(57)【要約】燃焼器（１１０）は、化石燃料（１１４’）を燃焼させることにより、作動流体（１０２）を加熱すると共に煙道ガス（１０４）を発生させるよう動作する。空気予熱器１４４は、燃焼器（１１０）内で発生した煙道ガス１０４を受け取る。送風機（１８０）は、空気燃焼モードで動作している場合には空気（１８８）を空気予熱器（１４４）に流し、Ｏ２燃焼モードで動作している場合にはＯ２及びリサイクル煙道ガス１８８’の両方を流す。空気予熱器（１４４）は、受け取った煙道ガス（１５０）から熱を、空気燃焼モードで動作している場合には受け取った空気１８８に、又は、Ｏ２燃焼モードで動作している場合には、受け取ったＯ２及びリサイクル煙道ガス（１８８’）に伝導させることにより、動作モードの特定の性質に基づいて、空気（１８８）又はＯ２及びリサイクル煙道ガス（１８８’）を予熱すると共に、受け取った煙道ガスを冷却するよう動作する。予熱された空気（１４２）又は予熱されたＯ２及びリサイクル煙道ガス（１４２’）は、動作モードの特定の性質に基づいて、空気予熱器（１４４）から燃焼器（１１０）に流され、化石燃料（１１４’）を流動化させる。
2011513689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気燃焼モード又はＯ２燃焼モードのどちらか一方で動作可能な蒸気発生システムであって、
（i）化石燃料を流動化させることにより流動層を作り、（ii）作動流体を加熱すると共に前記化石燃料の燃焼から高温煙道ガスを発生させるために前記化石燃料を燃焼させ、（iii）その後、前記加熱された作動流体及び前記発生した高温煙道ガスの両方を排出するように動作するよう構成される化石燃料燃焼器と、
前記発生した高温煙道ガスを前記化石燃料燃焼器から受け取るように動作するよう構成される空気予熱器と、
（i）前記蒸気発生システムが前記空気燃焼モードで動作している場合、空気を前記空気予熱器に流し、（ii）前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、Ｏ２及びリサイクル煙道ガスの両方を前記空気予熱器に流すように動作するよう構成される送風機と、
を備え、
前記蒸気発生システムが前記空気燃焼モードで動作している場合、前記空気予熱器が、受け取った前記煙道ガスからの熱を前記空気予熱器へ流れる前記空気に伝導させることにより、前記空気を予熱して前記煙道ガスを冷却するように動作し、その後、前記予熱された空気を前記空気予熱器から前記化石燃料燃焼器へ流すことにより、前記化石燃料を流動化させ、
前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記空気予熱器が、受け取った前記煙道ガスからの熱を前記空気予熱器へ流れるＯ２及びリサイクル煙道ガスの両方に伝導させることにより、Ｏ２及び前記リサイクル煙道ガスの両方を予熱して前記煙道ガスを冷却するように動作し、その後、前記予熱されたＯ２及びリサイクル煙道ガスの両方を前記空気予熱器から前記化石燃料燃焼器へ流すことにより、前記化石燃料を流動化させる、蒸気発生システム。
【請求項２】
前記送風機が第１送風機であり、前記化石燃料燃焼器における前記化石燃料の前記燃焼が、前記化石燃料燃焼器から排出される前記発生した高温煙道ガスに同伴する高温の残留固体も発生するように動作し、前記蒸気発生システムは、
前記排出される高温煙道ガスから前記同伴した高温の固体を分離するように動作するよう構成される分離器であって、前記空気予熱器で受け取られた前記排出された高温煙道ガスが、前記分離された排出された高温煙道ガスとなる、分離器と
前記分離器において前記排出された高温煙道ガスから分離された後前記高温の固体を受け取るように動作し、受け取った前記高温の固体からの熱を伝導させて、受け取った前記高温の固体を冷却するように動作するよう構成される熱交換器と、
（i）前記蒸気発生システムが前記空気燃焼モードで動作している場合、空気を前記熱交換器へ流して前記冷却された固体を流動化させ前記熱交換器から前記化石燃料燃焼器へ流し、（ii）前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記リサイクル煙道ガスを前記熱交換器へ流して前記冷却された固体を流動化させ前記熱交換器から前記化石燃料燃焼器へ流すように動作するよう構成される第２送風機と、
を更に備えた、請求項１記載の蒸気発生システム。
【請求項３】
前記作動流体が第１作動流体であり、前記蒸気発生システムは、
前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、（i）前記冷却された煙道ガス及び第２作動流体を受け取り、（ii）受け取った前記煙道ガスからの熱を、受け取った前記第２の作動流体へ伝導させることにより、前記第２作動流体を加熱すると共に前記煙道ガスを冷却し、（iii）前記加熱された第２作動流体を排出するように動作するよう構成される作動流体加熱器と、
前記化石燃料燃焼器から排出された前記加熱された第１作動流体及び前記作動流体加熱器から排出された前記加熱された第２作動流体によって駆動されるように動作するよう構成されるタービンと、
を更に備えた、請求項１記載の蒸気発生システム。
【請求項４】
前記作動流体が第１作動流体であり、前記化石燃料燃焼器における前記化石燃料の前記燃焼が、前記化石燃料燃焼器から排出された前記発生した高温煙道ガスに同伴する高温の残留固体も発生するよう動作し、前記蒸気発生システムは、
前記排出された高温煙道ガスから前記同伴した高温の固体を分離するように動作するよう構成される分離器であって、前記空気予熱器で受け取られた前記排出された高温煙道ガスが、前記分離器において分離された前記排出された高温煙道ガスとなる、分離器と、
前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、（i）前記高温の固体及び第２作動流体を受け取り、（ii）受け取った前記高温の固体からの熱を、受け取った前記第２の作動流体へ伝導させることにより、前記高温の固体を冷却すると共に前記第２作動流体を加熱し、（iii）前記加熱された第２作動流体を排出するように動作するよう構成される熱交換器と、
前記化石燃料燃焼器から排出された前記加熱された第１作動流体及び前記熱交換器から排出された前記加熱された第２作動流体によって駆動されるように動作するよう構成されるタービンと、
を更に備えた、請求項１記載の蒸気発生システム。
【請求項５】
前記送風機が第１送風機であり、前記蒸気発生システムは、
前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記リサイクル煙道ガスを前記熱交換器へ流すように動作するよう構成される第２の送風機
を更に備え、
前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記リサイクル煙道ガスが、前記冷却された固体を流動化し前記熱交換器から前記化石燃料燃焼器へ流すために、前記熱交換器へ流される、請求項４記載の蒸気発生システム。
【請求項６】
前記熱交換器が第１熱交換器であり、前記蒸気発生システムは、
前記分離された高温の固体を受け取るよう動作し、受け取った前記高温の固体からの熱を伝導させることにより、受け取った前記高温の固体を冷却するように構成される第２熱交換器
を更に備え、
前記蒸気発生システムが前記空気燃焼モードで動作している場合、前記第２送風機が利用されず、
前記蒸気発生システムが前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記第２送風機は、更に、前記リサイクル煙道ガスを前記第２熱交換器に流すことにより、前記冷却された固体を流動化させ、前記第２熱交換器から前記化石燃料燃焼器へ流すように動作するよう構成される、請求項５記載の蒸気発生システム。
【請求項７】
空気燃焼モード又はＯ２燃焼モードのどちらか一方において蒸気を発生させる方法であって、
化石燃料を流動化させて流動層を作るステップと、
前記化石燃料を燃焼させて、作動流体を加熱すると共に煙道ガスを発生させるステップと、
（i）前記空気燃焼モードで動作している場合、前記煙道ガスから熱を空気に伝導させることにより、前記空気を予熱すると共に前記発生した煙道ガスを冷却するようにする、又は（ii）前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記煙道ガスから熱をＯ２及びリサイクル煙道ガスの両方へ伝導させることにより、前記Ｏ２及び前記リサイクル煙道ガスを予熱すると共に、前記発生した煙道ガスを冷却するステップと、
（i）前記空気燃焼モードで動作している場合には前記予熱された空気を用いて、又は（ii）前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合には前記予熱されたＯ２及び前記リサイクル煙道ガスの両方を用いて、前記化石燃料を流動化させるステップと、
を含む方法。
【請求項８】
前記作動流体が第１作動流体であり、前記化石燃料を燃焼させるステップがまた、前記発生した煙道ガスに同伴する高温の残留固体を発生し、前記方法は、
前記熱を伝導させる前記発生した煙道ガスが、分離した煙道ガスを含むように、前記同伴した高温の固体を前記発生した煙道ガスから分離するステップと、
前記分離された高温の固体から熱を第２作動流体に伝導させることにより、前記分離された高温の固体を冷却するステップと、
前記空気燃焼モードで動作している場合には空気で、又は、前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合にはリサイクル煙道ガスで、前記冷却された固体を流動化するステップと、
前記流動化された冷却された固体を燃焼することにより、前記第１作動流体を加熱すると共に前記煙道ガスを発生させるステップと、
を更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記作動流体が第１作動流体であり、前記方法は、
前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記冷却された煙道ガスから熱を第２作動流体に伝導させることにより、前記第２作動流体を加熱すると共に前記冷却された煙道ガスを更に冷却するステップと、
前記加熱された第１作動流体と前記加熱された第２作動流体とでタービンを駆動するステップと、
を更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記作動流体が第１作動流体であり、前記化石燃料を燃焼させるステップがまた、前記発生した煙道ガスに同伴する高温の残留固体を発生し、前記方法は、
前記発生した煙道ガスから前記同伴した高温の固体を分離するステップと、
前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合、前記分離された高温の固体から熱を第２作動流体に伝導させることにより、前記分離された高温の固体を冷却すると共に前記第２作動流体を加熱するステップと、
前記加熱された第１作動流体と前記加熱された第２の作動流体とでタービンを駆動するステップと、
を更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却された固体を前記リサイクル煙道ガスで流動化させるステップと、
前記流動化された冷却された固体を燃焼させることにより、前記第１作動流体を加熱すると共に煙道ガスを発生させるステップと、
を更に含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
分離した他の高温の固体から熱を第３作動流体に伝導させることにより前記分離した他の高温の固体を冷却するステップと、
（i）前記空気燃焼モードで動作している場合には空気で、又は、（ii）前記Ｏ２燃焼モードで動作している場合にはリサイクル煙道ガスで、前記冷却された他の固体を流動化するステップと、
前記流動化された他の固体を燃焼させることにより、前記第１作動流体を加熱すると共に煙道ガスを発生させるステップと、
を更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
（i）化石燃料を流動化させることにより流動層を作り、（ii）第１作動流体を加熱すると共に前記化石燃料の燃焼から煙道ガスを発生させるために前記化石燃料を燃焼させ、（iii）その後、前記加熱された第１作動流体及び前記発生した煙道ガスの両方を排出するように動作するよう構成される化石燃料燃焼器と、
前記発生した煙道ガスを前記化石燃料燃焼器から受け取るように動作するよう構成される空気予熱器と、
Ｏ２及びリサイクル煙道ガスの両方を前記空気予熱器に流すように動作するよう構成される送風機と、
前記排出された加熱された第１作動流体によって駆動されるように動作するよう構成されるタービンと、
を含むＯ２燃焼蒸気発生システムであって、
前記空気予熱器が、前記受け取った煙道ガスから熱を前記Ｏ２及びリサイクル煙道ガスの両方に伝導させることにより、前記Ｏ２及び前記リサイクル煙道ガスを予熱すると共に前記受け取った煙道ガスを冷却し、
前記化石燃料燃焼器が、前記化石燃料を前記予熱されたＯ２及び前記リサイクル煙道ガスで流動化させるよう動作する、Ｏ２燃焼蒸気発生システム。
【請求項１４】
前記送風機が第１送風機であり、前記化石燃料の燃焼がまた、前記排出された高温煙道ガスに同伴する高温の残留固体を発生するよう動作し、前記Ｏ２燃焼蒸気発生システムは、
前記排出された高温煙道ガスから前記同伴した固体を分離するように動作するよう構成される分離機であって、前記空気予熱器で受け取られた前記排出された煙道ガスが、前記分離器において分離された前記排出された煙道ガスとなる、分離器と、
前記分離された高温の固体を受け取り、前記受け取った高温の固体から熱を第２作動流体に伝導させることにより、前記受け取った高温の固体を冷却するように動作するよう構成される熱交換器と、
前記リサイクル煙道ガスを前記熱交換器に流すように動作するよう構成される第２送風機と、
を更に備え、
前記熱交換器に流される前記リサイクル煙道ガスが、前記冷却された固体を流動化させて前記熱交換器から前記化石燃料燃焼器へ流すように動作する、請求項１３記載のＯ２燃焼蒸気発生システム。
