Procedimiento de funcionamiento de una planta de energía eléctrica,

que comprende:

- pasar un combustible a una cámara de reacción (210; 410; 610; 1010);

- pasar un oxidante a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010);

- oxidar dicho combustible en dicha cámara de 5 reacción (210; 410; 610; 1010) a una presión sustancialmenteprimero dentro de un intervalo de aproximadamente 4,8 MPa (700 psia) a aproximadamente 13,8 MPa (2000psia), creando así productos de oxidación;

- pasar un refrigerante a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) en una relación de intercambio decalor con el combustible y el oxidante,

caracterizado por

- pasar dicha productos de la oxidación de dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) a unintercambiador de calor (208; 214; 222; 224; 236; 246; 416; 422; 424; 816; 1016; 1022; 1024) ;

- condensar agua de dichos productos de oxidación dentro de dicho intercambiador de calor a una segundapresión sustancialmente dentro de un intervalo de aproximadamente 4,8 MPa (700 psia) a aproximadamente15 13,8 MPa (2000 psia);

- pasar dicho refrigerante desde una primera bomba (218; 428; 628; 1028) a dicho intercambiador de calor auna presión sustancialmente primero dentro de un intervalo de aproximadamente 2,1 MPa (300 psia) aaproximadamente 4,1 MPa (600 psia) ;

- pasar dicho refrigerante de dicho intercambiador de calor a una segunda bomba (226; 430; 630; 1030), y

- pasar dicho refrigerante desde dicha segunda bomba a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) auna segunda presión sustancialmente dentro de un intervalo de aproximadamente 13,8 MPa (2000 psia) aaproximadamente 34,0 MPa (5000 psia)

Procedimiento de operación de una planta de energía eléctrica

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de operación de una planta o sistema de energía eléctrica, y más particularmente, a una planta energía eléctrica de combustibles fósiles de bajo nivel de emisiones, con una eficiencia termodinámica y un control de la contaminación mejorados.

Tal procedimiento es conocido por el documento FR 978 467 A que se utiliza para la propulsión de barcos. A partir del documento US 4 074 981 A se conoce un procedimiento para producir simultáneamente una corriente de gas de síntesis limpio refrigerado y una corriente de vapor separada.

En las plantas de energía eléctrica, tales como plantas de energía eléctrica de combustibles fósiles, un combustible fósil se enciende y se quema, oxida o combustiona dentro de una cámara de reacción o combustión bajo condiciones controladas para generar calor. El calor se transfiere a un fluido circulante, tal como agua, que fluye a través de tubos de refrigeración que se encuentran en o adyacentes a la cámara de reacción, para generar vapor. El vapor pasa entonces a través de una turbina de vapor para generar electricidad. Las plantas de energía eléctricas de gasificación integrada en ciclo combinado (IGCC) que usan combustibles sólidos dividen el proceso de combustión de combustibles fósiles en múltiples etapas, donde la primera etapa es típicamente una etapa de oxidación parcial o de gasificación. Las etapas subsiguientes queman el gas producido en turbinas de gas y calderas de vapor. La eficiencia termodinámica y el control de la contaminación han sido y siguen teniendo consideraciones importantes en el diseño de plantas de energía eléctrica de combustibles fósiles. La preocupación por la conservación, el aumento de los precios del combustible y los estándares de control de contaminación cada vez más estrictos son sólo algunos de los factores que necesitan mejores y más limpias y más eficientes formas de conversión de combustibles fósiles en electricidad. Las plantas o sistemas de energía eléctrica han alcanzado niveles relativamente altos de eficiencia y control de la contaminación, pero no están exentas de problemas. Por ejemplo, como los estándares de efluentes de partículas se han vuelto cada vez más difíciles de cumplir, las plantas de energía eléctricas típicamente han requerido una serie de procesos y piezas de equipo diferentes para eliminar las partículas. Esto aumenta el coste y la complejidad del sistema, y estos procesos y piezas de equipo típicamente requieren una entrada de energía eléctrica considerable, dando lugar a considerables pérdidas de potencia parasitarias e ineficiencias. Además, aunque las plantas de energía eléctrica han usado ocasionalmente economizadores y equipos similares para recuperar una porción del calor sensible a partir de los gases en los productos de combustión, las plantas de energía eléctrica no han intentado recuperar el calor latente de vaporización de dichos gases, ya que, bajo condiciones de funcionamiento de dichas plantas, las temperaturas de condensación de dichos gases son demasiado bajas para ser recuperadas eficientemente. Particularmente en un sistema en el que se produce una cantidad relativamente grande de agua gaseosa durante la combustión, el fracaso para recuperar cualquier porción significativa de dicho calor latente de vaporización puede llevar a ineficiencias termodinámicas significativas.

Sumario de la invención

Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar una planta o sistema de energía eléctrica integrado que recupera el calor latente de vaporización a partir del agua producida, depurar los gases ácidos, elimina los contaminantes químicos tales como el mercurio y las partículas, y condensa y recupera el dióxido de carbono líquido como una parte integral de un proceso de global.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar una planta o un sistema de energía eléctrica que ofrece una eficiencia termodinámica mejorada.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que proporciona un control de la contaminación mejorado.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que ofrece una mayor flexibilidad.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que permite recuperar al menos una porción del calor latente de vaporización del agua producida durante la oxidación o combustión.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que opera a una presión elevada por lo que es termodinámicamente práctico para recuperar al menos una porción del calor latente de vaporización del agua producida durante la oxidación o combustión.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que se aprovecha de las propiedades útiles del dióxido de carbono.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que utiliza agua reciclada, recuperada producida durante la oxidación o combustión para proporcionar costes reducidos del equipo y desgaste reducido del equipo.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que utiliza una presión de dos etapas de subida del refrigerante para reducir los costes deL equipo intercambiador de calor y reducir el desgaste del intercambiador de calor.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que proporciona una recuperación eficiente de dióxido de carbono para su uso o venta posteriores.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que proporciona la eliminación mejorada de la materia en partículas a partir de productos de oxidación o combustión.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un sistema del tipo anterior que proporciona la oxidación parcial eficiente o la gasificación de combustibles fósiles sólidos y líquidos.

