[發明專利]動力循環系統和方法

有效

• 申請號: 201780057543.9
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN109715916B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 梅根·黃;安東尼·伊斯特蘭
• 申請（專利權）人: 氣體技術學院
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18;F02C3/04;F02C3/34;F02C7/141
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲

本發明涉及將SCO2布雷頓循環和朗肯蒸汽動力循環與化石燃料燃燒相結合的產生動力的方法和系統，一種這樣的方法涉及在燃燒器中燃燒燃料材料和助燃劑材料以產生熱量和燃燒排氣。燃燒排氣的至少一部分和由燃燒處理產生的熱量的第一部分被供給SCO2布雷頓動力循環以產生動力和第二排氣。第二排氣的至少一部分和由燃燒處理產生的熱量的第二部分被供給至蒸汽朗肯動力循環以產生額外的動力和第三排氣。

技術領域

本發明一般涉及動力循環，例如用于化石燃料熱源，更具體而言，涉及這種動力循環的高效版本。在一個實施形態中，提供了一種利用超臨界CO₂技術（SCOT）和蒸汽朗肯技術（steam Rankine technology）的高效動力裝置的新配置。

背景技術

化石燃料應用通常具有或產生高燃燒溫度；因此，它們可以提供寬范圍的熱能（例如，從~2500°F低至200°F）以應用于動力循環。目前的煤電廠通常僅使用蒸汽朗肯循環，并且具有約為32.5％的碳捕獲的凈裝置效率。使用蒸汽朗肯循環的好處是它能夠通過大量的熱集成和鍋爐給水的預熱來處理熱源的大的溫度增量（temperature delta）。然而，對于這些系統，與蒸汽循環相關的缺點是低的裝置效率，以及大于所需的占用空間。

由于其高功率密度允許更小的占用空間，因此迫切需要利用超臨界CO₂（SCO2）代替蒸汽。由于在超臨界條件下相對高的CO₂密度和在SCO2 布雷頓（Brayton）循環中使用的較小的渦輪壓力比，依賴于這種SCO2技術的設備可以是緊湊的。而且，由于大部分熱量在SCO2循環本身內被回收，因此這種SCO2循環的效率遠高于蒸汽循環的效率。因此，SCO2布雷頓循環可以積極地解決低效率和大占用空間的問題。

然而，SCO2布雷頓循環的缺點是它通常不能很好地與化石燃料熱源整合。由于在循環本身內回收了大量的熱量，因此加到SCO2循環中的熱量的溫度范圍很小。因此，源于或來自化石熱源中的大部分較低等級的熱量在僅SCO2 布雷頓循環處理或系統中不可用。也就是說，當與化石熱源整合時，由化石熱源產生或形成的大部分較低等級的熱量在SCOT循環中是不可用的。盡管可以設計各種SCO2布雷頓級聯循環以努力結合更多的低等級熱量，但問題仍然是低于400°F的熱量通常未被使用。這導致在整體設備效率中的不合需要的降低。

發明內容

本申請的一般目的是提供用于產生動力的改進方法和系統。

本申請的更具體的目的是克服如上所述的一個或多個問題。

對本申請的至少所選方面的更具體的目的是提供用于產生動力的方法和系統，特別是來自化石燃料材料的動力，以及希望更好或更有效地利用由化石燃料材料產生或形成化石燃料材料的熱能的方法和系統，例如與完全依賴SCO2布雷頓循環處理的處理相比，例如通過更大或更好地利用低等級熱量。

根據本申請的一個方面，提供了用于產生動力的方法。

根據一個實施形態，一種這樣的方法包括在燃燒器中燃燒燃料材料和助燃劑（oxidizer）材料以產生熱量和燃燒排氣。燃燒排氣的至少一部分和由燃燒處理產生的熱量的第一部分被供給SCO2布雷頓動力循環以產生動力和第二排氣。第二排氣的至少一部分和由燃燒處理產生的熱量的第二部分被供給至蒸汽朗肯動力循環以產生額外的動力和第三排氣。

根據本申請的另一方面，提供了動力裝置系統。

根據一個實施形態，一種這樣的動力裝置系統包括：用于燃燒燃料材料和助燃劑（oxidizer）材料以產生熱量和燃燒排氣的燃燒器；利用燃燒排氣和由燃燒器產生的熱量的第一部分以產生動力和第二排氣的SCO2布雷頓動力循環；以及利用第二排氣和由燃燒器產生的熱量的第二部分來產生額外的動力和第三排氣的蒸汽朗肯動力循環。