【請求項１５】
（i）前記冷却された煙道ガス及び第２作動流体を受け取り、（ii）前記受け取った煙道ガスから熱を前記受け取った第２作動流体へ伝導させることにより、前記受け取った第２作動流体を加熱すると共に前記受け取った煙道ガスを更に冷却し、（iii）前記加熱された第２作動流体を排出するように動作するよう構成される作動流体加熱器
を更に備え、
前記タービンが更に、前記排出された加熱された第２作動流体によって駆動されるように動作するよう構成される、請求項１３記載のＯ２燃焼蒸気発生システム。
【請求項１６】
前記化石燃料の燃焼がまた、前記排出された高温煙道ガスには伴する高温の残留固体を発生するように動作し、前記Ｏ２燃焼蒸気発生システムが、
前記排出された前記高温煙道ガスから前記同伴した高温の固体を分離するように動作するよう構成される分離機であって、前記空気予熱器で受け取られた前記排出された煙道ガスが、前記分離器において分離された前記排出された煙道ガスとなる、分離器と、
（i）前記分離された高温の固体及び第２作動流体を受け取り、（ii）前記受け取った高温の固体から熱を前記受け取った第２作動流体へ伝導させることにより、前記受け取った高温の固体を冷却すると共に前記第２作動流体を加熱し、（iii）前記加熱された第２作動流体を排出するように動作するよう構成される熱交換器と、
を更に備え、
前記タービンが更に、前記排出された加熱された第２作動流体によって駆動されるように動作するよう構成される、請求項１３記載のＯ２燃焼蒸気発生システム。
【請求項１７】
前記送風機が第１送風機であり、前記Ｏ２燃焼蒸気発生システムは、
リサイクル煙道ガスを前記熱交換器に流すように動作するよう構成される第２送風機
を更に備え、
前記リサイクル煙道ガスが、前記冷却された固体を流動化させ前記熱交換器から前記化石燃料燃焼器へと流すために、前記熱交換器に流される、請求項１６記載のＯ２燃焼蒸気発生システム。
【請求項１８】
前記熱交換器が第１熱交換器であり、前記Ｏ２燃焼蒸気発生システムは、
（i）分離された他の高温の固体及び第３作動流体を受け取り、（ii）前記受け取った他の高温の固体から熱を前記受け取った第３作動流体へ伝導させることにより、前記受け取った他の高温の固体を冷却すると共に前記第３作動流体を加熱するように動作するよう構成される第２熱交換器を
更に備え、
前記第２送風機が、前記リサイクル煙道ガスを前記第２熱交換器に流すように動作するよう構成され、
前記リサイクル煙道ガスが、前記冷却された他の固体を流動化させ前記第２熱交換器から前記化石燃料燃焼器へ流すために、前記第２熱交換器に流される、請求項１７記載のＯ２燃焼蒸気発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には蒸気の発生に関し、特に、酸素燃焼用に改造可能であるＣＯ２捕捉対応の空気燃焼流動層蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料を燃焼させるための炉を含む熱発生システムは、有用な作業を行うことを目的として、制御された熱を発生させるために長く利用されてきた。このような作業は、工業若しくは船舶への適用のため、又は電力を生成するタービンの駆動のため、窯炉を用いた直接的な作業の形、又は蒸気発生器を用いた間接的な作業の形となる可能性がある。現代の蒸気発生用の水管炉は様々な種類があり、例えば限定的ではないが流動層ボイラーが含まれる。様々な種類の流動層ボイラーが存在するが、一般的には全て、流動層ボイラー内で燃料を燃焼する前に通常は空気である気体を注入して固体を流動化させるという本質的に同じ原理に基づいて動作する。
【０００３】
循環流動層（ＣＦＢ）型ボイラーの動作態様について、通常、気体例えば、例示するならば、空気を、固体粒子の層を通して流すことにより、固体粒子を互いに分離させるように作用することのできる力を生成させる。このため、気体流が増大するにつれ、上述の気体によって生成され固体粒子にかかる力が、固体粒子を互いに分離させるためにちょうど十分である点に達する。この点に達すると、ＣＦＢボイラーの層は流動化し、固体粒子間に存在する気体のクッションにより固体粒子が自由に動けるようになってＣＦＢボイラーの固体粒子の層に液体の特徴が与えられる。ＣＦＢボイラーの固体粒子層のかさ密度は、ＣＦＢボイラーの層を形成する固体粒子が流動化された時点では比較的高いが、そのかさ密度は、固体粒子を燃焼させて熱を発生させるＣＦＢボイラーを通して固体粒子の層を上方向に流すのにつれて減少する。
【０００４】
ＣＦＢボイラー内を循環する固体粒子は、一般に、破砕又は粉砕された石炭又は他の固体燃料などの固体燃料粒子と、破砕又は粉砕された石灰石、ドロマイト又は他のアルカリ土類材料などの吸収剤粒子とを含む。ＣＦＢボイラー内の固体燃料粒子の燃焼により、煙道ガス及び灰が生成される。固体燃料粒子のこのような燃焼中に、固体燃料粒子中の炭素が酸化されて二酸化炭素（ＣＯ２）が発生することになる。固体燃料粒子を燃焼中には窒素も酸化され、窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生することになる。また、固体燃料粒子の燃焼中には、硫黄が酸化されて二酸化硫黄（ＳＯ２）を形成する。そのようなＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯ２及びＣＦＢボイラー内で固体燃料粒子を燃焼中に発生する他の気体は、通常煙道ガスと呼ばれるものを集合的に形成する。ＣＦＢボイラー内で固体燃料粒子の燃焼中に生成される灰は、一般的に、主として不活性材料及び吸着剤粒子の形の未燃焼固体から成る。そのよう灰又は少なくともその一部は、粒子状物質とも呼ばれることがある。ＣＦＢボイラー内で固体燃料粒子を燃焼させることで生じる灰は、ＣＦＢボイラー内の上方への流路に、固体燃料粒子の燃焼の間に生成される高温煙道ガスに同伴して運ばれる。この灰はその後、高温煙道ガスと共にＣＦＢボイラーから排出される。ＣＦＢボイラー内の高温煙道ガスの上方への流れの間に、高温煙道ガス中のＳＯ２が上述した吸着剤の粒子によって吸着されるようになっている。
【０００５】
本発明によれば、従来構造の空気汚染制御（ＡＰＣ）サブシステムを利用して、例えば、ＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯ２及び粒子状物質などの様々な所謂汚染物質を上述した種類の熱発生システムから発生する煙道ガスから除去することが好ましい。このため、ＣＦＢボイラーから排出される煙道ガスは、排気筒に到達し大気に排出される前に、従来構造のＡＰＣサブシステムの様々な構成要素に導かれる。上述のＡＰＣサブシステムの構成要素の各々は、それ自体で１つのシステムと見なすことができる。例えばこの点に関して、限定はしないが、上述の煙道ガスから、遠心式分離器及び／又は静電集塵器による処理により粒子状物質を除去し、選択接触還元（ＳＣＲ）システムによる処理によりＮＯｘを除去し、ＳＯ２スクラバーシステムによる処理によりＳＯ２を除去し、ＣＯ２スクラバーシステムによる処理によりＣＯ２を除去することができる。
【０００６】
しかしながら、煙道ガスからの排出を削減するために動作する有効な他の方法も公知である。例えばこの点に関して、ＣＯ２及びＮＯｘの排出は、燃焼プロセス中に酸素を利用することによって低減できることが知られている。より具体的には、この目的のために、２００３年１月１４日発行の「Oxygen Fired Circulating Fluidized Bed Steam Generator」という名称の本出願の譲受人に譲渡された米国特許第６,５０５,５６７号には、ＣＦＢボイラー内の燃料を流動化させるために空気の代わりに酸素を使用するＣＦＢボイラー蒸気発生システムが説明例示されている。米国特許第６,５０５,５６７号に説明例示されるＣＦＢボイラー蒸気発生システムにより、望ましい最終生成物として且つ燃焼プロセス支援においての両方でＣＯ２の使用が容易となる。米国特許第６,５０５,５６７号の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
米国特許第６,５０５,５６７号において説明例示される技術によれば、実質的に純粋な酸素供給流が、蒸気発生システムのＣＦＢボイラーに導入される。燃料をその実質的に純粋な酸素供給流及びリサイクル煙道ガスの存在下で燃焼することにより、、体積が最大の２つの構成要素としてＣＯ２及び水蒸気を有する煙道ガス及び実質的にＮＯｘを含まない煙道ガスを生成させる。上述の煙道ガスは、熱を前記煙道ガスから酸素供給流に伝導させるように動作する酸素供給流予熱器を通して流されるようになっている。更に、煙道ガスは最終生成物部分とリサイクル部分に分離される。煙道ガスの前記最終生産物をその後冷却し圧縮することにより、液相のＣＯ２を生成する。一方、煙道ガスのリサイクル部分はその後蒸気発生システムのＣＦＢボイラーに導き戻され、その中でＣＦＢボイラー内での燃焼プロセスに寄与する。
【０００８】
米国特許第６,５０５,５６７号に説明例示される技術は生成されたＣＯ２を望ましい最終生成物として且つ燃焼プロセス支援において使用する融通性を提供する。液体ＣＯ２を生成することにより、ＣＦＢボイラー蒸気発生システムの熱出力も向上する。しかしながら、米国特許第６,５０５,５６７号に説明例示される技術は、ＣＯ２の排出量を大幅に低減するために用いることができる一方、将来的に成立し得る政府によるＣＯ２排出に関する規制やそのような規制に対応するために負担しなければならない費用に対する懸念から、石炭燃焼蒸気発生システムに容量を追加することに対する抵抗は各方面で残る。この点に関して、例えば、従来構造の石炭燃焼ＣＦＢボイラー蒸気発生システムにＣＯ２捕捉のための改造を施すための投資コストは、一般的に、１キロワット（ｋＷ）当たり１０００ドル〜１６００ドルの範囲となり得ることが調査で分かった。また、石炭燃焼ＣＦＢボイラー蒸気発生システムの場合、ＣＯ２捕捉のためのエネルギー損失が、一般に２５％から４０％の範囲になり得ることもその調査で分かった。更に、特に改造する場合、上述の石炭燃焼ＣＦＢボイラー蒸気発生システムの敷地自体、米国特許第６,５０５,５６７号に説明例示する種類のＣＦＢボイラー蒸気発生システムを収容するには不十分となる場合もある。
【０００９】
よって、例えば、更なる電力を生成するために、熱発生システムの高容量化への必要性が認識され、且つ、石炭燃焼ＣＦＢボイラー蒸気発生システムが、このような蒸気を発生させる効率的な手段であることも認識されている一方で、地球温暖化に関する継続中の議論及び石炭などの化石燃料の燃焼によるＣＯ２排出に向け高まる注目、設備費用及びエネルギー生成低減の両方の面におけるＣＯ２捕捉コストによって、電力容量、ひいては国及び世界に対する電力の供給を増大し得る設置の少なくとも一部が間違いなく遅れている。
【００１０】
従って、化石燃料燃焼蒸気発生システム又は他の熱発生システムの動作中に発生するＣＯ２を捕捉するために有効に動作する新規及び改良手法が従来手法に必要とされていることが分かる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明は、現在公知の手法よりも低コスト及び／又は高効率で実施できる、化石燃料燃焼式蒸気発生システム又は他の熱発生システムの動作中に発生するＣＯ２の捕捉のための手法を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の更なる目的、利点、新しい特徴は、以下の詳細な説明を含む図面に記載されている実例を考慮した以下の詳細な説明を含む本開示並びに本発明の実施により当業者に明らかになろう。本発明は、好ましい諸実施形態を参照して以下に説明されるが、本発明は、それらに限定されないことが当業者には容易に理解できるであろう。本明細書の教示に接する機会を有する当業者であれば、更なる実装、変更、及び実施形態、並びに他の使用の分野を認識するであろう。これらは、本明細書に開示され、請求されたように本発明の範囲内であり、これらに関して本発明は、著しい有用性を有する。このため、本明細書の教示に接する機会を有する当業者であれば、本発明の本質から逸脱することなく、更なる実装、変更、及び実施形態、並びに他の使用の分野を認識するであろう。これらは、本明細書に開示され、請求されたように本発明の範囲内であり、これらに関して本発明は、著しい有用性を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、空気燃焼モード又は酸素燃焼モードのどちらかで動作している蒸気発生システムにおいて熱を発生させることができる。そのために、石炭などの化石燃料をまず流動化させることにより流動層を生成することが好ましい。この流動層は、必ずしもそうである必要はないが、循環流動層（ＣＦＢ）であってもよい。前述の化石燃料の燃焼は、作動流体が加熱されると共に煙道ガスも発生するよう動作する。この作動流体は、第１作動流体と呼ぶことがあり、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水と蒸気の混合物又は、他の作動流体であってもよい。そのような化石燃料の燃焼を、蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作している時に行う場合、燃焼により発生する煙道ガスからの熱を空気に伝導させることにより空気を予熱すると共に、化石燃料の燃焼中に発生する煙道ガスが冷却されることが好ましい。そして化石燃料は、予熱された空気によって流動化される。一方、そのような化石燃料の燃焼を蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作している時に行う場合、燃焼により発生する煙道ガスからの熱を酸素及びリサイクル煙道ガスに伝導させることにより、この酸素及びリサイクル煙道ガスが予熱されると共に、化石燃料の燃焼中に発生する煙道ガスが冷却されることが好ましい。そして、化石燃料は、予熱された酸素及びリサイクル煙道ガスによって流動化される。
【００１４】
