述
根据本发明，可在蒸汽发生系统中产生热量，该蒸汽发生系统在燃烧空气的模式或燃烧氧气的模式中运行。为此，优选的是首先使诸如煤的矿物燃料或另一种矿物燃料流化，从而产生流化床。此流化床又可为循环流化床(CFB)的形式，尽管这不是必须的。前述矿物燃料的燃烧可起作用以用于加热工作流体，以及还从中生成烟气。此工作流体有时将称为第一工作流体，且可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或者一些其它类型的工作流体的形式，而不会偏离本发明的实质。如果在蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时执行矿物燃料的这种燃烧，则从这种燃烧中所生成的烟气的热量就优选传递到空气，从而预热这种空气，以及伴随着地实现在矿物燃料的这种燃烧期间所生成的烟气的冷却。然后借助于经预热的空气使矿物燃料流化。另一方面，如果在蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时执行矿物燃料的这种燃烧，则从这种燃烧中所生成的烟气的热量优选传递到氧气和再循环烟气(recycled flue gas)，从而预热这种氧气和这种再循环烟气，以及伴随着地实现在矿物燃料的这种燃烧期间所生成的烟气的冷却。然后借助于经预热的氧气和再循环烟气使矿物燃料流化。
典型地，矿物燃料的这种燃烧还将导致残余热固体的产生，该残余热固体变成被夹带在矿物燃料的这种燃烧期间所生成的烟气中。接着，在这种情况下，前述夹带的热固体可从烟气中分离出来，而且当像这样从烟气中分离出来时，正是此经分离的烟气实现了将热量从其中传递到空气或者传递到氧气和再循环烟气，如上文中已经描述过的那样。
此外，优选将热量从被分离出的热固体传递到另一工作流体、即第二工作流体，以便由此实现由该另一即第二工作流体接收的热固体的冷却。此另外的、即第二工作流体同样可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或者一些其它类型的工作流体的形式，而不会偏离本发明的实质。如果在蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时执行矿物燃料的这种燃烧，则用空气使正经受冷却的热固体流化。但是，如果在蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时执行矿物燃料的这种燃烧，则用再循环烟气或N2使正经受冷却的热固体流化。然后，现在为流化的经冷却的固体的形式的这些之前的热固体有利地经受燃烧，以便由此以其实现第一工作流体的加热和烟气的生成。
优选如果但是仅仅如果在蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时执行矿物燃料的这种燃烧，则来自之前的热的且现在被冷却的烟气(即已经如上文已描述过的那样通过将热量从其中传递到氧气和再循环烟气两者而经受冷却的烟气)的热量被传递到另一工作流体(取决于其中使用了本发明的具体应用的性质，该工作流体可为第二或第三工作流体而不会偏离本发明的实质)，以便由此实现此后面的工作流体的加热，以及伴随着地以其实现已经受过一定的冷却的经冷却的烟气的进一步冷却。此后面的工作流体也可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或者一些其它类型的工作流体的形式，而不会偏离本发明的实质。此后面的经加热的工作流体以及之前提到过的经加热的第一工作流体各自适于用来驱动涡轮。
根据本发明的另一个方面，如果但是仅仅如果在蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行且热固体已经与由矿物燃料的燃烧所生成的烟气相分离时执行矿物燃料的这种燃烧，则优选将热量从已经从烟气中分离出来的热固体传递到另一工作流体(取决于其中使用了本发明的具体应用的性质，该工作流体可为第二或第三或第四工作流体而不会偏离本发明的实质)，以便由此以其实现已经从烟气中分离出来的热固体的冷却，以及伴随着地以其实现后面的工作流体的加热。优选地，用再循环烟气使正经受冷却的热固体流化，而且这种流化的经冷却的固体然后经受燃烧，以便由此以其实现从这种燃烧中所生成的烟气和第一工作流体的加热。在这种情况下，后面的工作流体也可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或者一些其它类型的工作流体的形式，而不会偏离本发明的实质。上文已经提到过的此后面的经加热的工作流体以及其它两个经加热的工作流体中的一个或两个全都适于用来驱动涡轮。
根据本发明而构造的蒸汽发生系统(根据它的一种作为例示的应用)包括燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉、空气预热器和送风机，该送风机在本文中有时称为第一送风机。为此，这种燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉恰当地被构造、即恰当地被设置尺寸、恰当地成形和/或结合有必要的构件，以实现这种矿物燃料的流化以便由此以其建立流化床，以及实现这种矿物燃料的燃烧以便实现第一工作流体的加热以及伴随着地以其实现烟气的生成。接着，这种燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉还恰当地构造成能够以其实现经加热的第一工作流体流以及烟气流的排出。进一步参照前述示例性应用，其空气预热器优选构造成能够接收从燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中被排出的烟气。
当在之前的段落中提到过的蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时，蒸汽发生系统的送风机恰当地构造成可运行以用于促使空气被强迫到空气预热器。然后空气预热器又可运行以用于促使热量从由空气预热器所接收的烟气被传递到流过空气预热器的空气，以便由此实现这种空气的预热。然后使在空气预热器中像这样经预热的空气从空气预热器流到燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉，且在燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中使用该空气，以便以其实现矿物燃料的流化。另一方面，当在之前的段落中提到过的蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时，该蒸汽发生系统的送风机恰当地构造成可运行以用于促使氧气和再循环烟气两者被使得流到空气预热器。然后空气预热器又可运行以用于促使热量从由空气预热器所接收的烟气被传递到这种氧气和再循环烟气，以便由此以其实现这种氧气和再循环烟气的预热，以及伴随着地以其实现由空气预热器所接收的烟气的冷却。然后使在空气预热器中像这样经预热的氧气和再循环烟气从空气预热器流到燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉，且在燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中使用该氧气和再循环烟气，以便实现矿物燃料的流化。
典型地，矿物燃料在燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中的燃烧还起作用以生成残余热固体，该残余热固体变成被夹带在从燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中被排出的热烟气中。如果情况如此，则根据本发明而构造的蒸汽发生系统优选还包括分离器和热交换器以及另一个送风机，即第二送风机。接着，这种分离器设计成构造成可运行以用于以其实现把被夹带在热烟气中的这种热固体从自燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中被排出的热烟气中分离出来。正是已经从中分离出热固体的此烟气被空气预热器接收，如上文已经描述过的那样。接着，对上面已经提到过的热交换器(在本文中有时将称为第一热交换器)进行设计，以便使其恰当地构造成可运行以用于接收已经从烟气中分离出来的热固体，以及将热量从由此已经被接收的热固体传递到另一工作流体(即第二工作流体)，以便由此实现由此被接收的热固体的冷却。此后面的其它工作流体可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物、或者一些其它类型的工作流体，而不会偏离本发明的实质。当根据本发明而构造的蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时，前述第二送风机恰当地构造成可运行以用于促使空气被使得流到前述第一热交换器。被使得如此流到前述第一热交换器的空气可起作用以用于使已经经受了冷却的热固体流化，且促使该热固体被迫从前述第一热交换器流到燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉。另一方面，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时，前述第二送风机恰当地构造成可运行以用于促使再循环烟气被使得流到前述第一热交换器。被使得流到前述第一热交换器的这种再循环烟气可起作用以用于使已经经受了冷却的热固体流化，且促使该热固体被迫从前述第一热交换器流到燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉。
根据依照本发明而构造的蒸汽发生系统的又一些其它方面，当本发明的蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时，在烟气经受了冷却之后，可促使该烟气从上文已经提到过的空气预热器流到工作流体加热器。在这种情况下，这种工作流体加热器将恰当地构造成可运行以用于接收烟气，该烟气被促使在其冷却之后从前述空气预热器以及从另一工作流体中流出，其中，该另一工作流体是第二或第三工作流体，这取决于其中使用了本发明的具体应用的性质。在这种情况下，后面的工作流体也可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或者一些其它类型的工作流体，而不会偏离本发明的实质。但是，优选地，此后面的工作流体将与第一工作流体为相同的类型。接着，工作流体加热器优选还恰当地构造成可运行以用于实现将热量从由此被接收的烟气传递到由此被接收的工作流体，以便由此实现由此被接收的工作流体的加热，以及由此被接收的烟气的进一步的冷却。这种工作流体加热器另外还恰当地构造成可运行以用于以其实现已经像这样经加热的工作流体流的排出。因此，涡轮(例如蒸汽涡轮)就能够由从这种工作流体加热器中排出的经加热的工作流来驱动，以及由从燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉中排出的经加热的第一工作流体流来驱动。
