CN103502605A - 用于控制燃料燃烧的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于控制燃烧废气成分的系统和方法。示例性的方法包括将燃料、氧化剂和冲淡剂引入燃烧区，并且燃烧所述燃料的至少一部分以产生包括水、二氧化碳、氧气和一氧化碳的废气。所述废气可以被膨胀以产生机械动力和膨胀废气。确定所述废气和所述膨胀废气中的至少一个的氧气和一氧化碳的至少一个的浓度。所述方法继续以下步骤，至少部分基于已确定的氧气和一氧化碳中的至少一个的浓度调整被引入所述燃烧区的氧化剂和燃料的至少一个的量来产生含有的氧气和一氧化碳的总量小于约2mol%的废气。

Description

用于控制燃料燃烧的系统和方法

技术领域

本公开的实施方案一般涉及用于燃烧燃料的系统和方法。更具体地,本公开的实施方案涉及用于控制由燃烧燃料产生的废气的成分的系统和方法。 

发明背景

该部分旨在介绍该技术的各方面，该技术可与本公开的示例性实施方案相关联。相信本讨论有助于提供框架以帮助更好地理解本公开的特定方面。因此，应理解，本部分应从这一角度来阅读，而并不一定将其作为对现有技术的认可。 

燃料在燃烧室（例如，与燃气轮机结合的燃烧室）内的燃烧通常通过监控废气的温度来控制。在满负载时，典型燃气轮机调整被引入燃烧室中的燃料的量以达到所需的燃烧气体或废气温度。常规燃气轮机使用入口导流叶片控制引入其内的氧化剂。在部分负载时，减少引入燃烧室的氧化剂的量，且再次控制引入燃烧室内的燃料的量以达到所需的废气温度。在部分负载时，燃气轮机的效率下降，因为入口导流叶片（其只能稍微降低氧化剂的流动）限制了减少氧化剂的量的能力，因此。此外，在部分负载操作时还存在潜在的贫油熄火问题。 

当目标是从废气中捕获二氧化碳(CO₂)时，控制引入燃烧室的氧化剂的量是可行的。由于一些原因，目前的二氧化碳捕获技术很昂贵。一个原因是由于废气中二氧化碳的低压力和低浓度。然而，通过在化学计量或基本上为化学计量的条件下操作燃烧过程并使废气的至少一部分作为冲淡剂再循环至燃烧室以便调整废气温度可显著增加二 氧化碳浓度，从约4%增加至10%以上。另外，在氧燃料燃烧过程中，对氧化剂的控制也很关键的，因为废气中任何未使用的氧气在捕获的二氧化碳中是一种污染，其限制了可用于捕获二氧化碳的溶剂种类。 

通过监控温度来控制燃烧过程对废气的成分，更具体地说是废气中的氧气量(O₂)提供了较少的控制（如果有的话）。由于燃烧的燃料的量和/或成分的变化，废气中氧气的浓度可波动。因此，当目标是控制废气（例如氧气）中的尤其是成分/混合物的出现和浓度时，通过监控温度的方法来控制燃烧是不可行的。 

上述有关本领域的需要的讨论旨在代表，而非详尽彻底描述本发明。一种解决一个或多个这种需要或该领域中一些其它有关的缺点的技术将有益于用于控制燃烧废气的成分的燃烧系统和方法。 

发明概要

本公开提供用于燃烧燃料的系统和方法。示例性方法包括将燃料、氧化剂和冲淡剂引入燃烧区并燃烧燃料的至少一部分以产生包括水、二氧化碳、氧气和一氧化碳的废气。可使废气膨胀产生机械动力以及膨胀的废气。氧气和一氧化碳的至少一个的浓度在废气和膨胀的废气的至少一个中是确定的。接下来该方法至少部分基于已确定的氧气和一氧化碳至少一个的浓度调整被引入燃烧区的氧化剂和燃料的至少一个的量来产生含有的氧气和一氧化碳的量小于约2mol%的废气。 

附图简述

通过查阅以下实施方案的非限制性实例的具体实施方式和附图，本发明的上述和其它优点将变得很明显，其中： 

图1描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于控制燃烧过程中产生的燃烧气体的成分并制造机械动力的说明性燃烧和发电系统的原理图。 

图2A和图2B是示出当当量比分别从0.999变为1.001以及从0.75变为1.25时氧气和一氧化碳的浓度之间的关系的模拟的图形描述。 

图3描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于控制由燃烧燃料和富氧流产生的废气的成分并制造机械动力的说明性燃烧和发电系统的原理图。 

图4描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于重整燃料，控制由燃烧燃料产生的废气的成分并由此制造机械动力的说明性燃烧和发电系统的原理图。 

图5描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于燃烧燃料和氧化剂以产生惰性气体的说明性燃烧和发电系统的原理图。 

图6描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于燃烧燃料和氧化剂以产生压缩惰性气体的说明性燃烧和发电系统的原理图。 

图7描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统的原理图。 

图8描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统的另一原理图。 

图9描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统的另一原理图。 

具体实施方式

在以下具体描述部分，结合优选实施方案描述了本发明的具体实施方案。然而，就以下描述是针对本发明的特定实施方案或特定应用而言，这仅仅是为了示例性目的且只提供了对示例性实施方案的描述。因此，本发明并不局限于以下描述的具体实施方案，而是包括落 入所附权利要求书真正精神和范围内的所有替代、修改和等同物。 

图1描绘了根据一个或多个实施方案用于控制燃烧过程中产生的燃烧气体或“废气”的成分并制造机械动力的说明性燃烧和发电系统100的原理图。系统100可包括，但并不局限于，一个或多个燃烧室或燃烧区（示出一个）120、膨胀器（示出一个）125、热回收单元（示出一个）140、压缩机（示出两个）105和150、蒸汽轮机160和发电机（示出两个）165和170。 

氧化剂可通过管道101被引入压缩机105或直接被引入燃烧室120。通过流量计（“第一流量计”）110可控制、调整或改变管道107中被压缩的氧化剂的流速。管道107中压缩的氧化剂的压力可在约400kPa至约4500kPa的范围内。管道107中压缩的氧化剂的温度可在约30℃至约500℃的范围内。 

第二流量计（“燃料流量计”）115可控制、调整或改变通过管道117的燃料（即被引入燃烧室120的燃料）的量。尽管未示出，但是管道112中的氧化剂和管道117中的燃料可被至少部分地混合或组合以提供引入燃烧室120的氧化剂/燃料混合物。 

通过管道114引入的燃料的至少一部分可燃烧以产生通过管道123的燃烧气体或废气。废气可包括，但并不局限于，燃料、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、氮氧化物、氩气、水、蒸汽或其任意组合。管道123中的废气的温度可在约1000℃至约1,500℃的范围内，压力可在约400kPa至约4,500kPa的范围内。 

通过管道123的废气可被引入膨胀器125以产生通过管道127的膨胀废气。管道127中的膨胀废气的温度可在约430℃至约725℃的范围内，压力可在约101kPa至约110kPa的范围内。 

通过管道127的膨胀废气可被引入、接触一个或多个废气传感器（示出两个130、131）或被一个或多个废弃传感器利用。废气传感 器130、131可估算、确定、检测或测量废气中可出现的任何一种或多种成分的出现和/或浓度，和/或废气的任何一个或多个特性。通过管道127的废气可被引入热回收单元140以产生通过管道143的冷却废气和通过管道142的被加热传热介质。尽管未示出，但是废气传感器130、131的任何一个或多个可与管道123中的废气而非或除了管道127中的膨胀废气连通。 

