專(zhuān)利名稱(chēng)：用于輸送運(yùn)載氣體中的固體燃料的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開(kāi)的主題涉及用于在動(dòng)力設(shè)備中輸送諸如粉煤之類(lèi)的固體給料燃料的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
諸如煤或石油之類(lèi)的化石燃料可被氣化以用于生產(chǎn)電力、化學(xué)物質(zhì)、合成燃料，或用于各種其它應(yīng)用。氣化包括使含碳燃料和氧氣在很高的溫度下發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣，即包含一氧化碳和氫氣的燃料，該合成氣比處于其原始狀態(tài)的燃料更高效且更清潔地燃燒。例如，固體燃料給料(例如，粉煤)可在運(yùn)載氣體中運(yùn)送到氣化器。所使用的運(yùn)載氣體的類(lèi)型可使氣化器和其它構(gòu)件的控制和性能變得復(fù)雜
發(fā)明內(nèi)容
以下概括了范圍與原始要求保護(hù)的發(fā)明相稱(chēng)的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例并非旨在限制要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，而是，這些實(shí)施例僅旨在提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要概述。實(shí)際上，本發(fā)明可涵蓋可與以下陳述的實(shí)施例類(lèi)似或不同的各種形式。在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器和固體燃料供給器。該固體燃料供給器能夠在氣化器的起動(dòng)時(shí)期期間和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間將含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料供給到氣化器。在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器燃料控制器。該氣化器燃料控制器能夠控制含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料到氣化器的供給。該氣化器燃料控制器能夠在起動(dòng)時(shí)期期間的含碳運(yùn)載氣體的第一源和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間的含碳運(yùn)載氣體的第二源之間轉(zhuǎn)變。在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括原料制備單元、固體燃料研磨器和固體燃料供給器。固體燃料研磨器能夠?qū)⒐腆w燃料研磨成粒子。固體燃料供給器能夠?qū)⒘Ｗ恿黧w化到含碳運(yùn)載氣體中，該含碳運(yùn)載氣體在氣化器的起動(dòng)時(shí)期期間來(lái)自第一含碳?xì)怏w源并且在氣化器的第二穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間來(lái)自第二含碳?xì)怏w源。


當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在全部附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的部分，其中:
圖1示出了包括提高油回收管線(enhanced oil recovery,E0R)的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動(dòng)力設(shè)備的一實(shí)施例的框圖2示出了圖1中所示的原料制備單元的固體燃料供給器系統(tǒng)的一實(shí)施例的框 圖3是在氣化器的起動(dòng)和穩(wěn)態(tài)操作之間轉(zhuǎn)變的方法的流程圖；以及 圖4是從第一 CO2源轉(zhuǎn)變到第二 CO2源以用于向氣化器輸送固體燃料給料的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下將描述本發(fā)明的一個(gè)或更多特定實(shí)施例。為了提供對(duì)這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，說(shuō)明書(shū)中可能未描述實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解，在任何此類(lèi)實(shí)際實(shí)施方案的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出許多針對(duì)實(shí)施方案的具體決定以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，例如服從于可能因?qū)嵤┓桨付惖南到y(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束。此外，應(yīng)當(dāng)理解，此類(lèi)開(kāi)發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但對(duì)受益于該公開(kāi)的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)卻將是設(shè)計(jì)、裝配和制造的例行工作。當(dāng)介紹本發(fā)明各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述的”旨在意味著存在一個(gè)或更多該元件。用語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”旨在為包括性的且意味著可能存在所列元件以外的其它元件。