一般にそのような化石燃料の燃焼により、化石燃料の燃焼中に発生する煙道ガスに同伴する高温の残留固体も発生する。次に、そのような場合において、前述の同伴する高温の固体が煙道ガスから分離される。そして上述したように分離された煙道ガスから、熱を空気又は酸素及びリサイクル煙道ガスの一方に伝導するのである。
【００１５】
また、分離した高温の固体から熱を他の作動流体、すなわち第２の作動流体に伝導することにより、他の作動流体、すなわち第２の作動流体が受け取る高温の固体を冷却することが好ましい。この他の作動流体、すなわち第２作動流体は、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水及び蒸気の混合物、又は他の作動流体であってもよい。蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作している場合にそのような化石燃料の燃焼を行う場合、冷却される高温の固体は空気によって流動化される。しかしながら、蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作している場合にそのような化石燃料の燃焼を行う場合、冷却される高温の固体はリサイクル煙道ガス又はＮ２によって流動化される。そして、流動化した冷却された固体となったかつて高温の固体は、燃焼されることにより第１作動流体を加熱すると共に煙道ガスを発生させる利点がある。
【００１６】
例えば、あくまで仮定だが、蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作している場合にそのような化石燃料の燃焼が行われる場合、かつて高温で現在冷却された煙道ガス、すなわち、上述してきたような酸素及びリサイクル煙道ガスの両方に熱を伝導させることで冷却される煙道ガスからの熱は、本発明の本質から逸脱することなく、本発明が利用される特定の応用の性質に基づいて第２の作動流体又は第３の作動流体のどちらかであってもよい他の作動流体に伝導することにより、この他の作動流体が加熱されると共に、すでにある程度冷却された冷却煙道ガスが更に冷却される。この他の作動流体は、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水及び蒸気の混合物、又は他の作動流体であってもよい。この加熱された他の作動流体及び上述した加熱された第１作動流体は、それぞれタービンを駆動するために適切に利用される。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、例えば、あくまで仮定だが、蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作して、かつ、化石燃料の燃焼によって発生する煙道ガスから高温の固体を分離し後に、そのような化石燃料の燃焼が行われる場合、熱が、煙道ガスから分離された高温の固体から、本発明の本質から逸脱することなく、本発明が利用されている特定の応用の性質に基づいて第２、第３、第４の何れかの作動流体であってもよい他の作動流体に伝導することにより、煙道ガスから分離された高温の固体が冷却されると共に他の作動流体が加熱されることが好ましい。冷却されている高温の固体はリサイクル煙道ガスで流動化され、流動化された冷却された固体をその後燃焼させることにより、第１作動流体及びそのような燃焼で発生した煙道ガスが加熱されることが好ましい。この場合も、この第１作動流体は、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水及び蒸気の混合物、又は任意の他の作動流体であってもよい。この加熱された作動流体及び、上述した他の２つの加熱された作動流体の一方又は両方は、全てタービンを駆動するために適切に利用される。
【００１８】
例示的な応用によれば、本発明により構成される蒸気発生システムには、化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー、空気予熱器及び、本明細書において第１送風機と呼ぶことがある送風機が含まれる。このため、化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーは、化石燃料の流動化により流動層を生成し、化石燃料の燃焼により第１作動流体を加熱することで煙道ガスを発生させる両方の効果を有するように、しかるべき構成を有する、すなわち、しかるべき大きさでしかるべき形状を有し、及び／又は、必要な構成要素を組み入れる。次に、化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーも、加熱された第１作動流体の流れ及び煙道ガスの流れを排出できるように、しかるべく構成される。上述の例示的応用について、その空気予熱器は、化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーから排出された煙道ガスを受け取ることができるように構成されることが好ましい。
【００１９】
前段落で参照した蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作している場合、送風機は、空気予熱器に空気を送ることができるよう動作するような構成を有する。次に、空気予熱器は、空気予熱器が受け取った煙道ガスからの熱を、空気予熱器を貫流する空気に伝導させることにより、その空気を予熱するように動作するようになっている。予熱された空気予熱器中の空気はその後、空気予熱器から化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーに流され、そこで化石燃料を流動化させるために利用される。一方、前段落で参照した蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作する場合、送風機は、酸素とリサイクル煙道ガスの両方を空気予熱器に流すことができるような構成を有する。空気予熱器はその後、空気予熱器が受け取った煙道ガスからの熱を酸素及びリサイクル煙道ガスに伝導することにより、酸素及びリサイクル煙道ガスを予熱すると共に、空気予熱器が受け取った煙道ガスを冷却するよう動作する。予熱された空気予熱器中の酸素及びリサイクル煙道ガスはその後、空気予熱器から化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーに流され、そこで化石燃料を流動化させるために利用される。
【００２０】
一般に、化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーにおける化石燃料の燃焼によって、高温の残留固体も発生し、この高温の残留固体が化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーから排出された高温の煙道ガスに同伴する。この場合、本発明により構成された蒸気発生システムには、分離器、熱交換器、及び、他の送風機、すなわち、第２の送風機が含まれることが好ましい。次に、分離器は化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーから排出された高温煙道ガスからその高温煙道ガスに同伴する高温の固体を分離するように動作するよう構成される。上述したように、空気予熱器が受け取るのは、高温の固体が分離された煙道ガスである。次に、上述した熱交換器は、以下本明細書において第１熱交換器と呼ぶことがあり、煙道ガスから分離された高温の固体を受取り、受け取った高温の固体からの熱を他の作動流体、すなわち、第２の作動流体に伝導させることにより受け取った高温の固体を冷却するように動作するように、適切に構成される。この他の作動流体は、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水及び蒸気の混合物、又は他の種類の作動流体であってもよい。本発明により構成された蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作する場合、上述の第２の送風機は、上述の第１熱交換器に空気を流すように動作するように適切に構成される。そのように上述の第１熱交換器に流された空気は、冷却された高温の固体を流動化させ、上述の第１熱交換器から化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーに流されるように動作する。一方、本発明により構成された蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作する場合、上述の第２の送風機は、上述の第１熱交換器にリサイクル煙道ガスを流すよう動作するように適切に構成される。上述の第１熱交換器に流されたリサイクル煙道ガスは、冷却された高温の固体を流動化させ、上述の第１熱交換器から化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーに流されるよう動作するようになっている。
【００２１】
本発明により構成された蒸気発生システムの更に別の態様によれば、本発明の蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作する場合、冷却された後の煙道ガスは、上述の空気予熱器から作動流体加熱器へ流されてもよい。この場合、作動流体加熱器は、冷却された後に上述の空気予熱器から流される煙道ガス及び、本発明を利用する特定の応用の性質に基づいて第２又は第３の作動流体のどちらかである他の作動流体を受け取るように動作するよう適切に構成される。この場合も、この他の作動流体は、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水及び蒸気の混合物、又は任意の他の作動流体であってもよい。しかしながら、他の作動流体は、第１作動流体と同じ種類であることが好ましい。次に、作動流体加熱器も、受け取った作動流体を加熱すると共に受け取った煙道ガスを更に冷却するように、受け取った煙道ガスからの熱を受け取った作動流体に伝導させるように動作するように適切に構成されることが好ましい。また、作動流体加熱器は、加熱された作動流体の流れを排出するように動作するよう適切に構成される。このようにして、蒸気タービンなどのタービンは、作動流体加熱器から排出された加熱された作動流体の流れ及び化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーから排出された加熱された第１作動の流れによって駆動される。
【００２２】
更に別の任意の態様によれば、本発明により構成された蒸気発生システムは、本発明の蒸気発生システムが酸素燃焼モードで動作する場合、煙道ガスから分離された高温の固体を受け取ると共に、受け取った高温の固体からの熱を、本発明が利用されている特定の応用の性質に基づいて第２、第３、又は第４の作動流体からなる他の作動流体へ伝導させることにより、受け取った高温の固体を冷却すると共に作動流体を加熱するように動作するように適切に構成される他の熱交換器、すなわち、第２の熱交換器を含んでもよい。この場合も、他の作動流体は、本発明の本質から逸脱することなく、水、蒸気、水と蒸気の混合物、又は任意の他の種類の作動流体であってもよいが、第１作動流体と同じ種類であることが好ましい。本発明の本質から逸脱することのなく、上述した第２の送風機であってもよい他の送風機は、リサイクル煙道ガスを第２の熱交換器に流すように動作するように構成される。上述の第２の熱交換器に流されたリサイクル煙道ガスは、冷却された高温の固体を流動化させ、上述の第２の熱交換器から化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーに流すように動作するようになっている。次に、上述の第２の熱交換器から排出された加熱された作動流体を、タービンを駆動ため、化石燃料燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーからの加熱された作動流体及び上述の作動流体加熱器からの加熱された作動流体の一方又は両方と共に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による、酸素燃焼モードにおいて動作する場合に二酸化炭素（ＣＯ２）最終生成物を捕捉するために用いることができる循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーを含む、空気又は酸素燃焼蒸気発生システムの概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態による、酸素燃焼モードにおいて動作する場合に二酸化炭素（ＣＯ２）最終生成物を捕捉するために用いることができる循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーを含む、空気又は酸素燃焼蒸気発生システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２４】
デュアルモードシステムの構成要素及び操作
図１には、本発明の第１実施形態により構成された例示的空気又は酸素（Ｏ２）燃焼循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００の概略図を一例として示す。循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００は、化石燃料を燃焼させるために空気を利用し、又は任意選択構成要素を備える場合には空気の代りにＯ２を利用して動作することが可能である。
【００２５】
