TWI589770B - 使用氮氣工作流體之高效率發電系統及方法 - Google Patents

使用氮氣工作流體之高效率發電系統及方法 Download PDF

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Description

使用氮氣工作流體之高效率發電系統及方法
本揭露內容提供了使用氮氣工作流體與燃料在空氣中燃燒而用於發電的高效率方法。
隨著全世界能源需求繼續成長，對額外的發電程序有不斷增長的需求。現今使用天然氣燃料或蒸餾碳氫化合物燃料來發電之高效率方法是天然氣複循環(natural gas combined cycle,NGCC)系統，其包括布雷頓循環(Brayton Cycle)氣體渦輪以及朗肯循環(Rankine cycle)蒸汽系統。商業上可利用之最大氣體渦輪在國際標準組織(ISO，International Organization for Standardization)的條件下，在大約450MW(百萬瓦)至大約550MW之範圍、以及大約56%至大約60%之範圍的較低熱值效率，可由NGCC系統功率輸出。現今使用燃煤鍋爐加上蒸汽產生器的單套單位是可得的，其可能具有大於1,000MW的功率輸出，其係以現今最好的鍋爐設計與材料、根據最高可達到的蒸汽條件來提供高達大約45%的淨發電效率。具有單套蒸汽渦輪的核反應器在大於1,000MW之功率輸出為可得的。
除了上述之外，美國專利公開號2011/0179799揭露一種使用在高濃度氧氣大氣存在下燃燒的炭質或碳氫化合物燃料之高壓低壓比率電源循環，並且因此需要高純度氧氣來源的供應。經由已對於在熱交換器中 之渦輪排氣流加熱之高溫、高壓以及高度純化的CO2流的再循環而冷卻燃燒產物。
如上所見的，本領域中現存與新興的技術可要求多重循環的使用及/或供燃燒之高度純化材料的供應。因此，對於使用在空氣中燃燒的天然氣或蒸餾燃料的電力系統仍有需求，其可提供來自高達500MW或甚至更高的單套的電力輸出。
本描述的用於發電的系統與方法對於提供高效率發電可以是高度有用的並且可表現一或更多下列特徵。
所揭露的系統與方法以比起傳統的NGCC系統較低的最大渦輪溫度而可達到對傳統的NGCC系統可比得上的效率。
所揭露的系統與方法以相當於傳統的NGCC系統的渦輪溫度而可達到比傳統的NGCC系統更高的效率。
所揭露的系統與方法可具有比起傳統的NGCC系統顯著較低的資本成本。
所揭露的系統與方法可利用單一工作流體。
所揭露的系統與方法可利用除了蒸汽系統以外的手段以驅動渦輪。
所揭露的系統與方法可比NGCC系統更顯著地小型。
所揭露的系統與方法在排出氣體中可具有顯著高於在NGCC排氣中大約3%濃度的CO2濃度，使得使用適合的移除系統更輕易地捕獲CO2。
所揭露的系統與方法可利用空氣作為低成本的氧化劑來源而非要求高純度氧氣。
所揭露的系統與方法可提供接近化學計量的燃燒條件，其可造成可被排放到大氣中的過量惰性氣體的產生。
所揭露的系統與方法在發電時可利用包括惰性氣體的高壓蒸汽，經由膨脹該流跨過一或更多的渦輪。
所揭露的系統與方法可提供操作發電程序的方法，其中化石燃料可在空氣中於高壓下以接近化學計量的條件，以足夠的高壓低壓比率於封閉循環中燃燒，使得在燃燒器中的氧氣消耗之後，剩餘的加壓過量惰性氣體可以額外電力的最大產出膨脹至大氣壓力。
除上述之外，本揭露內容在一具體實施例中提供電力生產系統。該電力生產系統可包括配置以在第一再循環流的存在下燃燒第一燃料流以及第一空氣流以產生第一燃燒流的第一燃燒器，配置以膨脹該第一燃燒流的第一渦輪，以及配置以從第一渦輪接收第一排出流的至少一部分之第一熱交換器。第一熱交換器可被配置以使用部分第一排出流以加熱第一空氣流以及由第一排出流產生之第一再循環流的至少一部分。電力生產系統亦可包括配置以在由第一排出流產生之第二再循環流的存在下燃燒第二燃料流以及第二空氣流以產生第二燃燒流的第二燃燒器，配置以膨脹第二燃燒流的第二渦輪，以及配置以加熱第二空氣流以及第二再循環流之第二熱交換器。
在一些具體實施例中，第二熱交換器可被配置以使用來自第二渦輪的第二排出流，以加熱第二空氣流以及第二再循環流。第二熱交換 器可被進一步配置以加熱第一再循環流的第二部分。電力生產系統可進一步包括配置以在從第二渦輪接收之第二排出流的存在下，燃燒第三燃料流以及第三空氣流以產生第三燃燒流的第三燃燒器，以及配置以膨脹第三燃燒流的第三渦輪。第二熱交換器可被配置以使用來自第三渦輪的第三排出流，以加熱第二空氣流以及第二再循環流。第二熱交換器可被進一步配置以加熱第三空氣流。第二熱交換器可被進一步配置以加熱第一再循環流的第二部分。
在一些具體實施例中，再循環壓縮器可被配置以壓縮第一再循環流。第一排出流的第二部分可被導引至第二燃燒器。電力生產系統可進一步包括配置以接收來自第二熱交換器的冷卻排出流之洗滌器。該洗滌器可包含一CO2吸附系統。
在一些具體實施例中，電力生產系統可進一步包含配置以壓縮給料空氣流以產生第一空氣流以及第二空氣流的空氣壓縮器系統。空氣壓縮器系統可包含配置以壓縮第一空氣流的第一空氣壓縮器，以及配置以壓縮第二空氣流的第二空氣壓縮器。第二空氣壓縮器可被進一步配置以在第一空氣壓縮器壓縮第一空氣流之前，壓縮第一空氣流。空氣壓縮器系統可被配置以控制第一空氣流的流速以及第二空氣流的流速，以導致在第一燃燒器以及第二燃燒器中實質上化學計量的燃燒。舉例來說，空氣壓縮器系統可被配置以控制第一空氣流的流速以及第二空氣流的流速，以導致在第一燃燒器以及第二燃燒器的燃燒中高達大約5%的過量O2。
在一些具體實施例中，第一燃料流以及第二燃料流可包含壓縮的碳氫化合物氣體。該壓縮的碳氫化合物氣體可包含甲烷。第一空氣流 以及第二空氣流可包含壓縮的環境空氣。第一再循環流以及第二再循環流可在體積莫耳基礎上高於50%的N2。電力生產系統可進一步包含分離器，配置以從被導引通過第一熱交換器之部分第一排出流移除液體流。進一步地，當以從大約1,300℃至大約1,500℃的渦輪溫度操作時，電力生產系統可被配置以在至少大約60%的低熱值基礎上，以淨發電效率下操作。
在另一具體實施例中提供產生電力的方法。該方法可包含在第一再循環流的存在下，於第一燃燒器中燃燒第一燃料流以及第一空氣流，以產生第一燃燒流，在第一渦輪中膨脹第一燃燒流，以轉動第一渦輪並且產生電力，導引來自第一渦輪之第一排出流的至少一部分至第一熱交換器，並且使用部分的第一排出流以及以第一熱交換器加熱第一空氣流以及從第一排出流產生之第一再循環流的至少一部分。該方法可進一步包含在由第一排出流產生之第二再循環流的存在下，在第二燃燒器中燃燒第二燃料流以及第二空氣流，以產生第二燃燒流，在第二渦輪中膨脹第二燃燒流，以轉動第二渦輪來產生電力，導引第二空氣流以及第二再循環流至第二熱交換器，以及以第二熱交換器加熱第二空氣流以及第二再循環流。
