用于控制燃料燃烧的系统和方法技术方案

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

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制燃料燃烧的系统和方法
本公开的实施方案一般涉及用于燃烧燃料的系统和方法。更具体地，本公开的实施方案涉及用于控制由燃烧燃料产生的废气的成分的系统和方法。专利技术背景该部分旨在介绍该技术的各方面，该技术可与本公开的示例性实施方案相关联。相信本讨论有助于提供框架以帮助更好地理解本公开的特定方面。因此，应理解，本部分应从这一角度来阅读，而并不一定将其作为对现有技术的认可。燃料在燃烧室(例如，与燃气轮机结合的燃烧室)内的燃烧通常通过监控废气的温度来控制。在满负载时，典型燃气轮机调整被引入燃烧室中的燃料的量以达到所需的燃烧气体或废气温度。常规燃气轮机使用入口导流叶片控制引入其内的氧化剂。在部分负载时，减少引入燃烧室的氧化剂的量，且再次控制引入燃烧室内的燃料的量以达到所需的废气温度。在部分负载时，燃气轮机的效率下降，因为入口导流叶片(其只能稍微降低氧化剂的流动)限制了减少氧化剂的量的能力，因此。此外，在部分负载操作时还存在潜在的贫油熄火问题。当目标是从废气中捕获二氧化碳(CO2)时，控制引入燃烧室的氧化剂的量是可行的。由于一些原因，目前的二氧化碳捕获技术很昂贵。一个原因是由于废气中二氧化碳的低压力和低浓度。然而，通过在化学计量或基本上为化学计量的条件下操作燃烧过程并使废气的至少一部分作为冲淡剂再循环至燃烧室以便调整废气温度可显著增加二氧化碳浓度，从约4％增加至10％以上。另外，在氧燃料燃烧过程中，对氧化剂的控制也很关键的，因为废气中任何未使用的氧气在捕获的二氧化碳中是一种污染，其限制了可用于捕获二氧化碳的溶剂种类。通过监控温度来控制燃烧过程对废气的成分，更具体地说是废气中的氧气量(O2)提供了较少的控制(如果有的话)。由于燃烧的燃料的量和/或成分的变化，废气中氧气的浓度可波动。因此，当目标是控制废气(例如氧气)中的尤其是成分/混合物的出现和浓度时，通过监控温度的方法来控制燃烧是不可行的。上述有关本领域的需要的讨论旨在代表，而非详尽彻底描述本专利技术。一种解决一个或多个这种需要或该领域中一些其它有关的缺点的技术将有益于用于控制燃烧废气的成分的燃烧系统和方法。专利技术概要本公开提供用于燃烧燃料的系统和方法。示例性方法包括将燃料、氧化剂和冲淡剂引入燃烧区并燃烧燃料的至少一部分以产生包括水、二氧化碳、氧气和一氧化碳的废气。可使废气膨胀产生机械动力以及膨胀的废气。氧气和一氧化碳的至少一个的浓度在废气和膨胀的废气的至少一个中是确定的。接下来该方法至少部分基于已确定的氧气和一氧化碳至少一个的浓度调整被引入燃烧区的氧化剂和燃料的至少一个的量来产生含有的氧气和一氧化碳的量小于约2mol％的废气。附图简述通过查阅以下实施方案的非限制性实例的具体实施方式和附图，本专利技术的上述和其它优点将变得很明显，其中：图1描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于控制燃烧过程中产生的燃烧气体的成分并制造机械动力的说明性燃烧和发电系统的原理图。图2A和图2B是示出当当量比分别从0.999变为1.001以及从0.75变为1.25时氧气和一氧化碳的浓度之间的关系的模拟的图形描述。图3描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于控制由燃烧燃料和富氧流产生的废气的成分并制造机械动力的说明性燃烧和发电系统的原理图。图4描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于重整燃料，控制由燃烧燃料产生的废气的成分并由此制造机械动力的说明性燃烧和发电系统的原理图。图5描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于燃烧燃料和氧化剂以产生惰性气体的说明性燃烧和发电系统的原理图。图6描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于燃烧燃料和氧化剂以产生压缩惰性气体的说明性燃烧和发电系统的原理图。图7描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统的原理图。图8描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统的另一原理图。图9描绘了根据所描述的一个或多个实施方案用于发电、二氧化碳和膨胀惰性气体的说明性燃烧和发电系统的另一原理图。具体实施方式在以下具体描述部分，结合优选实施方案描述了本专利技术的具体实施方案。然而，就以下描述是针对本专利技术的特定实施方案或特定应用而言，这仅仅是为了示例性目的且只提供了对示例性实施方案的描述。因此，本专利技术并不局限于以下描述的具体实施方案，而是包括落入所附权利要求书真正精神和范围内的所有替代、修改和等同物。图1描绘了根据一个或多个实施方案用于控制燃烧过程中产生的燃烧气体或“废气”的成分并制造机械动力的说明性燃烧和发电系统100的原理图。系统100可包括，但并不局限于，一个或多个燃烧室或燃烧区(示出一个)120、膨胀器(示出一个)125、热回收单元(示出一个)140、压缩机(示出两个)105和150、蒸汽轮机160和发电机(示出两个)165和170。氧化剂可通过管道101被引入压缩机105或直接被引入燃烧室120。通过流量计(“第一流量计”)110可控制、调整或改变管道107中被压缩的氧化剂的流速。管道107中压缩的氧化剂的压力可在约400kPa至约4500kPa的范围内。管道107中压缩的氧化剂的温度可在约30℃至约500℃的范围内。第二流量计(“燃料流量计”)115可控制、调整或改变通过管道117的燃料(即被引入燃烧室120的燃料)的量。尽管未示出，但是管道112中的氧化剂和管道117中的燃料可被至少部分地混合或组合以提供引入燃烧室120的氧化剂/燃料混合物。通过管道114引入的燃料的至少一部分可燃烧以产生通过管道123的燃烧气体或废气。