[發明專利]控制燃燒產物的方法與裝置

有效

• 申請號: 200980140346.9
• 申請日: 2009-08-31
• 公開（公告）號: CN102177326A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: F·F·米特里克爾;L·K·斯塔爾切爾;C·拉斯馬森;R·A·亨廷頓;F·赫什科維茨
• 申請（專利權）人: 埃克森美孚上游研究公司
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;F23R3/26;F02C7/057;F02G3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;陸惠中

相關申請的交叉參考

本申請要求在2008年10月14日提交的美國臨時申請號61/105,331的權益。

發明領域

本發明的實施方式涉及控制燃燒產物的方法與裝置。更具體地，提供了用于在氧-燃料型燃燒反應中獲得基本化學計量燃燒的方法與裝置。

發明背景

本部分旨在介紹與本公開內容的示例性實施方式相關的本領域的多個方面。可以相信此討論有助于提供一個框架，幫助讀者更好地理解本發明的特定方面。因此，應當理解該部分應當從這個角度去閱讀，并非一定作為對現有技術的承認。

一些降低CO₂排放的方法包括燃料脫碳或燃燒后捕獲。然而，這兩種解決方案成本高，并且降低了發電效率，導致發電量降低，燃料需求增長，電價上漲以滿足國民電力需求。另一種方法是聯合循環式氧-燃料燃氣輪機(an?oxy-fuel?gas?turbine?in?a?combined?cycle)。然而，市場上還沒有能以這種循環工作的燃氣輪機。

最初的氧-燃料理論基于烴與純氧的燃燒，這導致極高的溫度。這樣的高溫導致燃燒室壽命的問題，還有多環芳烴(PAH)的形成，這些多環芳烴導致產生油煙。已經嘗試了多種解決這些問題的方法并獲得不同水平的成功，包括用二氧化碳代替空氣作為燃氣輪機的質流氣體。然而，這種方法和其他方法需要專門的渦輪設備，該設備尚不能在市場上買到。

美國專利號5,724,805公開了一個使用燃氣輪機的發電廠，該燃氣輪機用烴和氧/二氧化碳混合物相混合后作為燃料。然而，該公開內容陳述到O₂/CO₂混合物具有比空氣更多的O₂，因此在非常高的溫度下燃燒，這需要巨大的燃燒室以允許燃燒氣體有時間逐漸冷卻，從而產生更少的一氧化碳(CO)。因此，對于要實施的‘805參考文獻中的技術來說，必須使用一種專門的非標準燃燒室。

因此，對有效控制燃燒產物流的溫度和組成的方法和系統依然有實際的需求。

發明概述

本發明的一種實施方式公開了一種燃燒控制系統。此燃燒控制系統包括：燃燒室(combustor)，該燃燒室至少由初級燃燒區和燃盡區組成；高濃度二氧化碳(CO₂)供給(稀釋劑供給)；氧供給流，該流被配置以至少與高濃度CO₂流的第一部分(即初級稀釋劑流)組合形成氧化流，該氧化流主要由氧和CO₂組成，并具有一定的氧與CO₂比例；以及具有一定流量和組成的燃料流。此系統進一步包括：燃燒室，該燃燒室被配置以能在初級燃燒區和燃盡區混合并燃燒氧化流和燃料流，其中加入稀釋劑供給的第二部分(即次級稀釋劑流)以形成具有一定溫度和組成的燃燒產物流；至少一個溫度傳感器，該傳感器被配置以測量燃燒產物流離開燃燒室后的溫度，其中此燃燒產物流的溫度被用于調節次級稀釋劑流的流速，以在燃燒室出口獲得所需的溫度；以及至少一個氧分析儀，該分析儀被配置以測量燃燒產物流組成中的氧含量，其中燃燒產物中的氧含量被用于調節氧供給流的流速，以實現基本化學計量燃燒。

在一些實施方式中，燃料流可至少由以下成分組成：高質量燃料流，低熱值燃料流，以及任選地，高濃度CO₂補充流。單獨流可以通過各個流的流量控制器與總控制器有效連接，從而控制燃料流的流量和組成以調節燃燒溫度，避免熄火。在一些實施方式中，各個流可以被連接到由中央控制系統控制的流量控制器。

在另外的實施方式中，燃燒室可以包括：第一混合區，用以混合高濃度CO₂流的第一部分與氧供給流，以形成氧化流；初級燃燒區，該燃燒區被配置以進行燃燒反應，該燃燒反應產生燃燒產物流；以及燃盡區，該燃盡區被配置以將高濃度CO₂流的第二部分輸送到燃燒室，以調節燃燒室和燃燒產物流的溫度。在一個示例性實施方式中，向初始高溫燃燒區中添加催化劑以催化燃燒反應。在另一可選實施方式中，第二混合區可被配制以預混合氧化流和燃料流，或者在燃燒反應進行的同時混合所述流。