特許 7033838 動力サイクルシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-03

(45)【発行日】2022-03-11

(54)【発明の名称】動力サイクルシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 23/10 20060101AFI20220304BHJP

   F01K 7/32 20060101ALI20220304BHJP

   F01K 25/10 20060101ALI20220304BHJP

   F02G 5/02 20060101ALI20220304BHJP

【ＦＩ】

F01K23/10 Z

F01K7/32

F01K25/10 E

F02G5/02 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019506134

(86)(22)【出願日】2017-09-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-11-07

(86)【国際出願番号】 US2017052294

(87)【国際公開番号】W WO2018057523

(87)【国際公開日】2018-03-29

【審査請求日】2020-08-18

(31)【優先権主張番号】62/398,168

(32)【優先日】2016-09-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513257731

【氏名又は名称】ガス テクノロジー インスティテュート

(74)【代理人】

【識別番号】100082072

【弁理士】

【氏名又は名称】清原 義博

(72)【発明者】

【氏名】ファン，メーガン

(72)【発明者】

【氏名】イーストランド，アンソニー

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４４９８２８９（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６０００２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ ２３／１０

Ｆ０１Ｋ ７／３２

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ０２Ｇ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

動力を生成するための方法であって：
熱および燃焼排ガスを生成するために、燃焼器内で酸化性物質とともに燃料物質を燃焼する工程と；
燃焼器からの熱を、燃焼処理によって生成された熱の第１の部分と、燃焼処理によって生成された熱の第２の部分とに分離する工程と；
動力および第２の排ガスを生成するために、燃焼処理によって生成された、少なくとも燃焼排ガスの一部および前記熱の第１の部分を直接ＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルに供給する工程と；
加熱された水蒸気および第３の排ガスを生成するために、少なくとも第２の排ガスの一部を蒸気ランキン動力サイクルに供給する工程と；
加熱された水蒸気からより高温の蒸気を生成し、その高温の蒸気をタービンに導入してさらなる動力を生成するために、燃焼処理によって生成された熱の第２の部分を直接蒸気ランキン動力サイクルに供給する工程とを含む、方法。

【請求項2】

燃料物質は、化石燃料材料を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

化石燃料材料は、石炭または天然ガスを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

動力および第２の排ガスを生成するために、燃焼処理によって生成された、少なくとも燃焼排ガスの一部および前記熱の第１の部分を前記ＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルに供給する工程は：
動力および高温ＳＣＯ２タービン排ガスを生成するために、高温ＳＣＯ２をタービンに導入する工程と；
高温ＳＣＯ２タービン排ガスからの熱の少なくとも一部を回収する工程とを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

高温ＳＣＯ２は：
加熱されたＳＣＯ２を形成するために、ＳＣＯ２を少なくとも燃焼排ガスの一部との熱交換伝達に導入する工程と；
高温ＳＣＯ２を形成するために、加熱されたＳＣＯ２を熱処理によって生成された熱の第１の部分との熱交換伝達に導入する工程とを含む、方法によって形成される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

高温ＳＣＯ２タービン排ガスからの熱は、少なくとも９００°Ｆの温度のＳＣＯ２の形で回収される、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

少なくとも９００°Ｆの温度のＳＣＯ２は、タービンへの導入前に、最大１３００°Ｆの温度まで加熱される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

少なくとも９００°Ｆの温度のＳＣＯ２は、燃焼排ガスとの熱交換伝達によって部分的に加熱される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

少なくとも９００°Ｆの温度のＳＣＯ２は：
加熱されたＳＣＯ２を生成するために、少なくとも９００°Ｆの温度のＳＣＯ２を少なくとも燃焼排ガスの一部との熱交換伝達に導入する工程と；
高温ＳＣＯ２を形成するために、加熱されたＳＣＯ２を燃焼処理によって生成された熱の第１の部分との熱交換伝達に導入する工程とを含む、方法によって加熱される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

より低い温度およびより低い圧力で動力および蒸気の生成物を生成するために、高温高圧の蒸気を膨張させるタービンと；
第２の排ガスとの熱交換伝達に導入される蒸気を形成するために、蒸気の生成物を少なくとも部分的に再加圧および再加熱する工程とを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

高温高圧の蒸気は、燃焼排ガスとの熱交換伝達によって、少なくとも部分的に加熱される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