Para el cumplimiento de estos y otros objetivos y ventajas, se describe un procedimiento de operación de una planta

o sistema de energía eléctrica de presión elevada de acuerdo con la reivindicación independiente 1, que proporciona una oxidación o combustión de manera limpia y eficiente de un combustible, tal como un combustible fósil.

Breve descripción de los dibujos

La breve descripción anterior, así como otros objetos, características y ventajas de la presente invención se apreciarán más completamente por referencia a la siguiente descripción detallada de las realizaciones actualmente preferidas pero sin embargo ilustrativas, de acuerdo con la presente invención cuando se toma en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una representación esquemática de un sistema de potencia que incorpora la presente invención para combustibles fósiles que contienen mínima o ninguna ceniza o materiales que forman ceniza; La figura 2 es una tabla que muestra un conjunto preferido, hipotético de condiciones de funcionamiento para el sistema representado en la figura 1; La figura 3 es una tabla que muestra un flujo de masas preferido, hipotético del sistema representado en la figura 1; Las figuras 4A y 4B son tablas que muestran un flujo de energía eléctrica preferido, hipotético del sistema representado en la figura 1; La figura 5 es una representación esquemática de una realización alternativa de un sistema de energía eléctrica que incorpora la presente invención para los combustibles que contienen cenizas o materiales que forman ceniza; La figura 6 es una tabla que muestra un conjunto preferido, hipotético de condiciones de funcionamiento para el sistema representado en la figura 5; La figura 7 es una tabla que muestra un flujo de masas preferido, hipotético del sistema representado en la figura 5; La figura 8 es una tabla que muestra un flujo de energía eléctrica preferido, hipotético del sistema representado en la figura 5; La figura 9 es una representación esquemática de una realización alternativa de un sistema de energía eléctrica que incorpora la presente invención, y La figura 10 es una representación esquemática de una porción de una realización alternativa... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de funcionamiento de una planta de energía eléctrica, que comprende:

- pasar un combustible a una cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) ;

- pasar un oxidante a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) ; - oxidar dicho combustible en dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) a una presión sustancialmente primero dentro de un intervalo de aproximadamente 4, 8 MPa (700 psia) a aproximadamente 13, 8 MPa (2000 psia) , creando así productos de oxidación;

- pasar un refrigerante a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) en una relación de intercambio de calor con el combustible y el oxidante,

caracterizado por

- pasar dicha productos de la oxidación de dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) a un intercambiador de calor (208; 214; 222; 224; 236; 246; 416; 422; 424; 816; 1016; 1022; 1024) ;

- condensar agua de dichos productos de oxidación dentro de dicho intercambiador de calor a una segunda presión sustancialmente dentro de un intervalo de aproximadamente 4, 8 MPa (700 psia) a aproximadamente 13, 8 MPa (2000 psia) ;

- pasar dicho refrigerante desde una primera bomba (218; 428; 628; 1028) a dicho intercambiador de calor a una presión sustancialmente primero dentro de un intervalo de aproximadamente 2, 1 MPa (300 psia) a aproximadamente 4, 1 MPa (600 psia) ;

- pasar dicho refrigerante de dicho intercambiador de calor a una segunda bomba (226; 430; 630; 1030) , y

- pasar dicho refrigerante desde dicha segunda bomba a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) a una segunda presión sustancialmente dentro de un intervalo de aproximadamente 13, 8 MPa (2000 psia) a aproximadamente 34, 0 MPa (5000 psia) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha primera presión está sustancialmente dentro de un intervalo de aproximadamente 5, 8 MPa (850 psia) a aproximadamente 8, 8 MPa (1276 psia) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho oxidante comprende oxígeno y dióxido de carbono.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho oxidante comprende aire, oxígeno y dióxido de carbono.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, que también comprende:

- separar al menos una porción de dicha agua condensada a partir de dichos productos de oxidación, y

- reciclar al menos una porción de dicha agua separada, condensada a dichos productos de oxidación de aguas arriba de dicho intercambiador de calor.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho combustible es combustible fósil.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el combustible es un combustible fósil, en donde oxidar dicho combustible en dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) comprende la combustión de dicho combustible fósil en dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) , creando así productos de la combustión, y en el que pasar un refrigerante a dicha cámara de reacción (210; 410; 610; 1010) comprende hacer pasar un refrigerante que tiene una relación de intercambio de calor con el combustible fósil en combustión y un disipador de calor que tiene una primera temperatura, en el que dicha primera la presión es igual o superior a una presión de equilibrio líquido vapor de dióxido de carbono en dicha primera temperatura de dicho disipador de calor, en el que dicho oxidante comprende oxígeno y dióxido de carbono, y en donde la segunda presión seleccionada es tal que dicho agua de dichos productos de combustión se condensa a una temperatura por encima de aproximadamente 232°C (450°F) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicho productos de la combustión comprenden productos de la combustión parcial, y que también comprende:

- pasar dichos productos de la combustión parcial a una caldera, una turbina de gas, una planta de energía eléctrica de ciclo combinado, o una fábrica de productos químicos de síntesis.

FIG.8