CN1194680A - 带有流化床脱挥发器和锅炉的联合循环发电厂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效且经济的燃煤联合循环发电系统和工艺。该系统利用一个可借助再循环的煤挥发物来流化沸腾的循环流化床(CFB)煤脱挥发器。该脱挥发器由来自于一传统的燃烧脱挥发煤(炭)的CFB锅炉的热床层物料间接加热。该CFB锅炉由燃气透平废气来流化沸腾。通过同时或连续地借助(1)燃气透平废气(同流换热器)、(2)从脱挥发器排出的热煤挥发物、(3)煤炭CFB锅炉的热床层物料(具有一外部或内部热交换器)以及(4)CFB锅炉烟道气体,对燃气透平压缩机排放气体进行预热,就可使高效/低投资的Brayton循环(燃气透平)的发电量与低效/高投资的Rankine循环(蒸汽透平)的发电量之比值最大化。所述的工艺和方法可以生产出具有高热值(～500Btu/SCF)的热裂化的清洁产品气体,并能在无需任何改动的情况下可靠地用于为天然气设计的燃气透平。高热值的产品气体还可减小清洁燃料气体所需要的体积以及燃料气体的显热损失。

Description

带有流化床脱挥发器和锅炉的联合循环发电厂

发明领域

本发明涉及一种利用循环流化床(CFB)技术和工艺由挥发性含碳给料来发电的高效煤基发电系统。更具体地说，本发明涉及一种蒸汽-燃气联合透平发电厂，它能利用间接加热的、全携带流动循环流化床脱挥发器/热裂化器来提高发电厂的发电效率。该发电厂能使燃气透平的发电量(Brayton循环)与蒸汽透平的发电量(Rankine循环)的比值最大化。本发明还涉及利用这样的发电厂由挥发性含碳给料来发电的工艺。

相关申请

本申请是1995年9月1日提交的No.08/522,763号专利申请的部分继续申请，上述申请的全部内容援引在此以作参考。

发明背景

在过去的几年中，在燃气轮机燃烧方面的进步已经可使天然气燃烧、燃气透平和联合循环发电设备更为高效、清洁和可靠。因此，在例如能通过一管道而可靠获得天然气的地方，它们已经成为一种较佳的新型发电厂选择方案。现在，从新的天然气联合循环发电厂所获得之电力的成本大约是从相等或稍大规模的粉煤式发电厂所获得电力之成本的60％，而那里粉煤的价格仅为天然气的60％。

Bailie的美国专利No.3,853,498描述了一种间接加热的生物质燃气发生器，它采用了来自一固定的(沸腾流化床)放热型炭燃烧器的热床物料间接地使供给至一吸热型固定(沸腾床)脱挥发器(也称作燃气发生器或热裂化器)的生物质物料干燥和脱挥发。因为Bailie工艺所采用的生物质具有高的挥发物含量(重量百分比大于80％)，大多数或所有的由炭燃烧而放出的热量要被用来供给脱挥发器的吸热需求。为此，Bailie的生物质燃气发生器对煤而言并不适用。它没有被结合到联合循环发电厂中。

Feldmann等人的美国专利4,828,581描述了一种优于Bailie专利的改进，用于特别的间接加热生物质燃气发生器/脱挥发器的容器设计。’581专利描述了一种双区间接加热的生物质脱挥发器。与Bailie的专利一样，利用初始流化用蒸汽或再循环产品气体而产生的初始流化速度是发生在固定或沸腾区域内(低于7英尺/秒(FPS))。然而，一旦将高挥发性的生物质给料引入这个第一区域的顶部，大量的挥发性物质和生物质内含水份的快速释放所产生的速度(15 FPS以上)足以完全携带具有残余煤粉的床层物料。’581号专利所采用之容器的长度-直径比大于Bailie脱挥发器(在6∶1以上)。容器在单位横截面积上的流量是固定(沸腾)流化床生物质气体发生器的10倍。没有’581号专利带有煤脱挥发器应用或者将之组合到一个联合循环发电厂内的描述。Feldmann的双区脱挥发器容器设计方案不能在多煤份情况下工作。这是因为煤不能释放足够的水份和挥发性物质，因而不能将所要求之7 FPS以下的固定床(沸腾)流化速度提高至稳定携带流所需要的15FPS以上。即使对那些等级较低、水份含量较高的煤勉强可以释放出足够用于携带流的挥发性物质，一个要求其“第一空间”的速度必须在7 FPS以下的双区气体发生器，即增加了复杂性，又无可补偿的优点。与Bailie专利一样，该容器没有结合到一联合循环发电厂中。

Schemenau的美国专利No.4,901,521描述了一种燃煤型燃气透平-蒸汽联合透平发电厂，它利用了一循环流化床(CFB)锅炉或沸腾流化床锅炉。在一实施例中，热的CFB锅炉的床层物料只和CFB床的返回管道内的原煤给料的一部分直接接触。这一技术不能产生一流化区域。因此，只有一部分用作燃气透平之燃料的煤的挥发性物质可以回收。在另一实施例中，将一固定(沸腾床)的煤燃烧器(非CFB)与一固定的(沸腾)流化床脱挥发器(它们又叫作除气器/气体发生器)以类似于Bailie的方式(但是是用煤，不是生物质)一起使用。该脱挥发器是借助含CO₂和N₂的锅炉废气来实现流化，因而基本上能稀释产品气体的Btu(英国热量单位)含量。

此外，在Schemenau专利中采用一固定流化床脱挥发器会导致较低的流量。还由于其热裂化要比采用CFB脱挥发器所能达到的为少而造成具有较高含量的焦油及冷凝液体的产品气体。Schemenau没有和告知或建议如何使效率较高的燃气透平发电量与效率较低的蒸汽透平发电量混合的比率最大化，这是因为：(1)只有一部分，不是全部的原煤都直接供给到脱挥发器内；(2)一部分透平废气的显热不是用于预热在透平燃烧器(同流换热器(recuperator))之前的透平空气压缩机的排放物；(3)一部分透平废气的显热不是用于预热燃气透平压缩机排放物；(4)流化床锅炉的床层物料或废气显热不是用于预热气体压缩机的空气排放物；(5)脱挥发器缺乏确实的气体密封装置，因而不能防止产生的一部分挥发性物质逃逸至燃烧器或其出口；以及(6)不能在需要时通过对脱挥发器添加蒸汽及空气或氧气来增加可燃气体的产量。

Gounder的美国专利No.5,255,507作了这样的描述：将一煤基CFB锅炉与一燃气透平循环相结合，并采用一与一外部流化床燃气透平空气加热器联合的同流换热器。然而，’507专利没有描述将一煤基CFB锅炉与一藉CFB锅炉的热床材料间接加热的脱挥发器相结合的情况。’507号专利没有告知或建议关于如何将燃气透平循环发电量与蒸汽透平循环发电量的比率最大化，这是因为：(1)一部分原煤是直接供给至CFB锅炉；(2)来自气体发生器的显热不是用于预热燃气透平压缩机的空气；以及(3)来自CFB锅炉废气的显热不是用于预热燃气透平压缩机的空气。在’507专利中，燃气透平的输入燃料是由天然气而不是煤气的“第一燃料源”供给。当天然气可通过管道获得时，迄今所采用的任何一种煤基发电技术很少含有比它经济的(以每千瓦小时的发电量计，它们的基本投资要高2至3倍，燃料效率要低20％至35％，操作和维修费用要高2倍)。

授予Dietz的欧洲专利607,795描述了一种以类似于Grounder专利的方式结合在一联合循环系统内的CFB机组。

发明概要

本发明涉及一种发电系统和工艺。提供了一种通过挥发性含碳给料(例如煤)来发电的燃气透平循环(Brayton循环)和蒸汽透平循环(Rankine)电厂，其中，燃气透平完全与一传统的煤全携带床(coal fully entrained)(“CFB”)锅炉以及一煤全携带床(“CFB”)脱挥发器/热裂化器组合在一起。另外，挥发性给料可以是沥青、奥里姆逊(orimulsion)、渣油或重油、页岩、沥青砂或生物质。本发明的CFB脱挥发器/热裂化器利用了CFB锅炉的热床层物料来间接地供给含碳给料(例如煤)的脱挥发和裂化需要吸入的热量。