以下に説明するその動作モードによれば、循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００において燃焼される化石燃料は、粉砕石炭であることが好ましい。なお当然のことながら、本発明の本質から逸脱することなく、粉砕石炭の代りに他の種類の化石燃料も同様に利用することができる。しかしながら、何れにしても例えば、限定はされないが粉砕石炭又は石油コークス又はバイオマスなどの高炭素含有の化石燃料を用いることが好ましい。次に、図１に示した循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００の説明において、利用される作動流体は、Ｈ２Ｏであることが好ましく、これは、動作中の循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００のプロセス内の異なる時点で、液体状態、気体状態、又は液体と気体の混合状態であってよい。しかしながら、ここでもまた当然のことながら、本発明の本質から逸脱することなく、他の種類の作動流体をＨ２Ｏの代りに同様に用いることができる。更に、本発明の本質から逸脱することなく、循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００の様々な構成要素内を流れる作動流体は、異なる種類のものであってもよいことが分かるであろう。
【００２６】
空気燃焼モードにおいて利用される場合、循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００は、単一サイクル電力発生システムとして動作して、電力を発生させることが可能である。しかしながら、Ｏ２燃焼モードで利用されると、循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００は、複合サイクル電力発生システムとして動作し、電力を発生させ且つ二酸化炭素（ＣＯ２）最終生成物を生成する。Ｏ２燃焼モードで利用される場合、循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００は、任意選択で窒素（Ｎ２）最終生成物を生成するように動作することもできる。
【００２７】
循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００は、空気の代りに酸素を利用可能とすることで化石燃料を流動化すると共に、化石燃料を燃焼させ、そして、最終生成物としての二酸化炭素を捕捉するようにもなる目的のために予めかかる投資費用を最小限に押さえることに関し特に好都合な特徴を有する。Ｏ２燃焼モードで循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００を動作することにより、ＣＯ２捕捉のためのエネルギー損失は、二酸化炭素の捕捉に通常関連づけられる２５％から４０％の損失範囲の下端がかかることになる。このため、Ｏ２燃焼が可能なように装備された後には、正味電気出力において２５％程度の削減が期待できる。
【００２８】
本発明により構成された循環流動層（ＣＦＢ）蒸気発生システム１００は、流動化及び燃料燃焼容器として機能し、燃焼器と呼ばれることもある空気又はＯ２燃焼循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０を有する。本発明により構成される蒸気発生システム１００は、通常大気汚染管理（ＡＰＣ）サブシステムの部分を構成すると見なされるものを含む多数の下流側の煙道ガス処理構成要素も含む。
【００２９】
タービンを駆動する作動流体を加熱するための流動化及び燃料の燃焼
循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０は炉を含み、その壁は複数の管で画定される。循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０は、空気燃焼モードで動作してもＯ２燃焼モードで動作しても、化石燃料が炉で燃焼され、そのような化石燃料の燃焼により熱が発生する。より具体的には、参照番号１４２で図に示した空気又は参照番号１４２’で図に示した酸素（Ｏ２）ガスと呼ばれることのあるＯ２及びリサイクル煙道ガスの混合物は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に供給される。この循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部において、空気１４２又はＯ２ガス１４２’が化石燃料を流動化させると共に参照番号１１４’で図に示す化石燃料と吸着剤との混合物とが反応するように動作するようになっているが、この混合物は、化石燃料の燃焼する作用を補助するために循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に供給されている。
【００３０】
循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーが空気で燃焼されているかＯ２で燃焼されているかに係わらず、この目的のために利用されている空気１４２又はＯ２ガス１４２’は、内部に好適に設けられる火床を通り、且つ火床より２つ上のレベルの吸気口を通って循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に供給されることが好ましい。これは、図１を参照することでよく理解できる。更に、このために、壁貫通開口サイズ及び燃料落し口の詰り可能性を有利に最少化するため、空気支援型燃料及び吸収剤供給ノズル（図の明確さを保つために図示せず）を用いて、化石燃料と吸着剤の混合物１１４’を循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉に供給することが好ましい。
【００３１】
燃料及び吸着剤の混合物１１４’内の燃料の空気又はＯ２燃焼式燃焼により、一般に煙道ガスと呼ばれる高温燃焼気体、及び一般に灰と呼ばれる高温残留固体が発生する。そのような燃焼により発生した高温の固体の幾らかは、炉の底部に落ちる。参照番号１１５で図に示すこれらの高温の固体は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の底から従来構成の灰冷却器１１６又は機能的に同等な他の構成要素に最終的に適切に排出される。
【００３２】
しかしながら、燃料と吸着剤の混合物１１４’内の燃料の燃焼で発生する高温の固体の多くは、高温燃焼ガス、すなわち、燃焼で発生する煙道ガスに同伴してしまう。この高温の固体が同伴する煙道ガスは、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉中で上昇し、参照番号１０４で図に示す煙道ガスとして循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の上部から排出される。
【００３３】
循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉は、その中で起こる燃焼により発生した熱を、炉の壁を画定する管を通して流される作動流体に伝導させることにより適当に冷却される。上述したように、本発明により構成された蒸気発生システム１００の例示的応用において利用される作動流体は、Ｈ２Ｏであることが好ましい。熱が作動流体に伝導されるにつれ、この作動流体は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の壁を画定する管を上方向流で上昇する。加熱された作動流体１０２は、最終的に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の上部から排出され、適当な管を通して参照番号１９０で図に示すタービンに流される。このタービンは、本発明によって構成された蒸気発生システム１００の例示的応用において、蒸気タービンであることが好ましい。加熱された作動流体１０２は、タービン１９０を駆動するよう動作するようになっている。タービン１９０はそれによって、発電機（図の明確さを保つために図示せず）を駆動することにより発電機に電気を発生させることができるよう動作するようになっている。
【００３４】
固体のリサイクル
本発明によって構成された蒸気発生システム１００の例示的応用の説明を続けると、煙道ガス１０４は、適当な従来型導管によって、参照番号１１８で図に示す高温の固体−気体分離器に運ばれるようになっている。この高温の固体−気体分離器１１８は、遠心式分離器であることが好ましい。この高温の固体−気体分離器１１８は、煙道ガス１０４に同伴している高温の固体のうち少なくとも一部を煙道ガス１０４から分離するよう動作する。高温の固体−気体分離器１１８は、その壁構造に適切に組み込まれた複数の管を含むことが好ましい。更に、高温の固体−気体分離器１１８は、本発明により水又は水と蒸気の混合物のどちらか一方であることが好ましく、上述の複数の管を通して流される作動流体によって冷却されることが好ましい。
【００３５】
高温の固体−気体分離器１１８の動作モードは、高温の固体−気体分離器１１８内において、少なくとも所定のサイズより大きい高温の固体を、そのような高温の固体が同伴している高温の煙道ガスから分離させるようにすることが好ましい。なお、図では単一の高温の固体−気体分離器１１８を示したが、本発明の本質から逸脱することなく、複数の高温の固体−気体分離器１１８を同様に利用することができることに留意されたい。本発明によって構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作する場合、高温の固体−気体分離器において煙道ガスから分離された高温の固体には、未燃焼燃料、フライアッシュ及び吸着剤が含まれる。一方、本発明によって構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合、高温の固体−気体分離器において煙道ガスから分離された高温の固体には、未燃焼燃料、フライアッシュ、吸着剤、及び隙間におけるＣＯ２及び水蒸気が含まれる。次に、煙道ガスから分離された高温の固体１１２は、重力の影響を受けて高温の固体−気体分離器１１８から一つ又は両方のリサイクル経路に流され、その後最終的には循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に再導入される。高温の固体は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０において再び燃焼される。
【００３６】
高温の固体１１２に関する説明を続けると、参照番号１１２ａで図に示す、煙道ガスから分離された高温の固体は、ひとつの経路に沿って冷却されることなく直接循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１００に戻るよう流される。ところが、参照番号１１２ｂで図に示す、煙道ガスから分離された分離後の高温の固体は、他の経路に沿って熱交換器１３６を介して循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に戻して流される。熱交換器は、高温の固体１１２ｂが循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に戻る前に、高温の固体１１２ｂからの熱を作動流体に伝導させることにより高温の固体１１２ｂを冷却する。熱交換器内の作動流体は、上述したように本発明の本質から逸脱することなく要望に応じて、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０内を流される作動流体と同一又は異なる種類であってよいことが当業者には容易に理解できることであろう。
【００３７】
醸造
本発明の蒸気発生システム１００の構成の性質に従い、流動化空気１７７又はリサイクル煙道ガス１７７’を熱交換器１３６に供給する目的のために１つ以上の流動化送風機１７６を利用する。本発明の蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作する場合、１つ以上の流動化送風機１７６は、流動化空気１７７を熱交換器１３６に供給することにより、熱交換器１３６において高温であった固体１１２ｂを冷却した後で流動化させ、他の経路を移動している高温の固体１１２ｂを流動化させ、且つ、流動化された固体をリサイクルする目的で循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に流すように動作するようになっている。一方、本発明の蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合、１つ以上の流動化送風機１７６は、流動化リサイクル煙道ガス１７７’を熱交換器１３６に流すことにより、熱交換器１３６において高温であった固体１１２ｂを冷却した後で流動化させ、他の経路を移動している高温の固体１１２ａを流動化させ、且つ、流動化された固体をリサイクルする目的で循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に流すように動作するようになっている。リサイクルされた固体は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に注入されてその中で燃焼されるようになっている。
【００３８】
このため、煙道ガス１７７から分離された固体１１２が、組み合わされた高温の固体−気体分離器１１８の低部から流される。煙道ガスからの分離後に高温の固体の流れを制御するために１つ以上の灰制御バルブ（図の明確さを保つために図示せず）が、上述した２つの経路間の分離された固体の流れを制御するために一般に使用される。上述してきたように、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に対して、これらの経路のうちの一方は直接接続を提供し、他方は間接的接続を提供する。
【００３９】