発電所システムであって；
酸化性物質とともに燃料物質を燃焼させて、熱および燃焼排ガスを生成するための燃焼器と；
燃焼器によって生成された燃焼排ガスおよび熱の第１の部分を利用して、動力および第２の排ガスを生成するためのＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルと；
燃焼器によって生成された第２の排ガスおよび熱の第２の部分を利用して、さらなる動力および第３の排ガスを生成するための蒸気ランキン動力サイクルとを含み、
前記燃焼器と前記ＳＣＯ _２ ブレイトン動力サイクルは、
前記燃焼器によって生成された少なくとも燃焼排ガスの一部および熱の第１の部分が前記ＳＣＯ _２ ブレイトン発電サイクルに直接供給されるように伝達し、
前記燃焼器と前記ＳＣＯ _２ ブレイトン動力サイクルと前記蒸気ランキン動力サイクルは、
少なくとも第２の排ガスの一部が前記ＳＣＯ _２ ブレイトン発電サイクルから蒸気ランキン動力サイクルに直接供給され、かつ、前記燃焼器によって生成された第２の熱の部分が前記燃焼器から蒸気ランキン動力サイクルの２つの熱交換器に直接供給されるように伝達し、
前記蒸気ランキン動力サイクルは、
前記２つの熱交換器の間にある第１タービンと、前記２つの熱交換器のうち第２の熱交換器の後にある第２タービンとを備える
発電所システム。

【請求項13】

燃焼器は一定の熱源セクションを提供する、請求項１２に記載の発電所システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に、化石燃料熱源とともに使用するような動力サイクル、そしてとりわけ、そのような動力サイクルの高性能バージョンに関する。

【0002】

一実施形態では、超臨界ＣＯ_２テクノロジー（ＳＣＯＴ）および蒸気ランキンテクノロジーの両方を利用する高性能発電所のための新しい構成が提供される。

【背景技術】

【0003】

関連技術の議論
化石燃料の適用は、典型的に、高い燃焼温度を有するか、あるいは作り出す；したがって、それらは、動力サイクルへの適用のために、広範囲の熱エネルギー（例えば、２００°Ｆから２５００°Ｆまで）を提供することができる。現在の石炭発電所は、一般的に、蒸気ランキンサイクルのみを利用し、炭素捕捉を伴って約３２．５％の正味プラント効率を有する。蒸気ランキンサイクルを使用する利点は、広範囲な熱統合およびボイラー用水の予備加熱を介して、熱源の大きな温度デルタを処理する、その性能である。しかしながら、蒸気サイクルに関する欠点は、低いプラント効率であることと、そのようなシステムに望まれ、必要とされるかもしれない設置面積よりも大きいことである。

【0004】

より小さな設置面積を可能にするその高出力密度ゆえに、蒸気の代わりに超臨界ＣＯ_２（ＳＣＯ２）を利用するよう推進されてきた。超臨界状態の比較的高密度のＣＯ２、およびＳＣＯ２ブレイトンサイクルで使用されるより小さなタービン圧力比の結果として、そのようなＳＣＯ２の技術に依存する設備は小型化され得る。さらに、熱の多くは、ＳＣＯ２サイクル自体の中で回収されるため、そのようなＳＣＯ２サイクルの効率は、蒸気サイクルのそれよりはるかに高い。したがって、ＳＣＯ２ブレイトンサイクルは確かに、低い効率および大きな設置面積の問題に対処することができる。

【0005】

しかしながら、ＳＣＯ２ブレイトンサイクルの欠点は、それが典型的に化石燃料熱源を十分に統合しないということである。多くの熱は、サイクル自体の中で回収されるため、ＳＣＯ２サイクルに熱が加えられる温度の範囲は小さい；したがって、化石熱源中、または化石熱源から利用可能であるより低いグレードの熱の多くは、ＳＣＯ２ブレイトンサイクルだけのプロセスまたはシステムでは使用不可能である。すなわち、化石熱源を統合する場合、化石熱源から生産された、または化石熱源からもたらされたより低いグレードの熱の多くが、ＳＣＯＴサイクルにおいては使用不可能である。様々なＳＣＯ２ブレイトンカスケードサイクルが、より多くの低グレードの熱を取り込もうと設計され得るが、４００°Ｆ以下の熱が、一般的に未使用のままであるという問題が残る。これは、全体的なプラント効率の望ましくない低下をもたらす。