可估算的说明性废气成分可包括，但不局限于，氧气、一氧化碳、水（液态水、气态水或其组合）、二氧化碳、氮气、氮氧化物、氩气、燃料、氧化剂、氢气或其任意组合。如在此处所使用的那样，术语“氮氧化物”指的是含氮化合物。说明性的氮氧化物可包括，但不局限于，一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)或其组合。可估算的说明性废气特性可包括，但不局限于，温度、压力、密度、流速（诸如，质量和/或体积流速）或其任意组合。 

在一个或多个实施方案中，废气传感器130可分析管道127中的膨胀废气的成分的一个或多个，以及废气传感器131可估算管道127中的膨胀废气的温度。例如，废气传感器130可估算管道127中的膨胀废气的氧气和/或一氧化碳的浓度。在另一个实例中，废气传感器131可估算管道127中的膨胀废气的温度。因此，废气传感器130、131可专用于测量管道127中的废气的不同特性和/或成分。 

在一个或多个实施方案中，废气传感器130、131可被配置来估算相同成分和/或特性，不同成分和/或特性，或一些相同成分和/或特性与不同成分和/或特性的组合。例如，废气传感器130可估算管道127中的膨胀废气的氧气和/或二氧化碳浓度和压力，以及废气传感器131可估算管道127中的膨胀废气的温度和压力。在一个或多个实施方案中，仅一个废气传感器（例如，废气传感器130）可被使用，该单一废气传感器130可被配置来估算管道127中的膨胀废气的任何一种或多种成分和/或特性。 

说明性氧传感器可包括，但不局限于，λ和/或宽带氧化锆氧传感器、二氧化钛式氧传感器、电流型氧传感器、红外氧传感器或其任意组合。说明性温度传感器可包括，但不局限于，热电偶、电阻性温度装置、红外传感器或其任意组合。说明性一氧化碳传感器可包括，但不局限于，基于氧化物的薄膜传感器，诸如锡酸钡和/或二氧化钛。例如，一氧化碳传感器可包括铂活性二氧化钛、镧稳定二氧化钛等。 

图2A和图2B是示出当当量比

分别从0.999变为1.001以及从0.75变为1.25时氧气和一氧化碳的浓度之间的关系的模拟的图形描述。作为当量比函数的氧气浓度显示为线210，且作为当量比函数的一氧化碳浓度显示为线220。当量比

等于(mol%燃料/mol%氧化剂) _实际/(mol%燃料/mol%氧化剂)_化学计量。mol%燃料等于F_燃料/(F_氧化剂+F_燃料)，其中F_燃料等于燃料的摩尔流速，且F_氧化剂等于氧化剂的摩尔流速。mol%氧化剂等于F_氧化剂/(F_氧化剂+F_燃料)，其中F_氧化剂等于氧化剂的摩尔流速且F _燃料等于燃料的摩尔流速。当当量比

低于1或超过1时，废气中氧气和二氧化碳的摩尔分数或浓度改变。例如，当当量比

低于1时，氧气的摩尔分数迅速从当量比

约为1时的约1ppm（即，氧气摩尔分数约为1.0×10^-6）增加至当量比约为0.999时的约100ppm（即，氧气摩尔分数约为1×10^-4）。类似地，当当量比

大于1时，一氧化碳的浓度迅速从当量比

约为0.9995时的约1ppm（即，一氧化碳摩尔分数约为1×10^-6）增加至当量比

约为1.001时的约100ppm以上（即，一氧化碳摩尔分数约为1×10^-4）。 

至少部分地基于由废气传感器130和/或131提供的信息或数据，可改变、修改、调整或控制通过管道112的氧化剂的量和/或通过管道117的燃料的量以产生通过管道123的具有所需成分的废气。已令人惊讶且出乎意料地发现通过监控管道123中的废气的氧气和/或一氧化碳浓度，和/或管道127中的膨胀废气，可控制通过管道112引入燃烧室120的氧化剂的量和/或通过管道117引入燃烧室120的燃料的量，使得在预定当量比

范围内执行燃料的燃烧以产生氧气和一氧化碳的组合浓度小于约3mol%、小于约2.5mol%、小于约2mol%、 小于约1.5mol%、小于约1mol%或小于约0.5mol%的废气。此外，已令人惊讶且出乎意料地发现通过监控管道123中的废气的氧气和/或一氧化碳的浓度和/或管道127中的膨胀废气，可控制通过管道112引入燃烧室120的氧化剂的量和/或通过管道117引入燃烧室120的燃料的量，使得在预定当量比

范围内执行燃料的燃烧以产生组合的氧气和一氧化碳小于约4,000ppm、小于约2,000ppm、小于约1,000ppm、小于约500ppm、小于约250ppm或小于约100ppm的废气。 

可使用的所需的或预定的当量比

范围执行管道112中的燃料的燃烧以产生管道123中的含有所需的氧气和/或一氧化碳量的废气。例如，可将当量比

保持在约0.85至约1.15的预定范围内以产生通过管道123的组合的氧气和一氧化碳的浓度范围在较低的约0.5mol%、约0.8mol%或约1mol%至较高的约1.5mol%、约1.8mol%、约2mol%或约2.2mol%之间的废气。在另一个实例中，可将当量比

保持在约0.85至约1.15的预定范围内以产生通过管道123的组合的氧气和一氧化碳的浓度为小于2mol%、小于约1.9mol%、小于约1.7mol%、小于约1.4mol%、小于约1.2mol%、或小于约1mol%的废气。在再另一个实例中，可将当量比

保持在约0.96至约1.04的范围内以产生通过管道123的组合的氧气和一氧化碳的浓度为小于约4,000ppm、小于约3,000ppm、小于约2,000ppm、小于约1,000ppm、小于约500ppm、小于约250ppm或小于约100ppm的废气。 

参考图1、图2A和图2B，一种用于在燃烧室120内燃烧燃料的方法可包括首先（即，开始时）在当量比大于1时，通过管道117引入燃料并通过管道112引入氧化剂。例如，当当量比

在较低的约1.0001、约1.0005、约1.001、约1.05或约1.1至较高的约1.1、约1.2、约1.3、约1.4或约1.5的范围内时，首先通过管道117将燃料引入燃烧室120并通过管道112将氧化剂引入燃烧室120。在另一个实例中，当量比

的范围可以是从约1.0001至约1.1、从约1.0005至约1.01、从约1.0007至约1.005，或从约1.01至约1.1。可通过气体传感器130确定或估算管道123中的废气，或（如所示）管道127中的膨胀废气 的氧气和/或一氧化碳的浓度。管道127中的膨胀废气最初应具有高浓度的一氧化碳（例如，大于约1,000ppm或大于约10,000ppm）和低浓度的氧气（例如，小于约10ppm或小于约1ppm）。 

另一种用于在燃烧室120内燃烧燃料的方法可包括首先（即，开始时）在当量比小于1时，通过管道117引入燃料并通过管道112引入氧化剂。例如，当当量比

在较低的约0.5、约0.6、约0.7、约0.8或约0.9至较高的约0.95、约0.98、约0.99、约0.999的范围内时，首先通过管道117将燃料引入燃烧室120并通过管道112将氧化剂引入燃烧室120。在另一个实例中，当量比的范围可以是从约0.9至约0.999、从约0.95至约0.99、从约0.96至约0.99，或从约0.97至约0.99。可通过废气传感器130确定或估算管道123中的废气，或（如所示）管道127中的膨胀废气的氧气和/或一氧化碳的浓度。管道127中的膨胀废气最初应具有高浓度的氧气（例如，大于约1,000ppm或大于约10,000ppm）和低浓度的一氧化碳（例如，小于约10ppm或甚至小于约1ppm）。 