所公開(kāi)的實(shí)施例包括用于利用來(lái)自不同源(例如提高油回收(EOR)管線)的含碳?xì)怏w(例如，CO2)作為用來(lái)將燃料輸送到氣化器中的運(yùn)載氣體的系統(tǒng)和方法。動(dòng)力設(shè)備，例如下文參照?qǐng)D1更詳細(xì)地描述的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動(dòng)力設(shè)備，可使用在設(shè)備操作期間將固體燃料連續(xù)供給到氣化器中的固體燃料供給器系統(tǒng)。該固體燃料供給器系統(tǒng)可使用在正常設(shè)備操作期間產(chǎn)生的CO2作為運(yùn)載氣體。然而，該運(yùn)載CO2源可能無(wú)法在起動(dòng)操作期間獲得。不同類(lèi)型的運(yùn)載氣體，例如氮?dú)猓稍谠O(shè)備起動(dòng)期間代替CO2并用來(lái)將燃料輸送到氣化器中。然而，氮?dú)庾鳛檩椛湮談┎蝗鏑O2那么好，因此氣化器可能經(jīng)歷較高的熱負(fù)荷。較高熱負(fù)荷可能不利地影響諸如給料噴射器之類(lèi)的氣化器構(gòu)件，特別是在氣化器溫度高于正常操作期間的起動(dòng)期間。產(chǎn)生所需的高壓氮?dú)庖部赡苁浅杀靖甙旱?。此外，氮的不同分子量可能使得必須使用不同的固體-氣體裝載比和裝載速度，由此需要與在常規(guī)CO2輸送操作期間使用的那些不同的控制器模態(tài)。因此，所公開(kāi)的實(shí)施例通過(guò)從其它源重新引導(dǎo)0)2而在設(shè)備起動(dòng)期間使用CO2作為運(yùn)載氣體，并且隨后在正常操作期間使用由設(shè)備產(chǎn)生的co2。在上文的前提下，圖1示出了可產(chǎn)生和燃燒合成氣體(即合成氣)的IGCC動(dòng)力設(shè)備100的一實(shí)施例。IGCC動(dòng)力 設(shè)備100的元件可包括可被用作用于IGCC 100的能量源的燃料源102，例如固體給料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物質(zhì)、木質(zhì)材料、農(nóng)業(yè)廢料、焦油、焦?fàn)t煤氣和浙青或者其它含碳物品。燃料源102的固體燃料可被傳到原料制備單元104。原料制備單元104例如可通過(guò)劈砍、碾磨、撕碎、磨碎、壓制或粒化燃料源102以產(chǎn)生原料，從而改變?nèi)剂显?02的尺寸或形狀。另外，在原料制備單元104中可向燃料源102添加水或其它合適的液體以形成漿狀原料。在某些實(shí)施例中，不向燃料源添加液體，從而產(chǎn)生干原料。如下文參照?qǐng)D2更詳細(xì)描述的，固體原料可由固體燃料供給器105使用含碳?xì)怏w(例如，CO2)輸送到氣化器106中，以在設(shè)備起動(dòng)時(shí)期期間以及正常設(shè)備操作(即穩(wěn)態(tài)時(shí)期)期間使用。換言之，可始終使用相同(或基本上相同)的運(yùn)載氣體來(lái)向氣化器輸送固體原料。應(yīng)理解，含碳運(yùn)載氣體的體積純度可介于80%-100%之間。氣化器106可將原料轉(zhuǎn)化為合成氣,例如一氧化碳和氫氣的混合物。該轉(zhuǎn)化可通過(guò)使原料在升高的壓力(例如，從大約600磅/平方英寸(PSIG)-1200 PSIG)和溫度(例如，大約2200° F-2700° F)下經(jīng)受受控量的任何緩和劑和有限的氧氣來(lái)完成，這取決于所用原料的類(lèi)型。原料在熱解過(guò)程期間的加熱可產(chǎn)生固體(例如，炭)和殘余氣體(例如，一氧化碳、氫氣和氮?dú)?。然后，在氣化器106中可發(fā)生燃燒過(guò)程。燃燒可包括向炭和殘余氣體引入氧氣。炭和殘余氣體可與氧氣發(fā)生反應(yīng)，以形成向后續(xù)的氣化反應(yīng)提供熱量的二氧化碳和一氧化碳。在燃燒過(guò)程期間的溫度可在從大約2200° F至大約2700° F的范圍內(nèi)。另外，可將蒸汽引入氣化器106中。氣化器106利用蒸汽和有限的氧氣來(lái)允許其中一些原料燃燒而產(chǎn)生一氧化碳和能量，該能量可驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步將原料轉(zhuǎn)化為氫氣和額外的二氧化碳的第二反應(yīng)。這樣，通過(guò)氣化器106來(lái)制造合成氣體。該合成氣體可包括大約85%的比例相等的一氧化碳和氫氣，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3和H2S (基于原料的硫含量)。這種合成氣體可稱(chēng)為未經(jīng)處理的合成氣，因?yàn)樗鏗2s。氣化器106還可產(chǎn)生廢料，例如渣108，其可為濕灰料。這種渣108可從氣化器106去除并被處置為路基或其它建筑材料。為了處理未經(jīng)處理的合成氣，可利用氣體洗滌器110。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體洗滌器110可為水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器。氣體洗滌器110可洗滌未經(jīng)處理的合成氣以從未經(jīng)處理的合成氣去除HC1、HF、COS、HCN和H2S,這可包括通過(guò)例如硫處理器112中的酸性氣體去除過(guò)程而在硫處理器112中分離硫111。由于合成氣中的CO2的升高的局部壓力，當(dāng)使用CO2作為運(yùn)載氣體時(shí)，可增強(qiáng)酸性氣體去除過(guò)程的性能。此外，氣體洗滌器110可經(jīng)由水處理單元114從未經(jīng)處理的合成氣分離鹽113，該水處理單元114可利用水凈化技術(shù)來(lái)從未經(jīng)處理的合成氣產(chǎn)生可用的鹽113。隨后，來(lái)自氣體洗滌器110的氣體可包括帶有微量的其它化學(xué)物質(zhì)例如NH3(氨)和CH4(甲烷)的經(jīng)處理的合成氣(例如，已從合成氣去除硫111)。