この点に関して、煙道ガスから分離された後の高温の固体１１２ａは、１つの経路に沿って流されることにより、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に直接供給される。一方、煙道ガスから分離された後の高温の固体１１２ｂは、他方の経路に沿って流されることによって熱交換器１３６を通り、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の底部に間接的に供給される。この熱交換器は、本発明において流動層熱交換器（ＦＢＨＥ）を構成することが好ましい。当業者には容易に理解できることであるが、図には単一の熱交換器１３６が示されているが、本発明の蒸気発生システム１００が利用されている応用の特性として、本発明の蒸気発生システム１００が複数の高温の固体−気体分離器１１８を含む場合、一般には、複数の高温の固体−気体分離器１１８のそれぞれに個別の熱交換器が設けられる。複数の経路のうちの第２経路に沿って流される煙道ガスから分離された後の高温の固体１１２ｂは、熱を作動流体に伝導させることにより冷却される。本発明にかかるこの作動流体は、水又は水と蒸気の混合物を含むことが好ましく、熱交換器１３６内に適切に配置された管の中を流されることにより高温の固体１１２ｂが冷却されることになり、参照番号１１２ｃで図に示す冷却された固体は、その後循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に流されよう動作する。従来構造の任意の構成要素を利用して２つの経路の間の高温の固体の流れ及び分割を制御することで、そのような固体が２つの経路のうちの一方の経路に沿って又は両方の経路に沿って同時に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に向かって流される。これにより、冷却されていない高温の固体の流れ及び／又は冷却されたかつて高温の固体の流れを循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に戻すようになっている。高温の固体の流れ及び／又はかつて高温の固体の流れを制御することで、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０における温度を循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０が受け取るリサイクル固体の流れの性質に応じて制御できるようになる。
【００４０】
本明細書において上述したように、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作する場合、空気１７７は、高温の固体１１２ａ及び冷却された固体１１２ｃを流動化させるように動作するようになっていると共に、流動化した高温の固体１１２ａ及び流動化した冷却された固体１１２ｃを循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の低部に流すように動作するようにもなっている。一方、本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合、流動化リサイクル煙道ガス１７７’は、高温の固体１１２ａ及び冷却された固体１１２ｃを流動化させるように動作するようになっていると共に、流動化した高温の固体１１２ａ及び流動化した冷却された固体１１２ｃを循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉の底部に流すように動作するようにようにもなっている。
【００４１】
流動空気ガス又はＯ２ガスの予熱
高温の固体の残余、すなわち、所定のサイズより小さい高温の固体は、高温の固体−気体分離器１１８から参照番号１２２で示す後部煙道まで適切な従来構造の導管を通して導かれた、参照番号１０６で図に示す煙道ガス中に同伴したまま残り、所定より大きい高温の固体は煙道ガスから分離される。この後部煙道１２２は、その壁構造に適切に組み込まれた複数の管を有する。本発明による後部煙道１２２は、この複数の管を通って流される作動流体を用いて冷却されることが好ましい。説明されている本発明により構成された蒸気発生システム１００の例示的応用において、この作動流体は、水又は水と蒸気の混合物が好ましいが、本発明の本質から逸脱することなく、所望に応じて別の種類の作動流体も使用可能である。後部煙道１２２において、更なる熱伝導動作が実行され、煙道ガス及び全ての同伴された可能性のある高温の残余固体が冷却される。本発明に従って、参照番号１５０で図に示す冷却煙道ガスを後部煙道１２２から予熱器１４４に流す導管が、更に適切に配置される。この予熱器は、空気又はＯ２ガスを予熱することが可能となっている。本発明によれば、予熱器１４４は、無漏出の管状予熱器であることが好ましい。
【００４２】
本発明の動作モードにより流動空気１８８又はＯ２ガス１８８’は、流動空気１８８又はＯ２ガス１８８’が循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉に注入される前に、従来構造の適切な導管を通って予熱器１４４に流されることが好ましい。予熱器１４４は、後部煙道１２２を通って流される煙道ガス１５０からの熱を、流動空気１８８又はＯ２ガス１８８’へ伝導させ、その熱伝導の結果として流動空気１８８又はＯ２ガス１８８’を所望の温度まで予熱するように動作するようになっている。図１を参照することでよく理解できるように、空気１８８又はＯ２ガス１８８’は、一次空気（ＰＡ）ファン又は二次空気（ＳＡ）ファンのいずれかで示される１つ以上の送風機１８０によって加圧され、予熱器１４４そして、最終的に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０へ流される。参照番号１４２で図に示す予熱器１４４において予熱された空気又は参照番号１４２’で図に示す予熱器１４４において予熱されたＯ２ガスは、予熱器１４４から適切な従来構造の導管を通して循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉へ流される。参照番号１５４で図に示す煙道ガスは、その中に同伴されたままになっている残りの固体を含み、予熱器１４４から適切な従来構造の導管を通して微粒子除去構成要素１５２へ流され、この微粒子除去構成要素は、本発明により構成された蒸気発生システム１００に適切に設けられるＡＰＣサブシステムの一部を構成する。蒸気発生システム１００は、ＰＡファン１８０及びＳＡファン１８１を有するものとして示したが、本発明は、ＰＡファン及びＳＡファンの代りに単一のファンを用いてもよいことを企図している。
【００４３】
下流側の煙道ガスの処理
上で参照した本発明による微粒子除去構成要素１５２は、静電集塵器システム（ＥＰＳ）又はバッグハウスとして示されることが好ましい。更に、微粒子除去構成要素１５２は、煙道ガス１５４中に同伴されたままの比較的微細な固体を除去するように動作するようになっている。本発明により構成された蒸気発生システム１００が、空気燃焼モードで動作する場合、参照番号１５８で図に示す煙道ガスは、微粒子除去構成要素１５２から出ると、従来構成の幾つかの導管を更に経由して参照番号１６２で図に示す送風機に直接流される。この送風機は、図１に示したように誘引（ＩＤ）ファンを構成する。一方、本発明により構成された蒸気発生システム１００が、Ｏ２燃焼モードで動作する場合、煙道ガス１５８は微粒子除去構成要素１５２を出ると、以下に更に詳細に説明するように、ファン１６２に間接的に流される。
【００４４】
本発明により構成された蒸気発生システム１００が、空気燃焼モードで動作する場合、参照番号１６４で図に示した煙道ガスは、全て送風機１６２から出ると、従来構造の適切な幾つかの導管を通して排気筒（図の明確さを保つために図示せず）に向かって流される。これにより、排気筒に到達する前に、一般に、本発明により構成された蒸気発生システム１００に適切に設けられるＡＰＣサブシステムの他の追加的構成要素を通って流される。本発明により構成された蒸気発生システム１００が、Ｏ２燃焼モードで動作する場合、以下に更に詳細に説明するように、参照番号１６４’で図に示す煙道ガスは送風機１６２から出ると一部だけが排気筒（図の明確さを保つために図示せず）に向かって流される。
【００４５】
Ｏ２燃焼用の改造及び関連する動作上の変更
上述してきたように、本発明により構成された蒸気発生システム１００は、空気燃焼モードで動作するように設計されているが、本発明により構成された蒸気発生システム１００は、Ｏ２燃焼モードで動作するように容易に改造することができる。Ｏ２燃焼モードで動作できるようにするためには、図１において「任意選択」として指定される様々な構成要素を蒸気発生システム１００に追加する必要がある。このため、蒸気発生システム１００は、より詳細には、例えば参照番号１４０で図に示す酸素源、参照番号１８２で図に示す並列供給流体加熱器（ＰＦＦＨ）、参照番号１６０で図に示すガス冷却器、参照番号１６５ａ，１６５ｂでそれぞれ図に示す流れ用煙道ガスリサイクル導管、及び参照番号１６６で図に示す気体処理構成要素を有する必要がある。本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合のＣＦＢ熱発生システム１００内の動作上の流れにおけるこれらの構成要素及び変更は、以下に説明される。
【００４６】
Ｏ２源と流動Ｏ２ガスの予熱
本発明により構成された蒸気発生システム１００の説明を続けると、蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合、酸素源１４０は、参照番号１３８で図に示す外気供給流からＯ２を分離することにより、参照番号１３９で図に示す、所望の酸素純度を有する酸素の流れを発生させるように動作するようになっている空気分離部を構成することが好ましい。更に、必要に応じて酸素源１４０は、本発明の本質から逸脱することなく、少なくとも９５％の純度のＯ２を発生させることができるようになっている低温貯蔵プラントを含むことができる。また、必要に応じて、酸素源１４０は、本発明の本質から逸脱することなく、参照番号１４１で図に示す窒素（Ｎ２）を発生させることができるように設計することもできる。酸素源１４０が窒素（Ｎ２）１４１を最終生成物として生成するように構成されている場合、例えば、酸素源により発生した窒素（Ｎ２）１４１を原油増進回収のために利用したり、大気中に排出したりできるが、その限りではない。更に他の代替的実施形態によれば、酸素源１４０は、本発明の本質から逸脱することなく、酸素運搬膜を組み込んだ装置を構成してもよい。
【００４７】
次に、利用される酸素源１４０の種類に関係なく、上述してきたように、参照番号１３９で図に示すＯ２は、流動化を目的に利用される参照符号１８８’で図に示すＯ２ガスの一部として、流動化Ｏ２ガス１８８’が循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉に注入される前に従来構造の適切な導管を通して予熱器１４４へ流される。上述してきた説明によれば、予熱器１４４は、参照符号１５０で図に示す、後部煙道１２２から流されるようになっている煙道ガスからの熱を流動化Ｏ２ガス１８８’に伝導させるように動作する。これにより流動化Ｏ２ガス１８８’が所望の温度まで予熱されるようになっている。予熱後、参照符号１４２’で図に示す流動化Ｏ２ガス１８８’はそのようにして予熱された後、従来構造の適切な導管を通して循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０の炉まで流される。上述してきたように、送風機１８０，１８１は、流動化Ｏ２ガス１８８’を充分に加圧することにより流動化Ｏ２ガス１８８’を予熱器１４４まで流すと共に、予熱されたＯ２ガス１４２’を充分に加圧することにより予熱されたＯ２ガス１４２’を循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０まで流すように動作するようになっている。
【００４８】
タービンを駆動する追加的作動流体を加熱する下流側の気体処理
次に、ＰＦＦＨ１８２に関して、並列供給水加熱器（ＰＦＷＨ）として説明される本発明により構成された蒸気発生システム１００の例示的応用におけるＰＦＦＨ１８２は、参照符号１５８で図に示す微粒子除去構成要素１５２から排出された煙道ガスを、従来構成の適切な追加的導管を経由して受け取る。更に、ＰＦＦＨ１８２は、煙道ガス１５８からの熱を、参照符号１８４で図に示す供給作動流体に伝導させるように動作するようになっている。本発明により構成された蒸気発生システム１００の例示的応用においては、この供給作動流体１８４は、液体状態でのＨ２Ｏを含み、一般に給水と呼ばれる。煙道ガス１５８から供給作動流体への熱伝導は、供給作動流体１８４が所望の温度にまで加熱されるように、既知又は他の手法を使用して制御することができる。加熱後、参照符号１８６で図に示す作動流体は、タービンシステム１９０まで流される。本発明によるタービンシステム１９０は、ＰＦＦＨ１８２からの低レベル熱回収のために装備され、同様に圧縮機中間冷却器からの熱を回収できるように装備されることが好ましい。このため、低温給水は、ガス処理システム１６６において用いられる圧縮機中間冷却器からの熱及び／又は空気分離部１４０からの熱を回収する目的で用いられるようになっている。更に、参照番号１５９で図に示すＰＦＦＨ１８２から出た煙道ガスは、従来構造の適切な導管を通してガス冷却器１６０まで流される。
【００４９】
Ｈ２Ｏを除去するための追加的な下流側の気体処理
なお、本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合、後部煙道１２２から出た煙道ガスの体積が最大の２つの構成成分は、本発明の蒸気発生システム１００が石炭燃焼の場合、ＣＯ２とＨ２Ｏであることは留意するに値する。この煙道ガスの組成は、参照番号１３９で図に示す、酸素源１４０から供給される純粋又は略純粋な酸素の存在下及び参照番号１６４ｂで図に示すリサイクル煙道ガスの存在下で、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０内において起こる、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０内の石炭の燃焼に起因する。
【００５０】
次に、ガス冷却器１６０において、参照番号１５９で図に示す煙道ガス中のＨ２Ｏ蒸気の一部は凝結される。本発明によるガス冷却器１６０は、煙道ガス１５９を、逆流する相対的により冷たい水に接触するガス冷却器１６０に配置することによって凝縮を実現する。これにより、煙道ガス１５９における比較的大幅な割合のＨ２Ｏ蒸気が液体の水に凝結し、煙道ガス１５９から分離されることが好ましい。本発明によれば、ガス冷却器１６０は、流動送風機１８０及び１７６が必要とする電力量を最少化させるために煙道ガス１５９をリサイクルさせる前に、煙道ガス１５９をできる限り低温に冷却するように動作するようになっていることが好ましい。ガス冷却器１６０を貫流した後、主にＣＯ２からなる煙道ガス１６１は、従来構造の適切な導管を通して送風機１６２に流される。