在一些具體實施例中，以第二熱交換器加熱第二空氣流以及第二再循環流可包括使用來自第二渦輪的第二排出流以加熱第二空氣流以及第二再循環流。該方法可進一步包含以第二熱交換器加熱第一再循環流的第二部分。該方法亦可包含在從第二渦輪接收之第二排出流的存在下，於第三燃燒器中燃燒第三燃料流以及第三空氣流以產生第三燃燒流，以及在第三渦輪中膨脹第三燃燒流，以轉動第三渦輪來產生電力。以第二熱交換器加熱第二空氣流以及第二再循環流可包括使用來自第三渦輪的第三排 出流，以加熱第二空氣流以及第二再循環流。該方法可額外地包括以第二熱交換器加熱第三空氣流。此外，該方法可包括以第二熱交換器加熱第一再循環流的第二部分。
在一些具體實施例中，該方法可進一步包含以再循環壓縮器壓縮第一再循環流。該方法亦可包括導引第一排出流的第二部分至第二燃燒器。此外，該方法可包括導引來自第二熱交換器的冷卻排出流至洗滌器。該洗滌器可包含一CO2吸附系統。
在一些具體實施例中，該方法可進一步包含以空氣壓縮器系統壓縮給料空氣流以產生第一空氣流以及第二空氣流。以空氣壓縮器系統壓縮給料空氣流可包含以第一空氣壓縮器壓縮第一空氣流以及以第二空氣壓縮器壓縮第二空氣流。以空氣壓縮器系統壓縮給料空氣流可包含在以第一空氣壓縮器壓縮第一空氣流之前，以第二空氣壓縮器壓縮第一空氣流。進一步地，該方法可包括以空氣壓縮器系統控制第一空氣流的流速以及第二空氣流的流速，以導致在第一燃燒器以及第二燃燒器中實質上化學計量的燃燒。舉例來說，該方法可包括以空氣壓縮器系統控制第一空氣流的流速以及第二空氣流的流速，以導致在第一燃燒器以及第二燃燒器的燃燒中高達大約5%的過量O2。
在一些具體實施例中，第一燃料流以及第二燃料流可包含壓縮的碳氫化合物氣體。該壓縮的碳氫化合物氣體可包含甲烷。第一空氣流以及第二空氣流可包含壓縮的環境空氣。第一再循環流以及第二再循環流可在體積莫耳基礎上高於50%的N2。該方法亦可包括以分離器從被導引通過第一熱交換器之部分第一排出流移除液體流。進一步地，當以由大約1,300 ℃至大約1,500℃的渦輪溫度操作時，電力可在至少大約60%的低熱值基礎上以淨發電效率下產生。
提供電力生產系統的另一具體實施例。電力生產系統可包含配置以供應空氣流的空氣供應器、配置以供應燃料流的燃料供應器以及配置以在一再循環流的存在下，燃燒燃料流以及空氣流以產生在體積莫耳基礎上高於50% N2之燃燒流的燃燒器。空氣供應器以及燃料供應器可被配置以一比率供應空氣流以及燃料流，該比率被配置在燃燒器中已高達大約5%的過量氧氣導致實質上化學計量的燃燒。電力生產系統可進一步包含配置以膨脹燃燒流的渦輪以及配置以接收來自渦輪的排出流的至少一部分之熱交換器。熱交換器可被配置以使用部分的排出流，以加熱空氣流以及由排出流產生之至少一部分的再循環流。
在一些具體實施例中，電力生產系統可進一步包含配置以在由排出流所產生的第二再循環流的存在下，燃燒第二燃料流以及第二空氣流以產生第二燃燒流的第二燃燒器，配置以膨脹第二燃燒流的第二渦輪，以及配置以加熱第二空氣流以及第二再循環流的第二熱交換器。
提供用於發電的方法之另一具體實施例。該方法可包含於在一再循環流的存在下，在燃燒室中燃燒燃料流以及空氣流，以產生在體積莫耳基礎上高於50% N2的燃燒流，其中燃燒流對空氣流的比率被控制，以導致高達大約5%過量的O2的實質上化學計量的燃燒。該方法可進一步包含在一渦輪膨脹燃燒流以轉動渦輪並且產生電力，導引來自渦輪的至少一部分之排出流至熱交換器，以及使用部分的排出流，以熱交換器加熱空氣流以及由排出流產生的至少一部分之再循環流。
在一些具體實施例中，該方法可進一步包含在從排出流所產生的第二再循環流的存在下，在第二燃燒器中燃燒第二燃料流以及第二空氣流以產生第二燃燒流，在第二渦輪中膨脹第二燃燒流以轉動第二渦輪來產生電力，導引第二空氣流以及第二再循環流至第二熱交換器，以及以第二熱交換器加熱第二空氣流以及第二再循環流。
1、1’‧‧‧第二熱交換器
48‧‧‧給料流的第一部份
19‧‧‧排氣流
97‧‧‧洗滌器
42‧‧‧第三空氣壓縮器
54、77‧‧‧電動馬達
12‧‧‧給料流
47‧‧‧給料流的第二部分
11‧‧‧第二空氣壓縮器
20‧‧‧空氣流之第一部分
14‧‧‧空氣流的第二部分
10‧‧‧第一空氣壓縮器
30‧‧‧第一壓縮空氣流
53‧‧‧再循環壓縮器
59‧‧‧壓縮分離流的該部分
17‧‧‧加熱分離流的剩餘部分
31‧‧‧凝結水流
9‧‧‧分離器
32‧‧‧冷卻流
15、49‧‧‧壓縮分離流
8、33‧‧‧冷卻器
16、60‧‧‧分離流的一部分
2‧‧‧第一熱交換器
58‧‧‧排出流的一部份
57‧‧‧第一再循環流
27‧‧‧第一燃燒流
3‧‧‧第一燃燒器
26‧‧‧第一燃料流
51‧‧‧第一加熱的壓縮空氣流
24‧‧‧第二燃料流
21‧‧‧第二加熱的壓縮空氣流
40‧‧‧第二再循環流
22‧‧‧排出流的剩餘部分
50‧‧‧加熱流
4‧‧‧第二燃燒器
23‧‧‧第二燃燒流
5、6、35‧‧‧渦輪
18、18’、19’、28、39‧‧‧排出流
36‧‧‧第三燃燒流
38‧‧‧第三加熱的壓縮空氣流
34‧‧‧第三燃燒器
45‧‧‧發電機
37‧‧‧第三燃料流
25‧‧‧燃料
7‧‧‧燃料壓縮器
12’‧‧‧給料空氣流
為了協助對本揭露內容之具體實施例的了解，現將所附圖示做參照，其不一定按比例繪製。圖示僅為示範性的，且不應被解釋為限制本揭露內容。
第1圖提供根據揭露內容的具體實施例說明包括三個渦輪的電力生產系統及其操作方法的流程圖；以及第2圖提供根據揭露內容的另一具體實施例說明包括二個渦輪的電力生產系統及其操作方法的流程圖。
現將揭露內容經由參照各種具體實施例更充分描述於下。提供這些具體實施例，使得此揭露內容將更徹底且完整，並且將對本領域的技術人員充分傳達揭露內容的範圍。當然，揭露內容可以許多不同形式實施並且不應被解釋為限制於本文所述之具體實施例；相反地，提供這些具體實施例使得此揭露內容將滿足適用的法律規定。如同在說明書以及附加的申請專利範圍中所使用的，除非上下文另外清楚指明，單數形式「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」包括複數參照物。