氣體處理器115可用于從經(jīng)處理的合成氣中去除額外的殘余氣體成分116，諸如氨和甲烷，以及甲醇或任何殘余化學(xué)物質(zhì)。然而，從經(jīng)處理的合成氣去除殘余氣體成分是可選的，因?yàn)榻?jīng)處理的合成氣即使在含有殘余氣體成分例如尾氣時(shí)也可用作燃料。此時(shí)，經(jīng)處理的合成氣可包括大約3%的CO、大約55%的H2和大約40%的CO2，并且基本上除掉了 H2S。在一些實(shí)施例中，碳捕獲系統(tǒng)118可提取和處理合成氣中包含的含碳?xì)怏w(例如，體積純度為大約80%-100%或90%-100%的CO2)。提取CO2可運(yùn)輸?shù)皆现苽鋯卧?04中，以用作用于干燃料的運(yùn)載氣體，如下文參照?qǐng)D2、3和4更詳細(xì)描述的。在某些實(shí)施例中，碳捕獲系統(tǒng)118還可將提取的CO2重新引導(dǎo)到碳吸存系統(tǒng)120、EOR管線122和/或CO2的其它源134(例如，儲(chǔ)罐)，以在例如油回收活動(dòng)中使用。這樣，在圖示的實(shí)施例中，氣化器燃料控制器124可通過(guò)使用例如閥126、128、130和132來(lái)將CO2運(yùn)輸?shù)皆现苽鋯卧?04中。閥126用來(lái)調(diào)節(jié)(例如，增加或減少)從碳捕獲系統(tǒng)118到原料制備單元104的CO2流。閥128用來(lái)調(diào)節(jié)從其它CO2源134 (例如CO2儲(chǔ)罐)到原料制備單元104的CO2流。閥130用來(lái)調(diào)節(jié)從碳吸存系統(tǒng)120到原料制備單元104的CO2流。在EOR管線122運(yùn)載高壓CO2的某些實(shí)施例中，減壓器136安裝在EOR管線122的下游并用于減小從EOR管線122流回的CO2的壓力量。在這些實(shí)施例中，閥132用來(lái)調(diào)節(jié)從減壓器136到原料制備單元104的0)2流。在沒(méi)有減壓器136的其它實(shí)施例中，閥132用來(lái)調(diào)節(jié)從EOR管線122到原料制備單元104的CO2流。因此，可通過(guò)包括來(lái)自諸如EOR管線122、C02吸存系統(tǒng)120和/或其它CO2源134之類(lèi)的源的CCV流來(lái)獲得起動(dòng)CO2 138流。起動(dòng)CO2 138然后可在如下文參照?qǐng)D
2、3和4更詳細(xì)地描述的設(shè)備起動(dòng)操作期間使用。繼續(xù)合成氣處理，一旦已從合成氣捕獲CO2，然后便可將經(jīng)處理的合成氣輸送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的燃燒器140 (例如燃燒室)作為可燃燃料。IGCC動(dòng)力設(shè)備100還可包括空氣分離單元(ASU) 144。ASU 1`44可操作而通過(guò)例如蒸餾技術(shù)來(lái)將空氣分離成成分氣體。ASU 144可從由補(bǔ)充空氣壓縮機(jī)146供應(yīng)至其的空氣中分離氧氣，并且ASU 144可將所分離的氧氣運(yùn)輸?shù)綒饣?06。另外，ASU 144可將所分離的氮?dú)鈧鬏數(shù)较♂尩獨(dú)?DGAN)壓縮機(jī)148。DGAN壓縮機(jī)148可將從ASU 144接收的氮?dú)庵辽賶嚎s到與燃燒器140中的壓力相等的壓力水平，以便不會(huì)與合成氣的適當(dāng)燃燒發(fā)生干涉。這樣，一旦DGAN壓縮機(jī)148已將氮?dú)獬浞謮嚎s到適當(dāng)水平，DGAN壓縮機(jī)148便可將經(jīng)壓縮的氮?dú)鈧鬏數(shù)饺細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的燃燒器140。例如，該氮?dú)饪捎米飨♂寗┮员阌谂欧盼锏目刂?。如前文所述，?jīng)壓縮的氮?dú)饪蓮腄GAN壓縮機(jī)148傳輸?shù)饺細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的燃燒器140。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142可包括渦輪150、驅(qū)動(dòng)軸152和壓縮機(jī)154，以及燃燒器140。燃燒器140可接收可在壓力下從燃料噴嘴噴射的燃料，例如合成氣。該燃料可與壓縮空氣及來(lái)自DGAN壓縮機(jī)148的經(jīng)壓縮的氮?dú)庀嗷旌?，并在燃燒?40內(nèi)燃燒。這種燃燒可形成熱的加壓排氣。燃燒器140可將排氣引向渦輪150的排氣出口。當(dāng)來(lái)自燃燒器140的排氣經(jīng)過(guò)渦輪150時(shí)，排氣迫使渦輪150中的渦輪葉片使驅(qū)動(dòng)軸152沿燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，驅(qū)動(dòng)軸152連接到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的各種構(gòu)件，包括壓縮機(jī)154。