根据本发明而构造的蒸汽发生系统(根据它的还一些其它可选的方面)还可包括另一个热交换器，即第二热交换器，当本发明的蒸汽发生系统在燃烧氧气的模式中运行时，该热交换器恰当地构造成可运行以用于接收已经从烟气中分离出来的热固体，以及将热量从已经由此被接收的热固体传递到另一工作流体(该另一工作流体又可包括第二、第三或者甚至第四工作流体，这取决于其中使用了本发明的具体应用的性质)，以便由此实现由此被接收的热固体的冷却，以及实现这种工作流体的加热。在这种情况下，此后面的工作流体也可为水、蒸汽、水和蒸汽的混合物，或者一些其它类型的工作流体，而不会偏离本发明的实质，但是优选地，此后面的工作流体将与第一工作流体为相同的类型。对另一个送风机(其可为上文已经描述过的第二送风机而不会偏离本发明的实质)进行设计，以使其构造成可运行以用于促使再循环烟气被使得流到第二热交换器。被使得流到前述第二热交换器的这种再循环烟气可起作用以用于使已经经受了冷却的热固体流化，且促使该热固体被迫从前述第二热交换器流到燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉。接着，从前述第二热交换器中排出的经加热的工作流体还能够与来自燃烧矿物燃料的循环流化床(CFB)锅炉的经加热的工作流体和来自前述工作流体加热器的经加热的工作流体中的一个或两个一起被使用，以便由此以其驱动涡轮。
附图简述
图1是根据本发明的第一实施例而构造的、包括循环流化床(CFB)锅炉的燃烧空气或氧气的蒸汽发生系统的示意图，当在燃烧氧气的模式中运行时，该循环流化床(CFB)锅炉能够用来以其实现二氧化碳(CO2)最终产物的捕集。
图2是根据本发明的第二实施例而构造的、包括循环流化床(CFB)锅炉的燃烧空气或氧气的蒸汽发生系统的示意图，当在燃烧氧气的模式中运行时，该循环流化床(CFB)锅炉能够用来以其实现二氧化碳(CO2)最终产物的捕集。
优选实施例的能够实施的描述
第一实施例
双模式系统构件和运行
在图1中以例示的方式描绘了根据本发明的第一实施例而构造的示例性的燃烧空气或氧气(O2)的循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100的示意图。循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100使用空气，或者当配备有某些可选构件时，循环流化床(CFB)蒸汽发生系统能够运行以用于使用O2来代替空气，以便由此以其实现矿物燃料的燃烧。
根据下文描述的其运行模式，在循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100中燃烧的矿物燃料优选为碎煤。应当理解，其它类型的矿物燃料也可同样地代替碎煤而被使用，而不会偏离本发明的实质。但是，无论如何，优选使用具有高碳含量的矿物燃料，例如，作为例示而非限制，碎煤或石油焦(petcoke)或生物质(biomass)。继续描述在图1中说明的循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100，在其中被使用的工作流体优选为H2O，其在循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100的运行过程中在不同点处可为液体形式或气体形式或混合的液体和气体状态。但是，这里再次应当理解，其它类型的工作流体可同样地代替H2O而被使用，而不会偏离本发明的实质。此外，将理解的是，在循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100的各种构件内流动的工作流体可为不同的类型，而不会偏离本发明的实质。
当在燃烧空气的模式中使用时，循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100能够运行成单循环动力发生系统，以便由此以其产生电功率。但是，当在燃烧O2的模式中使用时，循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100能够运行成联合循环动力发生系统，以便以其产生电功率和产生二氧化碳(CO2)最终产物两者。当在燃烧O2的模式中使用时，循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100还可选地能够以能够以其产生氮气(N2)最终产物的方式来运行。
在涉及最大程度地降低预投资成本的情况下，循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100特别有利地特征在于能够使用O2代替空气，以便由此产生矿物燃料的流化，以及实现矿物燃料的燃烧，而且另外还实现作为最终产物的CO2的捕集。在涉及CO2的捕集的情况下，在燃烧O2的模式中运行循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100将导致能量损失，这种损失将落在通常与实现CO2的捕集相关联的为25％至40％的损失范围的下端上。为此，在配备成能够燃烧O2之后，可预期净电力输出的约25％的降低。
根据本发明而构造的循环流化床(CFB)蒸汽发生系统100包括燃烧空气或O2的循环流化床(CFB)锅炉110，其设计成起进行燃料的流化和燃料的燃烧容器(或者有时称为燃烧器)两者的作用。根据本发明而构造的蒸汽发生系统100还包括若干个下游烟气处理构件，通常认为下游烟气处理构件中的一些构成空气污染控制(APC)子系统的一部分。
使燃料流化和燃烧以加热驱动涡轮的工作流体
循环流化床(CFB)锅炉110包括燃烧炉，燃烧炉壁由多个管子限定。不管循环流化床(CFB)锅炉110是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行，矿物燃料都在燃烧炉中燃烧，且从矿物燃料的这种燃烧中产生热量。更具体而言，在图中由参考标号142指示的空气或在图中由参考标号142′指示的组合的O2和再循环烟气(后者有时称为O2气体)被供应到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部。正是在循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部中，空气142或O2气体142′可运行以用于实现矿物燃料的流化以及与在图中由参考标号114′指示的矿物燃料和吸附剂的混合物反应，该混合物被供给到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部中，以便由此协助实现矿物燃料在其中的燃烧。
不管循环流化床(CFB)锅炉是用空气还是用O2进行燃烧，通过为此目的而在其中恰当地被提供的底板炉篦并且通过为此目的而在位于底板炉篦的上方的两个水平处在其中恰当地被提供的入口两者，将为此目的而被使用的空气142或O2气体142′优选供给到循环流化床(CFB)锅炉110，如参照图1最佳地理解的那样。此外，为此，优选借助于空气辅助式矿物燃料及吸附剂供给喷嘴(为了使图中的说明保持清楚而没有在图中显示)将矿物燃料和吸附剂的混合物114′供给到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉，以便由此有利于最大程度地减小燃烧炉壁穿透部的开口的大小，以及最大程度地减小燃料供给斜槽阻塞的可能性。
燃料及吸附剂混合物114′中的燃料的、由空气或O2发火的燃烧都会导致热的燃料气体(其通常称为烟气)的产生和热固体(其通常称为灰)的产生。从这种燃烧中产生的热固体中的一些落在燃烧炉的底部上。在图中由参考标号115指示的这些热固体最终从循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的底部适宜地被排到传统构造的灰冷却器116或一些其它功能上相当的构件。
但是，从燃料及吸附剂混合物114′中的燃料的这种燃烧中产生的热固体中的许多热固体变成被夹带在热的燃烧气体中，即变成被夹带在同样从这种燃烧中所产生的烟气中。在其中夹带有热固体的后面的烟气在循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉内上升，且作为烟气(由图中的参考标号104指示)从循环流化床(CFB)锅炉110的上部排出。
循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉通过热量(从燃烧炉内发生的燃烧中所产生)的至被使得流过限定了燃烧炉壁的管子的工作流体的热传递而恰当地被冷却。如上所述，根据依照本发明而构造的蒸汽发生系统100的此示例性应用，优选地，在其中使用的工作流体是H2O。当热量传递到此工作流体时，促使后面的工作流体在限定循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉壁的管子中沿向上的流向而上升。现在已经被加热了的工作流体102最终从循环流化床(CFB)锅炉110的上部排出，且该工作流体被迫通过适当的管线流到在图中由参考标号190指示的涡轮，根据依照本发明而构造的蒸汽发生系统100的此示例性应用，该涡轮优选地为蒸汽涡轮。现在已经被加热了的工作流体102设计成可起作用以用于以其实现对涡轮190的驱动。涡轮190又设计成可运行以用于驱动发电机(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)，以便由此使得这种发电机能够发电。
使固体再循环
继续描述依照本发明而构造的蒸汽发生系统100的此示例性应用，烟气104设计成由适当的传统管道系统输送到在图中由参考标号118指示的热固体-气体分离器，热固体-气体分离器优选为旋风分离器的形式。热固体-气体分离器118设计成可运行以用于以其实现把夹带在烟气104中的热固体中的至少一些从烟气104中分离出来。优选地，热固体-气体分离器118包括恰当地结合到其壁结构中的多个管子。对其进行进一步参照，热固体-气体分离器118优选依靠工作流体来冷却，根据本发明，该工作流体优选包括水或水和蒸汽的混合物，该工作流体被迫流过多个这种管子。
热固体-气体分离器118的运行模式优选地为，在热固体-气体分离器118内，促使至少那些超过预定大小的热固体从在其中夹带了这种热固体的热烟气中被分离出来。此处应当注意，虽然仅一个热固体-气体分离器118在图中被说明，但是，可同样地使用多个热固体-气体分离器118，而不会偏离本发明的实质。如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行的，在热固体-气体分离器中从烟气中分离出来的热固体将包含未燃烧的燃料、飞灰和吸附剂。另一方面，如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧O2的模式中运行的，在热固体-气体分离器中从烟气中分离出来的热固体将包含未燃烧的燃料、飞灰和吸附剂，以及空隙体积中的CO2和水蒸汽。接着，使从烟气中分离出来的热固体112在重力的影响下从热固体-气体分离器118流到两个再循环路径中的一个或两个，并且然后最终被重新引入循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部中，于是然后，热固体再次在循环流化床(CFB)锅炉110中经受燃烧。
继续关于热固体112的论述，使已经从烟气中分离出来的、在图中由参考标号112a指示的热固体在未被冷却的情况下沿着一个路径直接流回循环流化床(CFB)锅炉110。然而，使已经从烟气中分离出来的、在图中由参考标号112b指示的被分离出的热固体通过热交换器136沿着另一个路径流回循环流化床(CFB)锅炉110，热交换器136可运行以用于依靠在热固体112b返回到循环流化床(CFB)锅炉110之前的、从热固体112b到工作流体的热传递来实现热固体112b的冷却。将对本领域技术人员轻易地显而易见的是，根据需要，被使得流到热交换器136中的工作流体可与被使得流到循环流化床(CFB)锅炉110中的工作流体为相同的类型或不同的类型，而同样地不会偏离本发明的实质。
