CZ20022323A3 - Energetický systém se zvýąenou termodynamickou účinností a ochranou ľivotního prostředí - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká elektrárny nebo energetického systému a zejména elektrárny na fosilní paliva s nízkými emisemi se zvýšenou termodynamickou účinností a ochranou životního prostředí.

Dosavadní stav techniky

V elektrárnách, jako jsou elektrárny na fosilní paliva, je fosilní palivo zažehnuto spalováno v reakční nebo podmínek, aby produkovalo a hoří, je okysličováno nebo spalovací komoře za řízených teplo. Teplo je přenášeno do cirkulující tekutiny jako je voda, která proudí chladicími trubkami umístěnými v reakční komoře nebo k ní přilehlými pro výrobu páry. Pára pak prochází parní turbinou pro výrobu elektřiny. Elektrárny s integrovaným zplyňovacím kombinovaným cyklem používající tuhá paliva rozdělují proces spalování fosilního paliva do více stádií, přičemž první stádium je typicky částečně oxidační nebo zplyňovací krok. Následující stádia spalují vytvořený plyn v plynových turbinách a parních kotlech. Termodynamická účinnost a ochrana životního prostředí byly a zůstávají důležitými předpoklady pro konstrukci elektráren na fosilní paliva. Zájmy ochrany přírody, rostoucí ceny paliv, zvyšující se přísnost standardů na ochranu životního prostředí představují jen několik z faktorů, které vyžadují lepší, čistší, účinnější způsoby přeměny fosilních paliv na elektřinu. Elektrárny nebo energetické systémy dosáhly poměrně vysoké úrovně účinnosti a ochrany životního prostředí, ale nejsou bez problémů. Například, standardy týkající se odpadních částeček se stávají stále obtížněji splnitelné, elektrárny typicky potřebují řadu různých procesů us-619po

-2<)

ačkoliv podobná z plynů í latentní výparne teplo z vytvarene vody, vymývá kysele chemické znečištění jako je rtuť a částice získává zpět kapalný oxid uhličitý jako celkových procesů.

a zařízení pro zachycování částicových materiálů. To zvyšuje náklady a složitost systému, a tyto procesy a zařízení typicky vyžadují podstatný energetický příkon vedoucí k podstatným parazitickým energetickým ztrátám a snižování účinnosti. Dále, elektrárny příležitostně používají ekonomizéry a zařízení pro zpětné využití části zjevného tepla ve spalinách, nepokusily se elektrárny zpětně využít teplo odpařování takových plynů, protože za provozních podmínek takových elektráren kondenzační teploty takových plynů jsou příliš nízké pro to aby byly účinně zpětně využity. Zejména v systému, ve kterém jsou během spalování produkována poměrně velká množství plynné vody, opomenutí zpětného využití jakékoliv významné části takového latentního. výparného tepla může vést k výrazné termodynamické nehospodárnosti.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je tudíž poskytnutí integrované elektrárny nebo energetického systému,, který zpětně využívá latentní plyny, zachycuje a kondenzuje a integrální část elektrárny nebo termodynamickou účinnost.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který zajišťuje zlepšenou ochranu životního prostředí.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který zajišťuje zvýšenou pružnost.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout energetický systém, nabízející zvýšenou • · us-619po

-3Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který umožňuje opětovně využít alespoň část latentního výparného tepla vody, vytvářené během oxidace nebo spalování.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který pracuje při zvýšeném tlaku a umožňuje termodynamickou proveditelnost opětného využití alespoň části latentního výparného tepla vody vytvářené během oxidace nebo spalování.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který využívá užitečné vlastnosti oxidu uhličitého.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který využívá recyklovanou, regenerovanou vodu vytvořenou během oxidace nebo spalování pro zajištění snížených nákladů na zařízení a sníženého opotřebení zařízení.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout ’ systém výše uvedeného typu, který využívá dvoustupňové zvýšení tlaku chladivá pro snížení nákladů na zařízení tepelného výměníku a snížení opotřebení tepelného výměníku.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který zajišťuje účinnou regeneraci oxidu uhličitého pro pozdější použití nebo prodej.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který zajišťuje zlepšené zachycení částicového materiálu z produktů oxidace nebo spalování.

Ještě dalším cílem vynálezu je poskytnout systém výše uvedeného typu, který zajišťuje účinnou částečnou oxidaci nebo zplynování pevných a kapalných fosilních paliv.

·· ·· us-619po

-4Pro splnění těchto a dalších cílů a výhod je navržena elektrárna nebo energetický systém se zvýšeným tlakem, který zajišťuje čistou a účinnou oxidaci nebo spalování paliva jako jsou fosilní paliva. Palivo a oxidant procházejí do reakční komory a palivo je oxidováno v komoře při tlaku, který je s výhodou v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa), a který je ještě výhodněji v rozsahu od přibližně 850 psia (5,9 MPa) do přibližně 1276 psia (8,8 MPa) . Do reakční komory se přivádí chladivo za vzájemné výměně tepla s palivem a oxidantem. Tlak reakční komory je zvolen tak, aby byl vyšší než nebo roven tlaku v rovnovážné soustavě kapalina-pára oxidu uhličitého při teplotě, při které elektrárna může vypouštět teplo do okolního prostředí. Produkty spalování z komory mohou procházet tepelným výměníkem a voda může kondenzovat z produktů spalování v tepelném výměníku při tlaku, který je s výhodou v podstatě přibližně v podstatě v rozsahu 2000 psia v rozsahu

700 psia (4,8 MPa) do který je přednostněji 850 psia (5,9 MPa) do od přibližně (13,8 MPa), a od přibližně přibližně 1276 psia (8,8 MPa). Část kondenzované vody může být vracena do produktů spalování před tepelným výměníkem. Také chladivo může být před průchodem reakční komorou vedeno tepelným výměníkem ve' dvou tlakových stupních tak, aby chladivo přicházelo do tepelného výměníku při tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa) a postupovalo do reakční komory při tlaku v podstatě ‘ v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa).

Přehled obrázků na výkresech

Výše uvedený stručný popis, stejně jako další cíle, znaky a výhody vynálezu, bude lépe zřejmý vzhledem k následujícímu podrobnému popisu přednostních, přesto • · • 9 9« 9 9 _ · 9 • 9 99 9 ·· · 9 ·090 9 ·90· • 9 · · »99099 0 0 t 9 »0» 9099 •99 999 09 99 99 0999 us-619po -5ilustrativních provedení podle vynálezu ve spojení s připojenými výkresy, kde:

Obr. 1 je schematické znázornění energetického systému zahrnujícího vynález pro fosilní paliva obsahující minimum nebo neobsahující žádné materiály tvořící popel;

obr. 2 je tabulka uvádějící přednostní, hypotetický soubor provozních podmínek pro systém znázorněný na obr. 1;

obr. 3 je tabulka uvádějící přednostní hypotetický hmotnostní průtok systémem znázorněným na 'obr. 1;

obr. 4A a 4B jsou tabulky uvádějící hypotetický průtok energie systémem znázorněným na obr. 1;

obr. 5 je schematické znázornění alternativního provedení energetického systému zahrnujícího vynález pro paliva obsahující popel nebo materiály tvořící popel;

obr. 6 je tabulka uvádějící přednostní, hypotetický soubor provozních podmínek pro systém znázorněný na obr. 5;

obr. 7 je tabulka uvádějící přednostní hypotetický hmotnostní průtok systémem znázorněným na obr. 5;

obr. 8 je tabulka uvádějící hypotetický průtok energie systémem znázorněným na obr. 5;

obr. 9 je schematické znázornění alternativního provedení energetického systému zahrnujícího vynález;

obr. 10 je schematické znázornění části alternativního provedení energetického systému zahrnujícího vynález, pro využití kapalného oxidu uhličitého pro výrobu energie pro zařízení pro dělení vzduchu;

us-619po

		• 9		9 9		99	9 9
• ·	9 9	9	9	9 9	9	9	9	9
•	9	9	9	9 9	9	9		*
•		• 9	9	9 9 9	9 9	9	9
• 9 ·	9 9 9	9 9		9 9		9 9	999	9

obr. 11 je schematické znázornění části alternativního provedení energetického systému zahrnujícího vynález, pro zplynování tuhých nebo kapalných paliv pro výrobu čistého syntetického plynu, který může být použit pro výrobu energie v elektrárně se standardním Rankinovým oběhem nebo kombinovaným oběhem.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 vztahová značka 100 odpovídá obecně integrovanému energetickému systému podle vynálezu, který spojuje spalování fosilních paliv a účinnou výrobu elektřiny s regeneraci kapalného oxidu uhličitého a odstraněním emisi kýselých plynů a prachu. Podle obr.. 1 a 2 je kapalný kyslík z nádrže 202 stlačován na systémový tlak čerpadlem 204. Pro systém znázorněný na obr. 1 je systémový tlak přednostně v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa) a je výhodněji v podstatě v rozsahu od přibližně 850 psia (5,9 MPa) do přibližně 1276 psia (8,8 MPa). Tento tlakový rozsah umožňuje použití standardní konstrukce· zařízení a zahrnuje kritický tlak oxidu uhličitého .(1071 psi či 7,382 MPa). V pozdějších fázích systému, kdy voda a oxid uhličitý jsou postupně kondenzovány, tento rozsah zvýšeného systémového tlaku umožňuj.e kondenzaci oxidu uhličitého při nejvyšší možné teplotě a kondenzaci vody při efektivní teplotě při optimalizaci systémového tlaku a minimalizaci celkových investic. Efektivní teplota pro vyvolanou kondenzaci vody je dostatečně vysoká teplota aby standardní tepelné výměníky mohly snadno převádět výparné teplo vytvářené vody na chladivo.