【発明の概要】

【0006】

主題の開発の一般的な目的は、動力を生成するための改良された方法およびシステムを提供することである。

【0007】

発明のより具体的な目的は、上記の問題の１つ以上を克服することである。

【0008】

主題の開発の少なくとも選択された態様のさらに具体的な目的は、動力、特に、化石燃料材料から動力を生成するための方法およびシステムを提供することであり、その方法およびシステムは、望ましくは、例えば、もっぱらＳＣＯ２ブレイトンサイクル処理に依存する処理と比較して、低グレードの熱をより多くまたはより良く利用することなどによって、化石燃料材料から生産されるか、あるいはもたらされる熱エネルギーをより良くまたはより効率的に利用する。

【0009】

主題の開発の１つの態様に従って、動力を生成するための方法が提供される。

【0010】

一実施形態に従って、１つのそのような方法は、熱および燃焼排ガスを生成するために、燃焼器内で酸化性物質とともに燃料物質を燃焼させる工程を含む。燃焼処理によって生成される少なくとも燃焼排ガスの一部および熱の第１の部分は、ＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルに供給され、動力および第２の排ガスを生成する。燃焼処理によって生成される少なくとも第２の排ガスの一部および熱の第２の部分は、蒸気ランキン動力サイクルに供給され、さらなる動力および第３の排ガスを生成する。

【0011】

主題の開発の別の態様に従って、発電所システムが提供される。

【0012】

一実施形態に従って、そのような発電所システムの１つは、酸化性物質とともに燃料物質を燃焼させて、熱と燃焼排ガスを生成する燃焼器と、燃焼器によって生成される燃焼排ガスおよび熱の第１の部分を利用して、動力および第２の排ガスを生成するＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルと、ならびに燃焼器によって生成される第２の排ガスおよび熱の第２の部分を利用して、さらなる動力および第３の排ガスを生成する蒸気ランキン動力サイクルとを含む。

【0013】

したがって、開発の１つの態様に従って、さらに以下に詳述されるように、より効率の高いＳＣＯ２ブレイトンサイクルでより高いグレードの熱を利用しながら、蒸気ランキンサイクルを含むことで低グレードの熱を利用する方法およびシステムが提供されるのが望ましく、これは、全体的な性能を向上させる。したがって、主題の開発は、望ましくは、できるだけ多くの利用可能な低グレードの熱を蒸気ランキン動力サイクルに運ぶことによって廃熱の量を減少させながら、できるだけ多くの熱を高い効率のＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルに運ぶように役立つことができる。

【0014】

他の目的および利点は、添付された請求項および図面とあわせて、以下の詳細な説明から当業者には明白であろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

本発明の目的および特徴は、図面とあわせて以下の説明から、より一層理解されるであろう：

【図1】主題の開発の１つの態様による、プロセスおよびシステムの単純化されたブロックフロー図である；

【図2】主題の開発の１つの態様による、ＳＣＯ２ブレイトンサイクルのプロセスおよびシステムの単純化されたブロックフロー図である；および、

【図3】主題の開発の１つの態様による、再熱を用いるランキン蒸気サイクルのプロセスおよびシステムの単純化されたブロックフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、超臨界ＣＯ２（ＳＣＯ２）ブレイトンサイクルおよび従来の超臨界蒸気ランキン技術を組み合わせた動力を生成するための方法およびシステムを提供し、そのような方法およびシステムは、他の一般的に達成可能な方法およびシステムよりも大きく、または高い効率である。

【0017】

図１は、主題の開発の１つの態様による、そのような処理および関連システムの一般的な単純化された概要を提供する。より具体的には、図１は、一実施形態に従って、参照番号（１０）によって一般的に指定される、プロセスおよびシステムの単純化されたブロックフロー図を例証する。

【0018】

図示されるように、燃料物質（１２）の流れおよび酸化性物質（１４）の流れは、燃焼器（１６）に供給される。

【0019】

主題の開発のために使用される適切な燃料物質は、例えば、石炭および天然ガスなどの化石燃料材料を含み、燃料物質は炭素質である。

【0020】

適切な酸化性物質は、酸素、空気、および、例えば酸素富化空気などのこれらの組み合わせを含む。

【0021】

当業者によって理解され、そして本明細書において提供される教示によって導かれるように、主題の開発の実施において、様々な燃焼器装置が適切に使用され得る。１つの好ましい実施形態に従って、燃焼器は適切に流動床の形であり得る。例えば、２０１７年２月１４日に発行され、本明細書において参照によりその全体が取り込まれる米国特許９，５６７，８７６に示され、および／または記載された流動床反応器は、主題の開発の実施において有利に利用され得る。一般的に、適切な燃焼器装置は、セクションに一定の熱源を潜在的に供給することができる燃焼器装置を含む。

