專利名稱：用于操作功率產(chǎn)生系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及功率產(chǎn)生系統(tǒng)，并且更特別地涉及用于為整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率產(chǎn)生系統(tǒng)提供燃料的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
至少一些已知的功率產(chǎn)生系統(tǒng)濕潤進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體。濕潤氣體中的水分傾向于增加供入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率的增加得以實(shí)現(xiàn)。 氣體的濕潤利用能量以蒸發(fā)增添到氣體流中的水。另外，功率產(chǎn)生系統(tǒng)也可干燥被供給到氣化器中的固態(tài)燃料。干燥典型地通過在注入氣化器之前使惰性氣體流與燃料接觸來執(zhí)行。燃料中的水分利用來自燃料的能量進(jìn)行蒸發(fā)。用來濕潤氣體的能量和用來干燥燃料的能量是對(duì)系統(tǒng)的損失并且該損失傾向于降低系統(tǒng)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，燃料供應(yīng)系統(tǒng)包括燃料流的供應(yīng)和氣體流的供應(yīng)，其中，燃料包括在第一預(yù)定范圍內(nèi)的一定量的水分，氣體包括在第二預(yù)定范圍內(nèi)的一定量的水分并且第二預(yù)定范圍比第一預(yù)定范圍小。燃料供應(yīng)系統(tǒng)還包括容器，其構(gòu)造成接收燃料流和氣體流， 混合燃料流和氣體流并且將燃料流和氣體流分離，其中，水分從燃料流轉(zhuǎn)移至氣體流。在另一實(shí)施例中，操作燃料供應(yīng)系統(tǒng)的方法包括接收含碳燃料流，該燃料包括第一數(shù)量的水分，并且混合含碳燃料流和氣體流使得燃料中的第一數(shù)量的水分降低并且氣體中的第二數(shù)量的水分增加。氣體流包括一定量的熱量并且在混合期間該一定量的熱量中的至少一些轉(zhuǎn)移至燃料流。在又一實(shí)施例中，整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率系統(tǒng)包括燃料干燥器，其構(gòu)造成接收燃料流、接收流體流、將水分從燃料轉(zhuǎn)移至氣體并且將熱量從氣體轉(zhuǎn)移至燃料。


圖1-3示出本文所描述的方法和系統(tǒng)的示范實(shí)施例。圖1為示范整體氣化聯(lián)合_循環(huán)(IGCC)功率產(chǎn)生系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的整體氣化聯(lián)合-循環(huán)(IGCC)功率產(chǎn)生系統(tǒng)的一部分的示意框圖；并且圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的整體氣化聯(lián)合_循環(huán)(IGCC)功率產(chǎn)生系統(tǒng)的一部分的示意框圖。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)描述通過舉例而不是限制的方式示出本發(fā)明的實(shí)施例。預(yù)期的是，本發(fā)明具有廣泛應(yīng)用以通過在工業(yè)、商業(yè)和家庭的應(yīng)用中利用來自工藝的一部分的廢棄熱量以替換工藝的另外部分的熱量來節(jié)約能量。
就本文所用而言，以單數(shù)提出并且前面帶著單詞“一”或“一個(gè)”的元件或者步驟應(yīng)該理解為不排除多個(gè)元件或者步驟，除非這種排除被明確地提出。此外，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的參考不意圖被解釋為排除也具有所提出特征的另外實(shí)施例的存在。圖1為示范整體氣化聯(lián)合-循環(huán)(IGCC)功率產(chǎn)生系統(tǒng)10的原理圖。IGCC系統(tǒng) 10通常包括主空氣壓縮機(jī)12、流體連通地聯(lián)接到壓縮機(jī)12的空氣分離單元(ASU) 14、流體連通地聯(lián)接到ASU 14的氣化器16、流體連通地聯(lián)接到氣化器16的合成氣體冷卻器18、流體連通地聯(lián)接到合成氣體冷卻器18的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20和流體連通地聯(lián)接到合成氣體冷卻器18的蒸汽渦輪22。在不同的實(shí)施例中，氣化器16和合成氣體冷卻器18聯(lián)合成單個(gè)整體容器。在操作中，壓縮機(jī)12壓縮隨后被引入ASU 14的外界空氣。在示范實(shí)施例中，除來自壓縮機(jī)12的壓縮空氣外，來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)M的壓縮空氣也供應(yīng)到ASU 14。 