【００５１】
本発明によれば、送風機１６２は、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作する場合及び本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合の両方において動作可能であることが好ましい。なおこのため、ここでは、本発明における送風機１６２の動作について、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作されているかＯ２燃焼モードで動作しているかに対応して、送風機１６２の動作を適切に調節する必要がある。送風機１６２に関して、当業者に公知であり、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作しているかＯ２燃焼モードで動作しているかによって、適切な調節を決定するための慣例的に利用可能な様々な技術がある。
【００５２】
ＣＯ２の捕捉、リサイクル環可能な煙道ガスの源の提供のための下流側の気体処理
本発明によれば、参照番号１６４’で図に示す煙道ガスは、送風機１６２から流れ出てから、３つの個別の経路に沿って流されるように分割される又は分離されることが好ましい。このため、煙道ガス１６４’の多くは、１つの経路に沿って従来構造の適切な導管を通して、煙道ガス１６４’が更に処理されその後、利用されたり隔絶されたりすることができる場所へ流される。より具体的には、参照番号１６４ａで図に示す煙道ガスは、煙道ガス１６４ａ内に同伴している二酸化炭素を液体化することで、商用での利用に適する液体二酸化炭素の最終生成物を生成するようになっている液体回収サブシステム１６６へ流される。窒素（Ｎ２）と同様に、上記液体二酸化炭素の最終生成物は、例えば原油増進回収（ＥＯＲ）として利用又は分離することが可能であるが、その限りではない。
【００５３】
次に、本発明にかかる煙道ガス１６４’の他の部分は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０へリサイクルされる目的で他の経路に沿って流される。参照番号１６４ｂで図に示す煙道ガス１６４’の他の部分は、典型的には、ガス冷却器１６０から流される煙道ガス１６４’の全体の量のごく少量部分である。煙道ガス１６４ｂは、従来構造の適切な導管を通って流動化送風機１７６及び流動化送風機１８０，１８１へ流される。より具体的には、本発明にかかる煙道ガス１６４ｂは、従来構造の適切な導管を通って流動化送風機１７６まで流される参照番号１６４ｂ’で図に示す煙道ガスの流れと、従来構造の適切な導管を通って送風機１８０，１８１に流される参照番号１６４ｂ’’で図に示す煙道ガスの流れとに分割されることが好ましい。
【００５４】
本発明によれば、流動化送風機１８０，１８１は、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作している場合と、本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作している場合の両方において動作できるようになっていることが好ましい。なおこのため、ここでは、本発明にかかる送風機１８０，１８１の動作について、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作しているかＯ２燃焼モードで動作しているかに対応するように、流動送風機１８０，１８１の動作を適切に調節する必要がある。ここでも、流動送風機１８０，１８１に関して、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作しているかＯ２燃焼モードで動作しているかによって、適切な調節を決定するための慣例的に利用可能な当業者に公知な様々な技術がある。更に、流動化送風機１８０，１８１から出る参照番号１６４ｂ’’で図に示す煙道ガスの流れは、参照番号１３９で図に示すＯ２の流れと組み合わせて、予熱器１４４に流される参照番号１８８’で図に示す気体の流れを作ることが好ましい。
【００５５】
本発明によれば、流動送風機１７６は、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作している場合と、本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作している場合の両方において動作できるようになっていることが好ましい。なおこのため、ここでは、本発明にかかる流動送風機１７６の動作について、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作しているかＯ２燃焼モードで動作しているかに対応するように、流動送風機１７６の動作を適切に調節する必要がある。ここでも、流動送風機１７６に関して、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作しているかＯ２燃焼モードで動作しているかによって、適切な調節を決定するための慣例的に利用可能な当業者に公知な様々な技術がある。更に、煙道ガス１６４ｂ’は、流動送風機１７６から、参照番号１７７’で図に示す気体の流れとして出てきた後で熱交換器１３６へ流される。
【００５６】
本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作している場合のように、流動送風機１７６及び流動送風機１８０，１８１のそれぞれは、流動化ガスを循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０及び熱交換器１３６の両方に供給するようになっている。しかしながら、流動化気体は空気ではなく、ここでは酸素源１４０からのＯ２及びガス冷却器１６０からのＣＯ２を含む。次に、分離されることにより煙道ガス１６４ｂを形成する煙道ガス１６４’の一部は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０及び熱交換器１３６の両方における流動化に必要な量の流動化気体として機能する程度の特定の量に確定される。このため、送風機１７６及び１８０，１８１は、本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードに変換された後で、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０にリサイクルされる煙道ガスの量を調節して、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気燃焼モードで動作している場合に発生する速度と、蒸気発生システム１００の全体を通した速度が同等となるようにすることにより、本発明により構成された蒸気発生システム１００が空気モードで動作している場合と同じ作動流体出力及び同じ温度を維持することが好ましい。
【００５７】
従って、前述した本発明の第１実施形態をここで簡単に要約すると、本発明により空気燃焼蒸気発生システムの変換を容易にすることにより、空気燃焼蒸気発生システムをＯ２燃焼モードへ変換することと、Ｏ２燃焼により発生するＣＯ２の捕捉を、これまで公知の方法よりも低コスト及び／又は、より効率的に実現可能とする方法が提供される。そのため、本発明を利用することで、微粉炭又は他の化石燃料を空気ではなくＯ２で燃焼させること、及びそのＯ２の燃焼により生じるＣＯ２の最終生成物を捕捉することの両方に関連する予め必要な投資を最小限に抑えることを可能とすると共に、発生するＣＯ２を捕捉するためのエネルギー損失を、正味電気量の２５％程度の減少というレベルに維持することが可能となる。なお、本発明を利用することで、本発明の蒸気発生システムを空気燃焼モードからＯ２燃焼モードに変換するために空気燃焼蒸気発生システムの圧力部品又は空気燃焼蒸気発生システムの様々な他の構成要素を変更する必要がないことに留意されたい。
【実施例２】
【００５８】
デュアルモードシステムの構成要素及び操作
図２には、本発明の第２実施形態により構成された空気燃焼式又は酸素（Ｏ２）燃焼式蒸気発生システム２００の例示的概略図を示す。蒸気発生システム２００は、化石燃料を燃焼させるために空気を用いることができ、選択された任意選択構成要素を備える場合には、空気の代りにＯ２を用いることが可能である。
【００５９】
以下に説明する本発明の具体的な例示的応用において、利用する化石燃料は粉砕石炭である。なお当然のことながら、本発明の本質から逸脱することなく、粉砕石炭の代りに他の種類の化石燃料も同様に利用することができる。このため、これに関しては、粉砕石炭又は石油コークス又はバイオマスなどの高炭素含有の化石燃料を用いることが好ましい。次に、本発明に利用される作動流体は、Ｈ２Ｏであることが好ましく、このＨ２Ｏは、異なる時点で、液体状態、気体状態、又は液体と気体の混合状態である。しかしながら、ここでもまた当業者には容易に理解できるだろうが、本発明の本質から逸脱することなく、他の種類の作動流体をＨ２Ｏの代りに同様に用いることができる。更に、当業者には容易に理解できるだろうが、本発明の本質から逸脱することなく、本発明において利用される様々な構成要素の中を流れる作動流体も、異なる種類のものであってもよい。
【００６０】
空気燃焼モードにおいて動作している場合、蒸気発生システム２００は、本発明により、単一サイクル電力発生システムとして動作して、電力を発生させることが可能である。しかしながら、Ｏ２燃焼モードにおいて動作している場合、蒸気発生システム２００は、本発明により、複合サイクル電力発生システムとして動作し、電力を発生させ且つ二酸化炭素（ＣＯ２）最終生成物を生成する。Ｏ２燃焼モードで動作している場合、本発明の蒸気発生システム２００は、本発明の本質から逸脱することなく、窒素（Ｎ２）の最終生成物を適宜発生させることもできる。
【００６１】
上述してきた蒸気発生システム１００は、予め必要な投資を最小限に抑える利点を有する特徴を有する。蒸気発生システム２００は、使用によりＣＯ２捕捉に対するエネルギー損失が生じるが、本発明の蒸気発生システム２００の利用により、ＣＯ２捕捉のための電気出力損失を最少化する又は無くすことができる利点を有する特徴がある。このため、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合とほぼ同量の正味電力量を得ることができる。
【００６２】
空気燃焼モードからＯ２燃焼モードへの操作変更及び関連する構成要素のサイズ設定
機能的には、本発明の蒸気発生システム１００にも見られる、本発明の蒸気発生システム２００の構成要素の全ては、本発明の蒸気発生システム１００の構成要素と全く同じように作動するようになっている。しかしながら、以下により詳細に説明するように、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、本発明の蒸気発生システム２００における構成要素は本発明の蒸気発生システム１００において見られる構成要素と同じものであっても、扱わなければならない流量は本発明の蒸気発生システム１００に見られる対応する構成要素が扱わなければならない流量とは異なる。例えば、扱う流量及び／又は温度などの属性が異なるが、異なる属性はこれらに制限されるものではない。例えば、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合、参照番号２０２で図に示し、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０から出る作動流体の流れは、参照番号１０２で図に示し、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０から出る作動流体の流れと同じ量であってもよい。一方、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、参照番号２０２’で図に示し、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０から出る作動流体の流れは、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０から出る作動流体２０２の流量より多い。以下により詳細に説明するように、このような構成要素の少なくとも幾つかに関して、そのような構成要素の１つ以上のものは、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合、大型化、すなわち、サイズを大きくする必要がある。大型化された構成要素は、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作するためのものとしては幾分大き過ぎるものとなる。しかしながら、他の構成要素については、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合に比べて、操作上の制御を調節することのみが必要とされる。よって、そのような場合、構成要素は、本発明の蒸気発生システム１００の対応する構成要素と同じものでよい。
【００６３】
従って、以下に更に説明するように、本発明の蒸気発生システム２００において、Ｏ２燃焼モードで動作するために、本発明の蒸気発生システム２００の構成要素の幾つかは、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合の操作に必要なサイズよりも大きい適切なサイズを有する。このため、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合に必要な容量よりも、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合の容量が２５％程度増加するように、それら構成要素は大型化、すなわち、そのサイズを適切に大きくするようになっていることが好ましい。そのような構成要素の追加された容量は、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合にのみ利用される。これにより、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合に生じるＣＯ２の捕捉のための電気出力損失を減少又は無くなる。