例如，当废气中氧化剂的浓度从小于约1ppm增加至大于约100ppm、约1,000ppm、约1mol%、约2mol%、约3mol%、或约4mol%时，操作器、自动控制系统或二者均可得到警示当量比

已经小于1。在一个或多个实施方案中，可使通过管道112的氧化剂的量和通过管道117的燃料的量保持不变或基本不变以提供当量比

稍微小于1（例如，约0.99）的燃烧过程。可减少通过管道112的氧化剂的量和/或增加通过管道117的燃料的量，然后使该量保持不变或基本不变以提供当量比

在预定范围内的燃烧过程。例如，当氧气的浓度从小于约1ppm增加至约1,000ppm、约0.5mol%、约2mol%或约4mol%时，可在最初检测到废气中氧气的量增加时减少通过管道112的氧化剂的量或相对于通过管道112引入的氧化剂的量将该量减少从较低的约0.01%、约0.02%、约0.03%或约0.04%至较高的约1%、约2%、约3%或约5%的范围内的量。在另一个实例中，当氧气的浓度从小于约1ppm增加至约1,000ppm或更多时，可在检测到废气中的氧气 增加时减少通过管道112的氧化剂的量或相对于通过管道112引入的氧化剂的量将该氧化剂的量减少约0.01%至约2%、约0.03%至约1%或约0.05%至约0.5%。在再另一个实例中，当氧气的浓度从小于约1ppm增加至约1,000ppm或更多时，可在最初检测到废气中氧气的量增加时相对于通过管道117引入的燃料的量将通过管道117的燃料的量增加从较低的约0.01%、约0.02%、约0.03%或约0.04%至较高的约1%、约2%、约3%或约5%的范围内的量。 

在燃烧和发电系统100的操作过程中，当系统100发生一个或多个可更改或改变管道123中的废气的当量比

的变化时，可连续地、以周期性时间间隔、随机地或非周期性时间间隔，或其任意组合通过废气传感器130监控当量比

系统100可发生的可更改或改变当量比

的说明性变化可包括，但不局限于，燃料成分的变化，氧化剂成分的变化，或其组合。因此，可监控（例如）氧气和/或一氧化碳的浓度且可调整通过管道112的氧化剂的量和/或通过管道117的燃料的量以控制或调整管道123中的废气的氧气和/或一氧化碳的量。 

在至少一个实施方案中，可逐步地、非逐步地、连续地或以其任意组合的方式来降低当量比

例如，可调整通过管道112的氧化剂的量和/或通过管道117的燃料的量，使得每当调整氧化剂和/或燃料时，当量比

改变固定的量或基本固定的量，例如约0.001、约0.01或约0.05。在另一个实例中，可连续更改通过管道112的氧化剂的量和/或通过管道117的燃料的量，使得当量比连续地变化。优选地，通过管道112的氧化剂的量和/或通过管道117的燃料的量被更改，且燃烧已进行一段时间足以产生成分一致或基本一致的废气，此时氧化剂和/或燃料的量可被调整，使得当量比

在较低的约0.00001、约0.0001或约0.0005至较高的约0.001、约0.01或约0.05的范围内变化。在废气实现氧气浓度一致或基本一致后，可再次调整通过管道112的氧化剂和/或通过管道117的燃料，使得当量比

再次变化。可监控管道123中的废气和/或管道127中的膨胀废气的氧气和/或一氧化碳的量，并反复调整通过管道112的氧化剂的量和/或通过管道 117的燃料的量直到废气中氧气和一氧化碳的组合浓度（例如）小于约2mol%、或小于约1.5mol%、或小于约1mol%。 

可连续对燃烧室120进行操作，使得管道123中的废气的氧气和一氧化碳的组合浓度达到小于2mol%、小于1mol%、小于0.5mol%或小于约0.1mol%。在另一个实例中，在燃烧室120内进行燃烧的时间，操作燃烧和发电系统100的时间的约50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或约95%的时间内管道123中的废气的氧气和一氧化碳的组合浓度小于2mol%或小于约1mol%。换句话说，对于在燃烧室120内进行燃烧的大部分时间，管道123中的废气的氧气和一氧化碳的组合浓度小于约2mol%、小于约1mol%、小于约0.5mol%或小于约0.1mol%。 

热回收单元140可间接地将热从通过管道127引入其内的废气传递至通过管道138引入的一种或多种传热介质。热可间接地从废气传递或交换至传热介质以产生通过管道142的受热传热介质和通过管道143的冷却废气。 

管道143中的冷却废气的温度在较低的约75℃至较高的约105℃的范围内，压力在较低的约大气压至较高的约120kPa的范围内。例如，管道143中的冷却废气的压力可在约101kPa至约110kPa、约102kPa至约107kPa或约103kPa至约105kPa的范围内。 

管道138中的说明性传热介质可包括，但不局限于，水、空气、蒸汽、乙二醇、烃类或其任意组合。管道142中的受热传热介质的温度可在约75℃至约110℃的范围内。如果传热介质为水（例如，锅炉给水），那么可产生通过管道142的蒸汽或水和蒸汽的混合物。管道142中的受热传热介质的压力可在较低的约4,000kPa至较高的约15,000kPa的范围内。 

通过管道142的受热传热介质（例如，蒸汽）可被引入可使传热介质膨胀的蒸汽轮机150，从而通过与其联接的发电机165产生电力 以及通过管道162的压力相对于管道142中的受热传热介质而言已减小的传热介质。管道162中的传热介质可通过管道138再循环至热回收单元140，可在一个或多个其它过程中被处理和/或使用。 

在一个或多个实施方案中，可通过管道145将管道143中的冷却废气的至少一部分从系统100中除去。通过管道145从系统100除去的冷却废气可被排放至大气中，被送至用于至少部分燃烧其内的任何剩余燃料的火炬（flare）内，被引入用于存储和/或封闭的地下地层中等。 

在一个或多个实施方案中，管道143中的冷却废气的至少一部分可通过管道147再循环至系统100。例如，管道143中的冷却废气的约20%至约100%可通过管道147引入压缩机150以提供通过管道152的压缩废气。在另一个实例中，管道143中的通过管道147引入压缩机150的冷却废气的量可在较低的约25%、约40%或约50%至较高的约60%、约80%、约90%或约100%的范围内以提供通过管道152的压缩废气。在至少一个具体实施方案中，通过管道147的所有冷却废气可通过管道147被引入压缩机150中以提供通过管道152的压缩废气。 

管道152中的压缩废气的压力可在较低的约400kPa至较高的约4,500kPa的范围内。管道152中的压缩废气的温度可在较低的约300℃至较高的约430℃的范围内。 

尽管未显示，但是管道147中的冷却废气所含有的任何水（气体、液体或二者的混合物）的至少一部分可在引入压缩机150之前被除去。可使用任何合适的的系统、装置，或系统和/或装置的组合将水除去。例如，可通过充分降低冷却废气的温度，使得水冷凝从而与冷却废气分离来将管道147中的冷却废气的任何水的至少一部分除去。在另一个实例中，可通过吸收或吸收过程将管道147中的冷却废气的任何水的至少一部分除去。 

管道152中任何量的压缩废气可作为冲淡剂通过管道154引入燃烧室120。类似地，管道152中任何量的压缩废气可通过管道155从系统100中除去。例如，通过管道154引入燃烧室120的压缩废气或“冲淡剂”的量是管道152中的压缩废气的约10%至约100%。在另一个实例中，通过管道154引入燃烧室120的压缩废气的量占管道152中的压缩废气的比例在较低的约20%、约30%或约40%至较高的约50%、约60%或约70%的范围内。在至少一个实例中，通过管道154引入燃烧室120的压缩废气的量是管道152中的压缩废气的约50%至约70%，通过管道155从系统100中除去的压缩废气的量是管道152中的压缩废气的约30%至约50%。在至少一个其它实例中，所有压缩废气均可通过管道154引入燃烧室120，过量的压缩废气可从燃烧室中除去。 