驅(qū)動(dòng)軸152可將渦輪150連接到壓縮機(jī)154上以形成轉(zhuǎn)子。壓縮機(jī)154可包括聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)軸152的葉片。因此，渦輪150中的渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致將渦輪152連接到壓縮機(jī)154的驅(qū)動(dòng)軸152使壓縮機(jī)154內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)154中的葉片的這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致壓縮機(jī)154壓縮經(jīng)由壓縮機(jī)154中的進(jìn)氣口接收的空氣。然后，壓縮空氣可被供給到燃燒器140并與燃料和經(jīng)壓縮的氮?dú)饣旌希栽试S更高效的燃燒。驅(qū)動(dòng)軸152還可連接到負(fù)載156,該負(fù)載例如可為動(dòng)力設(shè)備中的靜止負(fù)載,如用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)。實(shí)際上，負(fù)載156可為通過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的旋轉(zhuǎn)輸出供能的任何合適裝置。IGCC動(dòng)力設(shè)備100還可包括蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158和熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)160。蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158可驅(qū)動(dòng)第二負(fù)載162。第二負(fù)載162也可以是用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)。然而，第一負(fù)載156和第二負(fù)載162兩者均可為能夠由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158驅(qū)動(dòng)的其它類(lèi)型的負(fù)載。另外，雖然燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158可驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的負(fù)載156和162，如圖示的實(shí)施例中所示，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158也可經(jīng)由單個(gè)軸串聯(lián)地用來(lái)驅(qū)動(dòng)單個(gè)負(fù)載。蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的具體構(gòu)型可為針對(duì)實(shí)施方案的并且可包括任何區(qū)段組合。系統(tǒng)100還可包括HRSG 160。來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的經(jīng)加熱的排氣可被傳輸?shù)紿RSG 160中并用于加熱水和產(chǎn)生用于向蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158供能的蒸汽。來(lái)自例如蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158的低壓區(qū)段的排氣可被引入冷凝器164中。冷凝器164可利用冷卻塔168來(lái)將經(jīng)加熱的水交換為被冷卻的水。冷卻塔168起作用而向冷凝器164提供冷卻水，以幫助冷凝從蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158傳輸?shù)嚼淠?64的蒸汽。來(lái)自冷凝器164的冷凝物142又可被引入HRSG 160中。再者，來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142的排氣也可被引入HRSG 160中以加熱來(lái)自冷凝器164的水并產(chǎn)生蒸汽。在諸如IGCC動(dòng)力設(shè)備100之類(lèi)的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備中，熱排氣可從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142流動(dòng)并傳到HRSG 160，在此其可用于產(chǎn)生高壓、高溫蒸汽。然后，由HRSG 160產(chǎn)生的蒸汽可經(jīng)過(guò)蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158以產(chǎn)生動(dòng)力。另外，所產(chǎn)生的蒸汽還可供應(yīng)到可使用蒸汽的任何其它過(guò)程，例如供應(yīng)到氣化器106。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)142發(fā)電循環(huán)通常稱(chēng)作“頂循環(huán)”，而蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)158發(fā)電循環(huán)通常稱(chēng)作“底循環(huán)”。通過(guò)如圖1中所示組合這兩個(gè)循環(huán)，IGCC動(dòng)力設(shè)備100可在兩個(gè)循環(huán)中達(dá)到更大的效率。特別地，來(lái)自頂循環(huán)的排氣熱可被捕獲并用于產(chǎn)生在底循環(huán)中使用的蒸汽。圖2是可用來(lái)將燃料源輸送到圖1的氣化器106中的固體燃料供給器105的一實(shí)施例的圖。在某些實(shí)施例中，燃料源102包括固體給料燃料源。例如，IGCC動(dòng)力設(shè)備100可使用固體燃料源，包括高等級(jí)煤、低等級(jí)煤(例如，波德河煤(Powder River Basin coal))、生物質(zhì)及其它。波德河煤可包括具有低于煙煤的能量的次煙煤。實(shí)際上，可使用各種各樣的固體燃料。在一個(gè)實(shí)施例中，固體燃料供給器105可干燥固體燃料102，以便去除燃料中的其中一些固有水分。在其它實(shí)施例中，燃料可由圖1的原料制備單元104中所包括的其它系統(tǒng)來(lái)干燥。在又一實(shí)施例中，燃料可作為干燃料輸送到IGCC動(dòng)力設(shè)備100。因此，干燥固體燃料102可改進(jìn)固體燃料輸送系統(tǒng)的流動(dòng)特性并改進(jìn)氣化器106的整體效率。