Proud 101 kapalného kyslíku o systémovém tlaku prochází tepelným výměníkem 206, kde se kyslík odpařuje a jeho teplota se zvyšuje téměř na teplotu okolí. Chladicí výkon z odpařujícího se kyslíku je odebírán a vracen do kyslíkového us-619po

-7obohaceného kyslíkem, uhličitým nebo jinými zařízení. Plynný kyslík v proudu 102 je dále zahříván v tepelném výměníku 208 a směšován s plynným oxidem uhličitým z proudu 106. Tato směs kyslíku a oxidu uhličitého v proudu 107 je použita jako okysličovadlo ve vysokotlaké reakční nebo spalovací komoře 210. Míšení oxidu uhličitého s kyslíkem před reakční komorou nabízí řadu výhod. Například pomáhá ovládat spalovací teploty snižováním špičkových koncentrací kyslíku v reakční komoře. Ačkoliv je okysličovadlo výše popsáno jako směs kyslíku a oxidu uhličitého, je pochopitelné, že může být použito mnoho různých okysličovadel. Okysličovadlo může, například, sestávat ze vzduchu nebo přednostně ze vzduchu směsí kyslíku s dusíkem, oxidem inertními plyny nebo nejvýhodněji kyslíku ze zařízení na dělení vzduchu obsahující více než 85 objemových procent kyslíku ve směsi.

Palivo, jako je zemní plyn z přívodního potrubí 108 je stlačováno na systémový tlak kompresorem 212 zemního plynu a posláno proudem 109 do tepelného výměníku 214, kde je předehříváno. Předehřátý plyn se mísí s okysličovadlem ve vysoké reakční komoře, aby produkoval teplo. Teplo v reakční komoře je přenášeno do chladivá, jako je voda v proudu 144, která se odpařuje na páru v proudu 145.

Chladivo, jako napájecí voda kotle a pára cirkulují proudy 13 9 148. Zásoba vody je uchovávána při teplotě rovné nebo blízké teplotě okolí a při v podstatě atmosférickém tlaku v nádrži 216 napájecí vody kotle. Teplota okolí je v tomto případě nejnižší teplota, při které elektrárna může běžně vypouštět teplo do prostředí. Voda prochází z nádrže 216 napájecí vody kotle do čerpadla 218 při okolní teplotě a tlaku proudem 139. Tyto podmínky proudu jsou nastaveny na teplotu okolí pro zajištění největší poháněči síly parní turbinou a tím pro největší výrobu energie z tohoto procesu. Čerpadlo 218 • · us-619po -8stlačuje vodu na mezilehlý tlak, který je výhodně v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa), a který je výhodněji přibližně 600 psia (4,1 MPa). Použití mezilehlého tlaku jako části dvoustupňového zvýšení tlaku chladivá poskytuje řadu výhod. Například použití mezilehlého tlaku umožňuje, aby proud 113 o tlaku 1276 psia (8,8 MPa) vstoupil do tepelného výměníku 224 na trubkové straně a proud o tlaku 300 až 600 psia (2,1 až 4,1 MPa) vstoupil do tepelného výměníku 224 na plášťové straně. Tlak na plášťové straně tepelného výměníku 224 při mezilehlém tlaku přibližně 300 až 600 psia (2,1 až 4,1 MPa) je mnohem nižší než běžný tlak vysokotlaké páry 3500 psia (24,1 MPa). To zjednodušuje konstrukci tepelného výměníku 224 a zvýší životnost systému. Rozumí se, že napájecí voda kotle v proudu 142 může přicházet do tepelného výměníku 224 v širokém rozsahu tlaků. Přednostně je tlak zvolen tak, aby byl vyšší než tlak nasycené vody při výstupní teplotě tepelného výměníku 224.

Čerpadlo 218 předává vodu o teplotě okolí a mezilehlém ' tlaku do ekonomizéru 220 proudem 140. Z ekonomizéru prochází předehřátá voda proudem 141 do tepelného výměníků 222 a proudem 142 do tepelného výměníku 224. Předehřátá napájecí voda kotle o mezilehlém tlaku prochází z tepelného výměníku 224 do čerpadla 226 v kapalném stavu proudem 143. Čerpadlo 226 zvyšuje tlak předehřáté napájecí vody kotle na tlak, který je přednostně v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa), a který je výhodněji přibližně 3500 psia (24,1 MPa). Napájecí voda kotle prochází v proudu 144 reakční komorou a vyměňuje si teplo se spalovaným palivem tak, že spalované palivo předává své spalné teplo vodě a páře v kotlových trubkách. V přednostním provedení je k dispozici dostatečná plocha pro přestup tepla, takže spaliny vystupující z reakční komory v proudu 111 při přibližně 900 K či 1160 °F. Napájecí voda kotle se mění v páru *· 99 ·· Μ • 9 9 · * ♦ · * • * · · 9 9 9

9 99 999999 9 9 · ·· 9 9 9 9

999 999 99 ·· ·♦ ···· us-619po - 9 a prochází v proudu 145 do parní turbiny 228 pro výrobu elektřiny před průchodem v proudu 146 do ekonomizéru 220 a v proudu 147 do kondenzátorů 230. Kondenzovaná voda prochází v proudu 148 do nádrže 216 napájecí vody kotle pro další cirkulaci v proudech 139 až 148.

Produkty spalování nebo oxidace opouštějí reakční komoru 210 v proudu 111 a procházejí do katalytického reaktoru 232. Produkty spalování obsahují oxid uhličitý, oxid uhelnatý, přebytečný kyslík, oxidy síry, oxidy dusíku, ředící plyny jako je dusík a inertní plyny, vytvořenou vodu ve formě páry a částice popela, pokud jsou přítomny materiály tvořící popel. Katalyzátory v reaktoru 232 mohou být zvoleny tak, aby byly dosaženy určité žádoucí výsledky. Oxidační katalyzátory mohou být použity pro úplnou oxidaci oxidu uhelnatého, oxidů síry a Oxidů dusíku na oxid uhličitý, oxid sírový a oxid dusičitý. Pro redukování oxidů dusíku na dusík může být použita selektivní katalytická redukce s přídavkem čpavku. Mohou být použity různé vrstvy katalyzátorů v kombinaci pro dosažení požadovaných účinků. Reaktanty, jako čpavek jsou přiváděny do katalytického reaktoru 232 v proudu 112. Upraveně plyny v proudu 113 jsou míšeny s recyklovanou vytvořenou vodou z proudu 123 pro vytvoření proudu 114 před tepelným výměníkem 224. Recirkulační podíl proudu 123 vytvořené vody je zvolen tak, aby se část, ale ne všechna voda, odpařila a snížila teplotu proudu 114, kombinace recyklované vytvořené vody a produktů spalování, na teplotu nasycení vody při systémovém tlaku.

Směs recyklované produkované vody a spalin prochází v proudu 114 trubkovou stranou tepelného výměníku 224. Tepelný výměník 224 přenáší teplo z produktů spalování procházejících trubkovou stranou tepelného výměníku 224 v proudech 114 a 115 do chladivá, procházejícího plášťovou stranou tepelného us-619po

• 4	··	44	• 4	44
4	4	«	• 4 4	4	4	4
«	•	4 4	• 4 4 4 ·	4	4 4
4	4	•	4 4	4	4 4
	4 4 4	4 *	4»	4 4	• 44	4

výměníku v proudech 142 a 143. Protože proud 114 má systémový tlak, teplota nasycení vody při tomto tlaku je dostatečně vysoká, aby umožnila účinný přenos tepla a rekuperaci latentního výparného tepla vytvořené vody. Systémový tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala z produktů spalování při teplotě, která je přednostně nad přibližně 450 °F (232°C), a která je výhodněji nad 500 °F (260 °C).

V běžných elektrárnách, pracujících při atmosférickém tlaku nebo blízko něho, nemůže být výparná tepelná energie vody, vytvořená při spalovacím procesu ekonomicky rekuperována, protože teplota nasycení vodních par rovnovážné teploty kapaliny a nasycené vodní páry je přibližně 200 F (93°C) až 220 °F (104 °C) , která je příliš nízká. Například napájecí voda kotle má běžně teplotu přibližně 80°F (27 C) a množství energie, kterou může napájecí voda kotle absorbovat je omezeno na změnu entalpie mezi 80 °F (27 °C) a asi 212 °F (100 °C) , jestliže by byla možná dokonalá tepelňá výměna. To znamená, že množství latentní tepelné energie ve spalinách, které může být prakticky absorbováno napájecí vodou kotle je výrazně menší než změna entalpie mezi 80 °F -(27 °C) a asi 212 °F (100 °C) . Při běžném systémovém tlaku běžných systémů, voda kondenzuje při nízké teplotě a existuje tak nedostatečná termální hnací síla a nedostatečné zvýšení teploty v chladicí tekutině pro ekonomickou rekuperaci výparného tepla vytvořené vody.

Energetický systém podle vynálezu nabízí v tepelném výměníku 224 další výhody. Například navracení vytvořené vody prostřednictvím proudu 123 omezuje špičkovou teplotu v tepelném výměníku 224, přičemž umožňuje, aby všechno nebo v podstatě všechno užitečné teplo bylo přeneseno při teplotě nasycené páry. Koeficient přestupu tepla kondenzující vody je běžně vyšší než koeficient přestupu tepla proudícího plynu. To us-619po

*9 ·«		44	• 4
• 4 4	4 4 4	•	4 4
4 4 9 4	• ··«	• »	4 4
4 4 4	• ·	4	4 9
994 494	• 9	9 4	4449

snižuje náklady na zařízení a jeho opotřebení. Navíc když plynná voda kondenzuje v tepelném výměníku 224, kyselé plyny a částice budou tvořit zárodky kondenzačních kapiček pro čisticí činnost. Tento zřetel je zvláště užitečný v podobných systémech, používajících jako palivo olej nebo uhlí, protože tato paliva běžně doprovází vyšší úrovně kyselých plynů a popela.