【0022】

燃焼器（１６）において、燃料物質は、酸化性物質に反応、例えば燃焼して、それぞれライン（２０）および（２２）を経由して燃焼器（１６）から出るように示される熱と、ライン（２４）を経由して燃焼器（１６）から出るように示される、例えば、１６００°Ｆおよび１２０ｐｓｉａの燃焼排ガスとを生成する。

【0023】

燃焼排ガスはライン（２４）を経由して、また燃焼器生成熱の第１の部分は、ライン（２０）を経由して、参照番号（３０）で指定されるＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクルに導入されるか供給されることによって、矢印（３２）で示されるか表される動力と、ライン（３４）を経由してＳＣＯ_２ブレイトン動力サイクル（３０）から出るように示される、例えば、９５５°Ｆおよび１１５ｐｓｉａの第２の排ガスとを生成する。

【0024】

第２の排ガスはライン（３４）を経由し、また燃焼器生成熱の第２の部分は、ライン（２２）を経由し、参照番号（４０）で指定される蒸気ランキン動力サイクルに導入されるか供給されることによって、矢印（４２）で示されるか表される動力と、ライン（４４）を経由して蒸気ランキン動力サイクル（４０）から出るように示される、例えば、２００°Ｆおよび１１０ｐｓｉａ第３の排ガスを生成する。

【0025】

図示されるように、ライン（４４）の第３の排ガスを、燃焼後の炭素捕捉クリーンアップのために通過させることができる；スタック排出（ｓｔａｃｋ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）、または他の方法で望ましいように適切に処理される。

【0026】

次に図２を見ると、主題の開発の一実施形態に従って、ＳＣＯ２ブレイトン動力サイクル（３０）をより詳細に示す、単純化されたブロックフロー図が例証される。より具体的には、図２は、効率を向上、増加、または望ましく最大化させるためのＳＣＯ２ブレイトン動力サイクルと燃焼器の統合について強調して、ＳＣＯ２ブレイトン動力サイクル（３０）プロセスおよびシステムをより詳細に示し、ここで、そのような最大化されたプラント効率とは、ブレイトンサイクルおよび蒸気サイクルの動力出力の合計を燃料資源からの発熱量で割った測定値である。

【0027】

図２で示されるように、ＳＣＯ２ブレイトン動力サイクル（３０）は２つの熱源を使用する：対流熱交換器（３１２）（１６００Ｆ～２５０Ｆから利用可能な熱）および直接床内恒温熱交換器（３１４）（１６００°Ｆで利用可能な熱）。

【0028】

高温回収熱交換器（３１６）からのＳＣＯ２は、ライン（３２０）を経由して対流熱交換器（３１２）の熱源に入る。一実施形態では、ライン（３２０）のＳＣＯ２は、９３０°Ｆの温度で４０４０ｐｓｉａの圧力である。熱交換器（３１２）においては、ＳＣＯ２は、ライン（２４）を経由して熱交換器（３１２）へと導入される、例えば、１６００°Ｆおよび１２０ｐｓｉａなどの燃焼排ガスとの熱交換伝達状態で通過される。そのような処理は、例えば、１０３５°Ｆおよび４０３０ｐｓｉａの加熱されたＳＣＯ２を形成し、これは、ライン（３２２）を経由して直接床内恒温熱交換器（３１４）へ渡される。そのような処理はまた、熱交換器（３１２）から出る、例えば、９５５°Ｆおよび１１５ｐｓｉａの排気流（３４）をもたらす。

【0029】

床内熱交換器（３１４）において、ＳＣＯ２は、燃焼器からライン（２０）を経由して床内熱交換器（３１４）へと渡される燃焼器生成熱の第１の部分との熱交換伝達状態で渡される。一実施形態では、燃焼器生産熱の第１の部分は、１６００°Ｆで１２０ｐｓｉａである。

【0030】

床内熱交換器（３１４）から出るＳＣＯ２は、例えば１３００°Ｆおよび４０００ｐｓｉａでライン（３２６）を通過する。当業者、および本明細書で提供される教示に導かれた者ならば、１３００°Ｆが一般的な現在の高温高圧ボイラー管の限界であることを理解するであろう。しかしながら、さらなる技術の進化は、さらに高い温度でＳＣＯ２または他の伝熱材料の利用を可能にする。

