專利名稱：用于獲得最大功率輸出的燃?xì)廨啓C(jī)燃料進(jìn)口溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于獲得最大功率輸出的燃?xì)廨啓C(jī)燃料進(jìn)口溫度控制方法。
背景技術(shù)：
在全世界，使用集成氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)通過燃料源的氣化來發(fā)電。在這種系統(tǒng)中，通過碳?xì)浠衔锱c一種含自由氧的氣體進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，而生成一種包含H2、CO、CO2和H2O的原合成氣燃料氣氣流，尤其是在一具有象蒸汽的溫度緩和劑條件下、在一急冷氣化反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。
所生成的合成氣被在水中急冷而冷卻以生成一種水淬飽和合成氣氣流，典型的是在范圍為約450°F至550°F的溫度和典型的在約700至1500psia(磅/平方英寸)的壓強(qiáng)條件下。在美國專利US5,345,756中詳細(xì)記載了這樣一種方法。
然后，所生成的合成氣通常被冷卻到溫度40°F至140°F并在一酸性氣體去除裝置中被凈化，該裝置采用一種物理或化學(xué)溶劑以從該合成氣氣流中除去H2S和COS。被凈化的合成氣與一種稀釋劑氣混合，比如氮?dú)饣蛘咚羝缓?，被送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室而發(fā)電。該稀釋劑氣的質(zhì)量流有助于增加發(fā)電量并減少因該合成氣在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中燃燒所產(chǎn)生的NOx氣體。在現(xiàn)有技術(shù)的IGCC方法，人們希望，在合成氣/稀釋劑的混合物被導(dǎo)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室之前，使之過熱到它的可以達(dá)到的最高溫度，通常在350°F與1000°F之間。這種加熱通常需要高或低壓蒸汽。通過過熱而導(dǎo)入合成氣/稀釋劑混合物的熱能與由合成氣燃燒所釋放的化學(xué)能結(jié)合。來自燃燒室的熱氣被送到一個(gè)膨脹機(jī)/發(fā)電機(jī)，以將該氣體釋放的能量轉(zhuǎn)化成電能。
空氣和氮?dú)饧蒊GCC系統(tǒng)通常是首選的，因?yàn)樗哂锌梢砸宰畲罂傂使ぷ鞯臐撃?。空氣被在燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓縮機(jī)中壓縮，通常是被沿著與上述燃燒氣體膨脹機(jī)相同的軸定位。一部分壓縮空氣與所述合成氣在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)燃燒。剩余部分，排出的空氣逆著燃?xì)廨啓C(jī)的稀釋劑氣流而被冷卻并被送入一個(gè)空氣分離裝置(ASU)，該裝置給氣化步驟提供氧氣并給燃?xì)廨啓C(jī)提供氮?dú)庾鳛橄♂寗?br> 最后，來自燃?xì)廨啓C(jī)的余熱然后一般被用來產(chǎn)生蒸汽，通常用在一種余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)。所產(chǎn)生的蒸汽通常被用作在所述氣化裝置中的溫度緩和劑或者被用來使進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的合成氣/稀釋劑原料流過熱，而且在蒸汽輪機(jī)中所用的蒸汽在總體上達(dá)到平衡，以產(chǎn)生更多的能量。對(duì)該通用的現(xiàn)有技術(shù)的方法所進(jìn)行的各種變化，可以參見美國專利US5,715,671，5,345,756，5,117,623和5,078,752。