Při výhodném režimu činnosti tepelný výměník 224 je konstruován a provozován tak, že kondenzovaná voda v proudu 115 je podchlazená kapalina a tak, že oxid uhličitý v proudu 115 je nad kritickou teplotou oxidu uhličitého. Naprostá většina vody v proudu 115 jě odstraněna jednotkou nebo odlučovačem 234 jako kondenzát v proudu 117. Koncentrace oxidu uhličitého v kondenzované vodě v proudu 117 je přibližně >2 molární procenta. Plynný oxid uhličitý opouští odlučovač 234 v proudu 116. Proud 116 prochází do tepelného výměníku 214 pro předehřátí zemního plynu z proudu 109. Plynný oxid uhličitý opouští tepelný výměník 214 v proudu 119 a prochází dotepelného výměníku 236 pro odpaření ředícího oxidu uhličitého z proudu 105.

Recyklovaná vytvořená voda a voda z odlučovače 234 j sou čerpány čerpadlem 238 do proudu 120, přičemž proud 120 je rozdělen do proudů 118 a 123. Voda v proudu 118 prochází tepelnými výměníky 222 a 240 a pak prochází přetlakovým ventilem 242. Recyklovaná vytvořená voda v proudu 123 pokračuje recyklačním obvodem pro smísení s produkty spalování v proudu 113, před tepelným výměníkem 224. Proud 122 může být použit pro zajištění nastavení pH a jiných chemikálií podle potřeby. Takové přídavné chemikálie mohou být použity pro úpravu kondenzovaných kyselin. Po dosažení rosného bodu kyselin, oxid sírový SO₃ reaguje s vodou a vytváří kyselinu sírovou, která kondenzuje do kapalné fáze. NO₂ může reagovat us-619po - 12 s vhodným redukčním činidlem jako je kyselina mravenčí nebo hydroxylamin pro vytvoření plynného dusíku podle hydrotermálních reakcí:

4NH₂OH+NO₂>2 XN₂+6H₂O nebo

4HCOOH+2NO₂>N₂+4H₂O+4CO₂

Další potenciální reakce je použití kyseliny šťavelové a hydroxylaminu pro přeměnu oxidů dusíku na dusičnan amonný bez následného produkování oxidu dusného:

HOOCCOOH+2NH₂OH+2NO₂>2NH₄NO₃+2CO₂

Separace oxidů síry a dusíku z celkového plynového proudu nastává jako vlastní současná součást činnosti systému podle vynálezu. Rekuperace výparného tepla vytvořené vody a kondenzace oxidu uhličitého tvoří dvě oddělené operace fázové přeměny, které poskytují dostatečnou příležitost a hnací sílu * pro přeměnu a odděleni oxidů dusíku a síry.

Je dobře známé že plynové částice o velikosti 0,1 až 2,5 μπι budou rychle tvořit kondenzační jádra nasycených plynů. Malé suspendované částice snižují stupeň přesycení, potřebného pro tvoření kondenzačních jader na zanedbatelné úrovni. Systém podle vynálezu obsahuje operace dvoufázové přeměny zahrnující kondenzaci nasycených plynů, vody a C0₂. Tudíž se očekává, že všechny částice včetně nejmenších submikronových částic, budou vyprány a získány zpět v kondenzované fázi.

Tepelný výměník 236 pokračuje v oóhlazovacím procesu oxidu uhličitého v proudu 119. Proud 127 prochází z tepelného výměníku 236 do odlučovače 244 kde jakákoliv rozpuštěná voda je oddělena a propláchnuta jako kondenzát v proudu 128. Plynný oxid uhličitý v proudu 129 prochází do tepelného výměníku 246, • 4 ·· • ·

US-619po -13kde je v podstatě kondenzován a zkapalňován. Kondenzující oxid uhličitý poskytuje ještě další výhodný propírací účinek pro další odstranění částicového materiálu. Chladivo nebo chladicí voda v proudech 153 a 154, použité v tepelném výměníku 246 může být opět použity v kondenzátorů 230.

Kritická teplota oxidu uhličitého je 88 °F (31 °C) . Pod touto teplotou může být oxid uhličitý kondenzován na kapalinu. Elektrárny a většina chemických zařízení vypouštějí teplo do tepelného odpadu v přírodním prostředí. Často těmito tepelnými odpady jsou jezera, řeky nebo oceány. Například závod může nabírat vodu z jezera, řeky nebo oceánu pro zajištění chladicí kapaliny pro tepelné výměníky jako jsou výměníky 230 a 246. Taková voda může být nasávána a vracena ve velkých množstvích, takže jakékoliv zvýšení teploty vody je malé. Tepelný odpad v přírodním prostředí může být také dosažen odpařováním vody vzduchem. V nejvýchodnějším provedení prostředky a systémy využívající nebo obsahující předmět vynálezu budou vypouštět teplo do tepelného odpadu jako je chladicí tekutina proudící potrubími 153 a 154 · z obr . 1 při teplotě pod kritickým bodem oxidu uhličitého. Uvedený tepelný odpad s teplotou pod kritickým bodem oxidu uhličitého umožňuje přímou kondenzaci nadkritického nebo plynného oxidu uhličitého pro vytvoření kapalného oxidu uhličitého:

Zkapalněný oxid uhličitý v proudu 130 může pak procházet do odpařovacího chladiče 248, kde část proudu může být prudce odpařena pro zajištění ochlazení zbytku proudu. Nekondenzovatelné plyny, jako dusík a přebytečný kyslík jsou také očištěny z odpařovacího chladiče 248 a odvětrány v proudech 131 a 135. Vytvořený a recyklovaný kapalný oxid uhličitý prochází v proudu 132 tepelným výměníkem 203 a prochází v proudech 137 a 138 do dopravních 250 a skladovacích 252 zařízení. Rozumí se, že není nutné kondenzovat všechen

US-619po

-14oxid uhličitý v proudu 129. Místo toho část oxidu uhličitého může být recyklována pro míchání s kyslíkem před reakční komorou 210. To zmenšuje práci tepelného výměníku a odvodu tepla.

Podle obr. 5 vztahová značka 300 odpovídá alternativnímu provedení integrovaného systému podle vynálezu. V tomto provedení je palivem pevné fosilní palivo obsahující popel nebo popel vytvářený materiály jako je černé uhlí. S mírnou modifikací zařízení vstupu paliva, může být stejné provedení použito pro kapalná paliva obsahující popel nebo popel tvořící materiály, jako těžký olej a ropa. Ještě dále může být jako výchozí materiál použit kyselý plyn. Systém může spalovat CO, CS₂ a H₂S pro získání energie a získat je jako kyselinu sírovou nebo sulfátovou sůl. Navíc může být využit po proudu v katalyzátoru Klausův proces znovu zavádějící H₂S a katalyticky přeměňující SO_X a H₂S na H₂O a roztavenou nebo plynou síru.

Pevný popel nebo popel tvořící materiál obsahující palivo jako je uhlí je zaveden do kulového mlýna nebo podobného zařízení 402, které mele na prášek pevné palivo. Z kulového mlýna pevné palivo prochází do podávacího čerpadla 404 prochází v proudu 301 při systémovém nebo blízkém tlaku do mixeru 406. Pro systém znázorněný na obr. 5 je systémový tlak s výhodou v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do je výhodněji v podstatě (5,9 MPa) do přibližně přibližně 2000 psia (13,8 MPa) a v rozsahu od přibližně 870 psia 1276 psia (8,8 MPa) . Tento tlakový rozsah umožňuje použití standardní konstrukce zařízení a zahrnuje kritický tlak oxidu uhličitého (1,071 psi nebo 7,382 MPa). V pozdějších stádiích předmětného systému, když voda a oxid uhličitý jsou postupně kondenzovány, tento rozsah systémového tlaku umožňuje kondenzaci oxidu uhličitého při nejvyšších možných teplotách.

• 4

us-619po -15Kondenzace vody je dosažena na efektivní teplotě při optimalizaci systémového tlaku a minimalizaci celkových investičních nákladů. Třebaže popisovaný předmětný systém používá jako palivo uhlí, rozumí se, že mohou být v systému použita jiná paliva jako topný olej. Samozřejmě, jestliže je zařízení projektováno pouze pro provoz s topným olejem, kulový mlýn 402 a podávači čerpadlo 404 mohou být vynechány a na jejich místo může být vloženo vysokotlaké olejové čerpadlo.

Jak bude podrobněji probráno dále je kapalný oxid uhličitý přidán do směšovače v proudu 304'. Voda, smáČedla, modifikátory pH a ostatní chemikálie mohu být také přidány ve směšovači. Po smísení smíšené palivo a oxid uhličitý postupují v proudu 302 do čerpadla 408 před průchodem reakční nebo spalovací komorou v proudu 3 07. Směs paliva a oxidu uhličitého může být před reakční komorou také kombinována s okysličovadlem (obr. 9) . V případě topného oleje směšovač může, ale nemusí být použit což závisí na vlastnostech topného oleje. S výhodou může být před přivedením do reakční komory vytvořena emulze topného oleje a kapalného oxidu uhličitého. Voda a smáčedla mohou potenciálně pomoci při vytváření emulzí paliva o nízké viskozitě a přiměřené stabilitě. Směšovač nemusí být nutný zejména pro topné oleje, protože když oxid uhličitý a uhelná směs nebo oxid uhličitý ‘a emulze topného oleje vstoupí do reakční komory a vzplane, rychlá expanze a fázová změna oxidu uhličitého zajistí mohutné mechanické smykové a rozptylující síly podporující směšování.

