JP2013537283A - 窒素ガス作動流体を使用する高効率発電(powergeneration)のためのシステムおよび方法 - Google Patents
窒素ガス作動流体を使用する高効率発電(powergeneration)のためのシステムおよび方法 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】図1
Description
・ブレイトンサイクルであって、空気と共に燃料を燃焼させ、サイクル内の主な成分が窒素である、ブレイトンサイクルにおいて、無灰ガス燃料(たとえば、天然ガスなど)または無灰液体燃料(たとえば、留出燃料など)を使用した電力(electric power)の発生、
・高効率を達成するために別個のランキン蒸気サイクルがないこと、
・現行の最良のガスタービンコンバインドサイクルシステムとほぼ同じ(またはそれよりよい)、低位発熱量(lower heating value)(LHV)ベースの正味の効率での電力の生産、
・システムが比較的コンパクトなフォームファクタを規定し、また、比較的少なく費用がかかることを可能にする場合がある高圧、
・システムが、500MWより大きい電力出力を有する単一トレインユニットならびに比較的コンパクトなユニットを提供するようにカスタマイズされうること、
・圧縮予熱空気ストリーム内での燃料のほぼ化学量論的燃焼を使用することによってCO2の濃度が10%〜12%モル濃度の範囲内にあるベントガスからのCO2捕捉の容易さ、
・N2ガスが豊富であるリサイクルストリームによって緩和される排気温度で燃焼器を運転することによって排ガスの低NOXを達成すること
である。
Claims (48)
- 電力生産システムであって、
第1の燃焼ストリームを生成するために、第1のリサイクルストリームの存在下で第1の燃料ストリームおよび第1の空気ストリームを燃焼させるように構成された第1の燃焼器と、
前記第1の燃焼ストリームを膨張させるように構成された第1のタービンと、
前記第1のタービンから第1の放出ストリームの少なくとも一部分を受取るように構成された第1の熱交換器であって、
前記第1の空気ストリームおよび前記第1の放出ストリームから生成される前記第1のリサイクルストリームの少なくとも一部分を加熱するために、前記第1の放出ストリームの前記部分を使用するように構成される、第1の熱交換器と、
第2の燃焼ストリームを生成するために、前記第1の放出ストリームから生成される第2のリサイクルストリームの存在下で第2の燃料ストリームおよび第2の空気ストリームを燃焼させるように構成された第2の燃焼器と、
前記第2の燃焼ストリームを膨張させるように構成された第2のタービンと、
前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱するように構成された第2の熱交換器とを備える電力生産システム。 - 前記第2の熱交換器は、前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱するために、前記第2のタービンから第2の放出ストリームを使用するように構成される請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記第2の熱交換器は、前記第1のリサイクルストリームの第2の部分を加熱するようにさらに構成される請求項1に記載の電力生産システム。
- 第3の燃焼ストリームを生成するために、前記第2のタービンから受取られる第2の放出ストリームの存在下で第3の燃料ストリームおよび第3の空気ストリームを燃焼させるように構成された第3の燃焼器と、
前記第3の燃焼ストリームを膨張させるように構成された第3のタービンとをさらに備える請求項1に記載の電力生産システム。 - 前記第2の熱交換器は、前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱するために、前記第3のタービンから第3の放出ストリームを使用するように構成される請求項4に記載の電力生産システム。
- 前記第2の熱交換器は、前記第3の空気ストリームを加熱するようにさらに構成される請求項5に記載の電力生産システム。
- 前記第2の熱交換器は、前記第1のリサイクルストリームの第2の部分を加熱するようにさらに構成される請求項5に記載の電力生産システム。
- 前記第1のリサイクルストリームを圧縮するように構成されたリサイクル圧縮機をさらに備える請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記第1の放出ストリームの第2の部分は、前記第2の燃焼器に送られる(direct)請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記第2の熱交換器から、冷却された放出ストリームを受取るように構成されたスクラバをさらに備える請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記スクラバは、CO2吸着システムを備える請求項10に記載の電力生産システム。
- 前記第1の空気ストリームおよび前記第2の空気ストリームを生成するために、給送空気ストリームを圧縮するように構成された空気圧縮機システムをさらに備える請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記空気圧縮機システムは、前記第1の空気ストリームを圧縮するように構成された第1の空気圧縮機および前記第2の空気ストリームを圧縮するように構成された第2の空気圧縮機を備える請求項12に記載の電力生産システム。