在干燥后 ,可經(jīng)固體原料輸送器172 (例如,氣動(dòng)輸送、氣體夾帶輸送器)將固體燃料102引導(dǎo)到多個(gè)泵給料斗170中以在氣化中使用。在某些實(shí)施例中，在運(yùn)輸前或者在固體燃料102運(yùn)輸?shù)奖媒o料斗170中期間，可發(fā)生其它過(guò)程。在某些實(shí)施例中，可通過(guò)固體燃料研磨機(jī)173將固體燃料102碾磨、撕碎、磨碎、研磨等。在其它實(shí)施例中，可通過(guò)在固體燃料供給器105上游的其它系統(tǒng)來(lái)完成碾磨、撕碎、磨碎、研磨等。泵給料斗170可充當(dāng)原料緩沖器，以確保原料到氣化器106中的均勻、恒定的流入。泵給料斗170可包括例如通風(fēng)孔，該通風(fēng)孔允許在諸如氮?dú)庵?lèi)的可排出到大氣的運(yùn)載氣體中夾帶的灰塵離開(kāi)給料斗170進(jìn)入管道174中，如圖所示。管道174可用于將來(lái)自給料斗170的夾帶灰塵輸送到旋風(fēng)分離器和袋室(bag house)系統(tǒng)176中。旋風(fēng)分離器和袋室系統(tǒng)176然后可通過(guò)使用例如空氣動(dòng)力學(xué)渦旋效應(yīng)、重力和一組過(guò)濾器(即袋室)來(lái)使灰塵微粒與氣體分離。所分離的灰塵微?？砂芍匦掠米魅剂?02的燃料微粒。在一個(gè)實(shí)施例中，例如圖2中所示的實(shí)施例，可經(jīng)由固體原料輸送器176將固體給料從泵給料斗170引導(dǎo)到磁性分離器178中。磁性分離器178可用來(lái)回收可減少氣化器的產(chǎn)量的鐵磁性材料(例如，鐵、鎳)。然后可經(jīng)由管道180將非鐵磁性原料引導(dǎo)到固體給料泵182中。在某些實(shí)施例中，固體給料泵182可包括Stamet Posimetric 固體給料泵，例如可從紐約州斯卡奈塔第的通用電氣公司獲得的那些。固體給料泵182能夠以從大氣壓(即大約14.7 PSIG)至大約1000、1100、1200、1300 PSIG的壓力輸送固體。由固體給料泵182提供的較高壓力可允許固體原料進(jìn)入高壓容器，例如高壓輸送容器184，其可加壓到低于1000 PSIG的壓力。固體給料泵182還能夠使用氣體186作為密封氣體(sealing gas)。密封氣體186可在高壓力下流經(jīng)管道188并流入多個(gè)固體給料泵182中。密封氣體186然后可向上游橫穿移動(dòng)通過(guò)固體給料泵182的固體粒子，從而自由地阻擋輸送氣體、氧氣或合成氣向上游通過(guò)固體給料泵182的泄漏。密封氣體186和夾帶灰塵可經(jīng)由管道190從固體給料泵182排出到管道174中。夾帶灰塵然后可由如上所述的旋風(fēng)分離器和袋室系統(tǒng)176進(jìn)一步處理。因此，密封氣體可允許固體給料泵182提高其輸送壓力。備選地或另外，可使用能夠如文中所述將固體給料輸送到高壓輸送容器184中的任何類(lèi)型的泵或加壓輸送裝置來(lái)代替固體給料泵182。干給料可經(jīng)由管道192輸送到高壓輸送容器184中。高壓輸送容器184可用于使固體原料流體化。原料的流體化將使固體燃料的粒子或微粒懸浮在含碳運(yùn)載氣體中。換言之，它形成微粒和氣體的多相流，或氣體-微粒流體流。在某些實(shí)施例中，氣化器燃料控制器124可控制固體原料在高壓輸送容器184中的流體化。實(shí)際上，控制器124可控制固體燃料供給器105的所有操作，以燃料102的接收開(kāi)始，經(jīng)給料制備(例如，干燥、碾磨、磨碎)和輸送過(guò)程繼續(xù)，并且包括氣化器106的起動(dòng)。在氣化器106的起動(dòng)期間，控制器124可通過(guò)使用固體給料泵182來(lái)將固體給料102輸送到高壓輸送容器184中。還可經(jīng)由管道194將起動(dòng)CO2 138的流引導(dǎo)到高壓輸送容器184中。在一個(gè)實(shí)施例中，可將輸送通過(guò)管道194的起動(dòng)CO2 138的射流引導(dǎo)到進(jìn)入高壓輸送容器184的固體給料中，使得固體給料微?？沙浞址稚⒉⒕鶆虻胤峙涞礁邏狠斔腿萜?84內(nèi)。在從起動(dòng)操作到正常操作的轉(zhuǎn)變時(shí)期期間，起動(dòng)CO2 138的射流可轉(zhuǎn)變到提取CO2 196 (即由碳捕獲系統(tǒng)118產(chǎn)生的CO2)并且還用來(lái)將固體給料分散和分配到高壓輸送容器184內(nèi)。應(yīng)理解，起動(dòng)CO2 138和提取CO2 196兩者的體積純度均可至少為大約80%、85%、90%、95%或100%。此外，起動(dòng)CO2 138的體積百分比純度不必與提取CO2 196的體積百分比純度相同。例如，起動(dòng)CO2 138的體積純度可為80%，而提取CO2 196的體積純度可為95%，反之亦然。
在起動(dòng)操作期間，還可經(jīng)由底部管道198將起動(dòng)CO2 138的流引導(dǎo)到高壓輸送容器184的底部中。經(jīng)底部管道198進(jìn)入高壓輸送容器184的起動(dòng)CO2 138還可通過(guò)形成增強(qiáng)燃料流體化的氣渦來(lái)實(shí)現(xiàn)固體給料和運(yùn)載氣體向流體化相的轉(zhuǎn)變。在從起動(dòng)操作到正常操作的轉(zhuǎn)變時(shí)期期間，當(dāng)可從碳捕獲系統(tǒng)118獲得足量的提取CO2 196時(shí)，進(jìn)入高壓輸送容器184的CO2可從起動(dòng)CO2 138轉(zhuǎn)變成提取CO2 196。氣體/燃料流體化混合物然后可經(jīng)由管道200離開(kāi)高壓輸送容器184。在設(shè)備起動(dòng)期間，可經(jīng)由管道202將氣體/燃料流體化混合物引導(dǎo)到起動(dòng)旋風(fēng)器204中。起動(dòng)旋風(fēng)器204可用來(lái)建立燃料到氣化器106中的穩(wěn)定、恒定的流動(dòng)。