该CFB锅炉采用燃气透平废气来作为CFB锅炉流化气体和燃烧空气的全部或部分供气。燃气透平的部分输入热量是由CFB锅炉的热床层物料、热烟道气以及燃气冷却来提供的，因而可减小燃气透平燃烧器的燃料需求，并使效率较高、基本投资较低的Brayton循环发电量与率较低、基本投资较高的Rankine循环发电量的比值最大。

或者，通过利用蒸汽和空气或氧气来替换在脱挥发器/热裂化器内充当流化气体的某些或全部的再循环产品气体，也可以使Brayton循环发电量相对Rankine循环发电量的比值最大化。因此，产品气体的产量增加，并且从含较低挥发性物质给料所获得之炭的量减小。在该实施例中，燃气透平的部分输入热量是借助热交换器来获得的。

这种间接受热全携带流的CFB脱挥发器/热裂化器的流化可携带由此产生的具有再循环裂化煤的挥发物(产品气体)的挥发携带物。当采用低挥发性给料或者是需要较高的气体产量时，可添加蒸汽和空气或氧气来替代产品气体。该CFB锅炉可接纳已脱挥发的煤或其它已脱挥发的给料(炭)以及稍有冷却的床层物料，并使炭燃烧而重新加热床层材料，并提供用于Rankine能量循环以及可选择地用于Brayton循环的部分热能。

因此，本发明的一个目的在于，对于含任何给定挥发物含量的煤，通过将燃气透平发电量与蒸汽透平发电量的比值最大化来克服传统技术的缺陷。

本发明的另一目的在于，通过利用所有可获得的高级别(高温)的热量在烟道气体燃烧之前对燃气透平压缩机的空气加以预热，使Brayton循环的发电量与Rankine循环的发电量的比值最大化。

本发明的又一个目的在于，它可回收来自燃气透平废气(借助于一同流换热器)、热的产品气体(热裂化的煤挥发性物质)、CFB锅炉床层物料以及热的CFB锅炉烟道气体的热量来预热燃气透平压缩机空气。

本发明的另一目的在于，使所有的碳给料完全地脱挥发和热裂化，从而产生一用于发电系统的产品气体。

本发明的另一目的在于，即使在低挥发性物质的情况下，也能通过向脱挥发器引入蒸汽和空气而增大效率较高的Brayton循环的发电量。这样就增加了气体产量并减少了炭产量，与利用热交换器将热量传递给燃气透平(Brayton循环)相比，其成本更加经济。

本发明的又一个目的在于，能利用各种级别的煤的挥发性含量来增大一煤基发电系统的效率。

本发明的又一个目的在于，只用过剩热量来产生(具有最高的实际蒸汽循环效率)蒸汽(包括过热的和再热的蒸汽)，而这种过剩热量在燃气透平压缩机空气被引入至燃气透平燃烧器之前不能有效地被用来对其进行预热。

本发明的另一个目的在于，当在与基本上在CFB锅炉内脱挥发的碳给料发生放热反应时可利用透平废气中所有可以获得的氧气。

本发明的另一个目的在于，通过利用一带有一放热型锅炉燃烧器的常压工作CFB脱挥发器/热裂化器以及一将来自CFB脱挥发器/热裂化器的产品气体作为燃料的燃气透平，来降低现有的煤基发电系统的等级。

本发明的另一个目的在于，产生一过剩的产品气体，以便输出而用于化工厂或普通供气(家用煤气)。

采用本发明的CFB(携带流)脱挥发器/热裂化器的一个优点在于，与另一种反应器相比，它具有较高的流量、较少的焦油和冷凝油。

利用一部分炭来驱动脱挥发工艺的优点在于，它能够储存起所有的裂化煤挥发性物质，以作燃气透平的优质燃料之用。

与通过空气或昂贵的氧气在常压下或在燃气透平压力下实现部分氧化的传统的全煤气体发生器相比，本发明的煤脱挥发和热裂化工艺的一个优点在于，它具有一较低的产气吸热需求，在生产450Btu/SCF(标准立方英尺)之上的燃气时，对吹送氧气的气体发生器小于300Btu/SCF，对吹送空气的气体发生器小于150Btu/SCF。

本发明的另一优点在于，最终的产品气体可以直接替代大多数市购的燃气透平内的天然气，并且较小的气体体积可以减少气体压缩能量的损耗、显热损耗和气体清洁设备的尺寸及成本。

本发明还有一优点在于，在CFB锅炉和脱挥发器的再循环床层物料内采用了碱性的硫吸附剂，这样就可以俘获大量的硫并且无需进行H₂S的消除工作。

本发明的又一个优点在于，其生产工艺过程既可以在常压进行也可以用在透平供给压力下进行。在透平供给压力下，透平废气进入一传统的余热回收蒸汽发电机(HRSG)，并且没有被用作CFB炭燃烧器的供气。此加压的CFB炭燃烧器的供气是由一部分燃气透平空气压缩机的废气来提供的。

本发明的还有一个优点在于，当燃气透平废气量超过CFB锅炉燃烧空气需求，或者是本发明工艺是以加压方式工作时，本发明的工艺可以在带有或者没有一辅助的HRSG的情况下进行。

本发明的另一个优点在于，可以在有或者没有CFB锅炉的外或内流化床燃气透平空气预热器的情况下，采用所述工艺。

本发明的特征包括但不限于：当原煤或CFB锅炉的其它给料的碳产量不足以用完作为燃烧供气之透平废气时，可以部分地补充原煤或CFB锅炉的其它给料(以某些效率损失为代价)；当燃气透平废气的O₂含量不够或需要简化循环时，可以部分或全部地采用CFB锅炉的补充燃烧供给空气(以某些效率损失为代价)；当(1)需要有附加的气体产量和较小的炭产量以便使燃气透平(Brayton)的发电量最大化时，或(2)通过CFB锅炉再循环热床物料只能获得不足以全部脱挥发或热裂化的热量或温度时，可采用蒸汽和/或对脱挥发器/热裂化器供给部分的或含氧的空气、或采用热的产品气体流；在燃气透平使用之前(当气体的一部分再循环以用于脱挥发器的流化气体之后)或者是可以采用热气体清洁方法时，已脱挥发且裂化的高Btu产品气体可以被冷却(通过热交换器或水冷)并能对其颗粒、冷凝物和酸性气体加以清洁用以储存显热以提高燃气透平的效率；所述CFB锅炉可以以一种能产生CO燃气的还原(亚理想状态)方式运行，或者通过燃烧燃气透平空气或蒸汽的热交换器来间接地使用。

因此，本发明的一个方面涉及利用含碳给料发电的工艺方法，它包括以下步骤：

a.提供第一和第二个全携带流的循环流化床反应区，一传热物料回路经过其中连续循环，并且分别由第一和第二流化气体流化；

b.将一种挥发性含碳给料引入所述第一全携带流的循环流化床反应区；

c.用所述传热物料加热所述挥发性含碳给料，加热足够一段时间以生产出(1)一种由部分热裂的挥发性物质组成的产品气体和(2)基本上脱挥发的给料。所述传热物料以约为1000°F和2400°F之间的第一温度进入第一反应区，由于所述第一反应区的吸热作用，所述传热物料以低于第一温度的第二温度移出所述反应区；

d.将所述基本上脱挥发的给料与所述传热物料从所述气体产物分离，并且再一些所述产品气体再循环作为多数第一流化气体；

e.将所述基本脱挥发给料与来自步骤d的所述传热物料和作为所述第二种流体气体的一种含氧透平废气一起引入第二全携带流循环流化床反应区；

f.在有所述含氧透平废气的情况下、以高于所述第一全携带流循环流化反应区温度之上的温度对所述基本脱挥发给料进行放热反应，反应经过一段时间以使基本脱挥发给料充分燃烧燃烧，生产出一种燃料气体，使用于燃气透平的压缩空气进气预热，生成高压蒸汽，并且使第二温度的所述传热物料温度上升到比所述第一温度高，所述高压蒸汽传送到一蒸汽透平用以发电；

g.将产品气体和空气引入燃气透平，在燃气透平内燃烧产品气体和空气，从而提供能量和生成出温度为至少约800°F至1200°F的透平废气；以及

h.将步骤g的含氧透平废气作为第二种流化气体和专用或初级燃烧空气进气再循环到第二全携带流循环流化床反应区。

本发明另一方面涉及一种系统，其至少包括：

a.第一全携带流循环流化床反应炉，包括热量传送物料的循环床，用于使挥发性含碳给料脱挥发化和热裂，并且能够产生基本脱挥发碳给料和产品气体，所述第一全携带流流化循环床包括：