按照規(guī)定，人們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的IGCC方法能夠在合成氣/稀釋劑在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒之前，將它加熱到它的可以承受的最高溫度。比如，在US5,715,671中，合成氣在通過燃?xì)廨啓C(jī)之前被加熱到390℃(734°F)。在US 5,345,756中，合成氣在進(jìn)入燃?xì)馐抑氨患訜岬皆诩s350°F(177℃)至1000°F(538℃)范圍內(nèi)的一個(gè)溫度。US 5,117,623則提出合成氣被加熱到200℃(392°F)。最后，US 5,078,752則預(yù)期合成氣的溫度為1,800°F至1,900°F，而且溫度可能在2,000°F至2,300°F之間。
通常，合成氣加熱是使用蒸汽進(jìn)行的。因而，用來加熱合成氣的蒸汽不可以用于蒸汽輪機(jī)以產(chǎn)生附加的能量。而且，在高的環(huán)境溫度條件下，有時(shí)希望向合成氣增加附加的蒸汽射流，以從燃?xì)廨啓C(jī)中獲得較高的功率輸出。然而，該附加蒸汽射流讓人不可接受地降低了火焰穩(wěn)定性。由于在高的環(huán)境溫度下電的價(jià)格要達(dá)到在低的環(huán)境溫度下電的價(jià)格的100倍，因此從經(jīng)濟(jì)上講重要的是，在高環(huán)境溫度條件下使發(fā)電量達(dá)到最大值。這樣，人們就希望研發(fā)一種IGCC方法，其中，在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中使用較冷的合成氣，而不用蒸汽預(yù)熱，從而更多的蒸汽可以被用于讓蒸汽輪機(jī)發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種方法，其中，合成氣和稀釋劑被加熱到在其露點(diǎn)上約100°F至200°F，最高的溫度值約為350°F(177℃)。具有高熱值的附加燃料，比如天然氣，被增加到合成氣中以提高向燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室所提供的總熱值。因?yàn)楹铣蓺?稀釋劑原料流的溫度較低，天然氣和稀釋劑的流速被增大以保持燃?xì)廨啓C(jī)的功率輸出。盡管稀釋劑的添加是必需的，以減少在燃燒室中產(chǎn)生的有害的NOx氣體，它也能夠增強(qiáng)燃燒室的火焰穩(wěn)定性。天然氣的添加被用來升高熱值，使燃燒室中的火焰保持穩(wěn)定，所以，所述附加的稀釋劑氣仍然能被噴射到合成氣中。
因?yàn)楹铣蓺?稀釋劑原料流不被加熱到現(xiàn)有技術(shù)所公開的高溫度，將會(huì)另外加熱該原料流的剩余蒸汽可以用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電，增加它的單獨(dú)的功率輸出以及IGCC方法的總功率輸出。
本發(fā)明的另一目的是提供被排出的空氣的一種選擇用途。來自空氣分離裝置的被用作稀釋蒸汽的氮?dú)猓ǔＪ窃诩s280°F(138℃)的溫度下供應(yīng)，并且通常被加熱到與供應(yīng)給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的合成氣相同的溫度。通常，這一溫度在350°F(177℃)至1000°F(538℃)的范圍內(nèi)或者更高。在本發(fā)明中，稀釋蒸汽僅需要被加熱到高于其露點(diǎn)100°F至200°F，或者到一個(gè)最高溫度約為350°F(177℃)。因?yàn)閬碜耘懦隹諝獾拇蠖鄶?shù)熱量將不被用來加熱燃?xì)廨啓C(jī)的稀釋劑氣流，此熱量最低程度可以被用來生產(chǎn)中壓水蒸汽。該附加的汽化可以被用在氣化裝置上，以允許來自HRSG的更多的蒸汽被用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
因?yàn)樵谡羝啓C(jī)中增加了功率輸出，則總的IGCC功率輸出能夠增加5-10％。


圖1示出一種普通的現(xiàn)有IGCC流程。