可選地，來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)M的壓縮空氣供應(yīng)到ASU 14，而不是來自壓縮機(jī)12 的壓縮空氣供應(yīng)到ASU 14，在示范實(shí)施例中，ASU 14利用壓縮空氣以產(chǎn)生由氣化器16所用的氧氣。更具體地，ASU 14將壓縮空氣分離成單獨(dú)的氧氣(O2)流和副產(chǎn)物氣體流，副產(chǎn)物氣體流有時(shí)被稱作“工藝氣體”。02流被引入氣化器16用于產(chǎn)生部分燃盡的氣體，本文中稱作“合成氣體”，其作為燃料由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20使用，如下文將更詳細(xì)地描述的。由ASU 14產(chǎn)生的工藝氣體包括氮?dú)獠⑶覍⒃诒疚闹斜环Q作“氮工藝氣體”(NPG)。 NPG也可包括其它氣體，諸如但不限于，氧氣和/或氬氣。例如，在示范實(shí)施例中，NPG包括在約95%和約100%之間的氮?dú)?。在示范?shí)施例中，至少一些NPG流從ASU 14排出到大氣， 并且至少一些NPG流注入在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器沈內(nèi)的燃燒區(qū)(未示出)以便于控制發(fā)動(dòng)機(jī)20的排放，并且更具體地以便于降低燃燒溫度和降低來自發(fā)動(dòng)機(jī)20的一氧化二氮的排放。在示范實(shí)施例中，IGCC系統(tǒng)10包括用于在氮工藝氣體流注入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器26的燃燒區(qū)之前壓縮氮工藝氣體流的壓縮機(jī)觀。在示范實(shí)施例中，氣化器16將從燃料供應(yīng)30供應(yīng)的燃料、由ASU 14供應(yīng)的02、 蒸汽和/或石灰石構(gòu)成的混合物轉(zhuǎn)換成合成氣體的輸出，其作為燃料由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20 使用。雖然氣化器16可利用任何燃料，但是在示范實(shí)施例中，氣化器16利用煤、石油焦炭、 殘油、油乳劑、浙青砂和/或其它類似的燃料。此外，在示范實(shí)施例中，由氣化器16產(chǎn)生的合成氣體包括二氧化碳。氣化器16可為固定床氣化器、流化床氣化器和/或氣流床氣化器 (entrained gasifier)。在示范實(shí)施例中，由氣化器16產(chǎn)生的合成氣體被引入合成氣體冷卻器18以便于冷卻合成氣體，正如下文將更詳細(xì)地描述的。冷卻的合成氣體從合成氣體冷卻器18引入到洗滌器，并且經(jīng)過額外的冷卻進(jìn)入凈化設(shè)備32，用于在合成氣體被引入到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器26以用于其燃燒之前清潔合成氣體。硫化氫( 在凈化期間從合成氣體分離并且運(yùn)送到處理單元，在該處理單元處硫化氫轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物，典型地為硫磺或硫酸。二氧化碳 (CO2)也可在凈化期間從合成氣體分離，并且在示范實(shí)施例中也可排出到大氣。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20驅(qū)動(dòng)供應(yīng)電功率到電網(wǎng)(未示出)的發(fā)電機(jī)34。來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的排氣引入到熱回收蒸汽發(fā)生器36，其產(chǎn)生蒸汽并且使蒸汽過熱以驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪22。由蒸汽渦輪 22產(chǎn)生的功率驅(qū)動(dòng)提供電功率到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)38。此外，在示范實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括泵40，其將來自蒸汽發(fā)生器36的預(yù)熱的水供應(yīng)到合成氣體冷卻器18以便于冷卻從氣化器16引入的合成氣體。煮沸的水通過合成氣體冷卻器18引入，其中水轉(zhuǎn)換成蒸汽。來自合成氣體冷卻器18的蒸汽隨后回到蒸汽發(fā)生器 36以在氣化器16、合成氣體冷卻器18和/或蒸汽渦輪22內(nèi)使用。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的整體氣化聯(lián)合-循環(huán)(IGCC)功率產(chǎn)生系統(tǒng)10(圖 1中示出)的一部分的示意框圖。在示范實(shí)施例中，IGCC功率產(chǎn)生系統(tǒng)10包括燃料干燥器 2 00，其在燃料供應(yīng)30和氣化器16之間串行流體連通。燃料干燥器200也在合成氣體冷卻器18和凈化設(shè)備32之間串行流體連通。燃料干燥器200構(gòu)造成接收來自燃料供應(yīng)30的相對(duì)冷并且潮濕的燃料流和來自合成氣體冷卻器18的相對(duì)熱并且干燥的合成氣體流。