在某些具體實施例中，本揭露內容包含提供較已知電力生產 系統與方法具顯著優勢之方法與系統。舉例來說，在各種具體實施例中，本揭露內容可提供下列一或更多者：在以空氣燃燒燃料並且其中在該循環的主要組成分為氮氣的布雷頓循環中使用無灰分氣體燃料(像是例如，天然氣)或無灰分液體燃料(像是例如，蒸餾燃料)之電力生成；缺少分離的朗肯蒸汽循環以達成高效率；以在與現今最佳氣體渦輪複循環系統大約相同(或更佳)的較低熱值(LHV)基礎之淨效率的電力生產；可使系統定義一相對小型的外型以及花費相對低的高壓；系統可被訂製以提供具有大於500MW以及相對小型單元的電力輸出之單套單元；促進由通風氣體的CO2捕獲，其中藉由使用在壓縮的預熱空氣流中的接近化學計量之燃料燃燒，CO2的濃度為在10%至12%體積莫耳的範圍；以及藉由在被含有富含N2氣體之再循環流緩和的排氣溫度下操作燃燒器，以達成在排氣氣體中低NOx程度。
在特定的具體實施例中，揭露內容可提供無蒸汽循環或製氧裝置(oxygen plant)的空氣/乾淨燃料布雷頓循環電力系統的運作，其以大體上不犧牲效率以及以在排氣中例如由大約10%體積莫耳以及更大的CO2濃度，比現今複循環單元提供了低的資本成本。在一些具體實施例中，該系統使用胺類CO2洗滌系統，可從排至大氣的排氣氣體中移除額外的CO2。
現將本揭露內容以參考第1圖說明之系統的具體實施例描 述，其非意圖限制揭露內容並且寧為提供以表現示範性的具體實施例。整體來看，第1圖說明了配置以產生電力之布雷頓循環的具體實施例。該系統可包括第一、第二以及第三燃燒器3、4、34。燃燒器3、4、34的每一個可各自接收並且以加熱的壓縮空氣流(第一、第二以及第三加熱的壓縮空氣流51、21、38)來燃燒燃料流(第一、第二以及第三燃料流26、24、37)以產生各自的燃燒流(第一、第二以及第三燃燒流27、23、36)。將燃燒流27,23,36各自地供應至第一、第二、以及第三渦輪5、6、35，其膨脹燃燒流以創造可被轉換成電力的轉動運動。舉例來說，渦輪5、6、35可被直接或間接地耦合至發電機45。
為了增加效率，系統可包括第一以及第二熱交換器2、1。來自第一渦輪5的排出流28的一部分58可被導引通過第一熱交換器2以加溫第一壓縮空氣流30並從而生成第一加熱的壓縮空氣流51。第一熱交換器2亦可加溫提供給第一燃燒器3之第一再循環流57。第一再循環流57可運作以降低在第一燃燒器3的溫度，從而在具有第一空氣流51的第一燃料流26的燃燒中降低NOx的產生。第一再循環流57亦可運作以降低離開第一燃燒器3之燃燒流27的溫度至位於或低於第一渦輪5之最大進口溫度。第一再循環流57可藉由冷卻來自第一熱交換器2以及冷卻器8中之第一渦輪5之排出流28的該部分58、在分離器9分離出液體流31、於再循環壓縮器53壓縮分離流15的該部分59、並且於導引壓縮的分離流49的一部分60往回通過第一熱交換器而生成。第一再循環流57亦可包括壓縮的分離流49的剩餘部分16，其已於第二熱交換器1加熱以生成加熱的壓縮分離流50。
第二熱交換器1可藉由來自第三渦輪35的排出流39加熱。特 別是，來自第二渦輪6的排出流18可被導引通過第三燃燒器34，而且來自第三燃燒器的燃燒流36可被供應至第三渦輪35。來自第二渦輪6的排出流18因此可被加熱並且與燃燒氣體結合以生成第三燃燒流36，第三燃燒流36可位於比來自第二渦輪6的排出流相對較高的溫度，並且因此第三渦輪35可以在比若它直接由第二渦輪接收排出流更高的效率操作。然後來自第三渦輪35的排出流39被導引至第二熱交換器1並且然後冷卻的排出流19被排出至大氣。替代地，如所說明，冷卻的排出流19可被導引通過配置以在導引通風氣體99至大氣之前移除CO2及/或其他氣體的洗滌器97(例如，CO2吸附系統)。
可使用第二熱交換器1以加熱壓縮的分離流49的剩餘部分16，以生成可與壓縮的分離流49的其他部分60合併之加熱的壓縮分離流50，壓縮的分離流49的其他部分60在第一熱交換器2中加熱以生成被導引通過第一燃燒器3的第一再循環流57。亦可使用第二熱交換器1以加熱分離流15的剩餘部分17以生成被導引通過第二燃燒器4之第二再循環流40。第二再循環流40可運作以降低第二燃燒器4中之溫度從而降低在具有第二空氣流21的第二燃料流24的燃燒中NOx的產生。第二再循環流40亦可運作以降低離開第二燃燒器4之燃燒流23的溫度至位於或低於第二渦輪6的最大進口溫度。在一些具體實施例中，來自第一渦輪5之排出流28的剩餘部分22亦可再循環通過第二燃燒器4而不需在離開第一渦輪後先冷卻、加熱或以其他方式處理。排出流28的剩餘部分22供應使氮氣、氬氣以及來自燃燒空氣流與燃料流的其他惰性不可燃組成分連同大部分的CO2以及衍生為燃燒產物之部分的水或存在於要排至大氣成為流99的空氣流或燃料流，並且避免其累積 於系統中。第一渦輪5可以造成高排放壓力之高進口壓力以及低壓比率運作。具有其相關的燃燒器4、34的第二渦輪6以及第三渦輪35以及第二熱交換器1的目的為使在排出流28的剩餘部分22中的壓力能被有效率地利用，以增加總電力產生以及程序的效率。第二熱交換器1亦可提供熱至各自地被導引到第二以及第三燃燒器4、34的第二以及第三空氣流21、38。
進一步相關於供應至燃燒器3、4、34的壓縮加熱空氣流51、21、38，系統可包括空氣壓縮器系統，包括第一、第二以及第三空氣壓縮器10、11、42，其可經由在一些具體實施例中的電動馬達54驅動，或機械性地耦合至渦輪5、6、35中的一個或更多個。第三空氣壓縮器42可接收給料空氣流12(例如，環境空氣)並且壓縮給料空氣流。經由第三空氣壓縮器42壓縮的給料流12的第一部分48可被導引通過第二熱交換器1以生成被供應至第三燃燒器34的加熱的壓縮空氣流38。經由第三空氣壓縮器34壓縮的給料流12的第二部分47可被導引至第二空氣壓縮器11。經由第二空氣壓縮器11壓縮的空氣流47之第一部分20可被導引通過第二熱交換器1以生成被供應至第二燃燒器4的加熱的壓縮空氣流21。經由第二空氣壓縮器11壓縮的空氣流47的第二部分14可被第一空氣壓縮器10接收。經由第一空氣壓縮器10壓縮的空氣流30可被導引通過第一熱交換器2以生成被供應至第一燃燒器3的第一空氣流51。