Kapalný oxid uhličitý je uložen v zásobníkové nádrži 412. Kapalný oxid uhličitý proudí ze zásobníkové nádrže 412 do čerpadla 414 v proudu 303 a čerpadlo 414 zvyšuje tlak kapalného oxidu uhličitého na systémový tlak. Za čerpadlem 414 kapalný oxid uhličitý prochází v proudech 304 a 308 do směšovače 406 a tepelného výměníku 416. V přednostním fc fc

I fc · > ♦ · » fc fc • fc fcfcfcfc us-619po -16“ provedení postačující oxid uhličitý prochází do mísiče v proudu 304 pro zajištění v podstatě stejné hmotnosti oxidu uhličitého a uhlí v směšovači. V přednostním provedení oxid uhličitý v proudu 308 je ze začátku proud kapalného oxidu uhličitého. Pro dosažení dobrého směšování s plynným kyslíkem v proudu 306 je dávána přednost odpaření oxidu uhličitého v proudu 308 před jeho směšováním s kyslíkem v proudu 306. To může být dosaženo průchodem proudu 308 do tepelného výměníku 416 před tím než oxid uhličitý postoupí v proudu 3 09 do proudu 306 pro smíšení s kyslíkem pro vytvoření proudu 310.

Kapalný kyslík je ul.ožen v zásobníkové nádrži 418. Stlačený plynný kyslík může být obdržen stlačením kapalného kyslíku a pak jeho zahřátím na přibližně 24 0 K a odpařením v protiproudém tepelném výměníku (není znázorněn). Chladný kapalný kyslík může být použit k pomoci při. chlazení zpracovacích proudů v zařízení pro dělení vzduchu. Stlačený plynný kyslík v proudu 305 je dále zahříván v tepelném výměníku 422, který je použit k chlazení vytvořeného oxidu uhličitého. Stláčený kyslík vychází z tepelného výměníku 422 v proudu 306 a je připraven pro směšování s oxidem uhličitým v proudu 30 9. Množství kyslíku v proudu 306 j e určeno dodávaným množstvím paliva a očekávanými zplodinami spalování. V přednostním provedení -jsou dodávaná množství paliva a kyslíku řízena, aby poskytovala lehký přebytek kyslíku nad přesný stechiometrický poměr mezi palivem a kyslíkem. Před vstřikováním do reakční komory je plynný kyslík v proudu 306 směšován s plynným oxidem uhličitým v proudu 309 pro snížení špičkových koncentrací kyslíku v reakční komoře. V přednostním provedení jsou použity stejné hmotnosti kyslíku v proudu 306 a oxidu uhličitého v proudu 309.

V reakční komoře jsou palivové a oxidační proudy slučovány v řadě spalovacích kroků za nedostatku okysličovadla pro us-619po

-17• · • % · J • · ♦ · φ · ··· • · · ·· ·· ovládání špičkových teplot a přenosu tepla. I když je rozředěn velkým množstvím oxidu uhličitého, parciální tlak kyslíku v reakční komoře bude dostatečně vysoký v blízkosti vstupních trysek. Zapalovač (není znázorněn) může sestávat z elektricky zahřívaného žáruvzdorného bloku v těsné blízkosti palivových a okysličovacích proudů nebo . z chemikálie jako je triethylaluminium, které se samovznítí při -vystavení kyslíku. Jestliže není přítomen dusík nejsou vytvářeny plyny N0_x. Jestliže je přítomen dusík mohou být vytvářeny NO_X. Mimo jíně zplodiny spalování nebo oxidace obsahují spaliny, obsahující vytvořenou vodu ve formě páry a částiceý popela. Zplodiny spalování opouštějí reakční komoru v proudů) 311 a procházejí do tepelného výměníku 424 kde tepelný výměník 424 odejme teploz proůdu 311 -a převede ho (do . proudu 323, ( který tvoří část smyčky napájecí vody kotle a^:páry.

Chladivo, jako je napájecí voda kotle ,a pára, cirkuluje v proudech 321 až 32 7. Vodák je uložena při teplotě okolí a H. fy ' , ' fy.

tlaku v nádrži 426 kotlové vody. Voda prochází z nádrže 426 kotlové vody do čerpadla 42 8 při okolní'¹ teplotě, a tlaku, v proudu 321. Tyto podmínky proudů jsou nastaveny na okolní teplďju, aby zajistily největší hnací sílu: parní turbinou a tím výrobu , co největšího množství energie? tímto procesem. Čerpadlo 428 stlačuje vodu na mezilehlý; tlak který je přednostně v podstatě v rozsahu od přibližně .300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,2 MPa), a který je výhodněji přibližně 600 psia (4,2 MPa). Póůžití mezilehlého tlaku jako části dvoustupňového zvýšení tlaku chladivá poskytuje řadu výhod. Použití mezilehlého tlaku umožňuje, aby proud 312 o tlaku 1276 psia (8,8 MPa) vstoupil do tepelného výměníku 424 na trubkové straně a proud 322 o tlaku 300 až 600 psia (4,1 MPa) vstoupil do tepelného výměníku 424 na plášťové straně. Tlak na plášťové straně tepelného výměníku 424 při mezilehlém tlaku přibližně 300 až 600 psia (4,1 MPa) •k ř-’·. ' W. .ϋ·5· <k us-619po

je mnohem nižší než běžný tlak vysokotlaké páry 3500 psia (24,1 MPa). To zjednodušuje konstrukci tepelného výměníku 424 a zvýší životnost systému.

Předehřátá napájecí voda kotle o mezilehlém tlaku prochází z tepelného výměníku 424 do čerpadla 430 v kapalném stavu v proudu 323. Čerpadlo 430 zvyšuje tlak předehřáté napájecí vody kotle na tlak, který je přednostně v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa), a který je výhodněji přibližně 3500 psia (24,1 MPa). Napájecí voda kotle prochází reakční komorou 410 a vyměňuje si teplo se spalovaným palivem tak, že spalované palivo předává své spalné teplo vodě a páře v kotlových trubkách. U výhodného provedení je k dispozici dostatečná plocha pro přestup tepla, takže zplodiny spalování opouštějí reakční komoru 410 v proudu 311 při přibližně 820 K či 1016 °F. Napájecí voda kotle je přeměňována na páru a prochází v proudu 325 do parní turbiny 432 pro výrobu elektřiny před průchodem v proudu 320 do kondenzátorů 434. Kondenzovaná voda prochází v proudu 327 do nádrže 426 napájecí vody kotle pro další cirkulaci v proudech 321 až 327.

Vrátíme se k tepelnému výměníku 424. Část konstruovaná pro získání tepla z kouřových plynů je konstruovaná pro činnost při tlaku, který je s výhodou v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa), a který je ještě výhodněji v rozsahu od přibližně 850 psia (5,9 MPa) do přibližně 1276 psia (8,8 MPa). Tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala ze zplodin spalování při teplotě, která je přednostně nad přibližně 450 °F (232 °C), a která je výhodněji nad 500 °F (260 °C) . Jedna důležitá výhoda činnosti reakční komory a tepelného výměníku při zvýšeném tlaku je, že může být rekuperováno latentní výparné teplo vody ve zplodinách spalování. Při zvýšeném systémovém tlaku je rovnovážná teplota > · • 99 • · · 9 · · us-619po -19nasycené vodní páry a kapaliny pro uvedenou vodní páru také zvýšená na užitečnou teplotu, přednostně nad 450 °F (232 °C) a výhodněji nad 500 °F (260 °C) . V běžných elektrárnách pracujících při nebo blízko atmosférického tlaku nemůže být energie výparného tepla vody vytvářené ve spalovacím procesu ekonomicky rekuperována, protože rovnovážná teplota nasycené vodní páry a kapaliny je pro uvedenou vodní páru přibližně 200 °F (93 °C) až 220 °F (104 °C), která je příliš nízká. Například napájecí voda kotle bude mít běžně teplotu asi 80 °F (27 °C) a množství energie, které napájecí voda kotle může absorbovat je omezeno na změnu entalpie mezi 80 °F (27 °C) a asi 212 °F (100 °C) jestliže by byla možná dokonalá tepelná výměna. Ve skutečnosti dokonalá tepelná výměna není ekonomicky možná a pro dosažení užitečného přenosu tepla je potřebná značná termická hnací síla. To znamená, že množství latentní tepelné energie vody v kouřových plynech, které může být prakticky absorbováno napájecí vodou kotle je výrazně nižší než změna entalpie mezi 80 °F (27 °C) a asi 212 °F (100 °C) . Při běžném systémovém tlaku konvenčních systémů voda kondenzuje při nízké teplotě a jednoduše zde existuje nedostatečná tepelná hnací síla a nedostatečný vzrůst- teploty chladicí tekutiny pro ekonomickou rekuperaci výparného tepla vytvářené vody.

Jak je uvedeno výše, rozumí se, že místo uhlí může být použit topný olej. V tomto případě by se mohlo tvořit méně popela a více vody a teplo rekuperované z latentního výparného tepla by mohlo být větší. Mezilehlý tlak by byl nastaven aby toto kompenzoval.