合成氣體流和燃料流被促使在燃料干燥器200內(nèi)混合，使得合成氣體和燃料得以彼此緊密接觸。在緊密接觸期間，熱量從合成氣體轉(zhuǎn)移至燃料，從而在燃料被引出燃料干燥器200并且進(jìn)到氣化器16之前干燥燃料。同樣在緊密接觸期間，水分從燃料轉(zhuǎn)移至合成氣體，從而在合成氣體被引出燃料干燥器200并且進(jìn)到凈化設(shè)備32和燃燒器26之前使合成氣體潮濕。 在一實(shí)施例中，提供在燃料干燥器200和凈化設(shè)備32之間串行流體連通的輔助凈化設(shè)備 202。輔助凈化設(shè)備202構(gòu)造成移除在燃料和合成氣體的緊密接觸期間夾帶在燃料干燥器 200中的合成氣體內(nèi)的固體和微粒。圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的整體氣化聯(lián)合-循環(huán)(IGCC)功率產(chǎn)生系統(tǒng) 10(圖1中示出)的一部分的示意框圖。在該示范實(shí)施例中，IGCC功率產(chǎn)生系統(tǒng)10包括在燃料供應(yīng)30和氣化器16之間串行流體連通的燃料干燥器200。燃料干燥器200也在空氣分離單元(ASU) 14和燃燒器26之間串行流體連通。燃料干燥器200構(gòu)造成接收來自燃料供應(yīng)30的相對(duì)冷并且潮濕的燃料流和來自ASU 14的相對(duì)熱并且干燥的氮工藝氣體(NPG) 流。NPG流和燃料流被促使在燃料干燥器200內(nèi)混合，使得NPG和燃料得以彼此緊密接觸。 在該緊密接觸期間，熱量從NPG轉(zhuǎn)移至燃料，從而在燃料被弓丨出燃料干燥器200并且進(jìn)到氣化器16之前預(yù)熱燃料。同樣在該緊密接觸期間，水分從燃料轉(zhuǎn)移至NPG，從而在NPG被引出燃料干燥器200并且進(jìn)到燃燒器26之前使NPG潮濕。在一實(shí)施例中，提供在燃料干燥器 200和燃燒器26之間串行流體連通的輔助凈化設(shè)備202。備用的輔助凈化設(shè)備202構(gòu)造成移除在燃料和NPG的緊密接觸期間夾帶在燃料干燥器200中的NPG內(nèi)的固體和微粒。在不同的實(shí)施例中，如果利用的話，壓縮機(jī)28串行流體連通地定位在燃料干燥器200和輔助凈化設(shè)備202之間。壓縮機(jī)28用來在NPG流注入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器26的燃燒區(qū)之前壓縮NPG流。雖然燃料的預(yù)熱和干燥的源在上文中描述為合成氣體和/或NPG，但是應(yīng)當(dāng)理解， 任何相對(duì)干燥的氣體源可用以干燥和/或預(yù)熱進(jìn)入氣化器16的燃料流。另外，燃料可在干燥之后并且注入氣化器16之前儲(chǔ)存在漏斗或者罐中。在示范實(shí)施例中，燃料干燥器200包括固定容器。在可選的實(shí)施例中，燃料干燥器200包括可圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)的可移動(dòng)容器。上文描述的功率產(chǎn)生系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例通過利用可原本是對(duì)系統(tǒng)的損失的熱量來執(zhí)行有用的工作，提供節(jié)約成本并且可靠的裝置，從而增加功率產(chǎn)生系統(tǒng)的效率。更具體地，本文所描述的方法和系統(tǒng)便于利用原本將利用來自系統(tǒng)的能量進(jìn)行冷卻和濕潤的相對(duì)熱并且干燥的工藝中的氣體來干燥相對(duì)潮濕的燃料。另外，上文描述的方法和系統(tǒng)便于利用原本將從系統(tǒng)放出的水分來濕潤氣體。因此，本文所描述的方法和系統(tǒng)便于以節(jié)約成本并且可靠的方式增加功率產(chǎn)生系統(tǒng)的效率。
上文詳細(xì)描述了示范方法和裝置，其用于利用供入功率產(chǎn)生系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體來干燥功率產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的燃料，以增加通過燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量流。示出的系統(tǒng)不限于本文所描述的具體實(shí)施例，相反，每個(gè)實(shí)施例的構(gòu)件可與本文所描述的其它構(gòu)件獨(dú)立并且分別地使用。每個(gè)系統(tǒng)構(gòu)件也可與其它系統(tǒng)構(gòu)件聯(lián)合使用。雖然本公開依照不同的具體實(shí)施例進(jìn)行描述，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本公開可在具有在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改的情況下實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種燃料供應(yīng)系統(tǒng)，包括燃料流供應(yīng)，所述燃料包括在第一預(yù)定范圍內(nèi)的一定量的水分； 氣體流供應(yīng)，所述氣體包括在第二預(yù)定范圍內(nèi)的一定量的水分，所述第二預(yù)定范圍比所述第一預(yù)定范圍??