圖2示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，首先獲得碳質(zhì)燃料并準(zhǔn)備用來供應(yīng)給一個(gè)氣化反應(yīng)器。碳質(zhì)燃料可以是任何固體的、液體的、或者氣態(tài)的可燃材料，能被用作供應(yīng)給氣化工序的原料以生成合成氣產(chǎn)物。該用作氣化工序原料的通常是一種烴類材料，即，一種或多種材料，通常是有機(jī)材料，它為氣化反應(yīng)提供氫源和碳源。該烴類材料可以處于氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)，或者是所需要的組合形態(tài)，比如，一種處于液化態(tài)的固-液合成物。
假如原料的成分和物理性質(zhì)允許，則所述備料步驟可以不需要。通常，固體碳質(zhì)燃料在被供應(yīng)到氣化器之前需要被液化而具有油和水。液體的和固體的碳質(zhì)燃料可以用來直接供應(yīng)給該氣化器，但是，可以被預(yù)處理以除去可能存在于原料中的任何雜質(zhì)。
這里用以描述各種合適原料的所述術(shù)語“液烴燃料”意指包括可以泵送的液體烴類材料和固體碳質(zhì)燃料的可以泵送的液體漿料，以及它們的混合物。比如，固體碳質(zhì)燃料的可以泵送的含水漿料就是合適的原料。實(shí)際上，基本上任何可燃的含碳液體有機(jī)材料、或者它們的漿料都可以被包括在術(shù)語“液烴燃料”所定義的范圍內(nèi)。比如，它們是(1)固體碳質(zhì)燃料的可以泵送的漿料，比如，煤，顆粒碳，石油焦炭，濃縮的排水管污泥以及它們的混合物，是一種可汽化的液體載體，比如，水，液體CO2，液烴燃料，以及它們的混合物；(2)向氣化器供送的合適的液烴燃料原料可以包括各種材料，比如，液化的石油氣體，石油餾出物和殘留物，汽油，揮發(fā)油，煤油，原油，瀝青，柴油，殘?jiān)?，焦油和頁巖油，煤的派生油，芳族烴(比如，苯，甲苯，二甲苯餾分)，煤焦油，源自流化床催化裂化反應(yīng)的循環(huán)瓦斯油，焦化瓦斯油的糠醛抽提物，以及它們的混合物；(3)被包括在術(shù)語“液烴燃料”所定義范圍內(nèi)的還可以是氧化的烴類有機(jī)材料，包括碳水化合物，纖維素材料，乙醛，有機(jī)酸，乙醇，氧化的燃料油，廢液，以及源自化學(xué)過程的包含有氧化的烴類有機(jī)材料的副產(chǎn)品，以及它們的混合物。
可以在部分氧化氣化器中單獨(dú)燃燒或者連同所述液烴燃料一起燃燒的氣體烴類燃料包括汽化的液化天然氣，精煉廠廢氣，C1-C4烴類氣體，以及源自化學(xué)過程的含碳廢氣。
在上述備料步驟之后，如果需要，碳質(zhì)燃料被送入一個(gè)氣化反應(yīng)器或者氣化器。在氣化器中，碳質(zhì)燃料與一種活性的含自由氧的氣體發(fā)生反應(yīng)。這里所用的術(shù)語“含自由氧的氣體”是指空氣，富氧空氣，即O2大于21摩爾％，以及基本上的純氧，即具有大于約90％摩爾的氧(余量通常包括N2和稀有氣體)。基本上純氧是優(yōu)選的，其可以通過一種空氣分離裝置(ASU)來制備。烴類材料的部分氧化被完成，有利的是在有溫度控制緩和劑比如蒸汽的條件下，在一個(gè)氣化區(qū)內(nèi)，以獲得熱的合成氣(synthesisgas)，或者合成氣(syngas)。在此整個(gè)說明書中，它們能夠互換地使用。
用一種溫度緩和劑來控制氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度，這種需要通常取決于原料中的碳與氫的比率以及氧化劑氣流的氧含量。溫度緩和劑通常被與液烴燃料以及基本上的純氧一起使用。水或蒸汽是優(yōu)選的溫度緩和劑。蒸汽可以作為一種溫度緩和劑被導(dǎo)入具有任一種或者兩種反應(yīng)物氣流的混合物。或者是，溫度緩和劑可以通過進(jìn)料噴射器內(nèi)的一根單獨(dú)的導(dǎo)管，被導(dǎo)入氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)。其它的溫度緩和劑包括富CO2氣，氮?dú)夂脱h(huán)合成氣。