根据本发明的蒸汽发生系统100的构造的性质，为了对热交换器136提供流化空气(fluidizing air)177或再循环烟气177′，使用了一个或多个流化送风机176。如果本发明的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行的，流化送风机176就设计成可运行以用于对热交换器136提供流化空气177，以便由此在该之前热的固体已经在热交换器136中经受冷却之后使该之前热的固体112b流化，以及还用于以其实现在其它路径上运行的热固体112a的流化，以及促使已经由此而流化的固体流到循环流化床(CFB)锅炉110，以便进行其再循环。另一方面，如果本发明的蒸汽发生系统100是在燃烧O2的模式中运行的，流化送风机176就设计成可运行以用于促使该流化用再循环烟气177′流到热交换器136，以便由此在该之前热的固体112b已经在热交换器136中经受冷却之后使该之前热的固体112b流化，以及还用于以其实现沿着其它路径运行的热固体112a的流化，以及促使已经由此而流化的固体流到循环流化床(CFB)锅炉110，以便进行其再循环。再循环的固体设计成被喷射到循环流化床(CFB)锅炉110中以及用于在循环流化床(CFB)锅炉内经受燃烧。
为此，在固体112从烟气中分离出来之后，使固体112从联合式热固体-气体分离器118的下部流出。典型地，使用了一个或多个灰控制阀(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)，以用于以其实现对两个路径(上文已经提到过)间的、在从烟气中分离出来之后的热固体的流动的控制。如之前在上文中已经描述过的那样，这些路径中的一个提供到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部的直接连接，而这些路径中的另一个则提供到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部的间接连接。
另外就此而言，在热固体112a已经从烟气中分离出来之后，使热固体112a沿着一个路径流动以便由此被直接供给到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部。另一方面，在热固体112b已经从烟气中分离出来之后，使热固体112b沿着路径中的另一个而流动以便由此被间接地供给到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部(在这些热固体112b被使得流过热交换器136之后)，根据本发明，热交换器136优选包括流化床热交换器(FBHE)。对本领域技术人员而言应当容易地显而易见的是，虽然图中已说明了单个热交换器136，但是如果其中使用了本发明的蒸汽发生系统100的应用的性质使得本发明的蒸汽发生系统100包括多个热固体-气体分离器118，则典型地将为该多个热固体-气体分离器中的各个这种热固体-气体分离器提供单独的热交换器。在已经从烟气中分离出来之后，被迫沿着路径中的第二个而流动的热固体112b依靠从其到工作流体的热传递而经受冷却，根据本发明，此工作流体优选包括水或水-蒸汽混合物，该工作流体被迫流过恰当地设置在热交换器136内的管子，以便由此导致热固体112b的冷却，已经经受这种冷却之后的后面的固体在图中由参考标号112c指示，该后面的固体然后被使得流到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部。通过执行对热固体在两个路径之间的分流和流动的控制(采用传统构造的任何构件)，就可相应地使这种固体沿着两个路径中的任何一个流动，或者，可使这种固体同时沿着两个路径流到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部，以便变得由此可运行以用于促使未经冷却的热固体流束和/或经冷却的之前是热的固体的流束返回到循环流化床(CFB)锅炉110。通过对热固体流动和/或该之前热的固体的流动执行这种控制，这又使得能够响应于再循环的固体流(循环流化床(CFB)锅炉110被使得接收该固体流)的性质来控制循环流化床(CFB)锅炉110中的温度。
如上之前在上文中描述的那样，如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行的，空气177就设计成可起作用以用于实现热固体112a的流化和经冷却的固体112c的流化，且空气177还设计成可起作用以用于实现使流化的热固体112a和流化的经冷却的固体112c流到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部。另一方面，如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧O2的模式中运行的，该流化用再循环烟气177′就设计成可起作用以用于实现热固体112a的流化和经冷却的固体112c的流化，且该流化用再循环烟气177′还设计成可起作用以用于实现使流化的热固体112a和经冷却的固体112c流到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉的下部。
预热流化空气或O 2 气体
热固体的剩余部分(即小于预定尺寸的那些热固体)仍然被夹带在已经从中分离出了超过预定大小的热固体的、图中由参考标号106指示的烟气中，该烟气被迫通过传统构造的适当的管道系统从热固体-气体分离器118流到尾部烟道(backpass)，该尾部烟道在图中由参考标号122指示。尾部烟道122包括恰当地结合到其壁结构中的多个管子。借助于被迫流过这些多个管子的工作流体来优选地冷却根据本发明的尾部烟道122。在所描述的根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的示例性应用中，此后面的工作流体优选为水或水和蒸汽的混合物，尽管，可同样地使用其它类型的工作流体(如果期望这样的话)，而不会偏离本发明的实质。在尾部烟道122中，可进行另外的热传递，以便由此实现烟气的冷却和可能仍被夹带在烟气中的任何热固体的冷却。根据本发明恰当地提供了另外的管道系统，可使在图中由参考标号150指示的经冷却的烟气通过该管道系统从尾部烟道122流到预热器144，预热器144设计成能够以其实现空气或O2气体的预热。根据本发明，预热器144优选包括零泄漏的管状预热器。
优选地，根据本发明的运行模式，在将流化空气188或流化O2气体188′喷射到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉中之前，使流化空气188或流化O2气体188′通过传统构造的合适的管道系统流到预热器144。预热器144设计成可运行以用于实现将热量从烟气150(该烟气150被迫流过尾部烟道122)传递到流化空气188或流化O2气体188′，从而使得流化空气188或流化O2气体188′作为至其的这种热传递的结果而被预热到期望的温度。如参照图1最佳地理解的那样，通过一个或多个送风机180，181，空气188或O2气体188′经受加压且被使得流到预热器144，且然后最终流到循环流化床(CFB)锅炉110，该一个或多个送风机180，181在图中被示为主空气扇180(PA)扇或辅助空气扇101(SA)扇。在预热器144中预热之后的、在图中由参考标号142指示的空气或者在预热器144中预热之后的、在图中由参考标号142′指示的O2气体被迫通过传统构造的适当的管道系统从预热器144流到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉。连同夹带在其中的剩余的固体，在图中由参考标号154指示的烟气被迫通过传统构造的适当的管道系统从预热器144流到微粒去除构件152，该微粒去除构件152构成APC子系统的一部分，根据本发明而构造的蒸汽发生系统100恰当地设有该APC子系统。虽然显示了蒸汽发生系统100具有PA扇180和SA扇181，但是本发明构想了单个风扇可代替PA和SA扇。
下游烟气处理
之前已经提到过的微粒去除构件152根据本发明优选被示为静电沉积器系统(ESP)或集尘室。接着，微粒去除构件152设计成可运行以用于以其实现仍然保持夹带在烟气154内的相对精细的固体的去除。如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行的，在烟气从微粒去除构件152中离开之后，使在图中由参考标号158指示的烟气通过传统构造的另外一些适当的管道系统直接流到在图中由参考标号162指示的送风机，如图1所示，该送风机包括吸风(ID)风扇。另一方面，如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧O2的模式中运行的，在烟气158从微粒去除构件152中离开之后，使该烟气158间接流到风扇162，如将在下文更加详细地描述的那样。
如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行的，在图中由参考标号164指示的所有烟气从送风机162中离开之后被使得通过传统构造的另外一些适当的管道系统流向排气烟囱(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)，而且在这样做时，在该烟气到达所述排气烟囱之前，典型地使该烟气流过根据本发明而构造的蒸汽发生系统100所恰当地设有的APC子系统的其它额外的构件。如果根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧O2的模式中运行的，在图中由参考标号164′指示的烟气的仅一部分在从送风机162中离开之后被使得流向排气烟囱(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)，如将在下文中更加详细地描述的那样。
为了燃烧O 2 的改型和有关的运行变化
如之前在上文中已经表明的那样，虽然根据本发明而构造的蒸汽发生系统100设计成在燃烧空气的模式中运行，但是根据本发明而构造的蒸汽发生系统100同样可容易地改型成能够在燃烧O2的模式中运行。为了能够这样地在燃烧O2的模式中运行，需要将在图1中表示为“可选的”的各种构件添加到蒸汽发生系统100。为此，蒸汽发生系统100更加具体地必须安装有(作为例示)在图中由参考标号140指示的氧气源、在图中由参考标号182指示的并行供给流体加热器(PFFH)、在图中由参考标号160指示的气体冷却器、在图中分别由参考标号165a和165b指示的用于流束的烟气再循环管道系统，以及在图中由参考标号166指示的气体处理构件。当根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时，蒸汽发生系统100内的这些上述构件和运行流的变化在下文中更加详细地被描述。
O 2 源和将流化O 2 气体预热
继续描述当蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时的根据本发明而构造的蒸汽发生系统100，氧气源140优选包括空气分离单元，其设计成可运行以用于以其实现将O2从在图中由参考标号138指示的环境空气供给流束中分离出来，以便由此产生在图中由参考标号139指示的具有期望的氧气纯度的氧气流束。对其进行进一步参照，如果期望的话，氧气源140可包括深冷装置(该深冷装置设计成能够产生纯度为至少百分之九十五(95％)的O2)，而不会偏离本发明的实质。另外，如果期望的话，氧气源140还可设计成能够产生氮气(N2)，氮气在图中由参考标号141指示，而不会偏离本发明的实质。为此，这样地由氧气源140所产生的N2141(如果氧气源140已构造成用于产生此最终产物)可用来(作为例示而非限制)以其进行强化采油(EOR)或者可被排到大气中。根据其又一个备选方案，氧气源140可包括其中结合了氧气输送膜的设备，而不会偏离本发明的实质。