【0031】

ＳＣＯ２は、発電機（図示せず）に取り付けられるようなタービン（３３０）で膨張し、矢印（３２）で表される動力を作り出す。

【0032】

例えば、１０００°Ｆおよび１２００ｐｓｉａの結果としてもたらされるＳＣＯ２は、ライン（３２２）を経由して、高温回収熱交換器（３１６）に渡される。高温回収熱交換器（３１６）において、ＳＣＯ２は、例えば、４２０°Ｆおよび１１５０ｐｓｉａで冷まされ、ライン（３３４）を経由して低温回収熱交換器（３３６）へと渡され、ここで、それが、例えば１７５°Ｆおよび１１３５ｐｓｉａでさらに冷やされ、ライン（３４０）を経由して放出される。

【0033】

例証された実施形態において、ＳＣＯ２ライン（３４０）は分割されて、再循環圧縮機（３４４）に向かけれるライン（３４２）、および主圧縮機（３５４）に向けられるライン（３５２）を形成する。

【0034】

再循環圧縮機（３４４）において、ＳＣＯ２は圧縮される。例えば、４０６０ｐｓｉａおよび４００°Ｆで圧縮される、リサイクルコンプレッサから生じるＳＣＯ２は、ライン（３４６）を通過する。

【0035】

主圧縮機（３５４）に入る前に、ＳＣＯ２は冷却器（３５３）で、例えば、９０°Ｆに冷やされる。その後、それはライン（３５５）を経由して主圧縮機（３５４）に渡される。その後、それは、例えば、４０８０ｐｓｉａで圧縮され、例えば、１６５°Ｆの温度でライン（３５６）を経由して低温回収熱交換器（３３６）に渡され、ここで加熱される。そのように熱されたＳＣＯ２は、ライン（３５８）を通過し、ＳＣＯ２流線（３４６）と結合されて、例えば、４１５°Ｆおよび４０６０ｐｓｉａのライン（３６０）を形成する。その後、ライン（３６０）のＳＣＯ２は、さらなる熱を高温回収熱交換器（３１６）で回収し、例えばライン（３２０）を経由して、例えば熱源対流熱交換器（３１２）などの熱源に再循環される。図２から明白なように、循環に要求されるデルタ温度は９３０°Ｆから１３００°Ｆのみである。従って、９３０°Ｆより下の熱源の熱は、ブレイトンサイクルにおいて使われないままとなる。

【0036】

次に、図３を見ると、主題の開発の一実施形態に従って、再熱（４０）を用いた蒸気ランキン動力サイクルをより詳細に示す、単純化されたブロックフロー図が例証される。

【0037】

図３で示されるように、再熱（４０）を用いた蒸気ランキン動力サイクルは、対流熱交換器（４１２）（９５８°Ｆから２５０°Ｆで利用可能な熱）および２つの床内熱交換器（４１４）および（４１６）（少なくとも１６００°Ｆの一定の熱源から利用可能な熱）を利用する。例えば、一実施形態では、第１の床内熱交換器部分については、蒸気は、７７０°Ｆから１１００°Ｆの蒸気を要する流動床内のチューブを介して流れ、その後、蒸気が高圧蒸気タービンを通り抜ける。第２の床内熱交換器部分については、蒸気は６４０°Ｆから１１００°Ｆまでになり、その後、より低い圧力の蒸気タービンを介して送られる。

【0038】

例えば、２３０°Ｆおよび４０００ｐｓｉａの蒸気は、ライン（４２０）を経由して熱源対流熱交換器（４１２）へと送られ、そこでそれは、ライン（３４）を経由して、熱交換器（４１２）へと導入された、例えば９５５°Ｆおよび１１５ｐｓｉａの燃焼排ガスとの熱交換伝達状態で渡される。そのような処理は、例えば、７７０°Ｆおよび３８５０ｐｓｉａの加熱水蒸気を形成し、ライン（４２２）を経由して床内熱交換器（４１４）へと渡される。そのような処理はまた、熱交換器（４１２）から出る、例えば、２５０°Ｆおよび１１０ｐｓｉａの排気流（４４）をもたらす。

【0039】

床内熱交換器（４１４）において、蒸気は、燃焼器からライン（２２）を経由して床内熱交換器（４１４）に渡される、燃焼器生成熱の第２の部分の第１部との熱交換伝達状態で渡される。一実施形態では、そのような燃焼器生成熱の第２の部分は、１６００°Ｆおよび１２０ｐｓｉａである。