1.用于引入需使之脱挥发化和热分裂的挥发性含碳给料的入口装置；

2.用于将基本上脱挥发给料和循环热传送物料与气体产品分离的分离装置，并且包括为了热回收和涤气而排除产品气体的出口装置；

3.连接到出口上以回收来自产品气体的感应热的第一热量回收装置；

4.用于使用作第一全携带流循环流化床反应炉的一部分流化气体的一些产品气体的第一再循环管路；

5.特别是在挥发性较低的给料情况下，还可选用补充出口，以将蒸汽和/或空气或氧气引入，以增加气体产量并且减少炭产量；以及

b.第二全携带流循环流化床反应炉，包括一炉区、沸腾区和一分离区，一固体/气体分离区以及包括连续循环的传热物料，能够在基本上脱挥发碳给料和含氧透平废气之间发生一放热反应，以生成燃料气体、高压蒸汽、预热的燃气透平压缩空气和温度为第一温度或更高温度的再加热的传热物料；

c.与所述分离装置流体连通的第一流动管路，用于将所述一部分分离的、基本脱挥发的碳给料和来自所述第一全携带流循环流化床反应炉的传热物料引入所述第二全携带流循环流化床反应炉；

d.用于将来自所述第二全携带流循环流化床反应炉的所述分离区的传热物料传送到所述第一全携带流循环流化床反应炉的第二流动管路；

e.用于将来自所述第一全携带流循环流化床反应炉的所述产品气体传送到一涤气系统中以去除氮和含污染物质和颗粒的硫以形成净化产品气体的第三流动管路；

f.用于将第一部分的所述净化产品气体引入所述第一全携带流流化循环床反应炉的第四流动管路，并且将第二部分气体引入一压缩机以产成用于燃气透平的压缩产品气体以提供能量；

g.用于为一燃气透平和膨胀透平形成压缩空气进气的燃气透平空气压缩机；

h.用于将所述压缩空气传送到一燃气透平的第五流动管路；以及

i.一连接到所述第四和第五流动管路上的燃气透平燃烧器，以燃烧净化的产品气体的所述第二部分和压缩空气，从而提供能源和可再利用的透平废气，并且包括用于将所述透平废气作为流化气体引入所述第二全携带流循环流化床反应炉的第六流动管路。

通过以下详细描述和附图可对本发明的这些和那些目的、优点、特征和内容有进一步的了解。

附图的简要说明

图1A和1B是说明本发明第一实施例的流程图，其中，没有对用于燃气透平燃烧器的压缩供气进行预热。该发电循环是以某些总效率损失为代价而被简化的。如果给料包含的挥发性物质不足以产生足够的燃气而使燃气透平发电量(Brayton循环)与蒸汽透平发电量(Rankine循环)的比值最大化，那么就可以在脱挥发器内使用补充的流化蒸汽和/或空气或氧气，以通过部分氧化而增大燃气产量并减少炭产量。

图2A和2B是说明本发明一较佳实施例的流程图，其中，利用了相当大部分的透平废气热量、产品气体显热、CFB锅炉床层物料的热量以及CFB锅炉的烟道气体热量，在燃气压缩机的排放空气被引入燃气透平燃烧器之前对其进行预热，从而使燃气透平(Brayton cycle)发电量最大化，并使蒸汽透平(Rankine循环)的发电量相应减小。

对本发明的详细描述

本发明提供了一种联合循环发电厂(“CCPP”)工艺以及实施该工艺的设备。因此，本发明是将一燃烧脱挥发煤炭的CFB锅炉(例如反应器、反应区)以及一CFB脱挥发器/热裂化器(例如反应器、反应区域)组合在一起。脱挥发器/热裂化器是借助从所述CFB燃煤锅炉再循环的热的固体物间接加热的。通过使一部分热裂化的煤挥发性物质再循环，就可以发生流化并达到携带速度。热裂化的煤挥发物用作燃气透平的燃料。燃气透平的废气既可用作流化气体也可用作CFB燃煤锅炉的燃烧空气源。

在本发明的一较佳实施例中，燃气透平压缩机的排放空气，又称作压缩空气(通常是600°F至700°F)，是受到预热的。预热的热量是由燃气透平废气(通常是900°F至1200°F)和/或来自产品气体(裂化的煤挥发性物质)和/或燃煤CFB锅炉热床层物料和/或排放(烟道)气体提供的。对于具有某一给定挥发物含量的煤，这样能使效率较高、基本投资较低的Brayton循环发电量(燃气透平循环)与效率较低、基本投资较高的Rankine循环发电量(蒸汽循环)的比值最大化。作为一个实用的设备，由于煤基CFB锅炉将在介于1500°F至2000°F之间的床温下工作，以及脱挥发器/热裂化器是在一个略低于此的温度下工作，所以必须利用相当大量的产品气体才能达到现时的燃气透平最大燃烧温度2350°F(将来的透平设计建议该温度为2500°F)。如果要把透平空气压缩机的排放空气加热到1200°F以上，陶瓷的热交换器是比金属的热交换表面更为合适。

煤的挥发物含量随着煤的级别和等级而发生很大的变化。无烟煤几乎没有挥发性物质，因而不太适合于本发明的发电循环。本发明所采用的碳给料应该包含20％以上的挥发物，以便产生足够的燃气透平的燃料，例如产品气体。可采用补充的蒸汽和/或空气或氧气来增大低挥发性燃料的气体产率。可以采用的碳给料的挥发物含量没有上限。在高挥发物含量的碳给料的情况下，如果没有足够的炭来达到CFB锅炉循环的最优蒸汽循环效率，并且所述锅炉还充当燃气透平的余热蒸汽发电机或HRSG，那么在该锅炉中就可以采用补充燃料或一部分产品气体。沥青煤通常含有重量百分比为20％至30％的挥发性物质，使用起来可以令人满意。如果产生的沥青煤挥发性物质的燃烧不能提供足够的燃气透平废气来满足所有的CFB燃煤锅炉的燃烧供气需求，那么就可添加补充的燃烧空气。

无论煤的挥发物含量如何，只要简单地增大再循环产品气体部分和/或采用补充的蒸汽和空气或氧气，总中能够获得足够的煤挥发物，从而使CFB脱挥发器/热裂化器流化沸腾而达到完全携带的流动速度。以沸腾或固定流化床以及循环或携带床为特征的流化速度受到床层的颗粒尺寸和密度的影响。对反应器，例如涉及本发明的燃烧器和气体发生器类型而言，颗粒尺寸和密度通常会导致：沸腾床的流化速度在5英尺/秒以下，完全携带或CFB流动速度在15英尺/秒以上。过渡的且有时不稳定的流动速度在5至15英尺/秒之间。适用于本发明的携带流速是在10至50英尺/秒之间，较佳的是在20至40英尺/秒之间。流速在50英尺/秒以上时，会发生反应器严重腐蚀和旋风现象。