接着，不管所使用的氧气源140的类型如何，如上文已经描述过的那样，在流化O2气体188′喷射到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉中之前，使在图中由参考标号139指示的O2作为在图中由参考标号188′指示的O2气体(其设计成用于流化过程)的一部分通过传统构造的适当的管道系统流到预热器144。根据上文已经阐述过的论述，预热器144设计成可运行以用于将热量从在图中由参考标号150指示的烟气中传递出来(该烟气被使得从尾部烟道122流向流化O2气体188′)，从而使得流化O2气体188′由此被预热到期望的温度。在被这样预热之后，现在在图中由参考标号142′指示的流化O2气体188′则被使得通过传统构造的适当的管道系统流到循环流化床(CFB)锅炉110的燃烧炉。如之前在上文中已经描述过的那样，送风机180、181设计成可运行以用于对流化O2气体188′充分加压，以便由此使得流化O2气体188′能够被使得流到预热器144，以及对经预热的O2气体142′充分加压，以便由此使得经预热的O2气体142′能够被使得流到循环流化床(CFB)锅炉110。
用以加热驱动涡轮的另外的工作流体的下游烟气处理
接下来，在考虑PFFH182的情况下(在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的示例性应用中，PFFH182被描述成并行给水加热器(PFWH))，其通过另外的传统构造的适当的管道系统接收从微粒去除构件152中离开的、在图中由参考标号158指示的烟气。继续论述PFFH182，PFFH182可运行以用于实现将热量从烟气158传递到在图中由参考标号184指示的供给工作流体，在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的此示例性应用中，该供给工作流体包括呈液体形式的H2O，后者在工业中通常被称为给水(feed water)。使用已知技术能够控制从烟气158到供给工作流体184的这种热传递，从而使得供给工作流体184被加热到期望的温度。在被这样加热之后，就使在图中现在由参考标号186指示的经加热的工作流体流到涡轮系统190。根据本发明的涡轮系统190优选配备成能够以其从PFFH182中实现低能级的热回收，且还能够从压缩机中间冷却器回收热量。为此，低温给水设计成被用来从在气体处理系统166中使用的压缩机中间冷却器和/或从在空气分离单元140中的压缩机中间冷却器中回收热量。在对其的进一步的提及中，使从PFFH182中离开的、在图中由参考标号159指示的烟气通过传统构造的适当的管道系统流到气体冷却器160。
用以去除H 2 O的增加的下游烟气处理
这里要注意，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时，如果本发明的蒸汽发生系统100是用煤进行燃烧的，则从尾部烟道122中离开的烟气的两个最大的组成元素(按体积算)是CO2和H2O。烟气的这种组成是由于煤在循环流化床(CFB)锅炉110内的燃烧导致的，该燃烧是在存在在图中由参考标号139指示的纯氧或几乎纯氧(从氧气源140供应至该处)的情况下以及在存在在图中由参考标号164b指示的再循环烟气的情况下在循环流化床(CFB)锅炉110中发生的。
接着，在气体冷却器160中将在图中由参考标号159指示的烟气中的一些H2O蒸气从烟气159中冷凝出来。根据本发明的气体冷却器160优选能够依靠这样的方式来实现这一点：促使烟气159在气体冷却器160中被放置成与相对更冷的水以逆流的方式相接触，借此促使烟气159中的相对较大一部分H2O蒸气冷凝成液体水并从烟气159中分离出来。根据本发明，气体冷却器160优选设计成可运行以用于在烟气159被再循环之前将烟气159冷却到所可能的最低温度，以便由此最大程度地减少流化送风机180和176所需的功率量。在流过气体冷却器160之后，使现在主要包含CO2的烟气161通过传统构造的适当的管道系统流到送风机162。
根据本发明，送风机162优选设计成能够在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中运行时以及在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时运行。为此，这里注意到，根据本发明，需要恰当地调节送风机162的运行，以使得送风机162的运行对应于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行。存在对本领域技术人员来说众所周知的各种技术，这些技术可常规地被使用，以便取决于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行而从中确定在考虑送风机162的情况下所应该作出的适当的调节。
用以捕集CO 2 和提供可再循环烟气的来源的下游烟气处理
根据本发明，在图中由参考标号164′指示的烟气以流束的方式从送风机162中离开，且优选被分流或分开，以便被迫沿着三个单独的路径流动。为此，使烟气164′的大部分通过传统构造的适当的管道系统沿着一个路径流到在其处烟气164′可进一步被处理且之后可被使用或封存(sequestered)的位置。更具体而言，使在图中由参考标号164a指示的烟气流到液体回收子系统166，该液体回收子系统166设计成可运行以用于以其实现夹带在烟气164a内的CO2的液化，以便由此产生适于在商业应用中使用的液体CO2最终产物。如同在N2的情况下一样，所述液体CO2最终产物类似地可用来(作为例示而非限制)进行强化采油(EOR)或者可被封存。
接着，根据本发明，使烟气164′的另一部分沿着另一个路径流动，以便由此再循环回到循环流化床(CFB)锅炉110中。典型地，在图中由参考标号164b指示的烟气164′的这种另一部分仅是被迫从气体冷却器160中流出的烟气164′的总量的一小部分。为此，使烟气164b通过传统构造的适当的管道系统流到流化送风机176和流化送风机180、181。更具体而言，根据本发明，烟气164b优选分成被迫通过传统构造的适当的管道系统流到流化空气送风机176的、在图中由参考标号164b′指示的烟气流束和被迫通过传统构造的适当的管道系统流到送风机180、181的、在图中由参考标号164b″指示的烟气流束。
根据本发明，流化送风机180、181优选设计成能够在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中运行时以及在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时运行。为此，这里要注意，根据送风机180、181的运行，存在恰当地调节流化送风机180、181的运行的需要，以便对应于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行。这里再次地，存在对本领域技术人员来说众所周知的各种技术，这些技术可常规地被使用，以便取决于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行而从中确定在考虑流化送风机180、181的情况下所应该作出的适当的调节。在对其的进一步的提及中，从流化送风机180、181中离开的、在图中由参考标号164b″指示的烟气流束优选与在图中由参考标号139指示的O2流束结合，以便由此产生被使得流到预热器144的、在图中由参考标号188′指示的气体流束。
根据本发明，流化送风机176优选同样设计成能够在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中运行时以及在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时运行。为此，这里要注意，根据流化送风机176的运行，存在恰当地调节流化送风机176的运行的需要，以便对应于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行。这里再次地，存在对本领域技术人员来说众所周知的各种技术，这些技术可常规地被使用，以便取决于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行而从中确定在考虑流化送风机176的情况下所应该作出的适当的调节。在对此的进一步提及中，烟气164b′作为在图中由参考标号177′指示的气体流束从流化送风机176中离开，且之后被使得流到热交换器136。
如在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中运行时的情况下那样，流化送风机176和流化送风机180、181各自设计成起促使流化气体被供应到循环流化床(CFB)锅炉110和热交换器136两者的作用。但是，流化气体不是空气，该流化气体现在包括来自氧气源140的O2和来自气体冷却器160的CO2两者。接着，依据在循环流化床(CFB)锅炉110和热交换器136两者中为了以其来实现所需的流化而需要的烟气的量，烟气164′的被分开(以便由此从中形成烟气164b)的部分被设立至特定的量。为此，在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100已经转换到燃烧O2的模式之后，送风机176和180、181优选调节成使得，被促使由此再循环到循环流化床(CFB)锅炉110的烟气的量是这样的量，即，导致了将从中而被产生的速度在整个蒸汽发生系统100中都等于在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中运行时所存在的速度，以便由此保持与在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中运行时所获得的那些相同的工作流体输出量和相同的温度。
因此，简要地作为本发明的前面的第一实施例(上文已经描述过)的在此的概述，根据本发明提供了一种方式用于便于燃烧空气的蒸汽发生系统的转换，以便由此使得这种燃烧空气的蒸汽发生系统能够转换到燃烧O2的模式，且伴随其而使得能够以与此前使用之前已知的方法所可能的那些相比更少的花费和/或更高的效率来实现源自这种O2的燃烧的、所产生的CO2的捕集。因此，通过使用本发明可行的是，实现最大程度地降低与利用O2而非空气来燃烧粉煤或其他矿物燃料相关联并且还与从这种O2燃烧中产生的CO2最终产物的捕集相关联的预投资成本，同时伴随着地允许能量损失(该能量损失为了实现CO2捕集而被引起)保持为净电力输出的约25％的降低。这里应当注意，通过使用本发明，可行的是，使得本发明的蒸汽发生系统的从空气燃烧到O2燃烧的转换不需要修改燃烧空气的蒸汽发生系统的压力部件或燃烧空气的蒸汽发生系统的构件中的各种其它构件。
第二实施例
双模式系统构件和运行
在图2中说明了根据本发明的第二实施例而构造的示例性的燃烧空气或燃烧氧气(O2)的蒸汽发生系统200的示意图。蒸汽发生系统200能够使用空气，或者当装有所选择的可选构件时，蒸汽发生系统200能够代替空气而使用O2，以便以其实现矿物燃料的燃烧。