由於此連續的壓縮器配置，其中第三燃燒器34接收經由第三空氣壓縮器42壓縮之空氣流38，第二燃燒器4接收經由第三空氣壓縮器以及第二空氣壓縮器11兩者壓縮之空氣流21，而且第一燃燒器3接收經由第三空氣壓縮器、第二空氣壓縮器以及第一空氣壓縮器10壓縮之空氣流51，空氣 至燃燒器的供應可能不同。尤其，空氣至燃燒器的流速在第一燃燒器3中可能是最高的，在第三燃燒器34中可能是最低的，以及在第二燃燒器4中可能介於第一和第三燃燒器的空氣流速之間。進一步地，相較於供應至可能不會被燃料壓縮器壓縮之第三燃燒器34的燃料流37，由於經由可被電動馬達77驅動之燃料壓縮器7的燃料給料流25的壓縮，從第一以及第二燃燒器3、4各自接收之燃料流26、24可在相對較高的壓力。因此，燃料流26、24、37以及加熱的壓縮空氣流51、21、38的流速可被控制以提供所想要的空氣對燃料比率。舉例來說，流速可被配置以提供大體上化學計量的燃燒。當在空氣中以接近化學計量條件燃燒並且與再循環流混合時，每個燃料流26、24、37至每個燃燒器3、4、34的流速係個別地控制，以提供足夠的熱，以提供每個渦輪5、6、35所需的進口溫度。空氣流51、21、38係個別地於一或更多位置控制(例如，於流48、20、30)以提供來自在燃燒器3、4、34中的燃料流26、24、37之燃料接近化學計量的燃燒。再循環流57、40的流速係個別地於一或更多位置控制(例如，於流60、16、17)以提供在提供至渦輪5、6、35之燃燒流27、23、36的所需流速。因此，空氣供應器(例如，配置以供應空氣流51、21、38至燃燒器3、4、34的一或更多組件)及/或燃料供應器(例如，配置以供應燃料流26、24、37至每個燃燒器3、4、34的一或更多件)可被配置以供應空氣流以及燃料流於配置以造成在燃燒器中大體上化學計量燃燒的比率(例如，以高達大約5%過量O2)。在這方面，經由使用包括環境空氣之空氣流的大體上化學計量的燃燒，由燃燒造成的過量惰性氣體(例如，N2以及Ar)可從密閉系統移除並且排至大氣。舉例來說，離開第三燃燒器34並且進入第三渦輪35之流36可表現高壓(例如， 20bar(2MPa)至60bar(6MPa))以及高溫並且包括大部分濃度的惰性氣體。在膨脹後，流39以及流19每個可具有位於或接近大氣壓力的低壓。因此地，如同以上描述的，該流膨脹越過一或更多渦輪以產生電力並且在將惰性氣體排至大氣之前，降低惰性氣體的壓力至大體上地大氣壓力。提供第1圖的系統之操作的額外描述於下。然而，應了解溫度、壓力、燃料、氣體等等係提供為範例之目的。因此，系統的操作可與一些具體實施例中提供的範例在一個或更多的方面不同。
第1圖的系統可在高壓/低壓比率的布雷頓電源循環使用熱交換器2、1(例如，省煤器)，高壓/低壓比率的布雷頓電源循環可使用與CO2以及H2O燃燒產物混合之主要地N2作為工作流體，其經由複數再循環流57、40、22、18而提供至燃燒器。氮氣可能包括於一或更多再循環流57、40、22、18中的主要組成分(例如，在體積莫耳的基礎上大於50%的N2)。在燃燒器3中的高壓，可大於大約60bar(6MPa)、大於大約80bar(8MPa)或大於大約120bar(12MPa)，或可在從大約80bar(8MPa)至大約500bar(50MPa)、大約100bar(10MPa)至大約450bar(45MPa)、大約200bar(20MPa)至大約400bar(40MPa)的範圍。跨越每個渦輪5、6、35的壓力比率可在從大約4至大約12、大約5至大約11或大約7至大約10。包括碳氫化合物的燃料流26可以來自第一加熱壓縮空氣流51的接近化學計量之氧氣量在第一高壓燃燒器3中燃燒。燃料流較佳地包括在環境條件下為氣體的碳氫化合物，例如甲烷(即，天然氣)。然而，可使用其他碳氫化合物例如液化的石油氣(LPG)。因此燃料流可包括壓縮的碳氫化合物氣體(例如，C1-C4碳氫化合物氣體的任何組合物)。再進一步地，可使用蒸餾燃料。尤其，可 使用從石油蒸餾獲得的任何液體燃料，例如汽油、柴油、煤油、燃料油以及噴氣燃料。更一般地，適合的液體燃料可為包括C5-C70、C6-C50、C7-C30或C8-C20碳氫化合物的石油蒸餾物。淨燃燒氣體可與再循環流57混合，再循環流57緩和燃燒流27的溫度至位於或低於第一渦輪5的最大進口溫度。第一再循環流57的一部分60可使用從第一渦輪5接收的排出流28的一部分58的熱，在第一熱交換器2中被預熱。渦輪5、6以及35的高進口壓力以及進口溫度與低壓力比率意指排出溫度可相對地高，典型地在400℃至800℃的範圍。出現於渦輪排出流28、18以及39的熱可在熱交換器1、2回收，以達到高效率以及最大化電力輸出。
經由第一渦輪5接收之燃燒流27的溫度可為至少大約500℃、至少大約700℃或至少大約900℃，或它可為在大約900℃到大約1,600℃的範圍、大約1,00℃到大約1,500℃的範圍或大約1,100℃到大約1,400℃的範圍。使用在第一渦輪中從大約4至大約12、大約5至大約11或大約7至大約10的高壓對低壓比率可造成排出流28的排出壓力在由大約6.7bar(0.67MPa)至大約125bar(12.5MPa)、大約12bar(1.2MPa)至大約100bar(10MPa)、大約15bar(1.5MPa)至大約75bar(7.5MPa)或大約20bar(2MPa)至大約57bar(5.7MPa)的範圍。來自第一燃燒器3之燃燒流27的一部分，其可包括N2+CO2+H2O，最終可排出至大氣。來自第一燃燒器3之燃燒流27的至少一部分可在第二燃燒器4中以經由第二再循環流40之溫度緩和的預熱之後，於第二渦輪6中擴張。第二再循環流40以及第二空氣流21可經由來自於第二熱交換器1中的第三渦輪35的排出流39加熱至從大約200℃至大約800℃、大約300℃至大約600℃或大約450℃至大約550℃的溫度。
隨選地，為達到高效率，可將來自第二燃燒器4的燃燒流23通過具有位於第二6以及第三渦輪之間的第三燃燒器34的第三渦輪35，以當它被膨脹到大氣壓力時，最大化燃燒流的電力輸出。第二6以及第三35渦輪可使用大體上相同的壓力比率。每一個燃燒流27、23、36可位於從大約500℃至大約1,800℃、大約900℃至大約1,600℃或大約1,100℃至大約1,400℃的溫度。提供至第二燃燒器4以及隨選地提供至第三燃燒器34之第二再循環流40，以及用於第二以及第三燃燒器之加熱的壓縮空氣流21、38對來自第二熱交換器1的第三渦輪35之排出流39預熱。來自第三渦輪35之排出流39於排出為冷卻的排氣流19之前，在第二熱交換器1可被冷卻至低於100℃。排氣流19較佳地可具有大於大約5%、大於大約8%或大於大約10%體積莫耳CO2含量。在這方面，洗滌器97的使用藉由造成排氣流19具有相對高CO2含量來促進。如同在本文中所使用的，洗滌器可包括配置用於流之定義組成分的移除之任何裝置或系統，更具體地用於例如CO2、SOx以及NOx的污染物之移除。尤其，用於CO2吸附以及移除的任何適合的系統可被使用作為洗滌器。可使用的以溶劑為基礎的系統之非限制性的範例包括在BENFIELDTM程序(UOP,LLC)中使用的鹼碳酸鹽、在ECONAMINE FG PLUSTM程序(Fluor Corporation)中使用的醇胺，以及在RECTISOL®程序(Lurgi,GMBH)以及SELEXOLTM溶劑(The Dow Chemical Company)中使用的醇、二醇以及醚類。其他系統，例如以膜為基礎的系統或吸附系統亦可被使用。因此，洗滌器97可降低CO2含量並導引排出氣體99至大氣。所移除的CO2可被捕獲用於封存或用於其他方法。在其他具體實施例中，排氣流19可被導引至大氣而不將排氣流導引通過純化系統。