像次沥青煤、褐煤和泥煤等级别较低的煤具有渐次升高的挥发物含量。虽然在描述本发明时用的是各种煤，但合适的挥发性含碳给料还可以包括：奥里姆逊、油页岩、沥青砂和生物质。如果目前的用于高挥发性给料的脱挥发方法会产生过多的燃气透平燃料，进而造成过多的透平废气无法被有效地用作煤基CFB锅炉的流化沸腾气体和燃烧空气(同时保存最小量的多余空气，以使锅炉的效率良好)，那么就可以把透平废气部分引至一余热蒸汽发电机(HRSG)。较率低一些但花费较少一些的变化形式是：对CFB燃炭锅炉添加一些原煤，这样会增加的锅炉燃烧空气需求，可通过燃气透平废气来完全满足(燃气透平废气通常包含大约15％的O₂，这已经足够超过CFB锅炉燃烧的供气量)。

此外，利用本发明生产的透平废气或者甚至是传统的燃烧天然气的气轮机废气来作为CFB锅炉的燃烧供气，可以获得较高的氧气利用率(较少的剩余空气)和较高的锅炉效率。与传统的空气供给式CFB锅炉相比，由于低氧含量废气(12％-15％的O₂比20％)的烟道气体再循环作用，供给一完全燃烧CFB锅炉燃烧器的透平废气还能产生较低的NO_x排放量。

本发明的燃炭CFB锅炉和CFB脱挥发器/热裂化器可以在近似于大气压力(15至30psia)下工作，或者是在燃气透平燃料供给压力(通常是10至30个大气压)下工作。两个反应器之间的压力差通常保持为小于1大气压，以避免两个容器之间的气体密封损失以及从一个到另一个的气体泄漏。如果是在高压下工作，透平废气被排放至一常压HRCG，而CFB炭燃烧器的燃烧空气则由燃气透平空气压缩机或一单独的空气压缩机来供给。

该工艺可以在有或者没有补充HRCG的情况下工作，它可以在有或者没有对CFB燃炭锅炉补充供给空气或补充供给煤的情况下工作，它也可以在有或者没有一同流换热器、有或者没有燃气透平空气的预加热器的情况下工作。

如果CFB脱挥发器/热裂化器的工作温度不足以获得足够的脱挥发和/或裂化或气体产量，可以添加蒸汽和/或空气或氧气，以便与流化的再循环产品气体一起或取代它们来提高温度和/或气体产量，而对产品气体的热值仅有少量的稀释。CFB燃炭锅炉还可以在亚理想状况下工作，以产生CO而不是CO₂(两者都被N₂稀释)。这种低Btu的CO燃料可以被清洁、压缩以及与高Btu的产品气体混合，并且可以在燃气透平内燃烧，或者，它们也可以分开在一个燃烧式加热器内燃烧，以便预热燃气透平压缩空气或产生高压的过热蒸汽。在本文中，术语“低Btu气体”是指在较高加热基础上热值小于150 BTU/SCF的气体。术语“中等BTU气体”是指在较高的加热基础上热值介于150至350 BTU/SCF之间的气体。术语“高BTU气体”是指在较高的加热基础上热值大于350 BTU/SCF的气体。

根据本发明，传热的床层物料可以是惰性的耐火材料(例如砂、石英、二氧化硅、玻璃等)、碱性的吸附材料(例如石灰石、白云岩)、或者是一支持催化剂。由于本发明可以利用一传统的CFB煤基锅炉(具有一锅炉部分、携带床燃烧部分以及固相/气相分离部分)以及一市购的燃气透平，所以通过添加一CFB煤基脱挥发器/热裂化器以及一燃气透平(基本上如图1所示)，可将现有的CFB煤基锅炉重新装备以提高其效率和发电量。在用本发明技术来重新装备一现有的CFB锅炉时唯一不能从市场上购得的设备是CFB煤脱挥发器/热裂化器，由于它具有较高的流过量，所以体积较小、易于构建且成本相对低廉。

很多燃气透平都具有膨胀机能力，这比它们的空气压缩机能力要大10％至25％。当采用这样的燃气透平时，利用来自于产品气体冷却或CFB锅炉烟道气体冷却而获得的低级显余热，来润湿干净的产品气体。借助这一技术可将透平输出量提高至20％，并同时在热耗方面有一些改善。

根据本发明，在脱挥发器内的驻留时间是在0.5至5秒之间的一个足够的时间段，以便产生：(1)包括部分热裂化挥发性物质的产品气体，以及(2)基本挥发的固体碳给料。部分裂化的挥发性物质可提供第一流化气体。传热物料在大约1000°F至2400°F之间的第一温度进入CFB脱挥发器/热裂化器，并在低于第一温度的第二温度排出，这是因为第一反应区(CFB脱挥发器/热裂化器)需要吸热。CFB脱挥发器/热裂化器工作时的脱挥发固体的温度大约是在1000°F以上，较佳的是在大约1400°F以上，最好是在大约1700°F以上。此外，脱挥发固体的温度低于大约2400°F，较佳的是低于大约2200°F，最好是大约2000°F。CFB脱挥发器/热裂化器在低于1000°F的温度下工作，会使碳给料的脱挥发效果不佳并导致热裂化不充分。在2400°F以上的温度时，在CFB脱挥发器/热裂化器内将发生结渣和灰分熔化现象。

本发明的CFB锅炉可使来自于CFB脱挥发器/热裂化器的基本脱挥发的给料在有含氧的透平废气的情况下发生放热反应。该反应发生的温度是在CFB脱挥发器/热裂化器温度之上。该放热反应所发生的时间段应该足以使基本脱挥发的给料燃烧，并产生一烟道气体。热的烟道气体和床层物料可用来预热透平空气并产生高压蒸汽，并且可借助放热反应所放出的热量而将传热物料的温度从第二温度升高至大于或等于第一温度的温度。

在本发明的燃气透平中，被清洁的产品气体和压缩空气发生燃烧，并形成了温度至少为大约800°F至1200°F的透平废气，该废气还包含足够用于CFB锅炉的氧。

图1A、1B、2A和2B所示的系统包括供物料在各处理站之间传送的流动管道。这些流动管道含有本技术领域的普通技术人员熟知的必需的阀和流动控制装置，以帮助固体和/气体在各处理站之间的传送，但它们未在图中示出。如果需要，也可以采用若干个泵、压缩机和鼓风机，它们的布置和容量是本技术领域的专业人员所熟知的。下面将结合图1A、1B、2A和2B来描述本发明。

在图1A和1B中，原煤或其它含挥发性含碳给料预先被粉碎至与携带流或CFB反应器(被同时使用的)相符合的尺寸，通常其最大颗粒尺寸在1/4″以下，粉碎后的碳给料通过一低压型密封送料器，例如一旋转式加料舱、星形阀、或其它一些可以从市场上购得的用于现有CFB锅炉的压力密封送料器。送给的物料从一个或多个进料口12进入一携带流化床反应器10的底部。反应器10内部由耐火材料来镶衬和保温。来自CFB锅炉系统30的热的传热物料通过管道45从一个或多个供给口16供给到所述CFB脱挥发器/热裂化反应器10的底部。送给的物料和热的固体传热床层材料可借助运输气体，即再循环的产品气体24向上传送，所述再循环的产品气体可以用蒸汽和/或空气或氧气加以补充或代替，从而提高气体的产出。运输气体被引导通过反应器10的底部，通过管道40，并通过一市购的CFB锅炉和反应器共用的穿孔分配板(未示)。当热的固体传热物料和供给的原料以一个足以维持稳定携带流的速度(10英尺/秒以上，最好是15英尺/秒以上)向反应器10上方运送时，热的床层物料内的热量通过传导、对流和辐射相组合方式而被传递给送给的原料。于是，给料内的挥发性物质被释放出来，并且至少部分地热裂化成为分子重量较低的非冷凝气体(产品气体)。