在以下描述的本发明的具体的示例性应用中，在其中使用的矿物燃料是碎煤。但是应当理解，可同样地使用其它类型的矿物燃料来代替这种碎煤，而不会偏离本发明的实质。为此，就此而言，优选使用具有高碳含量的矿物燃料，例如碎煤或石油焦或生物质。接着，根据本发明在此使用的工作流体优选为H2O，在各种不同点处，H2O为液体、或气体、或混合的液体或气体的形式。但是，这里再次地，对本领域技术人员而言应当轻易地显而易见的是，可同样地使用其它类型的工作流体来代替H2O，而不会偏离本发明的实质。进一步地，此外，对本领域技术人员将是轻易地显而易见的是，在本发明中使用的各种构件内流动的工作流体也可为不同的类型，而不会偏离本发明的实质。
当在燃烧空气的模式中运行时，根据本发明，蒸汽发生系统200能够运行为单循环动力发生系统，以便由此以其产生电功率。但是，当在燃烧O2的模式中运行时，根据本发明，蒸汽发生系统200能够运行为联合循环动力发生系统，以便由此以其产生电功率和产生二氧化碳(CO2)最终产物。当在燃烧O2的模式中运行时，还可以可选地使本发明的蒸汽发生系统200产生氮气(N2)最终产物，而不会偏离本发明的实质。
上文已经描述过的蒸汽发生系统100特别有利地特征在于，最大程度地降低了与其相关联的预投资成本，而通过使用蒸汽发生系统100，伴随着地，同时引起了用于以该蒸汽发生系统100来实现CO2捕集的能量损失，反之，本发明的蒸汽发生系统200特别有利地特征在于，通过使用该蒸汽发生系统200，以其而最大程度地降低或者甚至消除了用于CO2捕集的任何电力输出损失。为此，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，可从中获得与当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时的大致相同的净电力输出。
从燃烧空气的模式到燃烧O 2 的模式的运行变化和有关的构件尺 寸设置
在功能上，也可在本发明的蒸汽发生系统100中找到的、本发明的蒸汽发生系统200的所有构件设计成起与这种构件在本发明的蒸汽发生系统100中所起的功能相同的功能。但是，如将在下文中更加详细地描述的那样，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，必须由本发明的蒸汽发生系统200中的构件(这些构件与在本发明的蒸汽发生系统100中可找到的构件相同)处理的流的容量将不同于由在本发明的蒸汽发生系统100中找到的这种对应的构件所处理的流。为此，这种构件的属性(例如，作为例示而非限制，在此所处理的流的体积和/或温度)由此将有所不同。例如，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时，从循环流化床(CFB)锅炉210中离开的、在图中由参考标号202指示的工作流体流可与从循环流化床(CFB)锅炉110中离开的、在图中由参考标号102指示的工作流体流的流具有相同的体积。然而，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，从循环流化床(CFB)锅炉210中离开的、在图中由参考标号202′指示的工作流体的流将比当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时从循环流化床(CFB)锅炉210中离开的工作流体202的流具有更大的体积。如将在下文中更加详细地论述的那样，在这些构件中的至少一些的情况下，可发现需要使这些构件中的某一个或多个这种构件本身变大(upsized)，即尺寸增大(当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时)从而使得这种构件对于本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中的运行而言有些过大。但是，在这些构件中的其它这种构件的情况下，与当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时相比，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，仅需要对这种构件的运行控制进行调节。因此，在这种情况下，这种构件可与本发明的蒸汽发生系统100中的对应于其的构件中的那些构件相同。
因此，如将在下文中进一步描述的那样，在本发明的蒸汽发生系统200中，为了蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中的运行起见，本发明的蒸汽发生系统200的一些构件恰当地被设置尺寸成比当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时对于其运行而言所需的尺寸更大。为此，优选地，这种构件设计成变大的，即，其尺寸恰当地被增大，以便当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，提供比当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时所需的容量多大约百分之二十五(25％)的容量。仅在本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时才使用这种构件的此额外容量以便由此降低或者以便由此消除传统上为了CO2捕集(其设计成在本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时发生)而被强加的电力输出损失。
使燃料流化和燃烧以加热驱动涡轮的工作流体
与本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时，喷射到循环流化床(CFB)锅炉210中的、在图中由参考标号214指示的矿物燃料和吸附剂的量相比，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，喷射到循环流化床(CFB)锅炉210中的、在图中由参考标号214′指示的矿物燃料和吸附剂的量优选增大约25％的量。当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，喷射到循环流化床(CFB)锅炉210中的矿物燃料和吸附剂214′的量同样将比当本发明的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时喷射到本发明的蒸汽发生系统100的循环流化床(CFB)锅炉110中的、在图中由参考标号114′所示的矿物燃料和吸附剂的量优选地大大约25％，如果本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100当它们各自在燃烧空气的模式中运行时均产生相同量的净功率的话。另外，用于分别地将矿物燃料和吸附剂214以及矿物燃料和吸附剂214′输送到循环流化床(CFB)锅炉210的构件(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)可能也需要变大，即尺寸增大，以便具有与用于将矿物燃料和吸附剂114′输送到循环流化床(CFB)锅炉110的构件(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)的容量相比多大约25％的容量。
由于在本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时喷射到循环流化床(CFB)锅炉210中的矿物燃料和吸附剂214′的量增大，落在循环流化床(CFB)锅炉210的底部上的热固体的量也将相应地增大。接着，在图中由参考标号215指示的这些热固体最终从循环流化床(CFB)锅炉210的底部排到传统构造的灰冷却器216，灰冷却器216优选地被尺寸设置成比当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时所需的灰冷却器在尺寸方面大大约25％。为此，灰冷却器216的尺寸也将比灰冷却器116的尺寸大大约25％，如果本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100当它们各自在燃烧空气的模式中运行时均产生大约相同量的净功率的话。
本发明的蒸汽发生系统200的涡轮290优选可被修改以便以其提供比根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时所需的容量大大约25％的容量。如果本发明的蒸汽发生系统100和本发明的蒸汽发生系统200(当各自在燃烧空气的模式中运行时)均产生大致相同量的净功率，则涡轮290由此还将比本发明的蒸汽发生系统100的涡轮190具有相应地更大的容量。作为例示，可通过在涡轮290中使用与涡轮190中使用的涡轮叶片不同类型的涡轮叶片来实现涡轮290的此增大的容量。例如，可行的是，实现与涡轮190相同的涡轮的叶片重装(re-blading)以便由此从中形成涡轮290，而不会偏离本发明的实质。
进一步参照前述论述，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时，通往涡轮290的经加热的工作流体流的体积将不同于当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时通往涡轮290的经加热的工作流体流的体积。如果本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100当它们各自在燃烧空气的模式中运行时均产生大致相同量的净功率，则当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，通往涡轮290的流也将不同于当本发明的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时通往本发明的蒸汽发生系统100的涡轮190的流的那些。为此，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，在图中由参考标号202′指示的经加热的工作流体的、从循环流化床(CFB)锅炉210中流出的流的体积将超过当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时的在图中由参考标号202指示的经加热的工作流体的、从循环流化床(CFB)锅炉210中流出的流的体积的那些。另外，如将在下文中更加详细地描述的那样，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，在图中由参考标号292指示的新的过热蒸汽的流也被供应到涡轮290。
涡轮290的容量的变大(即增大)又将要求将用于本发明的蒸汽发生系统200的发电机(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)优选修改成使得该发电机的容量(与当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时所需的容量相比)增大大约25％。在这种情况下，如果本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100当它们各自在燃烧空气的模式中运行时均产生大致相同量的净功率，则用于本发明的蒸汽发生系统200的发电机(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)也将比用于本发明的蒸汽发生系统100的发电机(为了使图中的说明保持清楚也没有显示)具有多大约25％的容量。