因此，管道143中最终作为压缩废气通过管道154引入燃烧室120的冷却废气的量可在较低的约10%至约100%的范围内。例如，管道143中最终作为压缩废气通过管道154引入燃烧室120的冷却废气的量在可较低的约40%、约45%、约50%或约55%至较高的约65%、约70%、约80%或约90%的范围内，且管道143中最终通过管道155从系统100除去的冷却废气的量在约1%至约60%的范围内。在另一个实例中，管道143中最终作为压缩废气通过管道154引入燃烧室120的冷却废气的量可在约55%至约65%的范围内，且管道143中最终通过管道155从系统100除去的冷却废气的量在约35%至约45%的范围内。 

至少部分取决于管道112中的特定氧化剂、管道117中的特定燃料，和/或通过154引入燃烧室120的压缩废气的量，管道123中的废气的二氧化碳浓度可在较低的约6mol%、约8mol%、约10mol%、约12mol%或约14mol%至较高的约20mol%、约24mol%、约28mol%、约32mol%或约34mol%的范围内。管道123中的废气的水和/或蒸汽浓度可在较低的约19mol%、约25mol%、约30mol%或约35mol%至较高的约50mol%、约60mol%、约65mol%或约70mol%的范围内。 管道123中的废气的一氧化碳浓度小于约2mol%、小于约1.5mol%、小于1mol%、小于0.5mol%、小于约0.1mol%或小于约0.05mol%。管道123中的废气的氧气浓度小于约2mol%、小于约1.5mol%、小于1mol%、小于0.5mol%、小于约0.1mol%或小于约0.05mol%。管道123中的废气的氮气浓度可在较低的约0.01mol%、约1mol%或约5mol%至较高的约60mol%、约70mol%或约75mol%的范围内。管道123中的废气的氮氧化物浓度为约0.0001mol%至约0.1mol%。管道123中的废气的氩气浓度为约0.1mol%至约1.5mol%。 

在一个或多个实施方案中，引入燃烧室120中的燃料和压缩废气的重量比可在较低的约0.027:1至较高的约0.061:1的范围内，取决于氧化剂是氧气还是空气。在一个或多个实施方案中，引入燃烧室120的氧化剂和压缩废气的重量比可在较低的约0.101:1至较高的约0.9555:1的范围内。 

在一个或多个实施方案中，压缩废气可通过管道154与直接引入燃烧室120的管道112中的氧化剂、管道117中的燃料或其任意组合混合。例如，管道154中的所有或部分压缩废气可与管道112中的氧化剂混合以提供可随后与燃料混合的氧化剂/废气混合物。在至少一个具体实施方案中，管道154中的压缩废气的第一部分可与管道112中的氧化剂混合，管道154中的压缩废气的第二部分可直接引入燃烧室120与管道117中的燃料或两者混合。在至少一个其它具体实施方案中，管道154中的压缩废气的第一部分可与管道112中的氧化剂或燃烧室120内的氧化剂混合，管道154中的压缩废气的第二部分可直接引入燃烧室120并与燃烧室120内的废气混合。 

通过管道101引入压缩机105的氧化剂可以是或包括任何适当的包含材料或材料组合的氧气。说明性氧化剂可包括，但不局限于，空气、氧气(O₂)、基本上为氧气、富氧空气、贫氧空气、过氧化氢(H₂O₂)、臭氧(O₃)、氧气和一种或多种气体（诸如，空气、水、二氧化碳、氮气和/或氩气）的混合物，或其任意组合。管道101中的氧化剂可包 含约1vol%至约100vol%的氧气。如此处所用，术语“基本上为氧气”是指氧气含量在50vol%以上的氧化剂。例如，基本上为氧气的流体包含约55vol%至约100vol%的氧气。如此处所用，术语“富氧空气”是指包含大于约21vol%的氧气至50vol%的氧气的氧化剂。如此处所用，术语“富氧”是指富氧空气和基本上为氧气。如此处所用，术语“贫氧空气”是指包含小于约20vol%的氧气的氧化剂。管道101中的氧化剂可以无氮气或基本上无氮气。如此处所用，术语“基本无氮气”是指管道101中包含约5vol%或更少、4vol%或更少、3vol%或更少、2vol%或更少，或1vol%或更少的氮气。 

氧化剂流量计110可以是任何合适的装置、系统，或装置和/或系统的组合，其适合于或被配置为控制引入燃烧室120的氧化剂的量。说明性流量控制装置可包括，但不局限于，阀门、压缩机、喷嘴、泵等。 

管道114中的燃料可以是或包括任何可燃材料或可燃材料的组合。管道114中的燃料可包括一种或多种气态烃、液态烃、固态烃，或气态烃、液态烃和/或固态烃的混合物。说明性烃类可包括，但不局限于，C₁至C₂₀烃类或其任意组合。例如，管道114中的燃料可包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、环丙烷、丙二烯、丁烷、丁烯、丁炔、环丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、戊炔、环戊烷、戊二烯、己烷、己烯、己炔、环己烷、己二烯、庚烷、庚烯、庚炔、环庚烷、庚二烯、辛烷、辛烯、辛炔、环辛烷、辛二烯、壬烷、壬烯、壬炔、环壬烷、壬二烯、癸烷、癸烯、癸炔、环癸烷、癸二烯、或其混合物，或其任意组合。另一种合适的燃料可包括氢气。氢气可单独使用，也可与任何一种或多种其它燃料（例如，一种或多种C₁至C₁₀烃类）结合。 

在一个或多个实施方案中，管道114中的燃料的甲烷浓度可在较低的约10mol%、约30mol%、约50mol%或约75mol%至较高的约95mol%、约99mol%或约99.9mol%的范围内，余量包括氢、C₂、C₃、 C₄和更重的烃类，或其任意组合。例如，管道114中的燃料的甲烷浓度可以是约80mol%或更多、约90mol%或更多、约97mol%或更多、约98mol%或更多、或约99.5mol%或更多。管道114中的燃料的氢气浓度可在较低的约0.1mol%、约1mol%或约5mol%至较高的约20mol%、约30mol%或约35mol%的范围内。在另一个实例中，管道114中的燃料可以是或包括天然气。如果管道114中的燃料包括天然气，则天然气可从伴生气（即，从油井中采收）、非伴生气（即，在天然气田中分离出的）、沼气（例如，包含从垃圾填埋池产生的气体的甲烷）、水合物，或其任意组合中衍生。可直接使用来自源头的天然气，和/或该天然气可被预提纯或预处理以除去一种或多种污染物（诸如，硫化氢(H₂S)、水、沙子、二氧化碳等）的至少一部分。 

燃料流量计115可包括能够测量、确定或相反估算通过114引入其内的燃料的量的任何装置、系统，或装置和/或系统的组合。说明性燃料流量计115可包括，但不局限于，阀门、泵、喷嘴、涡轮流量计、文丘里管流量计、孔板或其任意组合。 

燃烧室120可包括一个或多个燃烧器、燃烧区、燃烧室衬套、混合区和相关设备。当燃烧室并入系统（例如，燃气轮机系统）中时，燃烧室可与过渡连接件以及其它特征结合。 

膨胀器125可包括可将管道123中的废气引导至涡轮机的一个或多个喷嘴。引入涡轮机的废气可使涡轮机旋转，从而生成机械动力。通过膨胀器125生成的机械动力可用于通过轴126驱动压缩机150。在另一个实例中，通过膨胀器125生成的电力的全部或一部分可用于为发电机170提供电能。在再另一个实例中，通过膨胀器125生成的电力的第一部分可用于驱动压缩机150，且电力的第二部分可用于驱动发电机170。 