固体物质是从反应器10的顶部去除，并且通过一固体-气体分离系统14，该分离系统可以是一个或多个旋风式分离器、迷宫式分离器(U形梁或谢夫隆型)、或者是在市购的CFB锅炉中通常采用的其它类似装置。热的产品气体是从分离器14中去除并通过管道18，在该管道内，气体中的热量可以在一个产品气体再热器内间接地交换，即将通过管道40而用作CFB脱挥发器之流化气体的冷的、清洁的产品气体在这个再热器内重新被加热。随后，冷却后的产品气体管道18通过一传统设计的产品气体激冷和清洁系统22来去除H₂S颗粒和冷凝液体。来自系统22的清洁的产品气体被分流，一部分产品气体通过管道24再循环，在该管道内，借助一低压鼓风机26使气体增压而使之足以用作反应器10内的流化气体。来自气体清洁系统22的大部分产品气体在进入燃气透平燃烧器56之前在一高压气体压缩机58内受到压缩。

从分离器14排出的固体物质比那些通过管道45供给至脱挥发器的固体物质要冷一些。这是因为吸热的脱挥发及裂化反应加上送给原料内的水份蒸发以及将给料加热到反应器温度(加上通过设备绝热层的损失)所需要的吸热量而造成的。来自系统14的分离后的固体物质包括固体的传热物料以及炭渣。该物料在分离器底部以及一相连的非流化立管15内没有发生流化。该物料是通过管道19传送的，并由可控的L-阀、J-阀、或其它在CFB锅炉和类似流化系统内通常使用的市购的固体再循环控制阀来加以控制。带有炭的冷却的传热物料从一炉膛32底部的一个或多个供给口34挤入到CFB锅炉系统炉膛内(反应区32)。该CFB锅炉系统30是传统的市购设计，它可以具有镶衬耐火材料的保温壁，或者是衬有蒸汽发生水管(水壁结构)。在CFB锅炉系统内再循环的热的传热物料从一个或多个人口36进入CFB炉膛32的底部。燃气透平废气被用作CFB锅炉炉膛32的流化气体，并通过管道62、位于CFB锅炉炉膛32底部的传统设计的分配板(未示)进入炉膛。

如果透平废气不能提供足以使CFB锅炉系统30内的炭有效燃烧的O₂，可通过管道64添加补充的空气。如果在脱挥发器内产生的炭不足以有效地利用燃气透平废气管道62内的O₂含量，那么可通过管道66向CFB锅炉炉膛32添加补充的煤给料，以便维持较佳的锅炉效率。

固体和气体物质从CFB锅炉炉膛32的顶部排放，并被引入一气体/固体分离器38。分离后的气体通过管道传送至一传统的对流锅炉部分40，这一部分包含过热器、再热器、蒸汽发生器和省煤器。来自分离器38的分离固体被引入一非流化的立管39，它们在那里重新受到导向，或者是通过管道45并经过一固体再循环控制阀41进入CFB脱挥发器/热裂化器反应器10，或者是经过一第二固体再循环控制阀42重新回到CFB锅炉炉膛32内。来自CFB锅炉系统的过热蒸汽通过管道44传送到一传统的利用Rankine循环系统来发电的蒸汽透平发电机70。该系统包括一冷凝器和冷却塔，并且可以包含或不包含由该系统共有的若干个再加热和给水加热的级段。CFB锅炉烟道气体是从锅炉对流段40经过管道46排出，并且在排入大气之前经过一通常的污染控制设备和烟囱。

清洁的压缩烟道空气通过管道57被引入一传统的市购的燃气透平燃烧器56内。该传统的燃气透平还包括一压缩机部分50和一透平部分52，所述透平部分可驱动压缩机以及一用来发电的发电机。

在图1A和1B中，由于利用具有高挥发物含量的给料或者是通过增大脱挥发器的产量可使给料能量的50％至70％被传递给透平(Brayton循环)气体或液体燃料，所以可使循环的效率最高，并且炭的产量也被限制为床砂再加热以及高压的再加热蒸汽所需要的程度，这样也能使循环效率最高。

图2A和2B示出了本发明的另一个实施例，其中，热量在若干个位置上回收，以便在燃料气体燃烧之前将燃气透平压缩机空气，即压缩空气预热到一个最大可能的温度。这将使效率较高的燃气透平(Brayton循环)与效率较低的蒸汽透平(Rankine循环)的比值最大化。在图2A和2B中采用了与图1A和1B相同的标号系统，只是在两者共有的元件前面加了“1”。

该实施例中CFB脱挥发器/热裂化器(反应器)的送料和工作情况与图1A和1B所示的系统相比没有变化。与图1A和1B所示的一样，来自脱挥发器110的冷却的传热固体床层物料和炭通过管道115从一个或多个入口134进入CFB锅炉炉膛部分132，随后，炉内的传热固体和气体流经一固体/气体分离器138。在绝热立管139中，一部分分离出来的热的固体经过固体控制阀141和管道145重新回到CFB脱挥发器/热裂化器110。其余的传热固体物质在经过固体循环控制阀142和管道136之后被传送至一个外部流化床透平空气加热器。

在一同流换热器166内预热的被压缩透平空气通过管道167到达外部流化床空气加热器148。外部流化床空气加热器148可借助经管道162和163传送的一部分燃气透平废气而流化沸腾至固定的流化床速度(小于7英尺/秒，最好是小于5英尺/秒)。在管道169内预热而升温的空气通过管道165返回透平燃烧器。这一外部流化床空气加热器类似于目前已上市的CFB锅炉上所采用的外部流化床过热器。从外部流化床空气加热器排出的略有冷却的床层物料从一个或多个入口进入锅炉炉膛132的底部。

CFB锅炉烟道气体排出至颗粒分离器138，并被引入到锅炉的对流部分140。该烟道气体先是通过将热量传递给一个附加的燃气透平压缩空气加热器143而冷却，所述加热器用来自管道167的压缩空气来供气。加热后的压缩空气通过管道169和165返回燃气透平燃烧器。

通过管道118从CFB脱挥发器/热裂化器110而来的热裂化挥发物(产品气体)先是在一个附加的透平压缩空气加热器119内冷却，所述加热器用来自供给管道167的燃气透平压缩空气来供气，而被加热的气体返回管道165。将较冷的产品气体从空气加热器119内去除，并使之在一个能产生高压过热蒸汽的锅炉121内进一步冷却。该蒸汽是通过管道144传送至蒸汽透平170。然后，如图1A和1B所描述的那样，产品气体进一步地被冷却和清洁，并且被传送到燃气透平。

通过所有的燃气透平压缩空气加热器148，143和149而获得的热回收量受到材料方面的限制。现在用于蒸汽锅炉过热器的金属管被限制在大约1100°F。发展中的高温金属合金和陶瓷材料可承受较高的温度。将透平空气预热到接近CFB锅炉床层物料温度(通常是1800°F至2000°F)可使总的系统热量中的很大一部分被用于效率较高的燃气透平循环，而不是用于效率较低的蒸汽透平循环。

在利用挥发性含量较高的给料的情况下，可以产生更多的用于燃气透平的产品气体，因此，可生产出比在CFB锅炉130内被有效利用的更多的透平废气，同时可维持较佳锅炉效率所需要的最小的剩余空气量(通常比上述O₂的理想配比需求量20％要低)。如图2A和2B所示的、无需使锅炉效率变为较差的一种变化形式是，补充的原煤给料是如前所述的那样通过管道166被直接引入到CFB锅炉炉膛132内的。然而，一个更为理想的变化形式是，透平废气的多余部分通过管道179传送至通常在市购燃气透平联合循环发电厂内的一传统的余热蒸汽发电机(HRSG)180，随后再将这些冷却的透平废气送到一排放站。来自HRSG 180的高压或中压的蒸汽通过管道182和184用于蒸汽透平。

虽然上面已结合一特定实施例对本发明进行了描述，但是，本技术领域的普通技术人员还可在这些描述和附图的基础上作出很多变型或变化都是很明显的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求范围内的所有变型或变化。此外，文中引用的美国专利的内容都援引在此以作参考。

Claims (55)

