[发明专利]动力循环系统和方法

说明书

本发明涉及将SCO2布雷顿循环和朗肯蒸汽动力循环与化石燃料燃烧相结合的产生动力的方法和系统，一种这样的方法涉及在燃烧器中燃烧燃料材料和助燃剂材料以产生热量和燃烧排气。燃烧排气的至少一部分和由燃烧处理产生的热量的第一部分被供给SCO2布雷顿动力循环以产生动力和第二排气。第二排气的至少一部分和由燃烧处理产生的热量的第二部分被供给至蒸汽朗肯动力循环以产生额外的动力和第三排气。

技术领域

本发明一般涉及动力循环，例如用于化石燃料热源，更具体而言，涉及这种动力循环的高效版本。在一个实施形态中，提供了一种利用超临界CO₂技术（SCOT）和蒸汽朗肯技术（steam Rankine technology）的高效动力装置的新配置。

背景技术

化石燃料应用通常具有或产生高燃烧温度；因此，它们可以提供宽范围的热能（例如，从~2500°F低至200°F）以应用于动力循环。目前的煤电厂通常仅使用蒸汽朗肯循环，并且具有约为32.5％的碳捕获的净装置效率。使用蒸汽朗肯循环的好处是它能够通过大量的热集成和锅炉给水的预热来处理热源的大的温度增量（temperature delta）。然而，对于这些系统，与蒸汽循环相关的缺点是低的装置效率，以及大于所需的占用空间。

由于其高功率密度允许更小的占用空间，因此迫切需要利用超临界CO₂（SCO2）代替蒸汽。由于在超临界条件下相对高的CO₂密度和在SCO2 布雷顿（Brayton）循环中使用的较小的涡轮压力比，依赖于这种SCO2技术的设备可以是紧凑的。而且，由于大部分热量在SCO2循环本身内被回收，因此这种SCO2循环的效率远高于蒸汽循环的效率。因此，SCO2布雷顿循环可以积极地解决低效率和大占用空间的问题。

然而，SCO2布雷顿循环的缺点是它通常不能很好地与化石燃料热源整合。由于在循环本身内回收了大量的热量，因此加到SCO2循环中的热量的温度范围很小。因此，源于或来自化石热源中的大部分较低等级的热量在仅SCO2 布雷顿循环处理或系统中不可用。也就是说，当与化石热源整合时，由化石热源产生或形成的大部分较低等级的热量在SCOT循环中是不可用的。尽管可以设计各种SCO2布雷顿级联循环以努力结合更多的低等级热量，但问题仍然是低于400°F的热量通常未被使用。这导致在整体设备效率中的不合需要的降低。

发明内容

本申请的一般目的是提供用于产生动力的改进方法和系统。

本申请的更具体的目的是克服如上所述的一个或多个问题。

对本申请的至少所选方面的更具体的目的是提供用于产生动力的方法和系统，特别是来自化石燃料材料的动力，以及希望更好或更有效地利用由化石燃料材料产生或形成化石燃料材料的热能的方法和系统，例如与完全依赖SCO2布雷顿循环处理的处理相比，例如通过更大或更好地利用低等级热量。

根据本申请的一个方面，提供了用于产生动力的方法。

根据一个实施形态，一种这样的方法包括在燃烧器中燃烧燃料材料和助燃剂（oxidizer）材料以产生热量和燃烧排气。燃烧排气的至少一部分和由燃烧处理产生的热量的第一部分被供给SCO2布雷顿动力循环以产生动力和第二排气。第二排气的至少一部分和由燃烧处理产生的热量的第二部分被供给至蒸汽朗肯动力循环以产生额外的动力和第三排气。

根据本申请的另一方面，提供了动力装置系统。

根据一个实施形态，一种这样的动力装置系统包括：用于燃烧燃料材料和助燃剂（oxidizer）材料以产生热量和燃烧排气的燃烧器；利用燃烧排气和由燃烧器产生的热量的第一部分以产生动力和第二排气的SCO2布雷顿动力循环；以及利用第二排气和由燃烧器产生的热量的第二部分来产生额外的动力和第三排气的蒸汽朗肯动力循环。