氣化反應(yīng)器通常包括一個(gè)反應(yīng)區(qū)，由一個(gè)垂直的圓柱形鋼制壓力容器制成，容器的襯里為耐火材料，以及一個(gè)急冷室，如在US 2,809,104中所示的那樣，在此作為參考。一個(gè)進(jìn)料噴射器，如US 2,928,460所示，在此作為參考，可以被用來將原料流導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)。在氣化器的反應(yīng)區(qū)，內(nèi)容物將通?？梢赃_(dá)到在約1,700°F(927℃)至3,000°F(1649℃)范圍內(nèi)的溫度，而且更典型的是在約2,000°F(1093℃)至2,800°F(1538℃)范圍內(nèi)。壓力典型的是在約1大氣壓(101kPa)至約250大氣壓(25331kPa)的范圍內(nèi)，而且更典型的是在約15大氣壓(1520kPa)至約150大氣壓(15,199kPa)的范圍內(nèi)，甚至更典型的是在約60大氣壓(6080kPa)至約80大氣壓(8106kPa)的范圍內(nèi)。參見美國專利US 3,945,942，其記載了一種部分氧化進(jìn)料噴射器裝置。參見美國專利US 5,656,044，其記載了用于有機(jī)材料的氣化的一種方法和一種裝置。再參見美國專利US 5,435,940、4,851,013以及4,159,238，它們記載了現(xiàn)有技術(shù)中公知的幾種氣化方法。上述參考專利所記載的全部?jī)?nèi)容被引入此文作為參考和依據(jù)。
所述熱氣化過程的產(chǎn)物合成氣包括一氧化碳和氫。經(jīng)常在合成氣中發(fā)現(xiàn)的其它材料包括硫化氫、二氧化碳、氨、氰化物以及碳和痕量金屬形式的顆粒。進(jìn)料中雜質(zhì)的含量是由進(jìn)料的類型和所采用的特定氣化方法以及操作條件決定的。在任何情形下，這些雜質(zhì)的去除是更可取的，以使氣化過程更加可行，酸性氣(比如，CO2和H2S)的去除是非常有利的。
當(dāng)合成氣被從氣化器中排出時(shí)，它要通過氣化急冷室以便清洗。急冷室中的紊流狀態(tài)，是因沸騰穿過水的氣體的大體積而導(dǎo)致的，它有助于水將排出氣體中的更多固體凈化。在急冷容器中生成大量的蒸汽并且使合成氣氣流飽和。未凈化氣體的氣流被在急冷室中冷卻，并且在約350°F至600°F(約175℃至315℃)的溫度范圍內(nèi)，比如約450°F至550°F(約230℃至290℃)，在約500至2500psia的壓力范圍內(nèi)，比如約1000psia的條件下離開。優(yōu)選地，新鮮的急冷水是在其后的過程中所產(chǎn)生的補(bǔ)充水與冷凝物的一種混合物。
合成氣可以被任意地經(jīng)受進(jìn)一步的冷卻和清洗操作，包括凈化方法，其中，合成氣被引入一個(gè)滌氣器并被與噴水相接觸，該噴水還能冷卻合成氣并從合成氣中除去顆粒和離子成分。被最初冷卻的氣體然后要在使用合成氣之前被進(jìn)行脫硫處理。
合成氣然后被送到一個(gè)酸性氣去除裝置，以便能夠除去合成氣中的硫雜質(zhì)。用于合成氣的酸性氣去除裝置，通常是采用胺或者物理性溶劑，從所述混合的合成氣/清除氣流中除去酸性氣體，特別是硫化氫。酸性氣去除裝置通常是在低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)。在合成氣被冷卻到低于約130℃，最好是低于約90℃之后，氣體中的雜質(zhì)，尤其是硫成分和酸性氣，能被容易地除去。該合成氣與一個(gè)酸性氣去除接觸器中的溶劑接觸。該接觸器可以是公知的任何類型，包括塔盤或者填料塔。這種酸性氣去除接觸器的操作方法是現(xiàn)有技術(shù)公知的。從該酸性氣去除裝置中排出的硫化氫通常要經(jīng)過一個(gè)硫回收工序，任何回收的二氧化碳被排放到大氣中。
該合成氣然后能被用來發(fā)電。合成氣僅僅被稍微過熱到其露點(diǎn)之上約100°F至200°F，或者最高約350°F，這與在現(xiàn)有方法中被加熱到最高溫度是相反的，有時(shí)超過1000°F。合成氣然后被燃燒，燃燒的氣體膨脹，以通過由一膨脹渦輪驅(qū)動(dòng)的一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)用合成氣來發(fā)電時(shí)，合成氣的熱值和成分是一個(gè)重要的考慮因素。從而，附加的高熱值燃料，比如天然氣，可能需要被加入到合成氣中以提高燃燒室原料流的熱值。