接着描述根据本发明而构造的蒸汽发生系统200，本发明的蒸汽发生系统200的锅炉供给流体加热器、泵和冷凝器(为了使图中的说明保持清楚而全都没有显示)将必要地同样各自具有与当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时所需的容量相比相应地更大的容量。或者，相同的设备可被运行以便由此产生具有多25％的流量的不同的性能。在这种情况下，如果本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100当它们各自在燃烧空气的模式中运行时均产生大致相同量的净功率，则本发明的蒸汽发生系统200的锅炉供给加热器、泵和冷凝器也将各自地与本发明的蒸汽发生系统100的锅炉供给加热器、泵和冷凝器(为了使图中的说明保持清楚也都没有显示)相比具有相应地更大的容量。
燃烧空气的模式中的运行
虽然双模式构件(双模式构件包括在在上文中已经参照图1进行了描述的根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中)中的一些的容量被增大，以便在当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时在本发明的蒸汽发生系统200中使用这些双模式构件，但是，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时，本发明的蒸汽发生系统200的运行与本发明的蒸汽发生系统100的运行基本相同。然而，如将在下文中更加详细地描述的那样，虽然如此当为了根据本发明而构造的蒸汽发生系统200转换到燃烧O2的模式时，不仅是当本发明的蒸汽发生系统100如在上文已经参照图1进行了描述的那样地运行时在燃烧O2的模式中被使用的一些构件的容量被增大以使得这种构件能够在本发明的蒸汽发生系统200中被使用，而且还需要另外的构件来使得根据本发明而构造的蒸汽发生系统200能够在燃烧O2的模式中运行。因此，由于在其中包括了此另外的构件，根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的运行不同于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的运行(当本发明的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时)。
为了转换到燃烧O 2 的模式的变化
下文中紧接着的是对存在于为了使蒸汽发生系统200能够根据本发明在燃烧O2的模式中运行而被增加的那些构件中的、与当根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中被使用的与其相对应的构件相比的差异的描述。
预热流化空气或O 2 气体
接着描述根据本发明而构造的蒸汽发生系统200，在根据本发明而构造的蒸汽发生系统200中，使从循环流化床(CFB)锅炉210中排出的、在图中由参考标号204指示的烟气流到分离器218，根据本发明，该分离器218设计成与在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中使用的分离器118基本相同。为此，分离器218设计成可运行以用于实现从中排出已经在其中被分离的、在图中由参考标号206指示的烟气。被分离的烟气206然后在尾部烟道222中经受冷却。在经受这种冷却之后，使在图中由参考标号250指示的烟气流到预热器244。由于在根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时喷射到循环流化床(CFB)锅炉210中的矿物燃料的量的增大，从氧气源240供应到循环流化床(CFB)锅炉210的O2的量优选将也比在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100在燃烧O2的模式中运行时从氧气源140供应到循环流化床(CFB)锅炉110的O2的量增大25％的量(假设本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100当它们各自在燃烧空气的模式中运行时均产生大致相同量的净功率的话)。本领域技术人员将容易地理解，像利用根据本发明而构造的蒸汽发生系统100而被使用的氧气源140一样，利用根据本发明而构造的蒸汽发生系统200而被使用的氧气源240优选为空气分离单元，该空气分离单元设计成可运行以用于以其实现从在图中由参考标号238指示的环境空气供给流束中分离出O2，以便由此产生在图中由参考标号239指示的氧气流束，该氧气流束具有期望的氧气纯度，而且如果期望的话，该空气分离单元还可构造成可运行以用于产生氮气(N2)，氮气在图中由参考标号241指示。
接着对其进行描述，使已经在预热器244中经受了进一步的冷却的、在图中由参考标号254指示的烟气从预热器244流到微粒去除构件252。根据本发明，本发明的蒸汽发生系统200的微粒去除构件252优选设计成在结构方面与根据本发明而构造的蒸汽发生系统100所使用的微粒去除构件152基本相同。然后，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，在图中由参考标号258指示的烟气在于微粒去除构件252中经受微粒去除之后经受进一步的处理，而非被使得直接流到送风机262(如在根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时那样)。
用以加热驱动涡轮的另外的工作流体的下游烟气处理
接着描述本发明，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的运行模式中运行时，即，在根据本发明而进行本发明的蒸汽发生系统200的转换以使得该蒸汽发生系统200能够在燃烧O2的模式中运行之前，不需要并行供给流体加热器(PFFH)282，根据本发明的此示例性应用，该并行供给流体加热器(PFFH)282优选包括在本发明的蒸汽发生系统200中的并行给水加热器(PFWH)。像在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中使用的PFFH182一样，在根据本发明而构造的蒸汽发生系统200中使用的PFFH282设计成用于接收在图中由参考标号284指示的供给工作流体。
用以去除H 2 O的下游烟气处理
使从PFFH282中排出的、在图中由参考标号259指示的烟气(在其被进行进一步的冷却之后)流到本发明的蒸汽发生系统200的气体冷却器260。因此，在在气体冷却器260中冷却该烟气259以及从中冷凝和分离出H2O之后，由气体冷却器260所接收的烟气259则作为在图中由参考标号261指示的烟气(现在已经脱水到主要由CO2组成的程度)从其中排出。使经脱水的烟气261从气体冷却器260流到送风机262。
当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时在图中由参考标号264指示的烟气的下游流，以及当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时在图中分别由参考标号264′、264a、264b、264b′和264b″指示的烟气的下游流，与根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中的烟气的对应的流是基本相同的。接着，根据本发明而构造的蒸汽发生系统200所使用的子系统266与根据本发明而构造的蒸汽发生系统100所使用的CO2压缩、净化和液化子系统166基本相同。
管线和管道
如本领域技术人员根据本文的前述对其的描述而将很好地理解的那样，根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的工作流体管线(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)在本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时可具有比在本发明的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时所需的容量相应地更大的容量，或者，工作流体管线(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)可与当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时为相同的尺寸，但是具有与之相关联的更高的压降。另一方面，由于具有与根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的体积流相同的体积流，根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的空气、O2气体和烟气管道(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)优选与本发明的蒸汽发生系统100所使用的那些具有相同的尺寸。在这种情况下，如果本发明的蒸汽发生系统200和本发明的蒸汽发生系统100在燃烧空气的模式中均产生大致相同量的净功率，则根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的工作流体管线(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)与根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的工作流体管线(为了使图中的说明保持清楚而同样没有显示)相比也将优选地具有相应地更大的容量。
为了转换到燃烧O 2 的模式的另外的变化和有关的运行变化
在下面，在下文中描述了为使本发明的蒸汽发生系统200能够在燃烧O2的模式中运行而添加到根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的另一构件，但是，不需要在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中使用该构件来使得本发明的蒸汽发生系统100能够在燃烧O2的模式中运行。
再循环固体以加热驱动涡轮的另外的工作流体
如之前在以上论述中注意到的那样，使从循环流化床(CFB)锅炉210中排出的、在图中由参考标号204指示的烟气通过传统构造的适当的管道系统流到热固体-气体分离器218，热固体-气体分离器218设计成与根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中使用的分离器118基本相同。为此，热固体-气体分离器218设计成可运行以用于以其实现将至少一些热固体从烟气中分离出来，如之前在本文中已经描述过的那样。
接着，虽然作为根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的一部分而被使用的热交换器236优选与作为根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的一部分而被使用的热交换器136基本相同、以便使得本发明的蒸汽发生系统200能够在燃烧O2的模式中运行，但是，另一热交换器237也可作为本发明的蒸汽发生系统200的至燃烧O2模式的转换的一部分而被添加，或者可选地，为此目的，可通过为现有的热交换器236添加更多的热传递表面来修改现有的热交换器236。本领域技术人员将认识到，如果在本发明的蒸汽发生系统200中使用了多个分离器218，且期望添加另外的热交换器237，则典型地将需要为每个各个分离器218添加一个新的热交换器237。