一旦已建立穩(wěn)定、恒定的燃料流動(dòng)，便可重新定向進(jìn)入起動(dòng)旋風(fēng)器204的燃料流經(jīng)由管道208流入氣化器噴射器206中。如上文參照?qǐng)D1所述，氣化器106將燃燒固體燃料102以產(chǎn)生合成氣。CO2 196可從合成氣提取并可用來(lái)從起動(dòng)CO2 138轉(zhuǎn)變，如下文參照?qǐng)D3更詳細(xì)描述的。圖3是可由例如圖1和圖2的氣化器燃料控制器124使用以起動(dòng)設(shè)備操作和轉(zhuǎn)變成正常操作的方法210的一實(shí)施例的流程圖。更具體而言，方法210詳細(xì)說(shuō)明了在通過(guò)使用第一含碳?xì)怏w(例如，CO2)源開(kāi)始?xì)饣^(guò)程并隨后轉(zhuǎn)變到使用第二含碳?xì)怏w(例如，CO2)源作為運(yùn)載氣體來(lái)將固體干原料供給到氣化器中時(shí)可采用的過(guò)程。在某些實(shí)施例中，含碳運(yùn)載氣體的第一源始終可用并且含碳運(yùn)載氣體的第二源僅在氣化器的操作期間可用。在含碳?xì)怏w的第一源和第二源為CO2氣體的實(shí)施例中，第一 CO2源可包括如圖1和圖2中所示的起動(dòng)CO2 138的源。如上文參照?qǐng)D1所述，可重復(fù)利用來(lái)自多個(gè)位置例如CO2吸存系統(tǒng)120、EOR管線122和/或某一其它CO2源134的起動(dòng)CO2 138。使用起動(dòng)CO2 138作為在動(dòng)力設(shè)備起動(dòng)操作期間使用的第一運(yùn)載氣體可能是有利的，因?yàn)樗稍试S在從起動(dòng)經(jīng)過(guò)正常操作并停機(jī)的設(shè)備操作循環(huán)中始終采用相同類(lèi)型的運(yùn)載氣體(例如，CO2)。因此，相同類(lèi)型的燃料噴射器、原料輸送控制模態(tài)、原料輸送設(shè)備等可重復(fù)利用并且不需要更改以適應(yīng)不同的起動(dòng)運(yùn)載氣體(例如，氮?dú)?。方法210可通過(guò)起始固體原料的流并通過(guò)使用起動(dòng)CO2 138的流而開(kāi)始(框212)。第一 CO2源的流可包括使用單個(gè)源例如EOR管線122，或者CO2源的組合例如與碳吸存系統(tǒng)120結(jié)合的EOR管線122。實(shí)際上，任何起動(dòng)CO2 138的源都可結(jié)合或單獨(dú)用作運(yùn)送起始固體原料流所需的CO2的第一 CO2源。在一個(gè)實(shí)施例中，然后可例如通過(guò)使用如上文參照?qǐng)D2所述的高壓輸送容器184來(lái)使來(lái)自第一 CO2源的CO2和固體給料流體化，以便產(chǎn)生流體化的燃料/氣體混合物。在已起始固體原料的流后，可通過(guò)例如使用如圖2中所示的起動(dòng)旋風(fēng)器204來(lái)穩(wěn)定原料流(框214)。在一個(gè)實(shí)施例中，可結(jié)合起動(dòng)旋風(fēng)器204使用旁通管道和/或起動(dòng)管道，以形成流體化原料的穩(wěn)定化的平穩(wěn)流動(dòng)環(huán)路。在此實(shí)施例中，流體化的燃料/氣體混合物流過(guò)旁通管道和/或起動(dòng)管道并通過(guò)起動(dòng)旋風(fēng)器204。固體燃料可由起動(dòng)旋風(fēng)器204從氣體去除并返回固體燃料存儲(chǔ)部，以在今后由旁通管道和/或起動(dòng)管道重復(fù)利用。從固體燃料存儲(chǔ)部進(jìn)入起動(dòng)旋風(fēng)器并回到固體燃料存儲(chǔ)部的流動(dòng)環(huán)路因此可用于在起動(dòng)操作期間適當(dāng)?shù)匦纬梢恢?即，具有適當(dāng)?shù)娜剂?氣體比、流量、壓力和溫度)的燃料流。一旦實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、平穩(wěn)的原料流，就可起始?xì)饣?框216)以開(kāi)始燃料的氣化。起始?xì)饣骺砂▽⒘黧w化原料流從起動(dòng)旋風(fēng)器204重新引導(dǎo)到氣化器噴射器206中。氣化器可以已經(jīng)過(guò)預(yù)熱，使得存儲(chǔ)在例如耐火磚中的熱能幫助起始和支持氣化過(guò)程。圖2的氣化器燃料控制器124可通過(guò)例如改變固體給料泵182的速度和/或第一 CO2源(例如，起動(dòng)CO2 138)的流量、壓力和溫度來(lái)控制進(jìn)入氣化器噴射器206的固體燃料的流。氣化器燃料控制器124可通過(guò)按照與起始目的所需的燃料-氣體比和燃料裝載速度有關(guān)的特定程序來(lái)幫助氣化起始。最初，可從第一 CO2源引來(lái)大約100%的可用來(lái)將燃料輸送到氣化器噴射器206中的C02。當(dāng)氣化器開(kāi)始?xì)饣议_(kāi)始產(chǎn)生合成氣時(shí)，IGCC動(dòng)力設(shè)備構(gòu)件然后可使用得到的合成氣來(lái)產(chǎn)生CO2作為第二 CO2源(框218)。第二 CO2源可包括例如圖1的碳捕獲系統(tǒng)118。當(dāng)更多的合成氣變 得可用時(shí)，方法210可從使用第一 CO2源(例如，起動(dòng)CO2 138)轉(zhuǎn)變到使用第二 CO2源(例如，提取CO2 196)，以替換其中一些第一 CO2作為運(yùn)載氣體(框220)。在一個(gè)實(shí)施例中，氣化器燃料控制器124可控制一組閥，以將起動(dòng)CO2 138和提取CO2 196結(jié)合，使得它們均用作運(yùn)載氣體，如下文參照?qǐng)D4更詳細(xì)描述的。當(dāng)傳感器指示可使用更多提取CO2 196時(shí)，氣化器燃料控制器124可重新引導(dǎo)更多的提取CO2 196和更少的起動(dòng)CO2 138用作運(yùn)載氣體。