Kondenzování vody a kyselých plynů v tepelném výměníku 424 také nabízí další výhody. Během kondenzace vody a kyselých plynů, nastává přirozené vymývání částic. Jak jsou nasycené plyny ochlazovány pod bod nasycení, budou popelové částice >· us-619po -20unášené v proudu plynů tvořit zárodky pro tvorbu kapiček. Tento vymývací jev kondenzační změny fáze zlepšuje separaci popelových částic a zlepšuje schopnost systému odstraňovat částice. Tepelný výměník 424 je také navržen a provozován tak, aby výstupní teplota proudu 313 byla vyšší než kritická teplota oxidu uhličitého. To zajišťuje zlepšené oddělováni kondenzované vody a kyselých plynů od oxidu uhličitého a zlepšuje kvalitu vytvořeného a zachyceného oxidu uhličitého.

Ochlazené zplodiny spalování, včetně plynného oxidu uhličitého a kondenzované vody prochází z tepelného výměníku 424 do odlučovače 436 v proudu 313. V odlučovači 436 jsou z proudu plynného oxidu uhličitého separovány kapalná voda, rozpuštěná kyselina a popelové částice. Separovaná voda, kyseliny a prachové částice proudí z odlučovače 436 v proudu 314 do hydrocyklonu 438 kde je popel separován z vody. Popel a část vody proudí z hydrocyklonu v proudu 316 do chladiče 450. Z chladiče 450 ochlazená voda a popel v proudu 317 se připojuje k proudům 334, 332 a 335 kondenzované vody z odlučovačů 444 a 458 a vytváří proud 318, který proudí db zařízení 452 pro snížení tlaku. Pro zpracování výstupního proudu 318 popele a vody mohou být použity separační prostředky jako filtry nebo reverzní osmozní systémy 454. Část vyčištěné vody z hydrocyklonu 438 prochází v proudu 315 do čerpadla 440 a je pak čerpána v proudu 320 zpět do proudu 312 před tepelným výměníkem 424. Přísady jako čpavek, pálené nebo hašené vápno mohou být přidány do této recyklované vody v proudu 319 pro nastavení pH proudu recyklované vody. Výhodou recyklování této vody je okamžitě ochlazený proud 311. Po vstříknutí vody, teplota v proudu 311 poklesne na rovnovážnou teplotu vody kapalina - pára při systémovém tlaku (570 K, 566 °F) nebo blízko k této teplotě. Zjevná tepelná energie ve spalinách vystupujících z reakční komory při 1016 °F (547 °C) může být převedena na latentní teplo ve vodní páře při značně us-619po

-21• 9 9 •9 9999 nižší teplotě. V předmětném systému tato teplota je přibližně

566 °F (297 °C) . Konstrukce a stavba tepelného výměníku 424 pro špičkovou teplotu přibližně 566 °F (297 °C) a tlak na plášť přibližně 600 psia (4,1 MPa) je snadnější než jeho konstrukce pro špičkovou teplotu přibližně 1016 °F (547 °C) a tlak přibližně 1276 psia (8,8 MPa). Vedle výhod spočívajících ve snížení teploty, kondenzace páry má znamenité vlastnosti přenosových charakteristik tepla, přičemž další proud vody pomůže zajistit, že popelové částice jsou plynule proplachovány tepelným výměníkem. ¹

Plynový proud 328, opouštějící odlučovač 436, může obsahovat oxid uhličitý a dusík. Bude tam i kyslík a nějaký NO a SO₂. NO a SO₂ jsou okysličeny zbytkovým kyslíkem v katalyzační vrstvě 456 na NO₂ a S0₃. Proud 329 si vyměňujme ’ teplo s proudem 308 v tepelném výměníku 416. Jak je proud 329 ochlazován na proud 330, další voda kondenzuje z plynné fáze. i

Plně okysličené látky jsou snadno vymývány vodou a přeměňovány Aí

I na znovu získatelné materiály. Tato voda a kyselina je znovu ;

získána v proudu 332. Znovuzískané NO₂ a SO₃ jsou odděleny db 'ir proudů 331 a 332 v odlučovači 458. Ochlazený oxid .uhličitý, dusík a kyslík vstupují do kondenzátorů 442 v proudu 331.

Proud 343 může být použit pro zajištění nastavení pH a ostatních chemikálií podle potřeby. Takové přídavné chemikálie mohou být použity pro úpravu kondenzovaných kyselin. Po dosažení rosného bodu, oxid sírový S0₃ reaguje s vodou a vytváří kyselinu sírovou, která kondenzuje do kapalné fáze. NO₂ může reagovat s vhodným redukčním činidlem jako je kyselina mravenčí nebo hydroxylamin pro vytvoření plynného dusíku podle hydrotermálních reakcí:

4NH₂OH+NO₂>2 Xn₂ + 6H₂O nebo • · » i * » · * i »·· · · · · • * » » ·

.. ·· ···· us-619po -224HCOOH+2NO₂>N₂+4H₂O+4CO₂

Další potenciální reakce je použití kyseliny šťavelové a hydroxylaminu pro přeměnu oxidů dusíku na dusičnan amonný bez následného produkování oxidu dusného:

H00CC0OH+2NH₂0H+2N0₂>2NH₄N0₃+2C0₂

Separace oxidů síry a dusíku z celkového plynového proudu nastává jako vlastní současná součást činnosti systému podle vynálezu. Rekuperace výparného tepla vytvořené vody a kondenzace oxidu uhličitého tvoří dvě oddělené operace fázové přeměny, které poskytují dostatečnou příležitost a hnací sílu pro přeměnu a oddělení oxidů dusíku a síry.

V alternativním provedení, znázorněném na obr. 9, voda, popel a kondenzovaná kyselina v proudu 512 jsou jednoduše ochlazeny a odstraněny ze systému prostřednictvím nádob pro snížení tlaku nebo jiných prostředků pro snížení tlaku. Je vysoce pravděpodobné, že oxidy vápníku a hořčíku v uhelném popelu budou reagovat s kyselinou sírovou ve vodě a produkovat síran vápenatý a síran hořečnatý. Vytvořená voda bude upravena a vypuštěna nebo použita jako chladicí voda.

Vraťme se k provedení znázorněnému na obr. 5, kde plynný oxid uhličitý opouští odlučovač 458 v proudu 311. Proud 331 prochází do kondenzátoru 442 kde oxid uhličitý je v podstatě kondenzován a zkapalněn. Zkapalněný oxid uhličitý v proudu 333 může pak procházet do odpařovacího chladiče 444 kde část proudu může být prudce odpařena pro ochlazení zbytku proudu.

V přednostním provedení je prudce odpařeno přibližně 20 procent oxidu uhličitého. Při prudkém odpaření kapalný oxid uhličitý se ochladí podle Joule-Thomsonova jevu. Tento chladicí účinek může být použit k ochlazení zbytku kapalného oxidu uhličitého v proudu 336. Nekondenzovatelné plyny, jako dusík, přebytečný kyslík a argon, jsou také vyčištěny us-619po

-23v odpařovacím chladiči a vypuštěny vypouštění je odborníkům v oboru nezbytné používat čistý kyslík. Místo toho systém může používat 90 až 96% kyslík produkovaný tlakovým otočným adsorpčním zařízením nebo může používat vzduch nebo kyslíkem obohacený vzduch. Produkovaný a recyklovaný kapalný oxid uhličitý prochází v proudu 336 tepelným výměníkem 422 a prochází v proudu 338 do čerpadla 466, které předává oxid uhličitý v proudu 341 a 340 do zásobníku 412 k přepravě 448. Rozumí se, že není nutné kondenzovat všechen oxid uhličitý v proudu 331 . Místo toho část plynného oxidu uhličitého může být recyklována pro míšeni s kyslíkem před reakční komorou 410. To snižuje zatížení tepelného výměníku a vypouštění tepla.

v proudu 337. U tohoto zřejmé, že nemusí bvt

Volitelné použití přebytečného kapalného oxidu uhličitého je popsáno na obr. 10. Přebytek kapalného oxidu uhličitého může být použit pro zajištění hnací energie požadované pro výrobu kapalného kyslíku. V tomto provedení, kapalný oxid uhličitý z ukládací nádrže 812 prochází v proudu 751 do čerpadla 814 kde je čerpán na tlak vyšší než je jeho: .kritický tlak (přibližně 7,382 MPa nebo 1071 psia) . Vysokotlaký oxid uhličitý pak prochází v proudu 752 do tepelného výměníku 816 kde je zahříván odpadním, teplem nad kritický bod. Protože kritická teplota oxidu uhličitého je tak nízká (304,19 K nebo 87,5 °F) odpadní teplo může být použito pro přeměnu stlačeného kapalného oxidu uhličitého na plynný oxid uhličitý. Toto teplo může pocházet z různých částí elektrárny nebo z tepla vytvářeného vzduchovými a kyslíkovými kompresory 812 v zařízení na dělení vzduchu. Vysokotlaký plynný oxid uhličitý pak prochází turbinou 820 pro výrobu hnací energie pro pohon kompresorů 817 v zařízení na dělení vzduchu. To může být vícestupňová operace s přídavným ohříváním oxidu uhličitého mezi mezilehlými stupni. Spotřebovaný oxid uhličitý .může být us-619po

-2499 9· > * · ;

• · * · uvolněn do atmosféry v místě 822 a produkovaný kapalný kyslík může procházet v proudu 753 vyrovnávací částí zařízení 824 na dělení vzduchu s ventilem 824 a čerpadlem 826 do zásobní nádrže 818. Tento přístup využívá výborné přirozené vlastnosti oxidu uhličitého.

Vyrovnávání zatížení exportu elektrické energie je dosahováno změnou množství elektrické energie směrované na výrobu kyslíku. V denním cyklu, během nízké spotřeby elektrické energie je větší část výstupního výkonu elektrárny věnována na výrobu kapalného kyslíku. Během period špičkové spotřeby elektrické energie je uložený kapalný kyslík využíván a do zařízení na dělení vzduchu je směrována menší část elektrické energie z elektrárny.