废气可包括，但并不局限于，燃料、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、氮氧化物、氩气、水、蒸汽或其任意组合。管道123中的废气的温度可在约1000℃至约1,500℃的范围内，压力可在约400kPa至约4,500kPa的范围内。通过管道123的废气可被引入膨胀器125以产生通过管道127的膨胀废气。管道127中的膨胀废气的温度可在约430℃至约725℃的范围内，压力可在约101kPa至约110kPa的范围内。通过管道127的膨胀废气可被引入、接触一个或多个废气传感器(示出两个130、131)或被一个或多个废弃传感器利用。废气传感器130、131可估算、确定、检测或测量废气中可出现的任何一种或多种成分的出现和/或浓度，和/或废气的任何一个或多个特性。通过管道127的废气可被引入热回收单元140以产生通过管道143的冷却废气和通过管道142的被加热传热介质。尽管未示出，但是废气传感器130、131的任何一个或多个可与管道123中的废气而非或除了管道127中的膨胀废气连通。可估算的说明性废气成分可包括，但不局限于，氧气、一氧化碳、水(液态水、气态水或其组合)、二氧化碳、氮气、氮氧化物、氩气、燃料、氧化剂、氢气或其任意组合。如在此处所使用的那样，术语“氮氧化物”指的是含氮化合物。说明性的氮氧化物可包括，但不局限于，一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)或其组合。可估算的说明性废气特性可包括，但不局限于，温度、压力、密度、流速(诸如，质量和/或体积流速)或其任意组合。在一个或多个实施方案中，废气传感器130可分析管道127中的膨胀废气的成分的一个或多个，以及废气传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.02 US 61/361,1691.一种用于燃烧燃料的方法，其包括：将燃料、氧化剂和冲淡剂引入燃烧区，其中所述氧化剂是空气、富氧空气、贫氧空气、过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)、氧气和水的气态混合物、或其任意组合；燃烧所述燃料的至少一部分以产生包括水、二氧化碳、氧气和一氧化碳的废气；使所述废气膨胀以产生机械动力和膨胀废气；确定所述废气和所述膨胀废气中的至少一个的氧气、氢气、氮氧化物和一氧化碳的至少一个的浓度；以及至少部分基于已确定的氧气、氢气、氮氧化物和一氧化碳中的至少一个的浓度调整被引入所述燃烧区的氧化剂和燃料的至少一个的量来产生含有的氧气和一氧化碳的总量小于2mol％的废气。2.根据权利要求1所述的方法，其中废气含有的氧气和一氧化碳的总量小于1.5mol％。3.根据权利要求1所述的方法，其中废气含有的氧气和一氧化碳的总量小于1.0mol％。4.根据权利要求1所述的方法，其中废气含有的氧气和一氧化碳的总量小于4000ppm。5.根据权利要求1所述的方法，其中对所述氧化剂和所述燃料的至少一个所作的调整是为了使当量比趋向1.0，其中所述当量比等于(mol％燃料/mol％氧化剂)实际/(mol％燃料/mol％氧化剂)化学计量。6.根据权利要求1所述的方法，其还包括将所述膨胀废气引入热回收单元以产生第一冷却废气和受热传热介质。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述传热介质为水和蒸汽的至少一个。8.根据权利要求7所述的方法，其还包括将所述受热传热介质引入连接到产生电力的发电机或压缩机的蒸汽轮机中。9.根据权利要求6所述的方法，其还包括除去将被引入排气系统、废气处理系统或地下存储或密封系统的至少一个的所述第一冷却废气的至少一部分。10.根据权利要求6所述的方法，其还包括使所述第一冷却废气的至少一部分再循环至第一压缩机以产生压缩废气。11.根据权利要求10所述的方法，其还包括将所述压缩废气的至少第一部分作为所述冲淡剂引入所述燃烧区。12.根据权利要求11所述的方法，其还包括除去所述压缩废气的至少第二部分以产生抽取的压缩废气。13.根据权利要求10所述的方法，其还包括在压缩所述第一冷却废气的至少一部分之前，冷却所述第一冷却废气并除去所述第一冷却废气中的任何水的至少一部分。14.根据权利要求12所述的方法，其还包括将所述压缩废气的第二部分中的任何一氧化碳的至少一部分催化地转换为二氧化碳。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述压缩废气的第二部分中的一氧化碳的浓度降低至小于500ppm。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂基本上由空气组成，且其中所述废气还包括氮气。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述废气进一步包括氮气并且二氧化碳浓度在10mol％至34mol％的范围内，且氮气浓度在0.01mol％至75mol％的范围内。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料包括甲烷和一种或多种C2至C10烃类。19.根据权利要求18所述的方法，其还包括重整所述燃料的至少一部分使得所述一种或多种C2至C10烃类的浓度降低从而产生重整燃料；以及将所述重整燃料引入所述燃烧区。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述重整包括使所述燃料与一种或多种催化剂接触。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述一种或多种催化剂包括镍、铂、铑、钌、钯、其衍生物、其混合物、或其任意组合。22.根据权利要求5所述的方法，其中所述mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·亨廷顿，C·C·拉斯姆森，F·F·米特瑞克，T·列尤文，S·K·德哈努卡，M·K·明塔，L·K·斯塔瑞彻，H·吉普塔，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，佐治亚技术研究公司，
类型：
国别省市：