【００６４】
タービンを駆動する作動流体を加熱するための流動化及び燃料の燃焼
本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、参照番号２１４’で図に示す、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に注入される化石燃料及び吸着剤の量は、参照番号２１４で図に示し、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に注入される化石燃料及び吸着剤の量と比較して２５％程度増加させることが好ましい。本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に注入される化石燃料と吸着剤２１４’の量も、本発明の蒸気発生システム２００及び本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生する正味電力量が同じであれば、参照番号１１４’で図に示し、本発明の蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作している場合に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に注入される化石燃料と吸着剤の量よりも２５％程度増加させることが好ましい。従って、化石燃料と吸着剤２１４及び化石燃料と吸着剤２１４’をそれぞれ循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に運搬するための構成要素（図の明確さを保つために図示せず）も、大型化、すなわち、サイズを大きくして、化石燃料と吸着剤１１４’を循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に運搬するために利用する構成要素（同じく、図の明確さを保つために図示せず）よりも２５％程度容量を増加させることが必要とされる可能性がある。
【００６５】
本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に注入される化石燃料と吸着剤の量の増加に伴って、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の底に落ちる高温の固体の量も増加する。次に、この参照番号２１５で図に示す高温の固体は、最終的に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の底から従来構造の灰冷却器２１６へ流れ出すため、この灰冷却器２１６は、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合に必要なサイズよりも２５％程度大きいサイズを有することが好ましい。このため、本発明の蒸気発生システム２００及び本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生する正味電力量が同じであれば、灰冷却器２１６は、灰冷却器１１６よりも２５％程度大きくなる。
【００６６】
本発明の蒸気発生システム２００のタービン２９０は、本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合に必要とされるよりも２５％程度大きな容量を提供するために変更可能であることが好ましい。本発明の蒸気発生システム１００及び本発明の蒸気発生システム２００が共に空気燃焼モードで動作する場合に発生する正味電力量が略同じであれば、タービン２９０はまた、本発明の蒸気発生システム１００のタービン１９０よりも大きな容量を有する。タービン２９０の容量を増加させるには、例えば、タービン１９０で利用されるタービンブレードとは異なる種類のタービンブレードを用いる。例えば、本発明の本質から逸脱することなく、タービン１９０と同じタービンをブレード交換することによりタービン２９０を形成することが可能となる。
【００６７】
更に上記の説明について、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合の、加熱された作動流体のタービン２９０への流量は、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合の、加熱された作動流体のタービン２９０への流量とは異なる。本発明の蒸気発生システム２００及び本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生する正味電力量が同じであれば、本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合のタービン２９０への流量も、本発明の蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作している場合に本発明の蒸気発生システム１００のタービン１９０への流量とは異なる。このため、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合の、参照番号２０２’で図に示す加熱された作動流体の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０からの流量は、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合の、参照番号２０２で図に示す加熱された作動流体の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０からの流量を超える。また、以下により詳細に説明するように、本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合、参照番号２９２で図に示す過熱蒸気の新しい流れも、タービン２９０に供給される。
【００６８】
タービン２９０の容量増大、すなわち、増加に伴い、本発明の蒸気発生システム２００用の発電機（図の明確さを保つために図示せず）の容量は、本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合に必要な容量よりも約２５％増加させるように変更することが要求される。この場合も、本発明の蒸気発生システム２００及び本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生させる正味電力量がほぼ同じであれば、本発明の蒸気発生システム２００用の発電機（図の明確さを保つために図示せず）は、本発明の蒸気発生システム１００用の発電機（図の明確さを保つために図示せず）よりも２５％程度大きい容量を有する。
【００６９】
本発明により構成された蒸気発生システム２００の説明を続けると、本発明の蒸気発生システム２００のボイラー供給流体加熱器、ポンプ、復水器（全て図の明確さを保つために図示せず）は、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合に要求される容量よりも対応して大きい容量をそれぞれ有することが必要である。あるいは、２５％増の流れで異なる性能となるよう同じ装置を操作することもできる。この場合も、本発明の蒸気発生システム２００及び本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生させる正味電力量がほぼ同じであれば、本発明の蒸気発生システム２００のボイラー供給加熱器、ポンプ、復水器は、本発明の蒸気発生システム１００のボイラー供給加熱器、ポンプ、復水器（同じく全て図の明確さを保つために図示せず）よりも対応して大きい容量をそれぞれ有する。
【００７０】
空気燃焼モードにおける動作
本発明により構成された蒸気発生システム１００に含まれるデュアルモードの幾つかの構成要素の容量は、図１を参照して上述してきたように、本発明により構成された蒸気発生システム２００をＯ２燃焼モードで動作するようにする目的で大きくされているが、本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合における本発明の蒸気発生システム２００の動作については、本発明の蒸気発生システム１００と実質的に同じである。しかしながら、以下により詳細に説明するように、本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードに変換するためには、図１を参照して説明してきた本発明の蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合にＯ２燃焼モードにおいて利用される幾つかの構成要素の容量を、本発明の蒸気発生システム２００において利用できるようにするために大きくするだけでなく、本発明により構成された蒸気発生システム２００をＯ２燃焼モードで動作できるようにするための、追加的な構成要素が必要となる。従って、追加的構成要素を含むことにより、本発明により構成された蒸気発生システム２００の動作は、本発明の蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作している場合における、本発明により構成された蒸気発生システム１００の動作とは異なるものとなる。
【００７１】
Ｏ２燃焼モードへの変換のための変更
本発明にかかる蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作できるようにするために追加された構成要素と、Ｏ２燃焼モードで動作する、本発明により構成された蒸気発生システム１００内の、上述の追加された構成要素に対応する構成要素とを比較した際の違いについて以下説明する。
【００７２】
流動化空気又はＯ２ガスの予熱
説明を続けると、本発明により構成された蒸気発生システム２００において、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０から出る煙道ガスは参照番号２０４で図に示され、本発明により構成された蒸気発生システム１００において利用される分離器１１８と実質的に同様に設計される分離器２１８に流される。このため、分離器２１８は、参照番号２０６で図に示す分離器２１８の中で分離された煙道ガスを排出するように動作するようになっている。そして分離された煙道ガス２０６は、後部煙道２２２において冷却される。そのように冷却された後、参照番号２５０で図に示す煙道ガスは、予熱器２４４に流される。本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合に循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に注入される化石燃料の量が増えるので、酸素源２４０から循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に供給される酸素量も、本発明の蒸気発生システム２００と本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生する正味電力量が同じであると仮定した場合、本発明により構成された蒸気発生システム１００が酸素燃焼モードで動作している場合に酸素源１４０から循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー１１０に供給される酸素量に対して、２５％程度増加させることが好ましい。当業者には容易に理解できるが、本発明により構成された蒸気発生システム１００で利用される酸素源１４０のように、本発明により構成された蒸気発生システム２００で利用される酸素源２４０は、参照番号２３８で図に示す大気空気供給流からＯ２を分離するように動作することにより参照番号２３９で図に示す所望の酸素純度の酸素の流れを作るように設計され、必要であれば、参照番号２４１で図に示す窒素（Ｎ２）を生成するように動作するように構成することも可能な空気分離部であることが好ましい。
【００７３】
説明を続けると、参照番号２５４で図に示す、予熱器２４４において更に冷却された煙道ガスは、予熱器２４４から微粒子除去構成要素２５２へと流される。本発明によれば、本発明の蒸気発生システム２００の微粒子除去構成要素２５２は、本発明により構成された蒸気発生システム１００において利用される微粒子除去構成要素１５２と実質的に同じ構造を有するようになっていることが好ましい。その後、微粒子除去構成要素２５２において粒子を除去された後の参照番号２５８で図に示す煙道ガスは、本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合には、本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合のように直接送風機２６２に流されるのではなく、さらなる処理が施される。
【００７４】
タービンを駆動させる追加的作動流体を加熱するための下流側の煙道ガス処理
本発明の発明を続けると、本発明の例示的応用により本発明の蒸気発生システム２００において並列供給水加熱（ＰＦＷＨ）を含むことが好ましい並列供給流体加熱器（ＰＦＦＨ）２８２は、本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合、すなわち、本発明の蒸気発生システム２００において本発明によりＯ２燃焼モードへ動作の変換がなされる前には必要ない。本発明により構成された蒸気発生システム１００において利用されるＰＦＦＨ１８２のように、本発明により構成された蒸気発生システム２００において利用されるＰＦＦＨ２８２は、参照番号２８４で図に示す供給作動流体を受け取るようになっている。
【００７５】
Ｈ２Ｏを除去するための下流側の煙道ガス処理