压缩机105、150可包括任何类型的压缩机。说明性压缩机可包括，但不局限于，轴流式、离心式、旋转容积式压缩机等。在一个或 多个实施方案中，压缩机105的类型可与压缩机150的类型不同。在一个或多个实施方案中，压缩机105和150可以是同一类型的压缩机，例如轴流式压缩机。 

燃烧室120、膨胀器125和压缩机150各自可彼此结合以提供综合燃气轮机或燃气轮机系统180。在另一个实例中，燃烧室120、膨胀器125和/或压缩机150可以是单独的组件。例如，燃烧室120可以是独立单元，诸如熔炉。膨胀器125和压缩机150也可以是独立单元或者可通过轴126或其它机械耦接、电耦接或其它电力耦接而彼此耦接，从而使通过膨胀器125生成的机械能的至少一部分驱动压缩机150。 

热回收单元140可包括能够间接地在通过管道127引入其内的膨胀废气和通过管道138引入其内的传热介质之间交换热量的任何系统、装置，或系统和/或装置的组合。说明性热回收单元140可以是或包括，但不局限于，壳管式交换器、板框式交换器、U形管交换器、螺旋缠绕式交换器、翅片式交换器或其任意组合。在另一个实例中，热回收单元140可以是或包括膨胀废气管或通道（通过管道127引入的废气可从其流过），且其内布置有一个或多个线圈，以使膨胀废气可流经该一个或多个线圈。在一个或多个实施方案中，热回收单元140的任何组件可包括表面增强型管（例如，翅片、静态混合器、膛线、导热填料、引起紊流的突起，或其任意组合）等。 

蒸汽轮机160可包括可将管道142中的受热传热介质引导至蒸汽轮机的一个或多个喷嘴。引入蒸汽轮机160的受热传热介质可使涡轮机旋转，从而生成机械动力。通过蒸汽轮机160生成的机械动力可用于驱动发电机165。尽管未显示，但是通过蒸汽轮机160生成的机械动力可用于驱动压缩机105、压缩机150、发电机170、发电机165或其任意组合。 

发电机165、170可包括任何能够将机械能转换为电能的装置、 系统或装置和/或系统的组合。说明性发电机165、170可以是，但不局限于，同步和感应发电机。 

图3描绘了根据一个或多个实施方案的用于控制由燃烧燃料和富氧流体产生的废气的成分并产生机械动力的另一个说明性燃烧和发电系统300的原理图。燃烧和发电系统300可与以上参考图1讨论并描述的系统100相似。系统300还可包括一个或多个空气分离单元(“ASU”)（示出一个）305。空气可通过管道301引入空气分离单元305，该空气分离单元305可至少部分地将氧气与空气分开以提供通过管道307的富氧空气或基本上为氧气的流体以及通过管道309的贫氧空气。 

在至少一个具体实施方案中，空气分离单元305可通过管道307提供富氧流体。在至少一个其它具体实施方案中，空气分离单元305可提供通过管道307的基本上为氧气的流体。如此，管道307中的氧气的量可在大于21vol%氧气至100vol%氧气之间。可通过例如低温蒸馏空气、变压吸附、薄膜分离或其任意组合获得通过管道307的富氧流体。 

如果管道107中的压缩氧化剂为富氧空气，则通过管道123的废气的二氧化碳浓度可为约10mol%至约34mol%、水和/或蒸汽浓度为约15mol%至约60mol%、一氧化碳浓度为约0.01mol%至约2mol%、氧气浓度为约0.001mol%至约2mol%、燃料浓度为约0.001mol%至约0.1mol%、氮气浓度为约0.01mol%至约70mol%、氧化氮浓度为约0.01mol%至约0.03mol%，和/或氩气浓度为约0.2mol%至约0.9mol%。如果管道107中的压缩氧化剂基本上为氧气，则通过管道123的废气的二氧化碳浓度可为约30mol%至约35mol%、水和/或蒸汽浓度为约60mol%至约70mol%、一氧化碳浓度为约0.01mol%至约2mol%、氧气浓度为约0.001mol%至约2mol%、燃料浓度为约0.001mol%至约0.1mol%、氮气浓度为约0.01mol%至约1.5mol%、氧化氮浓度为约0.001mol%至约0.03mol%，和/或氩气浓度为约0.2mol%至约 1.5mol%。 

图4描绘了根据一个或多个实施方案的用于重整燃料、控制由燃烧燃料产生的废气的成分并由此产生机械动力的说明性燃烧和发电系统400的原理图。燃烧和发电系统400可与以上参考图1和图3讨论并描述的系统100和/或300相似。系统400还可包括一个或多个重整器（示出一个）405。重整器405可至少部分地重整、处理、提纯、过滤或相反修改或改变管道114中的燃料的成分以产生通过管道412的重整燃料。 

与管道114中的燃料相比，通过管道412的重整燃料含有的一种或多种杂质或不期望成分较少。说明性杂质可包括，但不局限于，硫化氢、一氧化碳、包含一个以上碳原子（例如，C₂-C₂₀烃类）的碳氢化合物，或其任意组合。 

重整器305可使用任何类型的方法或方法组合来修改或改变管道114中的燃料的成分。如所示，重整器405可包括一个或多个含催化剂床410，该含催化剂床410可使管道114中的燃料中所含有的一种或多种杂质催化地发生反应，以产生更有益或更期望的成分。 

例如，通过管道114的燃料可从含烃地层（其通常被称作“穿透气体”）回收。穿透气体中大部分较大烃类可被分离出来，但是少量的烃类（例如，C₂、C₃和C₄烃类）可仍包含在管道114中的燃料内。这些较大烃类的中的至少一部分碳-碳键可被重整器405破坏，从而减少较大烃类的量。减少管道114中的燃料的C₂和较大烃类的量可减少燃烧室120内产生的煤烟量和/或在燃烧室中产生煤烟的可能性。此外，减少C₂和较大烃类的量还可产生一些氢气，这些氢气可提高燃烧室120内燃料的燃烧。可产生的氢气的另一个益处可以是降低燃烧过程中的熔断温度，从而允许降低燃烧室120内的火焰温度。降低燃烧室120内的火焰温度还可提高系统400的效率。 

可用于含催化剂床410的说明性催化剂可包括，但不局限于，镍、 铂、铑、钌、钯，及其衍生物或其任意组合。含催化剂床410可以是固定床、流化床或移动床，或其组合。 

其它适合在重整器405中使用的说明性方法可包括，但不局限于，溶剂萃取法、液-液萃取法、蒸馏、分馏、薄膜过滤、剥离、吸附法、吸收法，或其任意组合。 

图5描绘了根据一个或多个实施方案的用于燃烧燃料和氧化剂以产生惰性气体的说明性燃烧和发电系统500的原理图。如以上参考图1、3和4讨论并描述的那样，燃烧和发电系统400可与系统100、300和/或400相似。燃烧和发电系统500还可包括一个或多个鼓风机（示出一个）505、冷凝器（示出一个）510和一氧化碳转换器（示出一个）530。 

在一个或多个实施方案中，通过管道147的冷却废气可被引入鼓风机505以产生其压力相对于管道147中的废气而增加的通过管道507的冷却废气。如以上参考图1所讨论并描述的那样，管道147中的废气的压力可在约大气压至约110kPa的范围内。在一个或多个实施方案中，管道507中的废气的压力可在较低的约110kPa、约113kPa或约115kPa至较高的约120kPa、约140kPa或约150kPa的范围内。 