給合成氣汽輪機(jī)燃料補(bǔ)充一種不燃?xì)怏w熱載體，或者稀釋劑氣，以將余熱傳送到燃?xì)廨啓C(jī)，這將提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。這樣的不燃熱載體可以是諸如氮?dú)饣蚨趸迹蛩羝?，它們或者被蒸發(fā)成一個(gè)飽和器中的燃料氣體，或者作為蒸汽被直接噴射。該不燃?xì)怏w的附加質(zhì)量流允許可燃燃料氣體與不燃?xì)怏w混合，以便在一給定溫度下獲得更高的熱焓，從而向燃?xì)廨啓C(jī)傳送更多的熱量，提高它的效率。由于合成氣和稀釋劑氣是在較低的溫度下被傳送給燃燒室的，能夠?qū)⒏蟮臍怏w質(zhì)量流送入燃燒室，以獲得相同的氣體體積流率。這樣，更大的氣體質(zhì)量流率允許附加的熱焓被輸入燃燒室，補(bǔ)償一些潛熱損失，該潛熱損失將會(huì)希望在此較低溫度下輸送氣體。因?yàn)榇?，人們發(fā)現(xiàn)，將加熱合成氣和/或稀釋劑氣的蒸汽可以被用來發(fā)電，提高發(fā)電裝置的總效率。
該不燃?xì)怏w還具有其它的好處，比如，降低火焰溫度和減少NOx的形成。由于飽和的N2和燃料氣體的導(dǎo)入，在廢氣中氮的氧化物(NOx)的濃度基本上為零，在干燥的15％O2主要成份中低于20ppm。氮?dú)馔ǔ１贿^熱到一個(gè)與被送入燃燒室的合成氣相同的溫度。從而，本發(fā)明期望顯著的能量減少以將氮?dú)饧訜岬郊s350°F或者更低，而不是達(dá)到1000°F或者更高。
通常空氣也可以被加入到燃燒室原料流中。該空氣被一渦輪壓縮機(jī)壓縮，該渦輪壓縮機(jī)被共軸的膨脹渦輪驅(qū)動(dòng)，其連通燃燒室一起，都是燃?xì)廨啓C(jī)的主要部件。該被壓縮的空氣在一個(gè)范圍為約400°F至850°F(約425℃至455℃)的溫度下以及以基本上與合成氣和稀釋劑氣相同的壓力進(jìn)入燃燒室。一部分壓縮空氣能夠?qū)⑦M(jìn)料空氣提供給一個(gè)空氣分離裝置(ASU)，該裝置依次給氣化步驟提供氧氣以及給燃?xì)廨啓C(jī)提供氮?dú)?。然而，在被送入ASU之前，ASU輸送的一部分壓縮空氣能被用來加熱氮?dú)庀♂寗饬鞯剿乃铚囟?。由于加熱N2需要較低的熱量，空氣的絕大部分可以被用來產(chǎn)生蒸汽，以用作氣化反應(yīng)器內(nèi)的溫度緩和劑，以預(yù)熱傳送給燃燒室的合成氣，或者能被用來在IGCC方法的蒸汽循環(huán)中產(chǎn)生附加能量。從而，在隨后的熱回收蒸汽發(fā)生器中所產(chǎn)生的更多蒸汽現(xiàn)在可以有利地用來發(fā)電。
一個(gè)ASU被用來將空氣分離成具有基本上的純氧氣和氮?dú)獾膯为?dú)氣流。水使得一部分或者全部氮?dú)怙柡停獨(dú)獗簧晕⑦^熱，并與合成氣和天然氣的氣流一起被引入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。來自ASU的氧氣氣流通常是通過一個(gè)環(huán)形進(jìn)料噴射器的一個(gè)通道而被導(dǎo)入部分氧化氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)。
離開膨脹渦輪的熱廢氣，其一部分氣體在被排放到大氣中之前經(jīng)過一個(gè)傳統(tǒng)的熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)。在該HRSG中，產(chǎn)生用于使一個(gè)傳統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽以及過程所需的蒸汽，該蒸汽輪機(jī)包括一個(gè)高壓膨脹渦輪，該高壓膨脹渦輪與一個(gè)共軸的中間膨脹渦輪相互串聯(lián)。比如，來自HRSG的過熱高壓蒸汽能被導(dǎo)入到一個(gè)高壓膨脹渦輪(HPT)用以發(fā)電。中間壓力廢氣離開HPT并能在HRSG中被過熱，并被導(dǎo)入到一個(gè)中壓膨脹渦輪(IPT)以產(chǎn)生附加的能量。