进一步参照本发明，当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，被迫在重力的影响下从热固体-气体分离器218中流出的热固体在其在分离器218中被分离之后不仅可被使得沿着两个再循环路径而流动(之前结合根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的在本文中的论述已经在上文中描述过)，而且还可被使得流到第三再循环路径，尽管存在有其它这种可行的备选方案，其可同等地被使用而不会偏离本发明的实质。为此，可使在热固体-气体分离器218中被分离的热固体从热固体-气体分离器218流到可用的再循环路径中的一个、两个或所有三个中而不会偏离本发明的实质。接着，不管热固体被迫沿其流动的再循环路径的数量如何，在其分离之后，在图中由参考标号212指示的热固体被促使重新引入循环流化床(CFB)锅炉210的下段中，且然后因而再次经受燃烧过程，该燃烧过程在循环流化床(CFB)锅炉210中发生。
更具体而言，在其在热固体-气体分离器218中被分离之后，被分离的固体212被使得从联合式热固体-气体分离器218的下段流出。使在图中分别由参考标号212a和212b指示的被分离出的热固体的部分从该处沿着这样的再循环路径流动——该再循环路径与在图中分别由参考标号112a和112b指示的、被分离的热固体的部分在其在分离器118中被分离之后被迫使得沿着流动的再循环路径(如之前结合关于根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的论述已经在上文中描述过的那样)基本相类似。但是，在根据本发明的蒸汽发生系统200中，也可使在图中由212指示的热固体的另一部分在于热固体-气体分离器218中经受分离之后流到该新的热交换器237，以便由此从中产生另外的经加热的工作流体，该经加热的工作流体在图中由参考标号292指示，根据此运行模式，该经加热的工作流体可为过热蒸汽的形式。当像这样使用热交换器237时，热交换器237起单独的并行蒸汽发生器的作用，也就是说，热交换器237可运行以用于提供经加热工作流体回路，当本发明的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，该经加热工作流体回路设计成与由根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的循环流化床(CFB)锅炉210所提供的经加热工作流体回路并行。
这里接着描述本发明，优选地，使用一个或多个灰控制阀(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)，以便以其实现在该三个路径之间的、已经在热固体-气体分离器218中被分离的热固体流的控制。为此，这些再循环路径中的一个提供直接连接，而这些再循环路径中的另一个或第二个提供通过热交换器236而到根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的循环流化床(CFB)锅炉210的下段的间接连接。之前已经结合根据本发明而构造的蒸汽发生系统100的以上描述而详细地描述了这些构件和沿着这些路径的流。
因此，现在将注意力集中到新路径或第三路径，该路径是通过新的热交换器237而回到循环流化床(CFB)锅炉210的下段的另一间接路径。为此，使在图中由参考标号212d指示的热固体部分(其已经在热固体-气体分离器218中被分离且被使得沿着所述新路径或第三路径流动)流到热交换器237，根据本发明，该热交换器237优选描述为另一个流化床热交换器(FBHE)。在其分离之后，热固体212d被工作流体冷却，根据本发明的此实施例，该工作流体优选包括水或水-蒸汽混合物或蒸汽，该工作流体被使得流过恰当地设置在热交换器237内的管子。优选地，根据本发明的优选实施例，流过热交换器237的工作流体是从最终给水加热器(为了使图中的说明保持清楚而没有显示)供应的给水，该最终给水加热器组成本发明的蒸汽发生系统200的一部分。
接着描述本发明，来自热固体212d的热量被传递到流过热交换器237的管子的工作流体，以便由此从中产生在图中由参考标号292指示的经加热的工作流体。由于通过使用任何传统方式而控制了沿着第三路径的被分离的热固体212d的流，所以可由此恰当地控制热交换器237内的温度。这又使得能够在工作流体292离开热交换器237时控制工作流体292的温度。
另外，由于实现了对沿着所有这些再循环路径的热固体流的控制，所以同样可控制根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的循环流化床(CFB)锅炉210中的温度。为此，由于流受控制且由于从热固体-气体分离器218中离开的再循环固体212在所有三个再循环路径间被分开，使得在图中由参考标号212a指示的未经冷却的固体流束和/或在图中分别由参考标号212c和212e指示的一个或多个固体流束(其由于分别被使得流过热交换器236和热交换器237而被冷却)返回到循环流化床(CFB)锅炉210，协助实现了对根据本发明而构造的蒸汽发生系统200的循环流化床(CFB)锅炉210中的温度的控制。
当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧空气的模式中运行时，在构造和运行模式方面基本上类似于在根据本发明而构造的蒸汽发生系统100中使用的流化送风机176的流化送风机276设计成可运行以用于为热交换器236提供在图中由参考标号277指示的流化空气。这种流化空气设计成可起作用以用于实现将在图中分别由参考标号212a和212c指示的、被分离的热的和经冷却的固体输送到循环流化床(CFB)锅炉210的下段。
当根据本发明而构造的蒸汽发生系统200在燃烧O2的模式中运行时，提供了流化送风机276′，其设计成可运行以用于促使在图中由参考标号277′指示的流化用再循环烟气流到热交换器237。这种流化用再循环烟气277′设计成可起作用以用于实现把在图中由参考标号212e指示的被分离出的热固体输送到循环流化床(CFB)锅炉210的下段。接着对其进行描述，从热交换器237中排出的、在图中由参考标号292指示的经加热的工作流体被使得流到涡轮290。
因而，以上已经描述过的本发明的第二实施例设计成可运行以用于以其实现燃烧空气的蒸汽发生系统的转换，以使得这种蒸汽发生系统能够在燃烧O2的模式中运行，并且使得能够以其而以与利用此前已知的方式所能实现的相比更少的花费来捕集作为结果的所产生的CO2。根据本发明，这种蒸汽发生系统的、从在燃烧空气的模式中运行到在燃烧O2的模式中运行的这种转换，能够这样地实现，即，使得可能为了进行CO2捕集而由此引起的任何电力输出损失被最大程度地降低或者甚至被消除。为此，在根据本发明而构造的蒸汽发生系统已经转换成用于在燃烧O2的模式中的运行之后，(不管本发明的蒸汽发生系统是在燃烧空气的模式中运行还是在燃烧O2的模式中运行)大致相同的净电力输出可被获得。应当容易理解，通过使用本发明，到燃烧O2的模式的这种转换不需要修改当本发明的蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时被使用的压力部件或者当本发明的这种蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时被使用的其它构件，除了以下这点，即，当本发明的蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，将需要修改蒸汽涡轮/发生器，以便使蒸汽涡轮/发生器能够容纳流向其的额外的流量(即125％的流量)。
虽然已经对我们的发明的(多个)实施例进行了描述，但将理解的是，本领域技术人员仍可容易地对该发明进行其修改(这些修改中的一些已经在上文中被提到过)，而不会偏离本发明的实质。因此，所附权利要求意在覆盖本文已经提到过的所有这种修改以及可落在我们的发明的真实精神和范围内的任何的及所有的其它修改。

Claims (18)

1.一种能够在燃烧空气的模式中或者在燃烧O2的模式中运行的蒸汽发生系统，包括：
矿物燃料燃烧器，所述矿物燃料燃烧器构造成可运行以用于：(i)实现矿物燃料的流化，从而从中产生流化床，(ii)燃烧所述矿物燃料，以便以其加热工作流体和从所述矿物燃料的这种燃烧中生成热烟气，以及(iii)之后实现这种经加热的工作流体和这种所生成的热烟气两者的排出；
空气预热器，所述空气预热器构造成可运行以用于接收来自所述矿物燃料燃烧器的这种所生成的热烟气；以及
送风机，所述送风机构造成可运行以用于：(i)当所述蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时，促使空气流至所述空气预热器，以及(ii)当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，促使O2和再循环烟气两者流至所述空气预热器；
其中，当所述蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时，所述空气预热器可运行以用于实现将热量从由此被接收的烟气传递到被促使流到所述空气预热器的空气，以便由此实现这种空气的预热以及以其实现这种烟气的冷却，且其中，之后使这种经预热的空气从所述空气预热器流到所述矿物燃料燃烧器，以便由此以其实现所述矿物燃料的流化；以及
其中，当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，所述空气预热器可运行以用于实现将热量从由此被接收的烟气传递到均被使得流到所述空气预热器的O2和再循环烟气，以便由此以其实现这种O2和这种再循环烟气两者的预热，以及以其实现这种烟气的冷却，且其中，之后使这种经预热的O2和再循环烟气两者从所述空气预热器流到所述矿物燃料燃烧器，以便由此以其实现所述矿物燃料的流化。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述送风机是第一送风机，且所述矿物燃料在所述矿物燃料燃烧器中的燃烧还可起作用以用于生成残余热固体，所述残余热固体变成被夹带在从所述矿物燃料燃烧器中排出的这种所生成的热烟气中，且所述蒸汽发生系统进一步包括：
分离器，所述分离器构造成可运行以用于以其实现使这种被夹带的热固体从这种被排出的热烟气中分离出来，其中，由所述空气预热器所接收的这种被排出的热烟气是已经在所述分离器中经受分离的这种被排出的热烟气；
热交换器，所述热交换器构造成可运行以用于在这种热固体在所述分离器中从这种被排出的热烟气中被分离出来之后接收这种热固体，并且可运行以用于实现将热量从由此被接收的这种热固体中传递出来，以便由此以其实现由此被接收的这种热固体的冷却；以及
第二送风机，所述第二送风机构造成可运行以用于：(i)当所述蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时，促使空气流到所述热交换器，以便实现这种经冷却的固体的流化和促使这种经冷却的固体从所述热交换器流到所述矿物燃料燃烧器，以及(ii)当所述蒸汽系统在燃烧O2的模式中运行时，促使这种再循环烟气流到所述热交换器，以便实现这种经冷却的固体的流化和促使这种经冷却的固体从所述热交换器流到所述矿物燃料燃烧器。