通过507的冷却废气可被引入冷凝器510以提供通过管道512的饱和废气和通过管道514的冷凝水。管道512中的饱和废气的水浓度可在较低的约5mol%至较高的约20mol%的范围内。管道512中的饱和废气的特定水浓度可至少部分取决于饱和废气的特定温度和/或压力。通过管道514的冷凝水可例如被处理，通过管道138引入热回收单元140，用于一个或多个其它过程中，或其任意组合。尽管未显示，但是通过管道147的冷却废气在被引入鼓风机505之前可被引入冷凝器510。 

通过管道512的饱和废气可被引入压缩机150、被压缩，并作为压缩废气通过管道152被回收。通过管道154的至少一部分饱和废气 可被引入燃烧室120和/或通过管道155从燃烧和发电系统500中被除去。在至少一个具体实施方案中，通过管道154的第一部分压缩饱和废气被引入燃烧室120，且通过管道155的第二部分压缩废气被引入一氧化碳转换器530。 

管道155中的压缩废气的至少一部分一氧化碳可在一氧化碳转换器530中被转换为二氧化碳，以提供其一氧化碳浓度相对于管道155中的压缩废气而降低的通过管道537的废气或“惰性气体”。通过管道537的惰性气体（以干重计）的一氧化碳浓度可小于约500ppm、小于约100ppm、小于约50ppm、小于约20ppm、小于约10ppm、小于约5ppm、小于约1ppm、小于约0.5ppm或小于约0.01ppm。管道537中的惰性气体可包括水和/或水蒸汽。可除去管道537中的惰性气体中所包含的任何水和/或水蒸汽的至少一部分，以产生其水和/或水蒸汽比管道537中的惰性气体更少的惰性气体。 

在一个或多个实施方案中，通过管道112的氧化剂和通过管道117的燃料可在燃烧室120内至少部分燃烧以产生通过管道123的含氧量小于约10ppm、小于约5ppm、小于约3ppm、小于约1ppm、小于约0.1ppm、或小于约0.01ppm的废气。因此，通过管道537的废气可包含小于约10ppm的氧气和小于约10ppm的一氧化碳。在另一个实例中，通过管道537的废气可包含小于约1ppm的氧气和小于约1ppm的一氧化碳。因此，燃烧和发电系统500可产生可被称作“惰性气体”通过管道537的的废气，该废气主要包含二氧化碳、氮气或二者，这取决于管道101中氧化剂中的特定氧气浓度。例如，如果氧化剂是空气，则管道537中的惰性气体可包含约11mol%至约12mol%的二氧化碳和约85mol%至约88mol%的氮气（以干重计）。在另一个实例中，如果管道101中的氧化剂包含纯氧，例如大于约95mol%的氧气或大于约99mol%的氧气，则管道537中的惰性气体可包含约98mol%至约99.5mol%的二氧化碳和约0.01mol%至约0.05mol%的氮气（以干重计）。 

在一个或多个实施方案中，鼓风机505可包括能够增加管道147中的冷却废气的压力的任何装置、系统，或系统和/或装置的组合。例如，鼓风机505可以是或包括一个或多个风扇。其它说明性鼓风机505可包括，但不局限于，轴流式鼓风机、离心式鼓风机，或其任意组合。 

在一个或多个实施方案中，冷凝器510可包括冷却器，在冷却器中，废气的温度降低，从而使任何水蒸汽的至少一部分冷凝出来。其它合适的冷凝器510可包括，但不局限于，直接接触式冷却器、热交换器，或其任意组合。 

在一个或多个实施方案中，一氧化碳转换器530可包括一个或多个转换系统、装置、过程，或其任意组合。如所示，一氧化碳转换器530可包括一个或多个含催化剂床535。说明性催化剂可包括，但不局限于，铂、铑、钯、钌、镍、其氧化物、其衍生物，或其任意组合。 

在一个或多个实施方案中，一氧化碳转换器530可转换除了或代替一氧化碳的一种或多种其它化合物。例如，一氧化碳转换器530可将管道155中的压缩废气的任何氮氧化物的至少一部分转换为氮气和氧气。在另一个实例中，一氧化碳转换器530可将管道155中的压缩废气中的任何燃料的至少一部分转换为二氧化碳和水或蒸汽。在再另一个实例中，一氧化碳转换器530可分别将管道155中的压缩废气中的任何一氧化碳、燃料和氧化氮的两种或多种的至少一部分转换为二氧化碳、二氧化碳和水或蒸汽以及氮气和氧气。 

图6描绘了根据一个或多个实施方案的用于燃烧燃料和氧化剂以产生压缩惰性气体的说明性燃烧和发电系统600的原理图。如以上参考图1和图3至图5讨论并描述的那样，燃烧和发电系统600可与系统100、300、400和/或500相似。燃烧和发电系统600还可包括一个或多个二氧化碳去除单元（示出一个）605和压缩机（示出一个）615。 

在一个或多个实施方案中，通过管道155的压缩废气的至少一部分可被引入二氧化碳去除单元605，以产生通过管道607的富二氧化碳气体和通过管道609的贫二氧化碳气体。换句话说，通过管道607的富二氧化碳气体中的二氧化碳浓度可大于管道155中的压缩废气中的二氧化碳浓度。类似地，通过管道609的贫二氧化碳气体中的二氧化碳浓度可小于管道155中的压缩废气中的二氧化碳浓度。 

通过管道607的富二氧化碳气体的二氧化碳浓度可以为例如约95mol%或更多、约97mol%或更多，或约99mol%，或约99.9mol%。通过管道609的贫二氧化碳气体的二氧化碳浓度可为小于约5mol%、小于约3mol%、小于约1mol%、小于约0.5mol%、或小于约0.1mol%。 

管道607中的富二氧化碳气体可用于任何数量的应用或过程和/或被处理。例如，管道607中的富二氧化碳气体可作为最终产品出售，用于一种或多种过程或应用，诸如提高石油采收率操作、气动系统、灭火系统、焊接系统、咖啡因去除过程、激光、冷冻系统或其任意组合。在另一个实例中，通过管道607的富二氧化碳气体可被引入一个或多个用于封存的存储封闭系统。用于封存的说明性存储封闭系统可包括，但不局限于，地下地层、人造封闭容器或二者。 

管道609中的贫二氧化碳气体可用于任何数量的应用或过程和/或被处理。例如，可将管道609中的贫二氧化碳气体排放至大气中。在另一个实例中，管道609中的贫二氧化碳气体可被液化并用作冷却介质。在再另一个实例中，管道609中的贫二氧化碳气体可被进一步加工成一种或多种产品，例如氨和/或尿素。在又一个实例中，管道609中的贫二氧化碳气体可用作惰性气体，用于干燥应用，例如干燥承载一条或多条通信电线或电缆的电缆线管。 

在一个或多个实施方案中，通过管道609的贫二氧化碳气体可被引入压缩机615，以产生通过管道617的第二压缩废气。管道617中的第二压缩废气可用于一种或多种压力保持应用。在另一个实例中， 管道617中的第二压缩废气可用于一种或多种应用，以用于保持储烃器上的压力。 