1.一种利用挥发性含碳给料发电的方法，包括：

a.提供第一和第二个全携带流的循环流化床反应区，一传热物料回路经过其中连续循环，并且分别由第一和第二流化气体流化；

b.将一种挥发性含碳给料引入所述第一全携带流的循环流化床反应区；

c.用所述传热物料加热所述挥发性含碳给料，加热足够一段时间以生产出由部分热裂的挥发性物质组成的气体产品和基本上脱挥发的给料，所述传热物料以约为1000°F和2400°F之间的第一温度进入第一反应区，由于所述第一反应区的吸热作用，所述传热物料以低于第一温度的第二温度移出所述反应区；

d.将所述基本上脱挥发的给料和所述传热物料与所述气体产物分离；

e.将由步骤d所获得的所述基本脱挥发给料和所述传热物料与作为所述第二种流体气体的一种含氧透平废气一起引入第二全携带流循环流化床反应区；

f.在有所述含氧透平废气的情况下，以高于所述第一全携带流循环流化反应区温度之上的温度对所述基本脱挥发给料进行放热反应，反应经过一段时间以使基本脱挥发给料充分燃烧燃烧，生产出一种燃料气体，使用于燃气透平的压缩空气进气预热，生成传送到一蒸汽透平的高压蒸汽而产生电能和使第二温度的所述传热物料温度升高到与所述第一温度相同或更高；

g.将在步骤f中升温的传热物料分离并且将一部分所述升温传热物料传送到所述第一反应区；

h.将由步骤d生成的一部分所述产品气体压缩并且形成一压缩产品气体；

i.提供来自一燃气透平压缩机的压缩空气；

j.将所述压缩产品气体和所述压缩空气引入一燃气透平燃烧器，使所述压缩产品气体和所述压缩空气在所述燃气透平中燃烧，从而产生能量和温度至少在约800°F至1200°F的含氧透平废气；以及

k.使步骤j的所述含氧透平废气作为所述第二流化气体再循环到所述第二全携带流循环流化反应区。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

i(1).在将所述压缩空气引入步骤j的所述燃气透平燃烧机之前，预热步骤i的所述压缩空气，以使引入所述燃气透平的压缩空气预热。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

提供一同流换热器；

将步骤i的所述压缩空气引入所述换热器；以及

将步骤j的透平废气在其再循环到所述第二全携带流循环流化床反应区之前引入所述换热器，从而将热量从所述透平废气传递到所述换热器的所述压缩空气中以形成第一预热温度的预热压缩空气。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

提供一第一空气加热器；

将步骤i的所述压缩空气引入所述第一空气加热器；以及

将步骤d的所述产品气体引入所述第一空气加热器，从而将热量从所述产品气体传递到所述第一空气加热器内的所述压缩空气中以形成所述预热压缩空气。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

提供一流化床空气加热器；

将步骤g的另一部分所述分离传热物料引入所述流化床空气加热器并在其中流化；以及

将步骤i的所述压缩空气引入所述流化床空气加热器，从而将热量从所述传热物料传递到所述第一空气加热器中的所述压缩空气中以形成所述预热压缩空气。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

在所述第二全携带流循环流化床反应区的对流沸腾段提供第二空气加热器；以及

将步骤i的所述压缩空气引入所述第二空气加热器，从而将热量从所述沸腾段的燃料气体中传递到所述压缩空气中以形成预热的压缩空气。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将所述第一预热温度的所述预热压缩空气引入第一空气加热器；以及

将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器，从而将热量从所述产品气体引到所述第一空气加热器中的所述预热压缩空气中，而将所述预热压缩空气的温度升高到第二较高预热温度。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

提供一流化床空气加热器；

将一部分所述第一预热温度的所述预热压缩空气和来自步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器；进入所述流化床空气加热器；

将另一部分在所述第一预热温度的所述预热压缩空气和来自步骤d的产品气体引入所述流化床空气加热器；以及

将所述产品气体的热量和所述传热物料的热量传递到所述预热压缩空气，而将所述各个加热器中的所述预热压缩空气的温度升高到第二较高预热温度。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述第二全携带流循环流化床反应区的一对流沸腾段内提供第二空气加热器；以及

将所述第一预热温度的所述预热空气引入所述第二空气加热器，从而将所述沸腾段内的燃料气体的热量传递到所述预热压缩空气中以使其温度升高到第二较高预热温度。

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

提供第一空气加热器，流化床空气加热器和在所述第二全携带流循环流化床反应区中提供第二空气加热器；

将步骤i的部分所述压缩空气引入所述第一空气加热器，引入所述流化床空气加热器以及引入所述第二空气加热器；

将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器；

将步骤g的另一部分所述传热物料引入并且在所述流化床空气加热器中流化；以及

将所述产品气体的热量、所述流化传热物料的热量和所述沸腾段中的所述燃料气体的热量传递到所述各个加热器中的所述压缩空气部分，以使之温度上升到比其给料温度高。

11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

提供第一空气加热器和流化床空气加热器；

将部分来自步骤i的所述压缩空气引入所述第一空气加热器和所述流化床空气加热器；

将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器；

将来自步骤g的另一部分所述分离传热物料引入并且在所述流化床空气加热器中流化；以及

将所述产品气体和所述传热物料所述另一部分的热量传递到所述各加热器中的所述压缩空气部分，而使所述压缩空气温度上升到高于其给料温度。

12.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括：

提供第一空气加热器和第二空气加热器，所述第二空气加热器位于所述第二循环床反应区的一对流沸腾段中；

将步骤i的部分所述压缩空气引入所述第一和第二空气加热器；

将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器；以及

将所述产品气体和所述燃料气体的热量传递到所述各加热器的所述压缩空气中，以使所述压缩空气的温度上升到高于其给料温度。

13.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预热步骤还包括：

提供第一空气加热器和第二空气加热器，所述第二空气加热器位于所述第二循环床反应区的对流沸腾段中；

将所述第一温度的部分所述预热压缩空气引入所述第一空气加热器以及引入所述第二压缩空气加热器；

将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器；以及

将所述产品气体和所述燃料气体的热量传递到所述各个加热器的所述压缩空气部分，以使所述压缩空气的温度上升到高于所述第一预热温度。

14.如权利要求4，10，11，12或13所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：提供具有一高压蒸汽发生器的所述第一空气加热器，并且在热量传递到所述压缩空气之后，将所述产品气体引入所述高压蒸汽发生器以产生高压蒸汽。

15.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还以下步骤：

1.使一部分温度在约800°F和1200°F之间、来自步骤j的所述透平废气穿过一高压和低压蒸汽发生系统，在该处所述透平废气的热量用于将所述蒸汽发生系统中的水转变成蒸汽，该蒸汽接着将引入一蒸汽透平用以发电。

16.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述全携带流循环流化床反应区各自都在近于大气压力的压力下操作。

17.如权利要求1，2或3，其特征在于，对步骤d中所获得的所述产品气体进行涤气以除去氮和含有污染物质和颗粒的硫，以在步骤g的压缩之前形成净化的产品气体。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d的所述挥发性含碳给料是从沥青沙、沥青煤和次沥青煤中选出的。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挥发性含碳给料挥发性物质的含量至少占重量的20％。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述挥发性含碳给料是从沥青煤和次沥青煤中选出的。

21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，一些所述净化产品气体作为第一流化气体再循环到所述第一全携带流循环流化床反应区中。

22.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一流化气体以10英尺/秒至约40英尺/秒的速度引入所述第一反应区中。

23.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括将补充流化气体引入至少一个所述全携带流循环流化床反应区的步骤。

24.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括将补充的碳给料引入所述第二全携带流循环流化床反应区的步骤。