來自運送至每一個燃燒器3、4、34之加熱壓縮空氣流51、21、38的空氣量相較於用於燃料26、24、37之完全燃燒所需的化學計量，可被限制於具有小於大約5%、小於大約3%或小於大約2%或在從大約0.1%至大約5%、大約0.15%至大約4%或大約0.25%至大約3%之範圍的淨過量O2濃度的接近O2化學計量濃度。經由限制經被加熱的壓縮空氣流51、21、38運送至燃燒器3、4、34的空氣量到接近用於燃燒之O2化學計量程度，並且將O2耗盡的燃燒產物流再循環，本文所揭露之循環係區別於在NGCC工廠中使用的傳統氣體渦輪系統。傳統氣體渦輪可使用壓縮的空氣流以稀釋在燃燒器中產生的燃燒氣體，以達到所需的渦輪進口溫度。典型地大約三分之二的總壓縮空氣繞過燃燒，而且這造成典型地在排氣中大約14% O2以及大約3% CO2濃度。相反地，根據本揭露內容之系統在於第一熱交換器2以及冷卻器8中冷卻以及凝結水流31的移除之後，可造成由在第一燃燒器3中的燃燒以及在第一渦輪5中的擴張所產生之分離流15，相較於典型的氣體渦輪系統大約2%至大約4%，分離流15具有典型地在由大約6%至大約15%、大約8%至大約14%或大約10%至大約12%體積莫耳的範圍之CO2含量。
有利地，為了移除CO2，來自第一渦輪5之排出流28的壓縮的分離流49在從大約5bar(0.5MPa)至大約150bar(15MPa)或大約6.5bar(0.65MPa)至大約124bar(12.4MPa)之較佳的壓力範圍下以及在於第一熱交換器2冷卻、在分離器9中移除水以及於再循環壓縮器53壓縮之後接近大氣溫度下為可得的。此CO2的高分壓降低了CO2移除的資本成本並使移除效率增加。舉例來說，經由燃料燃燒而產生從大約50%至大約80%、大約55%至大約75%、大約60%至大約70%的總CO2流在此壓縮的分離流49中可被獲 得，壓縮的分離流49可包含(N2+Ar)、CO2、過量O2以及從較佳地大約15bar(1.5MPa)至大約100bar(10MPa)並且接近環境溫度的蒸汽相殘餘水。總CO2流的剩餘部分在分離流15的剩餘部分17中於大氣壓力下以及在從大約7%至大約15%、大約8%至大約14%或大約10%至大約12%之乾燥基礎下的體積莫耳濃度下為可得的，其可包括與壓縮的分離流49相同的組成分。
本文所描述的系統可包括在二或三壓力程度下對燃燒器3、4、34供應空氣的多階段空氣壓縮器(包括第一、第二以及第三空氣壓縮器10、11、42)以及獨立的高壓低壓比率再循環壓縮器53，其可循環一或更多再循環流57、40、22、18至一或更多燃燒器3、4、34。空氣壓縮器10、11、42可由電子驅動(例如，經由電動馬達54)或由來自渦輪5、6以及35的軸功率之至少一部分驅動。空氣壓縮器10、11、42以及再循環壓縮器53可選擇地連結為由單一驅動系統驅動之單一系統。替代地，空氣壓縮器10、11、42及/或再循環壓縮器53可被獨立地分離並且驅動。
第一熱交換器2可被配置以提供用於離開第一渦輪5之高壓渦輪排出流28的冷卻以及於由大約400℃至大約1,200℃、大約500℃至大約1,000℃或大約600℃至大約800℃範圍之溫度下進入第一熱交換器。來自第一渦輪5之排出流28所釋放的熱可被用以加熱第一再循環流57的至少一部分60。整個系統中的高效率係被離開第一渦輪5的排出流28以及加熱的第一再循環流57的溫度之間相對小的溫度差的成果強烈地影響。壓縮的分離流49的比熱可顯著地高於來自第一渦輪5之排出流28之比熱，並且即使排出流的流速高於壓縮的分離流的流速(由於凝結流31以及分離流15的剩餘部分17的移除)，有可能是不足的排出流流量而造成跨越第一熱交換器2相對小 的溫度差。
為了克服這個問題，壓縮的分離流49的一部分16可在第二熱交換器1對來自第三渦輪35的排出流39預熱。壓縮的分離流49的一部分16的流速可被配置以造成它具有相對於來自位於第二熱交換器1的第三渦輪35的排出流39之起始溫度小於大約40℃、小於大約30℃、小於大約20℃或小於大約10℃的溫度差。因此，被導引通過第一熱交換器2的壓縮的分離流49的一部分60的流速可相對於來自第一渦輪5之排出流28的流速進一步地降低，並且亦可達成第一再循環流57以及來自第一渦輪的排出流之間相對小的溫度差。在第二熱交換器1中預熱以生成加熱流50的壓縮的分離流49的一部分16可與經由第一熱交換器2加熱以生成第一加熱的再循環流57之壓縮的分離流的一部分60結合。雖然說明為與第一熱交換器2下游之壓縮的分離流49的一部分60結合，加熱流50可反而與第一熱交換器上游的此部分或在熱交換器於當兩流具有大體上相同溫度之時而結合。
分離流15的剩餘部分17可繞過再循環壓縮器53並且途經第二熱交換器1至第二燃燒器4作為第二再循環流40。上述配置可造成離開第一熱交換器2之流量(並且至少部分地生成第一加熱的再循環流57)以及來自第一渦輪5的渦輪排氣28之間從大約10℃至大約40℃的溫度差。在一些具體實施例中，熱交換器2、1可為使用高鎳合金例如合金617的多通道擴散交聯熱交換器(multi-channel diffusion bonded heat exchanger)(例如，來自Heatric Division of Meggit PLC)或真空硬焊不銹鋼板鰭式熱交換器(例如，來自Chart Industries或Sumitomo Precision Products)。亦可使用其他合適的熱交換器。
在較佳的系統中，從排出流28生成之冷卻的分離流15的一部分17；從排出流28生成之冷卻的、分離的以及加壓流49的一部分16；以及用於第二4與第三34燃燒器之空氣流21、38在第二熱交換器1中對來自第三渦輪35的排出流39加熱。第二再循環流40(例如，在第二熱交換器1中加熱後的冷卻的分離流15的剩餘部分17)與燃料流24、加熱的壓縮空氣流21(例如，加熱後的空氣流20)以及渦輪排出流28之再循環部分22進入第二燃燒器4。燃料流24可被燃料壓縮器7壓縮至大體上相等於第二再循環流40的壓力之壓力。第二燃燒流23在適用於往第二渦輪6的進口流的溫度下(例如，在由大約900℃至大約1,600℃的範圍)從第二燃燒器4排出。