用蒸汽發(fā)電非常類似于用可燃?xì)怏w發(fā)電。蒸汽通過膨脹渦輪發(fā)生膨脹，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電能。可能有必要用所產(chǎn)生的蒸汽的一部分來加熱供應(yīng)給燃?xì)廨啓C(jī)的合成氣和/或稀釋原料流，用于作為一種溫度緩和劑噴射到氣化反應(yīng)器，或者用于給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室附加稀釋劑。因?yàn)檫@些合成氣和稀釋劑氣流所需的溫度更低，并且因?yàn)闊峥諝饪梢杂脕砑燃訜嵯♂寗饬饔之a(chǎn)生額外的蒸汽，大部分蒸汽可用于蒸汽輪機(jī)以發(fā)電。
圖1示出現(xiàn)有的一種普通IGCC方法。在此方法中，合成氣2，通常是在一個(gè)公知的氣化反應(yīng)器中產(chǎn)生并被凈化以除去該合成氣中的任何硫成分，它被熱交換器4中的蒸汽43預(yù)熱到它的可能達(dá)到的最高溫度，通常是1000°F或者更高。被加熱的合成氣6可選地與天然氣8、可選的蒸汽9、以及熱的水飽和氮?dú)?4組合，它通常被加熱到基本上與合成氣相同的溫度。加熱的氮?dú)?4一般地被從一個(gè)空氣分離裝置(未示出)在約280°F溫度下供應(yīng)，與水形成飽和并被作為飽和氮?dú)饬?0供應(yīng)，氮?dú)?4被熱交換器12中的熱空氣31加熱，并能夠被熱交換器15用蒸汽進(jìn)一步加熱，以達(dá)到被升高的合成氣溫度。合成氣6、可選的天然氣8和熱氮?dú)?4的組合物被輸送到一燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室16而與壓縮空氣30組合。
燃燒氣體產(chǎn)物18在一膨脹機(jī)20中發(fā)生膨脹，它使軸22旋轉(zhuǎn)。軸22的旋轉(zhuǎn)使得在發(fā)電機(jī)24中發(fā)電，并向裝置提供以壓縮該空氣流26。該空氣流26被在連接到軸22上的壓縮機(jī)28中壓縮。壓縮空氣30的一部分被輸送到燃燒室，為合成氣的燃燒提供氧氣。剩余的壓縮空氣31被用來首先加熱氮蒸汽10，然后通常通過管道被輸送到上述空氣分離裝置32。
在膨脹機(jī)20中膨脹之后，燃燒氣體通過管道34穿過熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)36，最后通過煙囪38被釋放到大氣中。這里，利用來自燃燒氣體34的熱，鍋爐給水66被轉(zhuǎn)換成蒸汽40。一些蒸汽通過管道41被輸送到氣化裝置，以作為溫度緩和劑。蒸汽42的一部分被用來預(yù)熱熱交換器4中的合成氣并向燃燒室供應(yīng)可選的蒸汽9，同時(shí)剩余部分蒸汽44在膨脹機(jī)46中發(fā)生膨脹以在發(fā)生器50中產(chǎn)生能量。膨脹的蒸汽52在熱交換器54中冷凝，并與被用來預(yù)熱合成氣的冷凝蒸汽62組合。補(bǔ)充的鍋爐給水64被增加到冷凝的蒸汽氣流中，并通過管線66被送回到HRSG36。
圖2闡明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。為了簡(jiǎn)單起見，可以應(yīng)用與圖1相同的標(biāo)記。在此方法中，合成氣2，通常是在一個(gè)公知的氣化反應(yīng)器中產(chǎn)生并被凈化以除去該合成氣中的任何硫成分。該合成氣不是被預(yù)熱到它的可能達(dá)到的最高溫度，而是被加熱到高出其露點(diǎn)100°F至200°F，或者約350°F的最高溫度。從而，另外用來預(yù)熱合成氣至更高溫度的附加蒸汽被取消并可用來發(fā)電。合成氣6被與天然氣8、可選蒸汽9、以及熱的水飽和氮?dú)?4組合，它被加熱到基本上與合成氣相同的溫度。熱氮?dú)?4一般地被從一個(gè)空氣分離裝置(未示出)在約280°F溫度下供應(yīng)，與水(未示出)形成飽和并被作為氮?dú)饬?0供應(yīng)，氮?dú)?4然后被熱交換器12中的熱空氣33加熱。不再需要氮?dú)獾恼羝訜幔驗(yàn)榈獨(dú)饽茉谝惠^低溫度下供給燃燒室。合成氣6、可選的天然氣8和熱氮?dú)?4的組合物與壓縮空氣30組合被輸送到一燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室16。