25.一种用挥发性含碳给料发电的方法，包括：

a.提供第一和第二个全携带流的循环流化床反应区，一传热物料回路经过其中连续循环，并且分别由第一和第二流化气体流化；

b.将一种挥发性含碳给料引入所述第一全携带流的循环流化床反应区；

c.用所述传热物料加热所述挥发性含碳给料，加热足够一段时间以生产出由部分热裂的挥发性物质组成的产吕气体和基本上脱挥发的给料，所述传热物料以约为1000°F和2400°F之间的第一温度进入第一反应区，由于所述第一反应区的吸热作用，所述传热物料以低于第一温度的第二温度移出所述反应区；

d.将所述基本上脱挥发的给料和所述传热物料与所述气体产物分离，并且一些所述产品气体作为所述第一流化气体再循环；

e.将由步骤d所获得的所述基本脱挥发给料和所述传热物料与作为所述第二种流体气体的一种含氧透平废气一起引入第二全携带流循环流化床反应区；

f.在有所述含氧透平废气的情况下、以高于所述第一全携带流循环流化反应区温度之上的温度对所述基本脱挥发给料进行放热反应，反应经过一段时间以使基本脱挥发给料充分燃烧燃烧，生产出一种燃料气体，使用于燃气透平的压缩空气进气预热，生成高压蒸汽，并且使第二温度的所述传热物料温度上升到比所述第一温度高，所述高压蒸汽传送到一蒸汽透平以发电；

g.将再升温的传热物料分离成第一和第二部分，

所述第一部分作为所述传热物料输送到所述第一反应区；

h.提供来自一燃气透平的压缩段的压缩空气；

i.提供一换热器并将步骤h的所述压缩空气引入所述换热器，而与来自一燃气透平的透平废气成热交换关系，从而将所述透平废气的热量传递到所述换热器中的所述压缩空气中以形成第一温度的预热压缩空气；

j.提供第一空气加热器；将步骤h的一部分第一所述温度的所述压缩空气引入所述第一空气加热器；并且将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器，从而传递所述产品气体的热量以使所述第一温度的预热压缩空气部分上升到比所述第一温度高的第二温度；

k.提供流化床空气加热器；将步骤h的所述第一温度的另一部分所述预热压缩空气引入所述流化床空气加热器；并且将步骤g的所述传热物料的所述分离第二部分引入所述流化床空气加热器并使之流化，从而传递分离传热物料的所述第二部分的热量，以使所述流化床加热器中的预热压缩空气的第一温度上升到比所述第一温度高的第三温度；

l.在所述第二循环流化床反应区的对流沸腾段中设置第二压缩空气加热器，将步骤h的所述预热压缩空气的另一部分引入所述第二空气加热器，从而所述第二全携带流循环流化床区中所生成的所述燃料气体中的热量传递到所述第二空气加热器中的所述压缩空气的另一部分，以形成处于比所述第一温度高的第四温度下的预热压缩空气；

m.提供压缩产品气体；

n.提供燃气透平；将步骤m的所述压缩产品气体和步骤i，j，k和l的所述预热压缩空气部分引入所述燃气透平，在所述燃气透平内燃烧所述压缩产品气体和所述预热压缩空气部分，从而提供能量和提供一种含氧的、其温度为至少约800°F至1200°F的、用于所述步骤i的所述透平废气；以及

o.将步骤n的所述含氧透平废气作为所述第二种流化气体再循环到所述第二全携带流循环流化床反应区。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

p.将一部分步骤n的所述透平废气穿过一高压和低压蒸汽发生系统，在该处所述透平废气的热量用于将所述蒸汽发生系统中的水转变成蒸汽，这些蒸汽随后被引入一蒸汽透平中用以发电。

27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，对步骤d中所获得的所述产品气体进行涤气以去除氮和含污染物质和颗粒的硫，以在压缩和引入所述燃气透平之前形成净化的产品气体。

28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，步骤d的所述挥发性含碳给料是从沥青沙、沥青煤和次沥青煤中选出的。

29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述挥发性含碳给料中挥发性物质重量含量至少为20％。

30.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述挥发性含碳给料是从沥青煤和次沥青煤中选出的。

31.如权利要求25所述的方法，其特征在于，一些所述净化产品气体作为所述第一流化气体再循环到所述第一全携带流循环流化床反应区中。

32.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一流化气体以10英尺/秒至约40英尺/秒的速度引入。

33.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括将补充的流化气体引入至少一个所述全携带流循环流化床反应区中的步骤。

34.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括将补充的碳给料引入所述第二全携带流循环流化床反应区中的步骤。

35.一种燃烧挥发性含碳物质的发电系统，包括：

a.第一全携带流循环流化床反应炉，包括热量传送物料的循环床，并且能够产生基本脱挥发碳给料和产品气体，所述第一全携带流流化循环床包括：

1.用于引入须使之脱挥发化和热分裂的挥发性含碳给料的入口装置；

2.用于从所述产品气体中分离出基本上脱挥发给料和循环热传送物料的分离装置，并且包括为了热回收而排除所述产品气体的出口装置，所述分离的传热物料处于第一温度；

3.用于使用于所述第一全携带流循环流化床反应炉的部分流化气体的所述产品气体返回的第一再循环装置；以及

4.连接到所述出口装置上以回收来自所述产品气体的热值的第一热量回收装置；

b.第二全携带流循环流化床反应炉，包括一炉区、沸腾区和一分离区，并且包括连续循环的传热物料，能够在基本上脱挥发碳给料和含氧透平废气之间发生一放热反应，以生成燃料气体、高压蒸汽、温度高于所述第一温度的预热压缩空气和再加热的传热物料；

c.与所述分离装置流体连通的第一装置，用于将所述一部分分离的、基本脱挥发的碳给料和来自所述第一全携带流循环流化床反应炉的传热物料引入所述第二全携带流循环流化床反应炉；

d.用于将来自所述第二全携带流循环流化床反应炉的所述分离区的传热物料传送到所述第一全携带流循环流化床反应炉的第二装置；

e.用于将来自所述第一全携带流循环流化床反应炉的所述产品气体传送到一涤气系统中以去除氮和含污染物质和颗粒的硫以形成净化产品气体的第三装置；

f.用于将第一部分的所述净化产品气体引入所述第一全携带流流化循环床反应炉的第四装置，并且将第二部分气体引入一压缩机以产成用于燃气透平的压缩产品气体以提供能量；

g.用于为一燃气透平形成压缩空气进气的装置；

h.用于将所述压缩空气传送到一燃气透平的第五传送装置；以及

i.一连接到所述第四和第五传送装置上的燃气透平，以燃烧净化的产品气体的所述第二部分和压缩空气，从而提供能源和可再利用的透平废气，并且包括用于将所述透平废气作为流化气体引入所述第二全携带流循环流化床反应炉的第六装置。

36.如权利要求35所述的系统，其特征在于，所述第六传送装置还可将透平废气传送到一蒸汽发生系统以生成蒸汽透平中所用的高压和低压蒸汽。

37.如权利要求36所述的系统，其特征在于，还包括一蒸汽透平，它与所述蒸汽发生系统流体连通以容纳蒸汽并且将所述蒸汽转换成能量。

38.如权利要求35所述的系统，其特征在于，还包括预热装置，其中所述第五传送装置包括第一和第二段，所述第一段提供所述空气压缩装置和所述预热装置的入口之间的流体连通，所述第二段提供所述预热装置出和所述燃气透平入口之间的流体连通。

39.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述预热装置包括一换热器，所述第六传送装置在透平废气引入所述第二全携带流循环流化床反应炉之前引过所述换热器。

40.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述预热装置包括一空气加热器-蒸汽发生系统，所述第三传送装置在将产品气体引入涤气装置之前将其引过所述空气-蒸汽发生系统。

41.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述预热装置包括第一空气加热器、一流化床空气加热器和第二空气加热器，所述第二空气加热器位于所述第二全携带流循环流化床反应区的沸腾区内；

所述第一段与所述各个加热器连通以引入要预热的压缩空气；

所述第二传送装置也将传热物料引入所述流化床空气加热器；

所述第三传送装置也将产品气体引入所述第一空气加热器；以及所述第二段将来自所述加热器的预热压缩空气引入所述燃气透平。

42.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述预热装置包括一换热器、一第一空气加热器、一流化床空气加热器和第二空气加热器，所述第二空气加热器位于所述第二全携带流循环流化床反应炉的沸腾区中，所述系统包括用于将来自所述换热器的预热压缩空气引入所述空气加热器的第七传送装置；