來自第一渦輪5的渦輪排出流28的一部分58可被導引至第一熱交換器2以加熱而提供熱至供應至第一燃燒器3的第一再循環流57以及空氣流51。空氣流51以及第一再循環流57可被加熱至由大約400℃至大約900℃以及較佳地由大約600℃至大約800℃的溫度。在流過第一熱交換器2之後，排出流28於可能低於100℃的溫度下生成冷卻流33。冷卻流33可進一步被冷卻器8冷卻以在大體上與平均環境溫度相同的溫度下生成冷卻流32，以造成液體從流凝結，該流可被分離器9移除成為液體水流31。
來自第二渦輪6的排出流18係選擇性地在第三燃燒器34中再加熱，其中第三燃料流37與第三加熱壓縮空氣流38燃燒。離開第二渦輪6的排出流18之再加熱可達到對第三渦輪35的進口溫度在從大約600℃至大約1,800℃、大約700℃至大約1,700℃或大約900℃至大約1,600℃的範圍，其將經由提供第三渦輪比來自第二渦輪的排出流更高溫度的工作流體而增加循環效率。離開第三渦輪35的排出流39之溫度可增加至由第二熱交換器1的最 大設計溫度限制之從大約200℃至大約900℃的範圍。在使用來自第一渦輪5之排出流28的一部分58以加熱第一熱交換器2之具體實施例中，可使用第三燃燒器34以及第二渦輪6以確保跨越第三渦輪35的適當壓力比率。一般而言，第三渦輪35可具有比起第二渦輪6較高的壓力比率以及較低的出口溫度。第三渦輪35的進口溫度應該盡可能高--例如，在被第三渦輪35的最大進口溫度所限制之由大約1,000℃至大約1,600℃的範圍。
熱交換器2、1視溫度以及壓力的組合設計可以是真空硬焊不銹鋼板鰭式熱交換器或擴散交聯高鎳合金高壓熱交換器。這種單元係由例如Sumitomo Precision Products、Chart industries或Heatric製造。選擇性地，熱交換器1、2其中之一或兩者亦可被使用以預熱給料至系統的燃料25之給料流的部分或全部。在一些具體實施例中，熱交換器2、1可被配置以各自地使用來自第一渦輪5的排出流28的一部分58以及來自第三渦輪35的排出流39以加熱各自地經由熱交換器從低於大約100℃的溫度到從大約300℃至大約900℃的溫度並且較佳地從大約450℃至大約800℃的溫度接收之每一個其他流體。選擇性地，渦輪5、6、35中的二或更多個經由共同傳動軸或經由變速箱可被連結至單一發電機45，以容許在每個渦輪的不同轉速，以容許每個渦輪在它們各自的最佳化速度之運轉。因此，在一些具體實施例中可使用該系統以產生電力。
提供於下的表格1-4，說明於各種流12、28、22、23、58、51、18、24、19、27、33、32、31、15、26以及25與第二燃燒器4在第1圖中說明的系統操作期間的範例操作參數。操作參數係根據以在ISO條件下以假設88.7%渦輪效率以及85%壓縮器效率的0.4536kmol/hr之純甲烷燃料流 的操作。以圖解顯示的一些壓縮器已被計算為具有中間冷卻的多階段單元。沒有包括其他輔助的電力需求。在低熱值(LHV)基礎上之系統淨效率計算為大約60%。
本文所揭露的系統可以是特別地有利，其在於可使用顯著較低的渦輪溫度達成可媲美或大於已知的NGCC系統效率的效率。因此，本發明的系統可使用比現有技藝顯著較低的最大渦輪溫度(例如，通過任何渦輪之流體最大溫度)並且仍然達成可媲美或大於已知NGCC系統的效率之淨發電效率。在一些具體實施例中，本系統與方法可描述為在所有渦輪溫度下提供比NGCC更高的效率。
迄今，為達到增加的效率，顯著地增加渦輪運轉溫度已是必要的。舉例來說，傳統的NGCC系統已使用1,500℃的最大渦輪溫度以達成在LHV基礎上大約59%的淨效率。為達到高達64%的效率，已知技藝已需要使用在1,700℃的範圍下運轉的超高溫氣體渦輪。相較之下，本文所揭露之本系統使用大約1,279℃的渦輪溫度可達到在LHV基礎下大約60%的淨效率 大約60%。在本揭露內容的系統效率以及現有的NGCC系統間用於各種渦輪運轉溫度的額外比較係於表格5中說明；
因此，在一具體實施例中，本文所揭露的系統以較低的最大渦輪溫度的使用而可達到媲美或大於傳統NGCC系統的效率。如上所述，經由降低對於配置以承受高溫的昂貴材料的需求而降低渦輪溫度以降低渦輪成本是希望的。替代地，本文所揭露的系統可在傳統NGCC系統的相同最大溫度操作，但達到相對較高的效率。舉例來說，在一具體實施例中，當以從大約1,300℃至大約1,500℃的渦輪溫度操作時，根據本揭露內容之系統與方法可以在至少60%的低熱值基礎上以淨發電效率操作。在其他具體實施例中，根據本揭露內容之系統與方法可根據下列的任一者在低熱值基礎上以淨發電效率操作：在至少大約55%於大約1,100℃的溫度下；在至少大約58%於大約1,200℃的溫度下；在至少大約63%於大約1,400℃的溫度下；在至少大約65%於大約1,500℃的溫度下；或在至少大約68%於大約1,700℃的溫度下。在特定的具體實施例中，當以低於大約1,500℃、低於大約1,400℃或低於大約1,300℃的渦輪溫度操作時，根據本揭露內容之系統與方法可以在至 少60%的低熱值基礎上以淨發電效率操作。在更進一步的具體實施例中，當以從大約1,100℃至大約1,300℃的渦輪溫度操作時，根據本揭露內容之系統與方法可以在至少55%的低熱值基礎上以淨發電效率操作。
如上所述，在一些具體實施例中第三渦輪35以及第三燃燒器34為隨選的。在這方面，第2圖說明系統的具體實施例，其不包括第三燃燒器、第三渦輪或第三空氣壓縮器。除了所提差異外，系統可大體上類似於第1圖的系統。如同所述，來自第二渦輪6的排出流18’可被導引至第二熱交換器1’而不先流經第三燃燒器以及第三渦輪。在此具體實施例中，排出流18’可位於高於大氣的壓力，該壓力相等於通過第二渦輪6以及大氣之間的第二熱交換器1(以及任何互相連結的管線及/或設備)的壓力下降。注意在此具體實施例中，洗滌器未被使用。因此，冷卻的排出流19’可被排出至大氣而不先流經洗滌器。然而，在此具體實施例中亦可使用洗滌器系統，舉例來說，如同第1圖的系統之具體實施例所說明的。
由於未使用第三渦輪，第三燃燒器以及與之相關的燃料及空氣流可不存在。因此，空氣壓縮器系統可不使用第三空氣壓縮器，且第二熱交換器1’可不加熱第三空氣流。因此，給料空氣流12’可被直接提供至第二空氣壓縮器12’而不是先由第三空氣壓縮器壓縮。在其他方面，第2圖的系統可大體上相似於第1圖的系統。