- 前記第2の空気圧縮機は、前記第1の空気圧縮機が前記第1の空気ストリームを圧縮する前に前記第1の空気ストリームを圧縮するようにさらに構成される請求項13に記載の電力生産システム。
- 前記空気圧縮機システムは、前記第1の燃焼器および前記第2の燃焼器内で実質的に化学量論的な燃焼をもたらすために、前記第1の空気ストリームの流量および前記第2の空気ストリームの流量を制御するように構成される請求項13に記載の電力生産システム。
- 前記空気圧縮機システムは、前記第1の燃焼器および前記第2の燃焼器内で燃焼において最大約5%の過剰のO2をもたらすために、前記第1の空気ストリームの流量および前記第2の空気ストリームの流量を制御するように構成される請求項15に記載の電力生産システム。
- 前記第1の燃料ストリームおよび前記第2の燃料ストリームは、圧縮された炭化水素ガスを含む請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記圧縮された炭化水素ガスはメタンを含む請求項17に記載の電力生産システム。
- 前記第1の空気ストリームおよび前記第2の空気ストリームは、圧縮された周囲空気を含む請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記第1のリサイクルストリームおよび前記第2のリサイクルストリームは、分子ベースで50%より多いN2を含む請求項1に記載の電力生産システム。
- 前記第1の熱交換器を通して送られる前記第1の放出ストリームの部分から液体ストリームを除去するように構成された分離器をさらに備える請求項1に記載の電力生産システム。
- 約1,300℃〜約1,500℃のタービン温度で運転するときに、少なくとも約60%の、低位発熱量ベースの正味の発電効率で運転するように構成される請求項1に記載の電力生産システム。
- 電力を生成するための方法であって、
第1の燃焼ストリームを生成するために、第1のリサイクルストリームの存在下で第1の燃料ストリームおよび第1の空気ストリームを燃焼させること、
第1のタービン内の前記第1の燃焼ストリームを膨張させることであって、それにより、前記第1のタービンを回転させ、電力を生成する、膨張させること、
前記第1のタービンから第1の放出ストリームの少なくとも一部分を第1の熱交換器に送ること、
前記第1の放出ストリームの前記部分を使用することであって、それにより、前記第1の熱交換器によって第1の空気ストリームおよび前記第1の放出ストリームから生成される前記第1のリサイクルストリームの少なくとも一部分を加熱する、使用すること、
第2の燃焼ストリームを生成するために、前記第1の放出ストリームから生成される第2のリサイクルストリームの存在下で第2の燃焼器内で第2の燃料ストリームおよび第2の空気ストリームを燃焼させること、
第2のタービン内で前記第2の燃焼ストリームを膨張させることであって、それにより、電力を生成するように前記第2のタービンを回転させる、膨張させること、
前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを第2の熱交換器に送ること、および、
前記第2の熱交換器によって前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱することを含む方法。 - 前記第2の熱交換器によって前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱することは、前記空気ストリームおよび前記リサイクルストリームを加熱するために前記第2のタービンから第2の放出ストリームを使用することを含む請求項23に記載の方法。
- 前記第2の熱交換器によって前記第1のリサイクルストリームの第2の部分を加熱することをさらに含む請求項23に記載の方法。
- 第3の燃焼ストリームを生成するために、前記第2のタービンから受取られる第2の放出ストリームの存在下で第3の燃焼器内で第3の燃料ストリームおよび第3の空気ストリームを燃焼させること、および、
第3のタービン内で前記第3の燃焼ストリームを膨張させることであって、それにより、電力を生成するように前記第3のタービンを回転させる、膨張させることをさらに含む請求項23に記載の方法。 - 前記第2の熱交換器によって前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱することは、前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱するために前記第3のタービンから第3の放出ストリームを使用することを含む請求項26に記載の方法。
- 前記第2の熱交換器によって前記第3の空気ストリームを加熱することをさらに含む請求項27に記載の方法。
- 前記第2の熱交換器によって前記第1のリサイクルストリームの第2の部分を加熱することをさらに含む請求項27に記載の方法。
- リサイクル圧縮機によって前記第1のリサイクルストリームを圧縮することをさらに含む請求項23に記載の方法。
- 前記第1の放出ストリームの第2の部分を前記第2の燃焼器に送ることをさらに含む請求項23に記載の方法。
- 冷却された放出ストリームを前記第2の熱交換器からスクラバへ送ることをさらに含む請求項23に記載の方法。
- スクラバはCO2吸着システムである請求項32に記載の方法。