Jsou zamýšleny další modifikace, změny a nahrazování předchozího a v některých případech, některé znaky vynálezu budou využity bez odpovídajícího použití ostatních znaků.. Například recyklování vody pomocí proudů jako 12 0, 12.3 a 315 nemusí být nebo může být použito, ve spojení s ostatními konstrukcemi. Také dvoustupňové zvyšování tlaku chladivá pomocí proudů 139 až 144, 321 až 324 a 521 až 524 nemusí být nebo může být použito ve spojení s ostatními konstrukcemi. Dále umístění tepelných'Výměníků se může velmi měnit a různé proudy mohou být vedeny do určitých tepelných výměníků v jakémkoliv počtu konfigurací. Navíc systém může být použit s nebo bez kombinování oxidu uhličitého s palivem, kyslíkem, nebo vzduchem před reakční komorou nebo v reakční komoře. Dále se ještě rozumí, že nemusí být používáno zachycování oxidu uhličitého a jeho separace a zachycování a separace vody. Podobně nemusí být používány selektivní katalytická redukce nebo katalytická oxidace. Dále se ještě rozumí, že všechny příklady a kvantitativní hodnoty a rozsahy jako teploty a tlaky jsou udávány pro ilustraci a nejsou zamýšleny jako • » us-619po -25omezení pokud se týká rozsahu vynálezu. V souladu s tím je třeba připojené nároky vykládat široce a způsobem shodným s rozsahem vynálezu.

Na obr. 11 vztahová značka 900 odpovídá alternativnímu provedení integrovaného systému podle vynálezu. V tomto provedení je palivem tuhé fosilní palivo, obsahující popel nebo popel vytvářející materiály, jako je černé uhlí. S mírnou modifikací zařízení vstupu paliva, může být stejné provedení použito pro kapalná paliva, obsahující popel nebo popel tvořící materiály, jako je těžký olej a ropa. Palivo je částečně oxidováno nebo zplynováno pro vytvoření syntetického plynu s obsahem energie. Vytvoření syntetického plynu používá nižší než stechiometrické množství kyslíku a proto vyžaduje méně okysličovadla než úplné spalování.

Pevný popel nebo palivo obsahující materiál vytvářející popel, jako uhlí, je zaveden do kulového mlýna nebo podobného zařízení 1002, které mele pevné palivo na prášek. Z kulového mlýna prochází pevné palivo do podávacího čerpadla 1004 -á--prochází v proudu 901 při systémovém, nebo mu blízkém, tlaku, do mí sice 1006. Pro systém znázorněný na obr. 11 je systémový tlak přednostně v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa) a je výhodněji v podstatě v rozsahu od přibližně 870 psia (6 MPa) do přibližně 1276 psia (8,8 MPa). Tento tlakový rozsah umožňuje použití standardní konstrukce zařízení a zahrnuje kritický tlak oxidu uhličitého (1071 psi nebo 7,382 MPa). V pozdějších stádiích předmětného systému, když voda a oxid uhličitý jsou postupně kondenzovány, tento rozsah systémového tlaku umožňuje kondenzaci oxidu uhličitého při nejvyšších možných teplotách. Kondenzace vody je dosažena při efektivní teplotě, přičemž optimalizuje systémový tlak a minimalizuje celkové investiční náklady. Ačkoliv je probírán přítomný systém používající jako palivo • ·

·*· « 9 • · « • · · • ·

uhlí, rozumí se, že mohou být v systému použita jiná paliva jako topný olej. Samozřejmě, jestliže je zařízení projektováno pouze pro provoz s topným olejem, kulový mlýn 1002 a podávači čerpadlo 1004 mohou být vynechány a na jejich místo může být vloženo vysokotlaké olejové čerpadlo.

Jak bude podrobněji probráno níže je kapalný oxid uhličitý přidán do směšovače v proudu 904. Voda, smáčedla, modifikátory pH a ostatní chemikálie mohu být také přidány ve směšovači. Po smísení smíšené palivo a oxid uhličitý postupují v proudu 902 do čerpadla 1008 před průchodem reakční nebo spalovací komorou 1010 v proudu 907. Směs paliva a oxidu uhličitého může být před reakční komorou také kombinována s okysličovadlem viz.obr. 9. V případě topného oleje směšovač může, ale nemusí být použit a to v závislosti na vlastnostech topného oleje. S výhodou může být před přivedením do reakční komory vytvořena emulze topného oleje a kapalného oxidu uhličitého. Voda a smáčedla mohou potenciálně pomoci při vytváření emulzí paliva o nízké viskozitě a přiměřené stabilitě. Směšovač nemusí být nutný zejména pro topné oleje, protože když oxid uhličitý a uhelná směs nebo oxid uhličitý a emulze topného oleje vstoupí do reakční komory a vzplane, rychlá expanze a fázová změna oxidu uhličitého zajistí mohutné mechanické smykové a rozptylující síly podporující směšování.

Kapalný oxid uhličitý je uložen v zásobníkové nádrži 1012. Kapalný oxid uhličitý proudí ze zásobníkové nádrže 1012 do čerpadla 1014 v proudu 903 a čerpadlo 1014 zvyšuje tlak kapalného oxidu uhličitého na systémový tlak. Za čerpadlem 1014 kapalný oxid uhličitý prochází v proudech 904 a 908 do směšovače 1006 a tepelného výměníku 1016. V přednostním provedení postačující oxid uhličitý prochází do mísiče v proudu 904 pro zajištění v podstatě stejné hmotnosti oxidu uhličitého a uhlí v směšovači. V přednostním provedení oxid ·· • · · • · · » 9 ··♦

I · · * C * * us-619po

-27• 4 *· · · · • · * • · · · • · « ·· ··*· uhličitý v proudu 908 je ze začátku proud kapalného oxidu uhličitého. Pro dosažení dobrého směšování s plynným kyslíkem v proudu 906 je dávána přednost odpaření oxidu uhličitého v proudu 908 před jeho směšováním s kyslíkem v proudu 906. To může být dosaženo průchodem proudu 908 do tepelného výměníku 1016 před tím, než oxid uhličitý postoupí v proudu 909 do proudu 906 pro smíšení s kyslíkem pro vytvoření proudu 910.

Kapalný kyslík je uložen v zásobníkové nádrži 1018. Stlačený plynný kyslík může být obdržen stlačením kapalného kyslíku a pak jeho zahřátím a odpařením na přibližně 240 K v protiproudem tepelném výměníku (není znázorněn). Chladný kapalný kyslík může být použit při chlazení zpracovacích proudů v zařízení pro dělení vzduchu. Stlačený plynný kyslík v proudu 905 je dále zahříván v tepelném výměníku 1022, který je použit k chlazení vytvořeného oxidu uhličitého. Stlačený kyslík vychází z tepelného výměníku 1022 v proudu 906 a je připraven pro směšování s oxidem uhličitým v proudu 909. Množství kyslíku v proudu 906 je určeno dodávaným množstvím paliva a očekávanými zplodinami spalování. V přednostním provedení jsou dodávaná množství paliva a kyslíku řízena, aby poskytovala stechiometrický poměr mezi palivem a kyslíkem požadovaný pro optimální zplynění paliva. Před vstřikováním do reakční komory 1010 je plynný kyslík v proudu 906 směšován s plynným oxidem uhličitým v proudu 909 pro snížení špičkových koncentrací kyslíku v reakční komoře. U výhodného provedení jsou použity stejné hmotnosti kyslíku v proudu 906 a oxidu uhličitého v proudu 909.

V reakční komoře 1010 jsou palivové a oxidační proudy slučovány v řadě spalovacích kroků za nedostatku okysličovadla pro ovládání špičkových teplot a přenosu tepla. I když je rozředěn velkým množstvím oxidu uhličitého, parciální tlak kyslíku v reakční komoře bude dostatečně vysoký v blízkosti • 9 us-619po

-28vstupních trysek. Zapalovač (není znázorněn) může sestávat z elektricky zahřívaného žáruvzdorného bloku v těsné blízkosti palivových a okysličovacích proudů nebo z chemikálie jako je triethylaluminium, které se samovznítí při vystavení působení kyslíku. Jestliže není přítomen dusík nejsou vytvářeny plyny N0_x. Jestliže je přítomen dusík mohou být vytvářeny N0_x. Mimo jiné zplodiny částečného spalování nebo oxidace a konverzních reakcí vodního plynu obsahují spaliny jako je oxid uhelnatý, vodík, oxid uhličitý metan a vytvořená voda ve formě páry a částice popela. Zplodiny částečného spalování nebo zplynování opouštějí reakční komoru v proudu 911 a procházejí do tepelného výměníku 1024, kde tepelný výměník 1024 odejme teplo z proudu 911 a převede ho do proudu 923, který tvoří část smyčky napájecí vody kotle a páry.

Chladivo jako je napájecí voda kotle a pára cirkuluje v proudech 921 až 927. Voda je uložena při teplotě a tlaku okolí v nádrži 1026 kotlové vody. Voda prochází z nádrže 1026 kotlové vody do čerpadla 1028 při okolní teplotě a tlaků v proudu 921. Tyto podmínky proudu jsou nastaveny na okolní teplotu, aby zajistily největší hnací sílu parní turbinou a tím výrobu nejvíce energie tímto procesem. Čerpadlo 1028 stlačuje vodu na mezilehlý tlak, který v podstatě v rozsahu od . přibližně 300 psia je přednostně (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa), a který je výhodněji přibližně 600 psia (4,1 MPa). Použití mezilehlého tlaku jako části dvoustupňového zvýšení tlaku chladivá poskytuje řadu výhod. Použití mezilehlého tlaku umožňuje, aby proud 912 o tlaku 1276 psia (8,8 MPa) vstoupil do tepelného výměníku 1024 na trubkové straně a proud 922 o tlaku 300 až 600 psia (2,1 až 4,1 MPa) vstoupil do tepelného výměníku 1024 na plášťové straně. Tlak na plášťové straně tepelného výměníku 1024 při mezilehlém tlaku přibližně 300 až 600 psia (2,1 až 4,1 MPa) je mnohem nižší než běžný tlak vysokotlaké páry 3500 .psia us-619po

(24,1 MPa). To zjednodušuje konstrukci tepelného výměníku 1024 a zvyšuje životnost systému.