燃燒氣體產(chǎn)物18在一膨脹機(jī)20中發(fā)生膨脹，它使軸22旋轉(zhuǎn)。軸22的旋轉(zhuǎn)使得在發(fā)電機(jī)24中發(fā)電，并向裝置提供以壓縮空氣流26。該空氣流26被在連接到軸22上的壓縮機(jī)28中壓縮。壓縮空氣30的一部分被輸送到燃燒室，為合成氣的燃燒提供氧氣。然后，剩余的壓縮空氣31被處理以回收壓縮空氣中的余熱。壓縮空氣33的一部分被用來加熱氮蒸汽10。因?yàn)榈獨(dú)獠恍枰患訜岬脚c現(xiàn)有方法中那樣高的溫度。這樣，壓縮空氣31的第二部分與熱交換器35中的鍋爐給水68進(jìn)行熱交換。這會(huì)產(chǎn)生附加蒸汽70，蒸汽70可以被用于所述氣化反應(yīng)器或者用來預(yù)熱輸送給燃燒室的合成氣，替換在現(xiàn)有方法中通常所用的有價(jià)值的供應(yīng)動(dòng)力的蒸汽。在被用作一種傳熱介質(zhì)之后，空氣最好是通過管道32再被送到上述空氣分離裝置。
在膨脹機(jī)20中膨脹之后，燃燒氣體通過管道34穿過熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)36，最后通過煙囪38被釋放到大氣中。這里，利用來自燃燒氣體34的熱，鍋爐給水69被轉(zhuǎn)換成蒸汽40。假如用蒸氣流70來預(yù)熱合成氣，則預(yù)熱合成氣所需的蒸汽被減少或者取消。盡管可能需要通過管道41向氣化器供應(yīng)蒸汽，但是這可以用蒸氣流70來替換?？墒且恍┱羝匀荒鼙蛔鳛檎羝?供應(yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室16以使其功率輸出最大化。然而，所產(chǎn)生的大部分蒸汽在膨脹機(jī)46中發(fā)生膨脹以在發(fā)電機(jī)50中發(fā)電。膨脹蒸汽52在熱交換器54中冷凝，并與補(bǔ)充的鍋爐給水64組合，該鍋爐給水64被加入所述冷凝蒸氣流并通過管道66被送回到HRSG36。一部分鍋爐給水通過管道68被送到熱交換器35中，在這里利用熱壓縮空氣流31，它被轉(zhuǎn)換成蒸汽70。蒸汽70然后能被用在蒸汽反應(yīng)器中或者用來預(yù)熱供應(yīng)給燃燒室的合成氣，因而消除了為此目的要利用在蒸汽發(fā)電回路/HRSG中所產(chǎn)生的蒸汽的需要?；蛘?，蒸汽70還能被用來在IGCC過程的蒸汽循環(huán)中產(chǎn)生附加能量。
上述說明性的實(shí)施例只是被用來作為本發(fā)明可能的實(shí)施例的簡(jiǎn)化的原理圖?；瘜W(xué)工程領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白并認(rèn)識(shí)到，任何具體實(shí)施例的特定細(xì)節(jié)可以是不同的并且依賴于正在研究之中的系統(tǒng)的特定場(chǎng)所和需求。能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的所有這些流程圖、示例性方案和實(shí)施例被認(rèn)為是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍之內(nèi)并且因而在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