- 前記第1の空気ストリームおよび前記第2の空気ストリームを生成するために、空気圧縮機システムによって給送空気ストリームを圧縮することをさらに含む請求項23に記載の方法。
- 前記空気圧縮機システムによって前記給送空気ストリームを圧縮することは、第1の空気圧縮機によって前記第1の空気ストリームを圧縮することおよび第2の空気圧縮機によって前記第2の空気ストリームを圧縮することを含む請求項34に記載の方法。
- 前記空気圧縮機システムによって前記給送空気ストリームを圧縮することは、前記第1の空気圧縮機によって前記第1の空気ストリームを圧縮する前に前記第2の空気圧縮機によって前記第1の空気ストリームを圧縮することを含む請求項35に記載の方法。
- 前記空気圧縮機システムによって前記第1の空気ストリームの流量および前記第2の空気ストリームの流量を制御することであって、それにより、前記第1の燃焼器および前記第2の燃焼器内で実質的に化学量論的な燃焼をもたらす、制御することをさらに含む請求項35に記載の方法。
- 前記空気圧縮機システムによって前記第1の空気ストリームの流量および前記第2の空気ストリームの流量を制御することであって、それにより、前記第1の燃焼器および前記第2の燃焼器内で燃焼において最大約5%の過剰のO2をもたらす、制御することをさらに含む請求項37に記載の方法。
- 前記第1の燃料ストリームおよび前記第2の燃料ストリームは、圧縮された炭化水素ガスを含む請求項23に記載の方法。
- 前記圧縮された炭化水素ガスはメタンを含む請求項38に記載の方法。
- 前記第1の空気ストリームおよび前記第2の空気ストリームは、圧縮された周囲空気を含む請求項23に記載の方法。
- 前記第1のリサイクルストリームおよび前記第2のリサイクルストリームは、分子ベースで50%より多いN2を含む請求項23に記載の方法。
- 分離器によって、前記第1の熱交換器を通して送られる前記第1の放出ストリームの部分から液体ストリームを除去することをさらに含む請求項23に記載の方法。
- 電力は、約1,300℃〜約1,500℃のタービン温度で運転するときに、少なくとも約60%の、低位発熱量ベースの正味の発電効率で運転される請求項23に記載の方法。
- 電力生産システムであって、
空気ストリームを供給するように構成された空気供給部と、
燃料ストリームを供給するように構成された燃料供給部と、
分子ベースで50%より多いN2である燃焼ストリームを生成するためにリサイクルストリームの存在下で前記燃料ストリームおよび前記空気ストリームを燃焼させるように構成された燃焼器であって、
前記空気供給部および前記燃料供給部は、最大約5%の過剰のO2を有する実質的に化学量論的な燃焼を前記燃焼器内でもたらすように構成された比で前記空気ストリームおよび前記燃料ストリームを供給するように構成される、燃焼器と、
前記燃焼ストリームを膨張させるように構成されたタービンと、
前記タービンから放出ストリームの少なくとも一部分を受取るように構成された熱交換器であって、
前記空気ストリームおよび前記放出ストリームから生成される前記リサイクルストリームの少なくとも一部分を加熱するために、前記放出ストリームの前記部分を使用するように構成される、熱交換器とを備える電力生産システム。 - 第2の燃焼ストリームを生成するために、前記放出ストリームから生成される第2のリサイクルストリームの存在下で第2の燃料ストリームおよび第2の空気ストリームを燃焼させるように構成された第2の燃焼器と、
前記第2の燃焼ストリームを膨張させるように構成された第2のタービンと、
前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱するように構成された第2の熱交換器とをさらに備える請求項45に記載の電力生産システム - 分子ベースで50%より多いN2である燃焼ストリームを生成するためにリサイクルストリームの存在下で燃焼器内で燃料ストリームおよび空気ストリームを燃焼させることであって、
前記燃料ストリームと前記空気ストリームの比は、最大約5%の過剰のO2を有する実質的に化学量論的な燃焼をもたらすように制御される、燃焼させること、
タービン内の前記燃焼ストリームを膨張させることであって、それにより、前記タービンを回転させ、電力を生成する、膨張させること、
前記タービンから放出ストリームの少なくとも一部分を熱交換器に送ること、および、
前記放出ストリームの前記部分を使用することであって、それにより、前記熱交換器によって前記空気ストリームおよび前記放出ストリームから生成される前記リサイクルストリームの少なくとも一部分を加熱する、使用することを含む方法。 - 第2の燃焼ストリームを生成するために、前記放出ストリームから生成される第2のリサイクルストリームの存在下で第2の燃焼器内で第2の燃料ストリームおよび第2の空気ストリームを燃焼させること、
第2のタービン内で前記第2の燃焼ストリームを膨張させることであって、それにより、電力を生成するように前記第2のタービンを回転させる、膨張させること、
前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを第2の熱交換器に送ること、および、
前記第2の熱交換器によって前記第2の空気ストリームおよび前記第2のリサイクルストリームを加熱することをさらに含む請求項47に記載の方法。
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