Předehřátá napájecí voda kotle o mezilehlém tlaku prochází z tepelného výměníku 1024 do čerpadla 1030 v kapalném stavu v proudu 923. Čerpadlo 1030 zvyšuje tlak předehřáté napájecí vody kotle na tlak, který je s výhodou v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa), a který je výhodněji přibližně 3500 psia (24,1 MPa) . Napájecí voda kotle prochází reakčni komorou 1010 a vyměňuje si teplo se spalovaným palivem tak, že spalované palivo předává své spalné teplo vodě a páře v kotlových trubkách. V přednostním provedení je k dispozici dostatečná plocha pro přestup tepla, takže zplodiny spalování opouštějí reakčni komoru 1010 v proudu 911 při přibližně 820 K či 1016 °F. Napájecí voda kotle je přeměňována na páru a prochází v proudu 925 do parní turbiny, kotle nebo elektrárny 1032 s kombinovaným cyklem pro výrobu elektřiny před průchodem v proudu 920 do kondenzátorů 1034. Kondenzovaná voda prochází v proudu 927 do nádrže 1026 napájecí vody kotle pro další cirkulaci v proudech 921 až 927.

Vraťme se k tepelnému výměníku 1024. Část konstruovaná pro získání tepla z kouřových plynů je konstruovaná pro činnost při tlaku, který je přednostně rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa), a který je výhodněji v podstatě v rozsahu od přibližně 850 psia (5,9 MPa) do přibližně 1276 psia (8,8 MPa) . Tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala ze zplodin spalování při teplotě, která je přednostně nad přibližně 550 °F (288 °C) , a která je výhodněji nad 500 °F (260 °C) . Jedna důležitá výhoda činnosti reakčni komory a tepelného výměníku při zvýšeném tlaku je, že může být rekuperováno latentní výparné teplo vody ve zplodinách spalování. Při zvýšeném systémovém tlaku je rovnovážná teplota • ·

us-619po -3 0nasycené vodní páry a kapaliny pro uvedenou vodní páru také zvýšená na užitečnou teplotu (s výhodou nad 550 °F, 288 °C) a výhodněji nad 500 °F (260 °C) ) . V běžných elektrárnách, pracujících při nebo blízko atmosférického tlaku, nemůže být energie výparného tepla vody, vytvářené ve spalovacím procesu, ekonomicky rekuperována, protože rovnovážná teplota nasycené vodní páry a kapaliny je pro uvedenou vodní páru přibližně 200 °F (93 °C) až 220 °F (104 °C) , která je příliš nízká. Například napájecí voda kotle bude mít běžně teplotu asi 80 °F (27 °C) a množství energie, které napájecí voda kotle může absorbovat je omezeno na změnu entalpie mezi 80 °F (27 °C) a asi 212 °F (100 °C) , jestliže by byla možná dokonalá tepelná výměna. Ve skutečnosti dokonalá tepelná výměna není ekonomicky možná a pro dosažení užitečného přenosu tepla je potřebná značná termická hnací síla. To znamená, že množství latentní tepelné energie vody v kouřových plynech, které může být prakticky absorbováno napájecí vodou kotle je výrazně nižší než změna entalpie mezi 80 °F (27 °C) a asi 212 °F (100 °C) . Při běžném systémovém tlaku konvenčních systémů voda kondenzuje při nízké teplotě a jednoduše zde existuje nedostatečná tepelná hnací síla a nedostatečný vzrůst teploty chladicí tekutiny pro ekonomickou rekuperaci výparného tepla vytvářené vody.

Jak je uvedeno výše, rozumí se, že místo uhlí· může být použit topný olej, a v tom případě by se mohlo tvořit méně popela a více vody a teplo rekuperované z latentního výparného tepla by mohlo být větší. Mezilehlý tlak by mohl být nastaven, aby to kompenzoval.

Kondenzování vody a kyselých plynů v tepelném výměníku 1024 také nabízí další výhody. Během kondenzace vody a kyselých plynů, nastává přirozené vymývání částic. Jak jsou nasycené plyny ochlazovány pod bod nasycení budou popelové ·· ···· us-619po -31“ částice, unášené v proudu plynů tvořit zárodky pro tvorbu kapiček. Tento vymývací jev kondenzační změny fáze zlepšuje separaci popelových částic a zlepšuje schopnost systému odstraňovat částice. Tepelný výměník 1024 je také navržen a provozován tak, aby výstupní teplota proudu 913 byla vyšší než kritická teplota oxidu uhličitého, čpavku, sirovodík, karbonylsulfidu, sirouhlíku a oxidu uhelnatého. To zajišťuje zlepšené oddělování kondenzované vody a síru obsahujících plynů od syntetického plynu a zlepšuje kvalitu vytvořeného a zachyceného syntetického plynu a oxidu uhličitého.

Ochlazený syntetický plyn nebo zplodiny částečného spalování, včetně plynného oxidu uhličitého, vodíku čpavku, oxidu uhelnatého, metanu, sirovodíku, karbonylsulf idu·, sirouhlíku a kondenzované vody, prochází z tepelného výměníku 1024 do odlučovače 1036 v proudu 913. V odlučovači 1036 jsou z proudu syntetického plynu separovány, kapalná voda, popelové částice a některé rozpuštěné plyny. Separovaná voda, kyseliny a prachové částice proudí z odlučovače 1036 v proudu 914 do hydrocyklonu'1038, kde je popel separován z vody. Popel a část vody proudí z hydrocyklonu v proudu 916 do chladiče 1050.. Odtud ochlazená voda a popel proudí v proudech 917 a 918 do separačních prostředků jako je filtr 1052 a systém 1053 reverzní osmózy, a odlučovač 1054. Kyselé plyny získané z konečné odpadové vody jsou vraceny ke zpracování do Klausova zařízení 1055. Další část vody z hydrocyklonu prochází v proudu 915 do čerpadla 1040 a je pak čerpána v proudu 920 zpět do proudu 911 před tepelným výměníkem 1024. Přísady jako kyslík, čpavek, pálené nebo hašené vápno mohou být přidány do této recyklované vody v proudu 919 pro nastavení pH proudu recyklované vody. Výhodou recyklování této vody je okamžitě ochlazený proud 911. Po vstříknutí vody, teplota v proudu 911 poklesne na rovnovážnou teplotu vody kapalina - pára, nebo na teplotu blízkou této teplotě, při systémovém tlaku (570 K, ·· ···· us-619po -32566 °F) . Zjevná tepelná energie ve spalinách vystupujících z reakční komory při 1016 °F (547 °C) může být převedena na latentní teplo ve vodní páře při značně nižší teplotě. V předmětném systému je tato teplota přibližně 566 °F (297 °C) . Konstrukce a stavba tepelného výměníku 1024 pro špičkovou teplotu přibližně 566 °F (297 °C) a tlak na plášť přibližně 600 psia (4,1 MPa) je snadnější než jeho konstrukce pro špičkovou teplotu přibližně 1016 °F (547 °C) a tlak přibližně 1276 psia (8,8 MPa). Navíc k výhodám snížení teploty, má kondenzace páry znamenité vlastnosti přenosu tepla a další proud vody pomůže zajistit, že popelové částice jsou plynule proplachovány tepelným výměníkem.

Plynový proud 928 opouštějící odlučovač 1036 může obsahovat syntetický plyn, oxid uhličitý a dusík. Syntetický plyn může obsahovat vodík, metan, NH₃, NO, H₂S, COS CS₂ 'a potenciálně SO₂. COS a CS₂ jsou redukovány reakcí s vodíkem v katalyzátorové vrstvě 1056 na CH₄ , H₂0 a H₂S. Katalyzátorová vrstva může být také použita k dosažení konverzní operace pro přeměnu oxidu uhelnatého a vody na oxid uhličitý a vodík'. Proud 929 si vyměňuje teplo s proudem 908 v tepelném ;výměníku 1016. Proud 943 může být použit pro zajištění nastavení pH a ostatních chemikálií podle potřeby. Takové přísady chemikálií mohou být využity k úpravě kondenzovaných kyselin a plynů obsahujících síru. Jak je proud 929 ochlazován na proud 930 bude z plynné fáze kondenzovat další voda. Při teplotě pod 100 °F (38 °C) a tlaku nad 600 psia (4,1 MPa) mohou H₂S, COS a CS₂ kondenzovat na kapaliny. Část H₂S je snadno vymývána vodou a přeměněna na izolovatelné materiály. Tato voda a rozpuštěný a kondenzovaný proud kyselého plynu je izolován v proudu 932. Kondenzované a izolované NH₃, H₂S, COS a CS₂ jsou odděleny do proudů 931 a 932 v odlučovači 1058. Ochlazený oxid uhličitý, oxid uhelnatý, metan, dusík a vodík vstupují do kondenzátorů 1042 v proudu 931.