更に冷却された後、参照番号２５９で図に示す、ＰＦＦＨ２８２から排出される煙道ガスは、本発明の蒸気発生システム２００のガス冷却器２６０に流される。従って、ガス冷却器２６０が受け取った煙道ガス２５９は、ガス冷却器２６０において冷却され、Ｈ２Ｏが凝結され分離された後、参照番号２６１で図に示す主にＣＯ２からなるように脱水された煙道ガスとして排出される。脱水された煙道ガス２６１は、ガス冷却器２６０から送風機２６２に流される。
【００７６】
本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合に参照番号２６４で図に示す煙道ガスの下流への流れと、本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合に参照番号２６４’，２６４ａ，２６４ｂ，２６４ｂ’及び２６４ｂ’’でそれぞれ示す煙道ガスの下流への流れは、本発明により構成された蒸気発生システム１００において対応する流れと実質的に同じものである。次に、本発明により構成された蒸気発生システム２００で利用されるサブシステム２６６は、本発明により構成された蒸気発生システム１００で利用されるＣＯ２の凝縮、精製、及び液化サブシステム１６６と実質的に同じものである。
【００７７】
配管及び導管
本明細書における上述した説明から、当業者にはよく理解できることであるが、本発明により構成された蒸気発生システム２００の作動流体配管（図の明確さを保つために図示せず）の容量は、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、本発明の蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作している場合の配管の容量よりも対応して大きくなる。又は、作動流体配管（図の明確さを保つために図示せず）は、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作している場合でも同じサイズであってもよいがより大きな圧力低下を伴う。一方、本発明により構成された蒸気発生システム２００の空気、Ｏ２ガス及び煙道ガスの導管系統（図の明確さを保つために図示せず）は、本発明により構成された蒸気発生システム１００のものと同じ流量を有するので、本発明の蒸気発生システム１００で利用されるものと同じサイズであることが好ましい。この場合も、本発明の蒸気発生システム２００及び本発明の蒸気発生システム１００が共に空気燃焼モードで動作している場合に発生させる電力量がほぼ同じであれば、本発明の蒸気発生システム２００の作動流体配管（図の明確さを保つために図示せず）は、本発明により構成された蒸気発生システム１００の作動流体配管（同じく図の明確さを保つために図示せず）よりも、対応して大きい容量を有することが好ましい。
【００７８】
Ｏ２燃焼モードへの変換のための追加的変更及び関連する動作変更
以下、本発明により構成された蒸気発生システム２００に、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作できるようにするために追加された別の構成要素について説明するが、これは本発明により構成された蒸気発生システム１００において、本発明の蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作するためには必要ない。
【００７９】
タービンを駆動する追加的作動流体を加熱するためのリサイクル固体
上記の説明において言及したように、参照番号２０４で図に示す、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０から排出された煙道ガスは、従来構造の適切な導管を通って高温の固体−気体分離器２１８に流される。この高温の固体−気体分離器は、本発明により構成された蒸気発生システム１００において利用される分離器と実質的に同じように構成されている。このため、高温の固体−気体分離器２１８は、本明細書においてすでに説明したように、高温の固体の少なくとも一部を煙道ガスから分離するように動作するようになっている。
【００８０】
次に、本発明により構成された蒸気発生システム２００の一部として利用される熱交換器２３６は、本発明により構成された蒸気発生システム１００の一部として利用される熱交換器１３６と同じものであることが好ましいが、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作できるようにするために、Ｏ２燃焼モードへの変換の一部として、他の熱交換器２３７も追加してよい。又は、既存の熱交換器２３６を、Ｏ２燃焼モードへの変換のために更に熱伝導表面を追加することで変更してもよい。当業者には分かることであるが、本発明の蒸気発生システム２００において複数の分離器２１８が利用されている場合、そして、他の熱交換器２３７を追加することが所望される場合、一般的に、各分離器２１８に１つの新規熱交換器２３７を追加する必要がある。
【００８１】
更に本発明について、本発明により構成された蒸気発生システム１００がＯ２燃焼モードで動作する場合、重力の影響により高温の固体−気体分離器２１８から流された、分離した後の高温の固体は、本発明により構成された蒸気発生システム１００の説明に関連してすでに説明した２つのリサイクル経路だけでなく、第３リサイクル経路に沿って流すことができる。本発明の本質から逸脱することなく、同様に他の代替案も利用可能である。このため、高温の固体−気体分離器２１８において分離される高温の固体を、本発明の本質から逸脱することなく高温の固体−気体分離器２１８から利用可能なリサイクル経路のうちの１つ、２つ、又は３つ全てに流すことも可能である。次に、高温の固体が流されるリサイクル経路の数に関係なく、分離後参照番号２１２で図に示す高温の固体は、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０において行われる燃焼処理を再度施されるように、循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の下部セグメントに再導入される。
【００８２】
より具体的には、高温の固体−気体分離器２１８における分離の後、高温の固体２１２は、組み合わされた固体ガス分離器２１８の下部セグメントから流される。そこから、参照番号２１２ａ及び２１２ｂで図に示す分離された高温の固体の一部はそれぞれ、本発明により構成された蒸気発生システム１００に関する説明に関連してすでに説明したように、分離器１１８において分離された後に参照番号１１２ａ及び１１２ｂで図に示す分離された高温の固体の一部がそれぞれ流されるものと実質的に同様なリサイクル経路に沿って流される。しかしながら、本発明による蒸気発生システム２００において、２１２で図に示す、高温の固体−気体分離器２１８において分離された後の高温の固体の他の部分も、新しい熱交換器２３７に流すことで、参照番号２９２で図に示す、追加的な加熱作動流体を発生させることもできる。この作動流体は、この動作モードでは過熱蒸気の状態であってもよい。そのように熱交換器２３７を利用する場合、熱交換器２３７は、分離平行蒸気発生器として機能する、すなわち、熱交換器２３７は、本発明の蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合に、本発明により構成された蒸気発生システム２００の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０により提供される加熱された作動流体回路と平行する加熱された作動流体回路を提供するように動作するようになっている。
【００８３】
本発明の説明を続けると、１つ以上の灰制御弁（図の明確さを保つために図示せず）を、３つの経路の間の高温の固体−気体分離器２１８において分離された高温の固体の流れを制御するために利用することが好ましい。このため、本発明により構成された蒸気発生システム２００の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の下部セグメントに対して、これらのリサイクル経路の１つは直接接続され、これらのリサイクル経路の他のもの又は第２のものは熱交換器２３６を介して間接的に接続される。これらの構成要素及びこれらの経路に沿った流れについては、本発明により構成された蒸気発生システム１００の説明に関連してすでに詳細に説明した。
【００８４】
従って、ここでは、新規熱交換器２３７を介して循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の下部セグメントに戻る他の間接的経路である新規経路又は第３経路について注目したい。このため、参照番号２１２ｄで図に示す、高温の固体−気体分離器２１８において分離され、上記新規経路又は第３経路に沿って流される高温の固体の一部は、本発明において他の流動層熱交換器（ＦＢＨＥ）として示されることが好ましい熱交換器２３７へ流される。分離後の高温の固体２１２ｄは、本発明の本実施形態においては、水又は水と蒸気の混合物又は蒸気の何れかから成ることが好ましく、熱交換器２３７内に適切に配置された管を通して流される作動流体によって、冷却される。本発明の好適な実施形態において、熱交換器２３７を通って流れる作動流体は、本発明の蒸気発生システム２００の一部を構成する最終給水加熱器（図の明確さを保つために図示せず）から供給される給水であることが好ましい。
【００８５】
説明を続けると、高温の固体２１２ｄからの熱が、熱交換機２３７の管を通って流れる作動流体へ伝導することにより、参照番号２９２で図に示す加熱された作動流体が発生する。第３の経路に沿って流れる分離後の高温の固体２１２ｄの流れを従来の任意の手段により制御することで、熱交換機２３７内の温度が適切に制御される。これにより、作動流体２９２が熱交換機２３７を出る際、作動流体２９２の温度を制御することができる。
【００８６】
また、リサイクル経路の全てに沿って流れる高温の固体を制御できるようにすることで、本発明により構成された蒸気発生システム２００の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０内の温度も制御できる。流れが制御され、高温の固体−気体分離器２１８から出たリサイクルされた固体２１２が３つのリサイクル経路の全ての間で分割されるため、参照番号２１２ａで図に示す固体の冷却されていない流れ、及び／又は、参照番号２１２ｃ及び２１２ｅで図にそれぞれ示す、熱交換機２３６及び熱交換機２３７をそれぞれ流されることにより冷却され循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０に戻る固体の１つ以上の流れは、本発明により構成された蒸気発生システム２００の循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０内の温度の制御に役立つ。
【００８７】
本発明により構成された蒸気発生システム２００が空気燃焼モードで動作する場合、本発明により構成された蒸気発生システム１００において利用される流動化送風機１７６と構造及び動作モードの点で実施的に同じ流動化送風機２７６は、参照番号２７７で図に示す流動化空気を熱交換機２３６に供給するように動作するようになっている。そのような流動化空気は、参照番号２１２ａ及び２１２ｃでそれぞれ図に示す分離された高温の固体と冷却された固体を循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の下部セグメントに運搬するように動作するようになっている。
【００８８】
本発明により構成された蒸気発生システム２００がＯ２燃焼モードで動作する場合、流動送風機２７６’は、参照番号２７７’で図に示す流動化リサイクル煙道ガスを熱交換器２３７に流すように動作するようになっている。そのような流動化リサイクル煙道ガス２７７’は、参照番号２１２ｅで図に示す分離された高温の固体を循環流動層（ＣＦＢ）ボイラー２１０の下部セグメントに運搬するように動作するようになっている。説明を続けると、参照番号２９２で図に示す、熱交換機２３７から排出された加熱された作動流体は、タービン２９０に流される。
【００８９】
このように、上述してきた本発明の第２実施形態は、蒸気発生システムがＯ２燃焼モードで動作できるように変換するように動作すると共に、結果として発生するＣＯ２を、従来から公知の方法で可能となるより低コストで捕捉できるようにする。本発明に従い蒸気発生システムを空気燃焼モードでの動作からＯ２燃焼モードでの動作に変換することにより、二酸化炭素捕捉のための電気出力損失を最少化する、又は、無くすることができる。このため、本発明により構成された蒸気発生システムがＯ２燃焼モードで動作するように変換された後では、本発明の蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作していても、Ｏ２燃焼モードで動作していても、ほぼ同量の正味電力量を得ることが可能となる。本発明を利用することにより、そのようなＯ２燃焼モードへの変換に、本発明の蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作している場合に利用される圧力部品又は本発明の蒸気発生システムが空気燃焼モードで動作している場合に利用される他の構成要素に変更を加える必要がないことが容易に理解できるであろう。ただし、本発明の蒸気発生システムがＯ２燃焼モードで動作する場合に、蒸気タービン／発生器が、より大きな流れ、すなわち、１２５％の流れを収容できるように変更しなければならない。
【００９０】
本発明の実施形態が説明されたが、その一部が先に言及された実施形態の変更は、当業者によってやはり容易に行うことができることを理解されたい。従って、添付の特許請求の範囲によって、本明細書に言及された変更、並びに本発明の真の趣旨及び範囲内に収まる全ての他の変更を含むことが企図されている。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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