高壓低壓比率的使用，具有在一或二額外的動力渦輪階段與接近化學計量燃燒耦合而由此擴張的燃燒產物第一渦輪使用加壓預熱的空氣與再循環流以緩和渦輪進口溫度，可造成具有從大約55%至大約65%的範圍之效率的系統。在系統的高壓可容許工廠定義具有相對低的資本成本之 相對小型的外型。本系統可設計為用於基本負荷發電之超過500MW的單套電力輸出。本系統亦可使用於較低輸出應用例如使用蒸餾低含硫量燃料的船舶推進單位，其可達到大於50% LHV基礎的熱效率。
本文所載的揭露內容之許多修改以及其他具體實施例將令本領域之技術人員留意本揭露內容涉及具有在前面的敘述中所表達的教示之益處。因此，要了解本揭露內容並非限制於所揭露的特定的具體實施例並且修改與其他具體實施例係意圖包括於所附加的申請專利範圍之範圍內。雖然本文中使用特定的用語，它們僅用以通用與描述性的意義而不為限制之目的。
1‧‧‧第二熱交換器
48‧‧‧給料流的第一部份
19‧‧‧排氣流
97‧‧‧洗滌器
42‧‧‧第三空氣壓縮器
54、77‧‧‧電動馬達
12‧‧‧給料流
47‧‧‧給料流的第二部分
11‧‧‧第二空氣壓縮器
20‧‧‧空氣流之第一部分
14‧‧‧空氣流的第二部分
10‧‧‧第一空氣壓縮器
30‧‧‧第一壓縮空氣流
53‧‧‧再循環壓縮器
59‧‧‧壓縮分離流的該部分
17‧‧‧加熱分離流的剩餘部分
31‧‧‧凝結水流
9‧‧‧分離器
32‧‧‧冷卻流
15、49‧‧‧壓縮分離流
8、33‧‧‧冷卻器
16、60‧‧‧分離流的一部分
2‧‧‧第一熱交換器
58‧‧‧排出流的一部份
57‧‧‧第一再循環流
27‧‧‧第一燃燒流
3‧‧‧第一燃燒器
26‧‧‧第一燃料流
51‧‧‧第一加熱的壓縮空氣流
24‧‧‧第二燃料流
21‧‧‧第二加熱的壓縮空氣流
40‧‧‧第二再循環流
22‧‧‧排出流的剩餘部分
50‧‧‧加熱流
4‧‧‧第二燃燒器
23‧‧‧第二燃燒流
5、6、35‧‧‧渦輪
18、28、39‧‧‧排出流
36‧‧‧第三燃燒流
38‧‧‧第三加熱的壓縮空氣流
34‧‧‧第三燃燒器
45‧‧‧發電機
37‧‧‧第三燃料流
25‧‧‧燃料
7‧‧‧燃料壓縮器

Claims (27)

  1. 一種電力生產系統，包含：一第一燃燒器，配置以在一第一再循環流的存在下燃燒一第一燃料流以及一第一空氣流，以產生一第一燃燒流；一第一渦輪，配置以膨脹該第一燃燒流；一第一熱交換器，配置以從該第一渦輪接收一第一排出流的至少一部分，其中該第一熱交換器被配置以使用部分該第一排出流以加熱該第一空氣流以及由該第一排出流產生的該第一再循環流的至少一部分；一第二燃燒器，配置以在由該第一排出流產生的一第二再循環流的存在下燃燒一第二燃料流以及一第二空氣流，以產生一第二燃燒流；一第二渦輪，配置以膨脹該第二燃燒流；以及一第二熱交換器，配置以加熱該第二空氣流以及該第二再循環流，其中就該第一排出流的一流動的方面，該第一渦輪位於該第一熱交換器的上游，以及該第一熱交換器位於該第二渦輪的上游。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，其中該第二熱交換器被配置以使用來自該第二渦輪的一第二排出流，以加熱該第二空氣流以及該第二再循環流；或 其中該第二熱交換器還被配置以加熱該第一再循環流的一第二部分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，還包含一第三燃燒器，配置以在從該第二渦輪接收之一第二排出流的存在下，燃燒一第三燃料流以及一第三空氣流以產生一第三燃燒流；以及一第三渦輪，配置以膨脹該第三燃燒流。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電力生產系統，其中該第二熱交換器被配置以使用來自該第三渦輪的一第三排出流，以加熱該第二空氣流以及該第二再循環流。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電力生產系統，其中該第二熱交換器還被配置以加熱該第三空氣流；或其中該第二熱交換器還被配置以加熱該第一再循環流的一第二部分。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，還包含一再循環壓縮器，配置以壓縮該第一再循環流；或其中該第一排出流的一第二部分被導引至該第二燃燒器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，還包含一洗滌器，配置以可選地接收來自該第二熱交換器的一冷卻排出流，其中該洗滌器包含一二氧化碳吸附系統。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，還包含一空氣壓縮器系統，配置以壓縮一給料空氣流，以可選地產生該第一空氣流以及該第二空氣流，其中該空氣壓縮器系統包含配置以壓縮該第一空氣流的一第一空氣壓縮器，以及配置以壓縮該第二空氣流的一第二空氣壓縮器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電力生產系統，其中該第二空氣壓縮器還被配置以在該第一空氣壓縮器壓縮該第一空氣流之前，壓縮該第一空氣流；或其中該空氣壓縮器系統被配置以控制該第一空氣流的一流速以及該第二空氣流的一流速，以導致在該第一燃燒器以及該第二燃燒器中實質上化學計量的燃燒。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電力生產系統，其中該空氣壓縮器系統被配置以控制該第一空氣流的該流速以及該第二空氣流的該流速，以導致在該第一燃燒器以及該第二燃燒器的燃燒中高達大約5%的過量氧氣。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，其中該第一燃料流以及該第二燃料流可選地包含一壓縮的碳氫化合物氣體，其中該壓縮的碳氫化合物氣體包含甲烷。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電力生產系統，其中該第一空氣流以及該第二空氣流包含壓縮的環境空氣；或 其中該第一再循環流以及該第二再循環流為在體積莫耳基礎上高於50%的氮氣；或還包含一分離器，配置以從被導引通過該第一熱交換器的該第一排出流之該部分移除一液體流；或其中該電力生產系統被配置以當以從大約1,300℃至大約1,500℃的一渦輪溫度操作時，在至少大約60%的一低熱值基礎上，以一淨發電效率操作。