• ·· · · us-619po -33“

Separace plynů, obsahujících síru, z celkového plynového proudu nastává jako vlastní současná součást činnosti, systému. Rekuperace výparného tepla vytvořené vody a kondenzace oxidu uhličitého tvoří dvě oddělené operace fázové přeměny, které poskytují dostatečnou příležitost a hnací sílu pro přeměnu, shromažďování a oddělení plynů obsahujících oxidy dusíku a síru.

V provedení znázorněném na obr. 11 opouští syntetický plyn odlučovač 1058 v proudu 931. Proud 931 prochází do kondenzátorů 1042, kde jsou v podstatě kondenzovány a zkapalněny oxid uhličitý a sirovodík. Zkapalněný oxid uhličitý a sirovodík v proudu 933 mohou pak procházet do odlučovače 1044, kde jsou kapalný oxid uhličitý a sirovodík odděleny od syntetického plynu a v proudu 934 poslány do Klausova zařízení 1055 pro přeměnu na elementární síru. V případě, kde je k dispozici přídavné chlazení proudu 935 syntetického plynu tepelnou výměnou s kyslíkovým proudem 905 v tepelném výměníku 1022, může být kondenzován další oxid uhličitý a odstraněn v proudu 938 v odlučovači 1045. Nekondenzovatelné syntetické plyny jako je dusík, oxid uhelnatý, metan, dusík,. vodík a argon j sou shromažďovány z odlučovače 1045 a směrovány do elektrárny 1032 s kombinovaným cyklem v proudu 937. Použití syntetického plynu v elektrárně s kombinovaným plynovou turbinu a výhodné provedení.

syntetický plyn použit přímo v parním kotli. Tento parní kotel, vytápěný syntetickým plynem může být spojen s tokem horké vody nebo páry v proudu 925 nebo na něm nezávislý. Protože syntetický plyn může být směsí hořlavých plynů a nehořlavých plynů, je odborníkům jasné, že nemusí být nutné použít čistý kyslík v počátečním zplyňovacím nebo částečně spalovacím kroku. Místo toho může systém použít 90 až 96 % kyslíku produkovaného tlakovými otočnými adsorpčními cyklem, turbinu být obsahuj ícím představuj e kotel a parní Alternativně může • · us-619po - 3 4 zařízeními nebo může být použit vzduch nebo kyslíkem obohacený vzduch. Vytvořený a recyklovaný kapalný oxid uhličitý prochází v proudu 935 tepelným výměníkem 1022, prochází v proudu 936 odlučovačem 1045 a prochází v proudu 938 do čerpadla 1046, které podává oxid uhličitý v proudu 910 a 940 do zásobníku 1012 a k dopravě 1048. Rozumí se, že není nutné kondenzovat všechen oxid uhličitý v proudu 931. Místo toho část plynného oxidu uhličitého může být recyklována do směsi s kyslíkem před reakční komorou 1010. To zmenšuje zatížení tepelného výměníku a vypouštění tepla.

Claims (29)

1. Způsob provozování elektrárny, zahrnující: přivedení paliva do reakční komory; přivedení oxidantu do reakční komory;

oxidování paliva v reakční komoře při prvním tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa) a zavedení chladivá do reakční komory s tepelnou výměnou s palivem a oxidantem.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že palivem je fosilní palivo.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že první tlak je v podstatě v rozsahu od přibližně 850 psia (5,9 MPa) do přibližně 1276 psia (8,8 MPa).

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oxidant zahrnuje kyslík a oxid uhličitý. ...... _ —

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oxidant zahrnuje vzduch a oxid uhličitý.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že oxidace paliva vytváří zplodiny oxidace a dále zahrnuje:

zavedení zplodin oxidace z reakční komory do tepelného výměníku a kondenzování vody ze zplodin oxidace v tepelném výměníku při druhém tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa) .

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že dále zahrnuj e:

separaci alespoň části kondenzované vody ze zplodin oxidace a us-619po

-36navrácení alespoň části separované kondenzované vody do zplodin oxidace před tepelný výměník.

8. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že dále zahrnuj e:

přivedení chladivá z prvního čerpadla do tepelného výměníku při prvním tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa);

přivedení chladivá z tepelného výměníku do druhého čerpadla a přivedení chladivá do reakční komory při druhém tlaku v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa).

9. Způsob spalování fosilního paliva, zahrnující: přivedení fosilního paliva do spalovací komory; přivedení oxidantu do spalovací komory;

spalování fosilního paliva ve spalovací komoře při prvním tlaku a přivedení chladivá se vstupní teplotou do spalovací komory s tepelnou výměnou se spalovaným fosilním palivem;

přičemž první tlak je roven nebo vyšší než tlak v rovnovážné soustavě kapalina-pára oxidu uhličitého při vstupní teplotě chladivá.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že oxidant zahrnuje kyslík a oxid uhličitý.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že první tlak je v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa).

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že dále zahrnuj e:

přivedení zplodin spalování ze spalovací komory do tepelného výměníku a

0 · 0 us-619po

0 · ·

00 0000 kondenzování vody ze zplodin spalováni při druhém tlaku v tepelném výměníku, přičemž druhý tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala ze zplodin spalování při teplotě nad přibližně 450 °F (232 °C).

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že druhý tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala ze zplodin spalování při teplotě nad přibližně 500 °F (260 °C).

14. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že dále zahrnuje navrácení alespoň části kondenzované vody do zplodin spalování před tepelným výměníkem.

15. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že dále zahrnuje:

přivedení chladivá z prvního čerpadla do tepelného výměníku při prvním tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa);

přivedení chladivá z tepelného výměníku do druhého čerpadla a přivedení chladivá z druhého čerpadla do spalovací komory při druhém tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa).

16. Způsob provozování elektrárny, zahrnující: přivedení paliva do reakční komory; přivedení oxidantu do reakční komory;

oxidování paliva v reakční komoře pro tvorbu zplodin oxidace;

přivedení chladivá do reakční komory za vzájemné tepelné výměně mezi palivem a oxidantem;

přivedení zplodin oxidace z reakční komory do tepelného výměníku a kondenzování vody ze zplodin oxidace v tepelném výměníku při tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa) .

9 · us-619po -3817. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že dále zahrnuj e:

přivedeni chladivá z prvního čerpadla do tepelného výměníku při prvním tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa);

přivedení chladivá z tepelného výměníku do druhého čerpadla a přivedení chladivá z druhého čerpadla do reakční komory při druhém tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa).

18. Způsob provozování elektrárny, zahrnující: přivedení paliva do reakční komory; přivedení oxidantu do reakční komory;

oxidování paliva v reakční komoře pro tvorbu zplodin oxidace;

přivedení zplodin oxidace z reakční komory do tepelného výměníku;

kondenzování vody ze zplodin oxidace v tepelném výměníku/, přivedení chladivá z prvního čerpadla do tepelného výměníku při prvním tlaku;

přivedení chladivá z tepelného výměníku do druhého čerpadla a přivedení chladivá z -druhého čerpadla do réakční komory při druhém tlaku vyšším než první tlak.

19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že první tlak je v podstatě v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa) a druhý tlak je v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa).

20. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že voda se kondenzuje ze zplodin oxidace v tepelném výměníku při tlaku us-619po -39v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa).

21. Způsob provozování elektrárny, obsahující: přivedení fosilního paliva do spalovací komory; přivedení oxidantu do spalovací komory;

spalování fosilního paliva ve spalovací komoře při prvním tlaku a přivedení chladivá za vzájemné tepelné výměny se spalovaným fosilním palivem a tepelnou jímkou s první 'teplotou; .

přičemž první tlak je roven nebo vyšší než rovnovážný tlak mezi kapalinou a párou oxidu uhličitého při první teplotě tepelné jímky.

22. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že oxidant zahrnuje kyslík a oxid uhličitý.

23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že první tlak je v podstatě v rozsahu od přibližně 700 psia (4,8 MPa) do přibližně 2000 psia (13,8 MPa).

24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že dále zahrnuj e:

přivedení zplodin spalování ze spalovací komory do tepelného výměníku a kondenzování vody ze zplodin spalování při druhém tlaku v tepelném výměníku, přičemž druhý tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala ze zplodin spalování při teplotě nad přibližně 450 °F (232 °C).

25. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že druhý tlak je zvolen tak, aby voda kondenzovala ze zplodin spalování při teplotě nad přibližně 500 °F (260 °C) .

i v, o

• 4 ·· β «

Λ · • · »»· ·«· «« «« > · · ·

4 4 4 · • · *·· « · · » 4 +4 us-619po -4026. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že dále zahrnuje navrácení alespoň části kondenzované vody do zplodin spalování před tepelný výměník.

27. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že dále zahrnuj e:

přivedení chladivá z prvního čerpadla do tepelného výměníku při prvním tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 300 psia (2,1 MPa) do přibližně 600 psia (4,1 MPa);

přivedení chladivá z tepelného výměníku do druhého čerpadla- a přivedení chladivá z druhého čerpadla do spalovací komory při druhém tlaku v podstatě v rozsahu od přibližně 2000 psia (13,8 MPa) do přibližně 5000 psia (34,5 MPa).

28. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že zplodiny spalování zahrnuj í zplodiny částečného spalování přičemž dále zahrnuje:

přivedení zplodin částečného spalování do kotle.

29. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že zplodiny spalování zahrnují zplodiny částečného -spalování přičemž dále zahrnuje:

přivedení zplodin částečného spalování do plynové turbiny.

30. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že zplodiny spalování zahrnují zplodiny částečného spalování, přičemž dále obsahuje:

přivedení zplodin částečného spalování do elektrárny s kombinovaným cyklem.

31. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že zplodiny spalování zahrnuji zplodiny částečného spalování přičemž dále obsahuje:

přivedení zplodin částečného spalování do zařízení pro chemickou syntézu.