3.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，这种工作流体是第一工作流体，且所述蒸汽发生系统进一步包括：
工作流体加热器，当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，所述工作流体加热器构造成可运行以用于：(i)接收这种经冷却的烟气和第二工作流体，(ii)以其实现将热量从由此被接收的这种烟气两者传递到由此被接收的这种第二工作流体，以便由此实现这种第二工作流体的加热，以及以其实现这种烟气的冷却，以及(iii)实现从其中排出这种经加热的第二工作流体；以及
涡轮，所述涡轮构造成可运行以便由从所述矿物燃料燃烧器中排出的这种经加热的第一工作流体并由从所述工作流体加热器中排出的这种经加热的第二工作流体来驱动。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，这种工作流体是第一工作流体，且所述矿物燃料在所述矿物燃料燃烧器中的燃烧还可起作用以用于生成残余热固体，所述残余热固体变成被夹带在从所述矿物燃料燃烧器中排出的这种所生成的热烟气中，且所述蒸汽发生系统进一步包括：
分离器，所述分离器构造成可运行以用于以其实现使这种被夹带的热固体从这种被排出的烟气中分离出来，其中，由所述空气预热器所接收的这种被排出的烟气是已经在所述分离器中经受分离的这种被排出的烟气；
热交换器，当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，所述热交换器构造成可运行以用于：(i)接收这种热固体和第二工作流体两者，(ii)实现将热量从由此被接收的这种热固体传递到由此被接收的这种第二工作流体，以便由此以其实现这种热固体的冷却，以及以便由此实现这种第二工作流体的加热，以及(iii)实现这种经加热的工作流体的排出；以及
涡轮，所述涡轮构造成可运行以便由从所述矿物燃料燃烧器中排出的这种经加热的第一工作流体并由从所述热交换器中排出的这种经加热的第二工作流体来驱动。
5.根据权利要求4所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述送风机是第一送风机，且所述蒸汽发生系统进一步包括：
第二送风机，当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，所述第二送风机构造成可运行以用于促使这种再循环烟气流到所述热交换器；以及
其中，当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，促使这种再循环烟气流到所述热交换器，以便由此使这种经冷却的固体流化并促使这种经冷却的固体从所述热交换器流到所述矿物燃料燃烧器。
6.根据权利要求5所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述热交换器是第一热交换器，且所述蒸汽发生系统进一步包括：
第二热交换器，所述第二热交换器构造成可运行以用于接收这种被分离出的热固体，以及实现将热量从由此被接收的这种热固体中传递出来，以便由此实现这种被接收的热固体的冷却；
其中，当所述蒸汽发生系统在燃烧空气的模式中运行时，不使用所述第二送风机；以及
其中，当所述蒸汽发生系统在燃烧O2的模式中运行时，所述第二送风机进一步构造成可运行以用于促使这种再循环烟气流到所述第二热交换器，以便由此以其实现这种经冷却的固体的流化和促使这种经冷却的固体从所述第二热交换器流到所述矿物燃料燃烧器。
7.一种在燃烧空气的模式或燃烧O2的模式中生成蒸汽的方法，包括以下步骤：
实现矿物燃料的流化，以从中产生流化床；
实现这种矿物燃料的燃烧，以便以其实现工作流体的加热和烟气的生成；
实现将热量从这种所生成的烟气(i)传递到空气，以便由此当在燃烧空气的模式中运行时实现这种空气的预热和这种所生成的烟气的冷却两者，或者(ii)传递到O2和再循环烟气两者，以便由此当在燃烧O2的模式中运行时实现这种O2和这种再循环烟气两者的预热和这种所生成的烟气的冷却；以及
(i)当在燃烧空气的模式中运行时，用这种经预热的空气实现这种矿物燃料的流化，或者(ii)当在燃烧O2的模式中运行时，用这种经预热的O2和这种再循环烟气两者来实现这种矿物燃料的流化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，这种工作流体是第一工作流体，这种矿物燃料的燃烧还生成了残余热固体，所述残余热固体变成被夹带在这种所生成的烟气中，且所述方法进一步包括以下步骤：
实现将这种被夹带的热固体从这种所生成的烟气中分离出来，其中，实现了这种热量从其中被传递出的这种所生成的烟气包括经分离的烟气；
实现将热量从这种被分离出的热固体传递到第二工作流体，以便由此以其实现这种被分离出的热固体的冷却；
当在燃烧空气的模式中运行时，用空气实现这种经冷却的固体的流化，或者当在燃烧O2的模式中运行时，用再循环烟气实现这种经冷却的固体的流化；以及
实现这种流化的经冷却的固体的燃烧，以便由此加热这种第一工作流体和生成这种烟气。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，这种工作流体是第一工作流体，且所述方法进一步包括以下步骤：
当在燃烧O2的模式中运行时，实现将热量从这种经冷却的烟气传递到第二工作流体，以便由此实现这种第二工作流体的加热以及这种经冷却的烟气的进一步冷却；以及
用这种经加热的第一工作流体和这种经加热的第二工作流体两者来实现涡轮的驱动。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，这种工作流体是第一工作流体，这种矿物燃料的燃烧还生成了残余热固体，所述残余热固体变成被夹带在这种所生成的烟气中，且所述方法进一步包括以下步骤：
实现将这种被夹带的热固体从这种所生成的烟气中分离出来；
当在燃烧O2的模式中运行时，实现将热量从这种被分离出的热固体传递到第二工作流体，以便由此实现这种被分离出的热固体的冷却和这种第二工作流体的加热；以及
用这种经加热的第一工作流体和这种经加热的第二工作流体两者来实现涡轮的驱动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
用这种再循环烟气实现这种经冷却的固体的流化；以及
实现这种流化的经冷却的固体的燃烧，以便由此以其实现这种第一工作流体的加热和烟气的生成。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
实现将热量从其它被分离出的热固体传递到第三工作流体，以便由此以其实现这种其它被分离出的热固体的冷却；
(i)当在燃烧空气的模式中运行时，用空气实现这种经冷却的其它固体的冷却，或者(ii)在燃烧O2的模式中运行时，用再循环烟气实现这种经冷却的其它固体的冷却；以及
实现这种流化的其它固体的燃烧，以便由此以其实现这种第一工作流体的加热和烟气的生成。
13.一种燃烧O2的蒸汽发生系统，包括：
矿物燃料燃烧器，所述矿物燃料燃烧器构造成可运行以用于：(i)实现矿物燃料的流化，从而从中产生流化床，(ii)燃烧这种矿物燃料，以便以其加热第一工作流体和从这种矿物燃料的这种燃烧中生成烟气，以及(iii)之后实现这种经加热的第一工作流体和这种所生成的烟气两者的排出；
构造成可运行以用于接收来自所述矿物燃料燃烧器的这种所生成的烟气的空气预热器；
构造成可运行以用于促使O2和再循环烟气两者流到所述空气预热器的送风机；
构造成可运行以便由这种排出的经加热的第一工作流体来驱动的涡轮；
其中，所述空气预热器(i)可运行以用于实现将热量从这种接收到的烟气传递到这种O2和再循环烟气两者，以便由此以其实现这种O2和这种再循环烟气两者的预热以及这种接收到的烟气的冷却；以及
其中，所述矿物燃料燃烧器可运行以用于用这种经预热的O2和这种再循环烟气两者来实现这种矿物燃料的流化。
14.根据权利要求13所述的燃烧O2的蒸汽发生系统，其特征在于，所述送风机是第一送风机，这种矿物燃料的燃烧还可起作用以用于生成残余热固体，所述残余热固体变成被夹带在这种被排出的热烟气中，且所述燃烧O2的蒸汽发生系统进一步包括：
构造成可运行以用于以其实现将这种被夹带的热固体从这种被排出的热烟气中分离出来的分离器，其中，由所述空气预热器所接收的这种被排出的烟气是已经在所述分离器中经受分离的这种被排出的烟气；
热交换器，其构造成可运行以用于接收这种被分离出的热固体，以及实现将热量从由此被接收的这种热固体传递到第二工作流体，以便由此以其实现这种被接收的热固体的冷却；
构造成可运行以用于促使这种再循环烟气流到所述热交换器的第二送风机；以及
其中，被促使流到所述热交换器的这种再循环烟气可起作用以用于实现这种经冷却的固体的流化以及促使这种经冷却的固体从所述热交换器流到所述矿物燃料燃烧器。
15.根据权利要求13所述的燃烧O2的蒸汽发生系统，其特征在于，燃烧O2的蒸汽发生系统进一步包括：
工作流体加热器，所述工作流体加热器构造成可运行以用于：(i)接收这种经冷却的烟气和第二工作流体，(ii)实现将热量从这种接收到的烟气传递到这种接收到的第二工作流体，以便由此以其实现这种接收到的第二工作流体的加热和这种接收到的烟气的进一步的冷却，以及(iii)排出这种经加热的第二工作流体；以及
其中，所述涡轮进一步构造成可运行以便由这种排出的经加热的第二工作流体来驱动。
16.根据权利要求13所述的燃烧O2的蒸汽发生系统，其特征在于，这种矿物燃料的这种燃烧还可起作用以用于实现残余热固体的生成，所述残余热固体变成被夹带在这种被排出的热烟气中，且燃烧O2的蒸汽发生系统进一步包括：
分离器，所述分离器构造成可运行以用于以其实现将这种被夹带的热固体从这种被排出的热烟气中分离出来，其中，由所述空气预热器所接收的这种被排出的烟气是已经在所述分离器中经受分离的这种被排出的烟气；以及
热交换器，所述热交换器构造成可运行以用于：(i)接收这种被分离出的热固体和第二工作流体两者，(ii)实现将热量从这种被接收的热固体传递到这种接收到的第二工作流体，以便由此实现这种被接收的热固体的冷却和这种第二工作流体的加热，以及(iii)排出这种经加热的第二工作流体；以及
其中，所述涡轮进一步构造成可运行以便由这种排出的经加热的第二工作流体来驱动。
17.根据权利要求16所述的燃烧O2的蒸汽发生系统，其特征在于，所述送风机是第一送风机，且所述燃烧O2的蒸汽发生系统进一步包括：
构造成可运行以用于促使再循环烟气流到所述热交换器的第二送风机；以及
其中，促使这种再循环烟气流到所述热交换器，以便以其实现这种经冷却的固体的流化和促使这种经冷却的固体从所述热交换器流到所述矿物燃料燃烧器。
18.根据权利要求17所述的燃烧O2的蒸汽发生系统，其特征在于，所述热交换器是第一热交换器，且所述燃烧O2的蒸汽发生系统进一步包括：
第二热交换器，所述第二热交换器构造成可运行以用于：(i)接收其它被分离出的热固体和第三工作流体，以及(ii)实现将热量从这种接收到的其它热固体传递到这种接收到的第三工作流体，以便由此以其实现这种接收到的其它热固体的冷却和这种第三工作流体的加热；
其中，所述第二送风机进一步构造成可运行以用于促使这种再循环烟气流到所述第二热交换器；以及
其中，促使这种再循环烟气流到所述第二热交换器，以便以其实现这种其它经冷却的固体的流化和促使这种其它经冷却的固体从所述第二热交换器流到所述矿物燃料燃烧器。
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