  13. 一種用於產生電力的方法，包含：在一第一再循環流的存在下，在一第一燃燒器中燃燒一第一燃料流以及一第一空氣流，以產生一第一燃燒流；在一第一渦輪中膨脹該第一燃燒流，以轉動該第一渦輪並且產生電力；導引來自該第一渦輪之一第一排出流的至少一部分至一第一熱交換器，其中就該第一排出流的一流動的方面，該第一渦輪位於該第一熱交換器的上游；使用該第一排出流的該部分以及以該第一熱交換器加熱該第一空氣流以及由該第一排出流產生的該第一再循環流的至少一部分；在由該第一排出流產生之一第二再循環流的存在下，於一第二燃燒器中燃燒一第二燃料流以及一第二空氣流，以產生一第二燃燒流； 在一第二渦輪中膨脹該第二燃燒流，以轉動該第二渦輪來產生電力，其中就該第一排出流的該流動的方面，該第一熱交換器位於該第二渦輪的上游；導引該第二空氣流以及該第二再循環流至一第二熱交換器；以及以該第二熱交換器加熱該第二空氣流以及該第二再循環流。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中以該第二熱交換器加熱該第二空氣流以及該第二再循環流包含使用來自該第二渦輪的一第二排出流以加熱該第二空氣流以及該第二再循環流；或還包含以該第二熱交換器加熱該第一再循環流的一第二部分；或還包含在從該第二渦輪接收之一第二排出流的存在下，於一第三燃燒器中燃燒一第三燃料流以及一第三空氣流，以產生一第三燃燒流；以及在一第三渦輪膨脹該第三燃燒流，以轉動該第三渦輪來產生電力。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中以該第二熱交換器加熱該第二空氣流以及該第二再循環流包含使用來自該第三渦輪之一第三排出流，以加熱該第二空氣流以及該第二再循環流。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，還包含以該第二熱交換器加熱該第三空氣流；或還包含以該第二熱交換器加熱該第一再循環流的一第二部分。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，還包含下列一個或數個步驟：以一再循環壓縮器壓縮該第一再循環流；導引該第一排出流的一第二部分至該第二燃燒器；可選地導引來自該第二熱交換器之一冷卻排出流至一洗滌器，其中該洗滌器包含一二氧化碳吸附系統。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之方法，還包含以一空氣壓縮器系統壓縮一給料空氣流，以產生該第一空氣流以及該第二空氣流。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中以該空氣壓縮器系統壓縮該給料空氣流包含以一第一空氣壓縮器壓縮該第一空氣流，以及以一第二空氣壓縮器壓縮該第二空氣流。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中以該空氣壓縮器系統壓縮該給料空氣流包含在以該第一空氣壓縮器壓縮該第一空氣流之前，以該第二空氣壓縮器壓縮該第一空氣流；或 還包含以該空氣壓縮器系統控制該第一空氣流的一流速以及該第二空氣流的一流速，以導致在該第一燃燒器以及該第二燃燒器之實質上化學計量的燃燒。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，還包含以該空氣壓縮器系統控制該第一空氣流的該流速以及該第二空氣流的該流速，以導致在該第一燃燒器以及該第二燃燒器的燃燒中高達大約5%的過量氧氣。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第一燃料流以及該第二燃料流可選地包含壓縮的碳氫化合物氣體，其中該壓縮的碳氫化合物氣體包含甲烷。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第一空氣流以及該第二空氣流包含壓縮的環境空氣；或其中該第一再循環流以及該第二再循環流為在體積莫耳基礎上高於50%的氮氣；或還包含以一分離器移除一液體流，該液體流來自被導引通過該第一熱交換器的該第一排出流之該部分；或其中當以從大約1,300℃至大約1,500℃的一渦輪溫度操作時，於至少60%的一低熱值基礎上，以一淨發電效率產生電力。
  24. 一種電力生產系統，包含：一空氣供應器，被配置以供應一空氣流；一燃料供應器，被配置以供應一燃料流； 一燃燒器，被配置以在一再循環流的存在下，燃燒該燃料流以及該空氣流，以產生在體積莫耳基礎上高於50%氮氣的一燃燒流。其中該空氣供應器以及該燃料供應器被配置以一比率供應該空氣流以及該燃料流，該比率被配置在該燃燒器中以高達大約5%的過量氧氣導致實質上化學計量的燃燒；一渦輪，配置以膨脹該燃燒流；以及一熱交換器，配置以接收來自該渦輪的一排出流的至少一部分，其中該熱交換器被配置以使用該排出流的該部分來加熱該空氣流以及由該排出流產生之該再循環流的至少一部分。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之電力生產系統，還包含一第二燃燒器，配置以在由該排出流產生之一第二再循環流的存在下，燃燒一第二燃料流以及一第二空氣流，以產生一第二燃燒流；一第二渦輪，配置以膨脹該第二燃燒流；以及一第二熱交換器，配置以加熱該第二空氣流以及該第二再循環流。
  26. 一種用於生產電力的方法，包含： 在一再循環流存在下，於一燃燒器中燃燒一燃料流以及一空氣流，以產生在體積莫耳基礎上高於50%氮氣的一燃燒流，其中該燃料流對該空氣流之比率被控制以導致高達大約5%過量氧氣的實質上化學計量的燃燒；在一渦輪膨脹該燃燒流，以轉動該渦輪並且產生電力；導引來自該渦輪的一排出流的至少一部分至一熱交換器；以及使用該排出流的該部分，以該熱交換器加熱該空氣流以及由該排出流產生之該再循環流的至少一部分。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，還包含在從該排出流產生的一第二再循環流的存在下，於一第二燃燒器中燃燒一第二燃料流以及一第二空氣流，以產生一第二燃燒流；在一第二渦輪膨脹該第二燃燒流，以轉動該第二渦輪來產生電力；導引該第二空氣流以及該第二再循環流至一第二熱交換器；以及以該第二熱交換器加熱該第二空氣流以及該第二再循環流。
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