二氧化碳去除单元605可包括配置为串联、并联或其任意组合的物理系统、机械系统、电气系统和/或化学系统中的任意一个或其组合。在一个或多个实施方案中，二氧化碳去除单元605可包括一个或多个物理分离系统，该物理分离系统包括，但并不局限于，薄膜型系统和/或基于溶剂的系统。例如，二氧化碳去除单元605可包括，但并不局限于，吸收/解吸型基于溶剂的系统。二氧化碳去除单元605可接触通过管道155引入的压缩废气与一种或多种吸附剂，以去除二氧化碳的至少一部分。二氧化碳选择性吸附剂可包括，但不局限于，单乙醇胺(″MEA")、二乙醇胺(″DEA")、三乙醇胺(″TEA")、碳酸钾、甲基二乙醇胺(″MDEA")、活性甲基二乙醇胺(″aMDEA")、二甘醇胺(″DGA")、二异丙醇氨(″DIPA")、其衍生物、其混合物或其任意组合。其它合适的吸附剂和技术可包括，但不局限于，碳酸钾、碳酸丙烯酯物理吸附剂溶剂以及其它碳酸烷基酯、具有二至十二个乙二醇单元的聚乙二醇二甲基醚（Selexol^TM方法）、n-甲基吡咯烷酮、环丁砜，以及使用

Gas Treatment方法。 

压缩机615可与压缩机105和150类似，如以上参考图1讨论并描述的那样。 

图7描绘了根据一个或多个实施方案的用于产生电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统700的原理图。如以上参考图1和图3至图6讨论并描述的那样，燃烧和发电系统700可与系统100、300、400、500和/或600相似。燃烧和发电系统700还可包括一个或多个第二燃烧室（示出一个）705、第二膨胀器（示出一个）715和发电机（示出一个）730。 

通过管道609的贫二氧化碳气体可被引入第二燃烧室705。通过管道703的氧化剂和/或通过管道704的燃料也可被引入第二燃烧室 705。引入燃烧室705的通过管道609的贫二氧化碳气体中的任何可燃材料的至少一部分和/或通过管道704的燃料可在第二燃烧室710内燃烧，以产生其可燃材料的浓度相对于管道609中的贫二氧化碳气体降低的通过管道710的第二废气。例如，如以上参考图6所讨论的那样，管道512中的饱和废气的燃料浓度可在较低的约0.001mol%至较高的约0.1mol%的范围内。如此，管道155中的压缩废气的燃料浓度可在较低的约0.001mol%至较高的约0.1mol%的范围内。可调整通过管道704引入的额外补充燃料，以使通过管道710的废气的燃料浓度相对于管道609中的贫二氧化碳气体较低。 

管道710中的第二废气的二氧化碳浓度可为约2mol%至约8mol%、水和/或蒸汽浓度为约8mol%至约16mol%、一氧化碳浓度为约0.01mol%至约1mol%、氧气浓度为约0.1mol%至约1mol%、氮气浓度为约70mol%至约85mol%、氮氧化物浓度为约0.1mol%至约0.3mol%，和/或氩气浓度为约0.1mol%至约1.5mol%。在一个或多个实施方案中，管道710中的第二废气可包含小于约2mol%、小于约1mol%、小于约0.5mol%或小于约0.1mol%的一氧化碳。在一个或多个实施方案中，管道710中的第二废气可包含小于约2mol%、小于约1mol%、小于约0.8mol%或小于约0.5mol%的氧气。在一个或多个实施方案中，管道710中的第二废气可包含小于约1mol%、小于约0.5mol%或小于约0.1mol%的氮氧化物。 

通过管道710的第二废气的温度可在约1,100℃至约1,500℃的范围内，且压力可在约1,200kPa至约4,500kPa的范围内。 

通过管道710的第二废气可被引入膨胀器715以产生通过管道720的第二膨胀废气。通过管道720的膨胀废气的温度可在约690℃至约725℃的范围内，且压力可在约101kPa至约110kPa的范围内。使管道710中的第二废气膨胀而产生的机械动力的至少一部分可通过发电机730被转换为能量（例如，电），用于驱动一个或多个压缩机105和/或150，和/或其它工作。通过管道720的膨胀气体可排放 到大气中、被液化、用于一个或多个冷冻过程或其任意组合。 

图8描绘了根据一个或多个实施方案的用于产生电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统800的另一个原理图。如以上参考图1和图3至图6讨论并描述的那样，燃烧和发电系统800可与系统100、300、400、500和/或600相似。燃烧和发电系统800还可包括一个或多个催化反应器（示出一个）805、第二膨胀器（示出一个）815和发电机（示出一个）830。 

通过管道609的贫二氧化碳气体可被引入催化反应器805。通过管道609的贫二氧化碳气体中的任何可燃材料的至少一部分可在催化反应器805内发生催化反应，以产生其可燃材料的浓度相对于管道609中的贫二氧化碳气体降低的通过管道810的第二废气。例如，如以上参考图6所讨论的那样，管道512中的饱和废气的燃料浓度可在较低的约0.001mol%至较高的约0.1mol%的范围内。如此，管道155中的压缩废气的燃料浓度可在较低的约0.001mol%至较高的约0.1mol%的范围内。 

管道810中的第二废气的二氧化碳浓度可以为约2mol%至约8mol%、水和/或蒸汽浓度为约8mol%至约16mol%、一氧化碳浓度为约0.01mol%至约1mol%、氧气浓度为约0.1mol%至约1mol%、氮气浓度为约70mol%至约85mol%、氮氧化物浓度为约0.1mol%至约0.3mol%，和/或氩气浓度为约0.1mol%至约1.5mol%。 

在一个或多个实施方案中，管道810中的第二废气可包含小于约2mol%、小于约1mol%、小于约0.5mol%或小于约0.1mol%的一氧化碳。在一个或多个实施方案中，管道710中的第二废气可包含小于约2mol%、小于约1mol%、小于约0.8mol%或小于约0.5mol%的氧气。在一个或多个实施方案中，管道710中的第二废气可包含小于约1mol%、小于约0.5mol%或小于约0.1mol%的氮氧化物。 

通过管道810的第二废气的温度可在约1,100℃至约1,500℃的范 围内，且压力可在约1,200kPa至约4,500kPa的范围内。 

通过管道810的第二废气可被引入膨胀器815以产生通过管道820的第二膨胀废气。管道820中的膨胀废气的温度可在约690℃至约725℃的范围内，且压力可在约101kPa至约110kPa的范围内。使管道810中的第二废气膨胀而产生的机械动力的至少一部分可通过发电机830被转换为能量（例如，电），用于驱动一个或多个压缩机105和/或150，和/或其它工作。通过管道820的膨胀气体可排放到大气中、被液化、用于一个或多个冷冻过程或其任意组合。 

催化反应器805可包括一个或多个含催化剂床（示出一个）807。含催化剂床807可包括设置在其内的一种或多种催化剂。说明性催化剂可包括，但不局限于，镍、铂、铑、钌、钯、其衍生物，或其任意组合。在一个或多个实施方案中，具有两种或更多种含催化剂床807的催化反应器805可包括彼此相同或不同的催化剂。含催化剂床807可以是固定床、流化床或移动床或其组合。 

图9描绘了根据一个或多个实施方案的用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统900的另一个原理图。如以上参考图1和图3至图8讨论并描述的那样，燃烧和发电系统900可与系统100、300、400、500、600、700和/或800相似。燃烧和发电系统900可产生通过管道720的第二膨胀废气、通过管道820的第二膨胀废气、通过管道617的第二压缩废气，或其任意组合。换句话说，管道609中的贫二氧化碳气体的第一部分可通过管道903引入压缩机615，管道609中的贫二氧化碳气体的第二部分可通过管道905引入催化反应器805，和/或管道609中的贫二氧化碳气体的第三部分可通过管道910引入燃烧室705。在另一个实例中，燃烧和发电系统900可产生通过管道617的压缩废气以及通过管道720或820的膨胀废气。在再另一个实例中，燃烧和发电系统900可产生通过管道720和820的膨胀废气。在又一个实例中，燃烧和发电系统900可产生通过管道720和820的膨胀废气以及通过管道617的压缩废气。 