所述第一段与所述换热器连通以引入要预热的压缩空气；

所述第二传送装置也将分离的传热物料引入所述流化床空气加热器；

所述第三传送装置也将产品气体引入所述第一空气加热器；

所述第六传递装置也将透平废气引入所述换热器；以及

所述第二段将来自所述加热器的预热压缩空气引入所述燃气透平。

43.如权利要求38所述的系统，其特征在于，所述预热装置包括一换热器、第一空气加热器和第二空气加热器，所述第二空气加热器位于所述第二全携带流循环汉化床反应区的对流沸腾区中，所述系统也包括用于将来自所述换热器的预热压缩空气传送到所述空气加热器的第七传送装置；

所述第一段与所述换热器连通以引入要预热的压缩空气；

所述第三传送装置也将产品气体引入所述第一空气加热器；

所述第六传送装置也将透平废气引入所述换热器；以及

所述第二段将来自所述换热器和所述各个加热器的预热压缩空气传送到所述燃气透平中。

44.如权利要求35所述的系统，其特征在于，还包括：

一高压和低压蒸汽发生系统，其中所述第六传送装置也将一部分所述透平废气引入所述高压和低压蒸汽发生系统，在该处来自所述透平的热量被用于将水转变成蒸汽，这些蒸汽随后被引入一蒸汽透平中用以发电。

45.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自透平废气的氧不足以充分燃烧所述第二挟流循环流化床反应区中的炭，从而生成了含CO和N₂的Btu低的燃料气体，并且采用低Btu气体在与所述高Btu产品气体混合而燃烧燃气透平燃烧器中的所述低Btu气体之前预热所述步骤i的所述压缩空气。

46.如权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述透平废气的氧不足以充分燃烧所述第二全携带流循环流化床反应区中的炭，从而生成由CO和N₂组成的低Btu燃烧气体，采用所述低Btu气体生产高压蒸汽。

47.如权利要求1和25所述的方法，其特征在于，所述传热物料是惰性物质。

48.一种由挥发性含碳给料发电的工艺方法，包括：

a.提供第一和第二个全携带流的循环流化床反应区，一传热物料回路经过其中连续循环，并且分别由第一和第二流化气体流化；

b.将一种挥发性含碳给料引入所述第一全携带流的循环流化床反应区；

c.用所述传热物料加热所述挥发性含碳给料，加热足够一段时间以生产出由部分热裂的挥发性物质组成的产品气体和基本上脱挥发的给料，所述传热物料以约为1000°F和2400°F之间的第一温度进入第一反应区，由于所述第一反应区的吸热作用，所述传热物料以低于第一温度的第二温度移出所述反应区；

d.提高气体产品反应温度，如果必要的话，将蒸汽和/或空气或氧作为流化气体代入脱挥发物质中；

e.将所述基本上脱挥发的给料和所述传热物料与所述气体产物分离；

f.将所述基本脱挥发给料和所述传热物料与作为所述第二种流体气体的一种含氧透平废气一起引入第二全携带流循环流化床反应区；

g.在有所述含氧透平废气的情况下，以高于所述第一全携带流循环流化反应区温度之上的温度对所述基本脱挥发给料进行放热反应，反应经过一段时间以使基本脱挥发给料充分燃烧燃烧，生产出一种燃料气体，使用于燃气透平的压缩空气进气预热，生成高压蒸汽，并且使第二温度的所述传热物料温度上升到比所述第一温度高，所述高压蒸汽传送到一蒸汽透平用以发电；

h.将步骤g中升温的传热物料分离成第一和第二部分，

所述一部分升温传热物料输送到所述第一反应区；

i.压缩来自步骤e的所述一部分产品气体并形成压缩产品气体；

j.提供来自燃气透平压缩机的压缩空气；

k.将所述压缩产吕气体和所述压缩空气引入一燃气透平燃料机中，在所述燃气透平中燃烧所述压缩产品气体和所述预热压缩空气部分，从而提供能量和提供一种含氧的、其温度为至少约800°F至1200°F的、用于所述步骤i的所述透平废气；以及

l.将步骤k的所述含氧透平废气作为所述第二种流化气体再循环到所述第二全携带流循环流化床反应区。

49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述全携带流循环流化床反应区分别都在燃气透平运行压力或高于该压力条件下操作。

50.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述含挥发性物质的给料是生物质。

51.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述含挥发性物质的给料是奥里姆逊(Orimulsion)。

52.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述含挥发性物质的给料是渣油或重原油。

53.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述含挥发性物质的给料是沥青。

54.如权利要求48所述的方法，其特征在于，还包括将蒸汽和/或空气或氧气作为补充或替代流化气体引入所述全携带流循环流化床反应区以增加气体产量。

55.一种利用挥发性含碳给料发电的工艺方法，包括：

a.提供第一和第二个全携带流的循环流化床反应区，一传热物料回路经过其中连续循环，并且分别由第一和第二流化气体流化；

b.将一种挥发性含碳给料引入所述第一全携带流的循环流化床反应区；

c.用所述传热物料加热所述挥发性含碳给料，加热足够一段时间以生产出由部分热裂的挥发性物质组成的产品气体和基本上脱挥发的给料，所述传热物料以约为1000°F和2400°F之间的第一温度进入第一反应区，由于所述第一反应区的吸热作用，所述传热物料以低于第一温度的第二温度移出所述反应区；

d.提高气体产品反应温度，如果必要的话，将蒸汽和/或空气或氧作为流化气体代入脱挥发物质中；

e.将所述基本上脱挥发的给料和所述传热物料与所述气体产物分离，并且再一些所述产品气体再循环作为所述第一流化气体；

f.将所述基本脱挥发给料与来自步骤e的所述传热物料和作为所述第二种流体气体的一种含氧透平废气一起引入第二全携带流循环流化床反应区；

g.在有所述含氧透平废气的情况下，以高于所述第一全携带流循环流化反应区温度之上的温度对所述基本脱挥发给料进行放热反应，反应经过一段时间以使基本脱挥发给料充分燃烧燃烧，生产出一种燃料气体，使用于燃气透平的压缩空气进气预热，生成高压蒸汽，并且使第二温度的所述传热物料温度上升到比所述第一温度高，所述高压蒸汽传送到一蒸汽透平用以发电；

h.将再升温的传热物料分离成第一和第二部分，

所述第一部分作为所述传热物料输送到所述第一反应区；

i.提供来自一燃气透平的压缩段的压缩空气；

j.提供一换热器并将步骤i的所述压缩空气引入所述换热器，而与来自一燃气透平的透平废气成热交换关系，从而将所述透平废气的热量传递到所述换热器中的所述压缩空气中以形成第一温度的预热压缩空气；

k.提供第一空气加热器；将步骤i的一部分在第一所述温度的所述压缩空气引入所述第一空气加热器；并且将步骤d的产品气体引入所述第一空气加热器，从而传递所述产品气体的热量以使所述第一温度的预热压缩空气部分上升到比所述第一温度高的第二温度；

l.提供流化床空气加热器；将步骤i的所述第一温度的另一部分所述预热压缩空气引入所述流化床空气加热器；并且将步骤g的所述传热物料的所述分离第二部分引入所述流化床空气加热器并使之流化，从而传递分离传热物料的所述第二部分的热量，以使所述流化床加热器中的预热压缩空气的第一温度上升到比所述第一温度高的第三温度；

m.在所述第二循环流化床反应区的对流沸腾段中设置第二压缩空气加热器，将步骤i的所述预热压缩空气的另一部分引入所述第二空气加热器，从而所述第二全携带流循环流化床区中所生成的所述燃料气体中的热量传递到所述第二空气加热器中的所述压缩空气的另一部分，以形成处于比所述第一温度高的第四温度下的预热压缩空气；

n.提供压缩产品气体；

o.提供燃气透平；将步骤m的所述压缩产品气体和步骤j，k，l和m的所述预热压缩空气部分引入所述燃气透平，在所述燃气透平内燃烧所述压缩产品气体和所述预热压缩空气部分，从而提供能量和提供一种含氧的、其温度为至少约800°F至1200°F的、用于所述步骤i的所述透平废气；以及

p.将步骤o的所述含氧透平废气作为所述第二种流化气体再循环到所述第二全携带流循环流化床反应区。

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