應(yīng)理解，起動(dòng)CO2 138與提取CO2 196的結(jié)合可包括使用諸如壓力調(diào)節(jié)器、混合罐、壓縮器、加熱器、冷凍器等的構(gòu)件，這些構(gòu)件允許可能具有不同流量、壓力和溫度的氣體的組合。當(dāng)氣化器和動(dòng)力設(shè)備的其余部分上升到正常操作時(shí)(框222)，可產(chǎn)生較大量的合成氣和因此較大量的第二 CO2。因此,方法210可將較大量的第二 CO2和較少量的第一 CO2重新引導(dǎo)到原料制備和輸送過(guò)程中，直到大約100%的運(yùn)載氣體可能為第二C02。當(dāng)?shù)诙﨏O2達(dá)到期望的百分比例如100%時(shí)，就可以不再使用第一 CO2作為CO2的源(框224)。圖4是可用來(lái)從第一CO2 (例如，起動(dòng)CO2 138)轉(zhuǎn)變到第二CO2 (例如，提取CO2 196)作為載體以將固體干原料102運(yùn)輸?shù)綒饣?06中的CO2轉(zhuǎn)變模型106的一實(shí)施例的曲線圖。該曲線圖的縱坐標(biāo)(即，y軸)代表第一 CO2的流量。橫坐標(biāo)(B卩，X軸)代表時(shí)間。如上文參照?qǐng)D3所述，可使用第一 CO2源(例如，CO2 138)作為CO2的起動(dòng)源以起始設(shè)備操作。然后可使用第二 CO2 (例如，CO2 196)以從起動(dòng)操作轉(zhuǎn)變到正常操作。在起始時(shí)期228中，當(dāng)設(shè)備開(kāi)始起動(dòng)過(guò)程時(shí)，控制器124可開(kāi)始第一 CO2的流230。流230然后可達(dá)到操作流動(dòng)水平232。在操作流動(dòng)水平232，設(shè)備可操作，使得第二 CO2現(xiàn)在正產(chǎn)生。應(yīng)理解，操作流動(dòng)水平232的流量和達(dá)到操作流動(dòng)水平232所需的時(shí)間可取決于所使用的氣化器的類(lèi)型(例如，夾帶流氣化器、流化床氣化器、固定床氣化器)和特定模型。在某些實(shí)施例中，控制器124然后可進(jìn)入轉(zhuǎn)變時(shí)期234，其中可向第一 CO2的流量230添加第二 CO2的流量236。轉(zhuǎn)變時(shí)期例如可在可獲得處于通過(guò)氣化操作所產(chǎn)生的提取CO2 196的足夠壓力下的足夠體積時(shí)開(kāi)始。隨著氣化操作產(chǎn)生量越來(lái)越多的第二 CO2，控制器124可增加第二 CO2的流量236并減少第一 CO2的流量230。減少第一 CO2的流量230并增加第二 CO2的流量236的過(guò)程然后可繼續(xù)，直到氣化操作產(chǎn)生足夠體積的第二 CO2以便獲得操作流動(dòng)水平232為止。在操作流動(dòng)水平232，可關(guān)閉第一 CO2的源，并且設(shè)備然后可通過(guò)使用第二 CO2而繼續(xù)操作。因此，該曲線圖的操作時(shí)期238示出了使用第二 CO2作為用于設(shè)備操作的主C02。應(yīng)理解，本文公開(kāi)的實(shí)施例允許使用CO2轉(zhuǎn)變模型的許多變型，例如示例CO2轉(zhuǎn)變模型226。實(shí)際上，水平232可以更低或更高，并且可調(diào)節(jié)流量230、236的向上和向下曲線，例如以具有不同斜率，以便通過(guò)各種各樣的動(dòng)力設(shè)備100操作和動(dòng)力設(shè)備100實(shí)施例來(lái)更高效且經(jīng)濟(jì)地從第一 CO2氣體轉(zhuǎn)變到第二 CO2氣體。本發(fā)明的技術(shù)效果包括從用來(lái)起動(dòng)氣化操作的起動(dòng)CO2運(yùn)載氣體轉(zhuǎn)變到可用來(lái)繼續(xù)正常氣化操作的提取CO2運(yùn)載氣體。起動(dòng)CO2運(yùn)載氣體的源可包括提高油回收管線、碳吸存系統(tǒng)以及諸如CO2儲(chǔ)罐之類(lèi)的其它源。提取CO2運(yùn)載氣體的源包括碳捕獲系統(tǒng)。另外的效果包括由于較低的熱量需求而引起的諸如燃料噴射器之類(lèi)的氣化器構(gòu)件的提高的壽命、在起動(dòng)和正常操作期間利用相同的固體-氣體燃料裝載比和燃料裝載速度的能力以及由于合成氣中CO2的提高的局部壓力而提高的酸性氣體去除過(guò)程的性能。本書(shū)面描述使用了示例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā)明的可專(zhuān)利范 圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類(lèi)其它示例具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為此類(lèi)其它示例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括: 氣化器，其構(gòu)造成使固體燃料氣化；以及 固體燃料供給器，其構(gòu)造成在所述氣化器的起動(dòng)時(shí)期和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間將含碳運(yùn)載氣體中的所述固體燃料供給到所述氣化器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體包括在所述氣化器的起動(dòng)時(shí)期和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間體積純度均為至少約80%的二氧化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料供給器構(gòu)造成供給在所述起動(dòng)時(shí)期期間從第一源獲取且在所述穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間從第二源獲取的含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料，其中，所述第一源和第二