以上已定义了各个术语。若权利要求书中所用术语在上文中未加以定义，则应赋予其相关领域的技术人员给出该术语如在至少一个印刷出版物或发布的专利中反映的那样的最广泛定义。 

虽然本发明可容易有各种修改和可替代形式，但是以上讨论的示例性实施方案仅以示例的方式示出。然而，还应理解本发明并非意欲局限于此处公开的特定实施方案。确实，本发明包括落入所附权利要求书的真实精神和范围内的所有替代、修改和等同物。 

Claims (32)

1.一种用于燃烧燃料的方法，其包括：

将燃料、氧化剂和冲淡剂引入燃烧区；

燃烧所述燃料的至少一部分以产生包括水、二氧化碳、氧气和一氧化碳的废气；

使所述废气膨胀以产生机械动力和膨胀废气；

确定所述废气和所述膨胀废气中的至少一个的氧气和一氧化碳的至少一个的浓度；以及

至少部分基于已确定的氧气和一氧化碳中的至少一个的浓度调整被引入所述燃烧区的氧化剂和燃料的至少一个的量来产生含有的氧气和一氧化碳的总量小于约2mol%的废气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中废气含有的氧气和一氧化碳的总量小于约1.5mol%。

3.根据权利要求1所述的方法，其中对所述氧化剂和所述燃料的至少一个所作的调整是为了使当量比趋向1.0，其中所述当量比(phi，

)等于（mol%燃料/mol%氧化剂）_实际/（mol%燃料/mol%氧化剂）_化学计量°

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述当量比保持在约0.995和1.005之间，其中通过观察废气成分变化来确定当量比接近约1.0，其中通过由phi发生小于0.001的变化造成的氧气浓度增加约十倍和由phi发生小于0.002的变化造成的一氧化碳浓度降低约十倍的至少一个确定当量比接近1.0。

5.根据权利要求1所述的方法，其还包括在将所述当量比

被调整为介于约0.997和约1.003之间后，将引所述入燃烧区的氧化剂的量减少约0.01vol%至约0.2vol%以产生包括小于约10ppmw的氧气和约10ppmw至约10,000ppmw的一氧化碳的废气。

6.根据权利要求5所述的方法，其还包括将所述压缩废气的一部分中的所述一氧化碳的至少一部分转换为二氧化碳以产生包括小于约10ppm一氧化碳的回收废气。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包括从所述压缩废气的第二部分除去任何二氧化碳的至少一部分以提供包括小于5mol%二氧化碳的贫二氧化碳气体和包括大于约95mol%二氧化碳的富二氧化碳气体。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括将所述贫二氧化碳气体引入储烃器以保持压力。

9.根据权利要求7所述的方法，其还包括在提高石油采收率过程中使用所述富二氧化碳气体。

10.根据权利要求1所述的方法，其还包括在压缩所述废气的至少一部分之前，冷却所述废气并从所述废气中除去所述水的至少一部分。

11.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述当量比使得所述当量比

大于1.0，且其中所述废气包括小于5ppmw的氧气。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述废气包括大于约500ppmw的一氧化碳。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括将所述压缩废气中的所述一氧化碳的至少一部分催化地转换为二氧化碳以产生包括小于1ppmw氧气和小于10ppmw一氧化碳的转换气体。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂基本上由空气组成，且其中所述废气还包括氮气。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述废气的二氧化碳浓度在约10mol%至约34mol%的范围内，且氮气浓度在约0.01mol%至约75mol%的范围内。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料包括甲烷和一种或多种C₂至C₁₀烃类。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括重整所述燃料的至少一部分使得所述一种或多种C₂至C₁₀烃类的浓度降低从而产生重整燃料；以及将所述重整燃料引入所述燃烧区。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述重整包括使所述燃料与一种或多种催化剂接触。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述一种或多种催化剂包括镍、铂、铑、钌、钯、其衍生物，或其任意组合。

20.根据权利要求3所述的方法，其中所述mol%燃料等于F_燃料/（F_氧化剂+F_燃料），其中F_燃料等于所述燃料的摩尔流速，且F_氧化剂等于所述氧化剂的摩尔流速，其中所述mol%氧化剂等于F_氧化剂/（F_氧化剂+F_燃料），F_氧化剂等于所述氧化剂的摩尔流速且F_燃料等于所述燃料的摩尔流速。

21.根据权利要求1所述的方法，其还包括间接地将热从所述膨胀废气传递至水、蒸汽或水和蒸汽的混合物以生成蒸汽和第一冷却废气。

22.根据权利要求21所述的方法，其还包括将所述第一冷却废气引入鼓风机以增加所述第一冷却废气的压力。

23.根据权利要求21所述的方法，其还包括除去所述第一冷却废气中的任何水的至少一部分以产生冷凝水和第二冷却废气，且其中所述压缩废气包括所述第二冷却废气。

24.根据权利要求21所述的方法，其还包括将所述蒸汽引入与发电机连接的蒸汽轮机以产生电。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械动力的至少一部分用于为压缩机、发电机或二者提供动力。

26.根据权利要求1所述的方法，其还包括从所述压缩废气中除去所述二氧化碳的至少一部分以产生富二氧化碳气体和贫二氧化碳气体；以及压缩所述贫二氧化碳气体以产生压缩气体。

27.根据权利要求1所述的方法，其还包括从所述压缩废气的第二部分除去所述二氧化碳的至少一部分以产生富二氧化碳气体和贫二氧化碳气体；燃烧所述贫二氧化碳气体中含有的任何剩余燃料的至少一部分以提供第二废气，并使所述第二废气膨胀以产生机械动力和膨胀第二废气。

28.根据权利要求1所述的方法，其还包括从所述压缩废气的第二部分除去所述二氧化碳的至少一部分以产生富二氧化碳气体和贫二氧化碳气体；使所述贫二氧化碳气体中含有的任何剩余燃料的至少一部分发生催化反应以提供第二废气，并使所述第二废气膨胀以产生机械动力和膨胀废气。

29.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料包括甲烷和一种或多种C₂至C₁₀烃类。

30.根据权利要求29所述的方法，其还包括重整所述燃料的至少一部分使得所述一种或多种C₂至C₁₀烃类的浓度降低从而产生重整燃料；以及将所述重整燃料引入所述燃烧区。

31.一种用于燃烧燃料的方法，其包括：

将燃料、氧化剂和冲淡剂引入燃烧区；

燃烧所述燃料的至少一部分以产生包括水、二氧化碳、氧气和一氧化碳的废气；

使所述废气膨胀以产生机械动力和膨胀废气；

基于在所述废气、所述膨胀废气或二者中的氧气、一氧化碳的或两者的浓度估算氧化剂与燃料的当量比

基于估算的氧化剂与燃料的当量比

调整被引入所述燃烧区的所述燃料、氧化剂或二者的量以产生所含氧气和一氧化碳的总量小于约2mol%的废气；

压缩所述废气的至少一部分以产生压缩废气；以及

使所述压缩废气的至少一部分作为所述冲淡剂再循环至所述燃烧区。

32.根据权利要求20所述的方法，其中调整被引入所述燃烧区的所述燃料、氧化剂或二者的量包括：

如果所述当量比

小于1，则减少所述氧化剂的量、增加所述燃料的量，或既减少所述氧化剂的量又增加所述燃料的量使得所述当量比朝向1增加；或

如果所述当量比

大于1，则减少所述燃料的量、增加所述氧化剂的量，或既减少所述燃料的量又增加所述氧化剂的量使得所述当量比

朝向1减小。

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