【0040】

床内熱交換器（４１４）では、蒸気は、例えば１１００°Ｆまで加熱される。

【0041】

例えば、１１００°Ｆおよび３８５０ｐｓｉａの床内熱交換器（４１４）からの蒸気は、ライン（４２４）を経由して、第１のタービン（４２６）へと渡される。

【0042】

蒸気は、発電機（図示せず）に取り付けられるようなタービン（４２６）で膨張し、矢印（４２）で表される動力を作り出す。

【0043】

例えば、６４０°Ｆおよび７５０ｐｓｉａの結果としてもたらされる蒸気は、ライン（４３０）を経由して第２の床内熱交換器（４１６）へと渡され、そこで、燃焼器から床内熱交換器（４１６）へと渡される燃焼器生成熱（２２’）の第２の部分の第２部との熱交換伝達状態で渡される。一実施形態では、そのような燃焼器生成熱の第２の部分は、１６００°Ｆおよび１２０ｐｓｉａである。

【0044】

第２の床内熱交換器（４１６）からの蒸気は、ライン（４３２）を経由して、例えば、１１００°Ｆおよび７００ｐｓｉａで第２のタービン（４３４）に渡される。蒸気は、発電機（図示せず）に取り付けられるようなタービン（４３４）で膨張し、矢印（４２’）で表される動力を作成する。

【0045】

例えば、１３０°Ｆおよび２ｐｓｉａの結果としてもたらされる蒸気は、ライン（４３６）を経由して凝縮器（４４０）に渡され、そこで物質が適切に凝縮される。

【0046】

例えば１００°Ｆおよび２ｐｓｉａの結果としてもたらされる凝縮された物質は、ライン（４４２）を経由してポンプ（４４４）へと渡される。ポンプ（４４４）では、さらなるシステム熱統合処理（４５０）のために、およびライン（４２０）の蒸気をもたらすなどのために、該物質は適切に加圧され、例えば１０３°Ｆおよび１０１０ｐｓｉａでライン（４４６）を通過する。

【0047】

図３から明白なように、蒸気サイクルに必要な熱の温度範囲は２３０°Ｆから１１００°Ｆである；したがって、ブレイトンサイクルでは使用することができなかった化石熱源からの低いグレードの熱を、代わりに、蒸気サイクルに有利に適用することができる。

【0048】

主題の開発の一実施形態では、床内熱交換器で利用可能な熱の８１％が、ＳＣＯ２ブレイトンサイクルのために使用された一方、１９％が蒸気サイクルのために使用された。さらに、対流熱交換器で利用可能な熱の５４％がＳＣＯ２ブレイトンサイクルのために使用される一方、４６％が蒸気サイクルのために使用された。

【0049】

主題の開発の好ましい態様に従って、ボトミングサイクルとして使用される蒸気ランキンサイクルの他の技術とは異なり、本主題の開発は、熱源から直接加熱されるＳＣＯ２ブレイトン動力サイクルおよび蒸気ランキン動力サイクルの両方を利用する。より具体的に、そして図示されるように、２つの動力サイクルは、床内熱交換器内で平列に加熱され、かつ熱交換器内の対流の部分で直列に加熱され得ることが望ましい。

【0050】

したがって、主題の開発の少なくとも１つの態様は、より高い正味プラント効率を提供する、改良された動力を提供する。

【0051】

当業者、および本明細書で提供される教示によって導かれた者は、本主題の開発は、例えば、酸化性物質として酸素を利用し、隔離のために炭素の捕捉を含む実施形態を含む、様々な文脈で適切に実施され得ることを理解するであろう。本主題の開発の１つの態様に従って、そのような特定のプラントは、炭素の捕捉を伴う従来の蒸気ランキンプラントよりも高い効率を有する。

【0052】

本主題の開発の少なくとも１つの態様は、より高い正味プラント効率を提供する、改良された動力サイクルを提供する。

【0053】

したがって、本対象発明の開発の少なくとも１つの態様に従うシステムおよび処理は、化石燃料発電所に関する現在の最先端技術と比較して、より高い正味プラント効率を望ましく生成することができるか、結果としてもたらすことができる。

【0054】

前述の詳細な説明において、本発明はその特定の好ましい実施形態に関して記載してきたが、多くの詳細は例証のために記載されており、本発明がさらなる実施形態の変化を受けやすいこと、および、本明細書で記載される詳細のいくつかは、本発明の基本原理から逸脱することなくかなり変更することができることは、当業者にとって明白であろう。

【図1】

【図2】

【図3】