源彼此不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體的第一源包括提高油回收(EOR)管線、碳吸存系統(tǒng)或者儲(chǔ)罐中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體的第二源包括聯(lián)接到氣化系統(tǒng)的碳捕獲系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料供給器構(gòu)造成供給在從所述起動(dòng)時(shí)期到所述穩(wěn)態(tài)時(shí)期的轉(zhuǎn)變時(shí)期期間從所述第一源和第二源兩者獲取的含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料供給器構(gòu)造成在所述轉(zhuǎn)變時(shí)期期間減少來(lái)自所述第一源的第一氣體流量并增加來(lái)自所述第二源的第二氣體流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料供給器構(gòu)造成使所述含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料的粒子流體化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括具有所述固體燃料供給器的原料制備單元，其中，所述原料制備單元構(gòu)造成將所述固體燃料磨碎成粒子。
10.一種系統(tǒng),包括: 氣化器燃料控制器，其構(gòu)造成控制含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料到氣化器的供給，其中，所述氣化器燃料控制器構(gòu)造成在起動(dòng)時(shí)期期間的所述含碳運(yùn)載氣體的第一源和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間的所述含碳運(yùn)載氣體的第二源之間轉(zhuǎn)變。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣化器燃料控制器構(gòu)造成在從所述起動(dòng)時(shí)期到所述穩(wěn)態(tài)時(shí)期的轉(zhuǎn)變時(shí)期期間結(jié)合來(lái)自所述第一源和所述第二源兩者的含碳運(yùn)載氣體的氣流，以使所述固體給料的粒子流體化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣化器燃料控制器構(gòu)造成在所述轉(zhuǎn)變時(shí)期期間減少來(lái)自所述第一源的第一氣體流量并增加來(lái)自所述第二源的第二氣體流量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體包括在所述氣化器的起動(dòng)時(shí)期和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間體積純度均為至少約80%的二氧化碳。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體的第一源包括提高油回收(EOR)管線、碳吸存系統(tǒng)或者儲(chǔ)罐中的至少一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體的第二源僅在所述氣化器的操作期間可用。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括聯(lián)接到所述氣化器燃料控制器的所述氣化器、固體燃料供給器或原料制備單元或者它們的組合。
17.—種系統(tǒng),包括: 原料制備單兀; 固體燃料研磨器，其構(gòu)造成將固體燃料研磨成粒子；以及 固體燃料供給器，其構(gòu)造成將所述粒子流體化到含碳運(yùn)載氣體中，所述含碳運(yùn)載氣體在氣化器的起動(dòng)時(shí)期期間來(lái)自第一含碳?xì)怏w源并且在所述氣化器的第二穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間來(lái)自第二含碳?xì)怏w源。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料供給器構(gòu)造成在從所述起動(dòng)時(shí)期到所述穩(wěn)態(tài)時(shí)期的轉(zhuǎn)變時(shí)期期間結(jié)合來(lái)自所述第一含碳?xì)怏w源和所述第二含碳?xì)怏w源兩者的含碳運(yùn)載氣體的氣流，以將所述固體給料的粒子輸送到所述氣化器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料供給器構(gòu)造成在所述轉(zhuǎn)變時(shí)期期間減少來(lái)自所述第一含碳?xì)怏w源的第一氣體流量并增加來(lái)自所述第二含碳?xì)怏w源的第二氣體流量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運(yùn)載氣體包括在所述氣化器的起動(dòng)時(shí)期和穩(wěn)態(tài)時(shí)期期 間體積純度均為至少約80%的二氧化碳。
全文摘要
提供用于氣化操作的系統(tǒng)。系統(tǒng)可使用含碳?xì)怏w作為設(shè)備操作的一部分。系統(tǒng)可包括氣化器和固體燃料供給器。固體燃料供給器能夠在氣化器的起動(dòng)時(shí)期期間且還在穩(wěn)態(tài)時(shí)期期間將含碳運(yùn)載氣體中的固體燃料供給到氣化器。
文檔編號(hào)C10J3/46GK103221515SQ201180024425
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者A.馬宗達(dá), S.R.米什拉, R.S.貝尼帕爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司