；和容器，其構(gòu)造成 接收所述燃料流和所述氣體流； 混合所述燃料流和所述氣體流；和將所述燃料流和所述氣體流分離； 其中，水分從所述燃料流轉(zhuǎn)移至所述氣體流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，熱量從所述氣體流轉(zhuǎn)移至所述燃料流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述容器包括縱向軸線，所述容器能夠繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體流包括氮?dú)饬鳌?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料流包括含碳燃料流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料流包括固態(tài)含碳燃料和液態(tài)含碳燃料中的至少一個(gè)的流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體流包括合成氣體流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述容器下游的凈化設(shè)備，所述凈化設(shè)備構(gòu)造成從離開所述容器的氣體流移除燃料的微粒。
9.一種操作燃料供應(yīng)系統(tǒng)的方法，所述方法包括 接收含碳燃料流，所述燃料包括第一數(shù)量的水分；和混合所述含碳燃料流和氣體流，使得所述燃料中的第一數(shù)量的水分減少并且所述氣體中的第二數(shù)量的水分增加，所述氣體流包括一定量的熱量，其中，在所述混合期間所述一定量的熱量中的至少一些轉(zhuǎn)移至所述燃料流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，接收含碳燃料流包括接收煤流。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流包括混合所述含碳燃料流和氮?dú)饬鳌?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流和氣體流包括混合所述含碳燃料流和合成氣體流。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流和氣體流包括在容器內(nèi)混合所述含碳燃料流和氣體流。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流和氣體流混合包括在容器內(nèi)混合所述含碳燃料流和氣體流，所述容器能夠繞所述容器的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
15.一種整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率系統(tǒng)，其包括燃料干燥器，所述述燃料干燥器構(gòu)造成 接收燃料流；接收流體流；將水分從所述燃料轉(zhuǎn)移至所述氣體；并且將熱量從所述氣體轉(zhuǎn)移至所述燃料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括分離器，其構(gòu)造成將所述燃料流的至少一部分與所述流體流分離。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料干燥器包括縱向軸線，所述燃料干燥器能夠繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流體流包括固態(tài)含碳燃料和液態(tài)含碳燃料中的至少一個(gè)的流。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流體流包括合成氣體流。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離器定位在所述燃料干燥器的下游，所述分離器構(gòu)造成從離開所述燃料干燥器的流體流移除燃料的微粒。
全文摘要
提供一種用于供應(yīng)燃料的系統(tǒng)和方法。該燃料供應(yīng)系統(tǒng)包括燃料流供應(yīng)和氣體流供應(yīng)，其中，燃料包括在第一預(yù)定范圍內(nèi)的一定量的水分，氣體包括在第二預(yù)定范圍內(nèi)的一定量的水分，并且第二預(yù)定范圍比第一預(yù)定范圍小。該燃料供應(yīng)系統(tǒng)還包括容器，其構(gòu)造成接收燃料流和氣體流、混合燃料流和氣體流并且將燃料流和氣體流分離，其中，水分從燃料流轉(zhuǎn)移至氣體流。
文檔編號(hào)C10J1/207GK102439273SQ201080007842
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者R·D·斯蒂爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司