雖然本發(fā)明的裝置、化合物和方法已經(jīng)在上述優(yōu)選實(shí)施例中進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，可以對(duì)這里所描述的方法進(jìn)行修改，而沒有脫離本發(fā)明的原理和范圍。所有這些類似的替換和修改，對(duì)于普通技術(shù)人員來說，都被認(rèn)為是顯然的并且在本發(fā)明的原理和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將一可燃?xì)怏w與稀釋劑氣體的混合物加熱到高于所述混合物的露點(diǎn)約100°F至約200°F之間的一個(gè)溫度；并將所述混合物供應(yīng)給一燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述混合物被加熱到一約350°F的最高溫度。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述可燃?xì)怏w是在一氣化反應(yīng)器中生成的合成氣。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在所述氣化反應(yīng)器中，液烴燃料與一含自由氧的氣體和一溫度緩和劑反應(yīng)，以生成所述合成氣。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述合成氣被在一酸性氣體去除裝置中處理。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述稀釋劑氣體選自由氮?dú)狻⒍趸己退羝麡?gòu)成的組。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述稀釋劑氣體是空氣分離裝置所產(chǎn)生的氮?dú)狻?br> 8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述混合物還包括一高熱值燃料。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述高熱值燃料是天然氣。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述混合物還包括空氣。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述燃燒室產(chǎn)物是熱廢氣，所述熱廢氣然后在一熱回收蒸汽發(fā)生器中被處理，以便通過在所述熱回收蒸汽發(fā)生器中生成蒸汽來降低熱廢氣的溫度。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述蒸汽被膨脹以產(chǎn)生能量。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述燃燒室產(chǎn)物是熱廢氣，所述熱廢氣然后在一膨脹機(jī)中膨脹以產(chǎn)生電能。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)一渦輪壓縮機(jī)用以壓縮空氣。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于來自所述渦輪壓縮機(jī)的一部分壓縮空氣被噴射到所述燃燒室。
16.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于來自所述渦輪壓縮機(jī)的一部分壓縮空氣被用來通過加熱水流而產(chǎn)生蒸汽。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述蒸汽被用作一氣化反應(yīng)器中的一溫度緩和劑。
18.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述蒸汽被用來產(chǎn)生能量。
19.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于來自所述渦輪壓縮機(jī)的一部分壓縮空氣被用來加熱所述可燃?xì)怏w。
20.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于來自所述渦輪壓縮機(jī)的一部分壓縮空氣被送入一空氣分離裝置，所述空氣分離裝置將空氣分離成氧氣流和氮?dú)饬鳌?br> 21.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于在來自所述渦輪壓縮機(jī)的這部分壓縮空氣被送入所述空氣分離裝置之前，所述氮?dú)獗粊碜运鰷u輪壓縮機(jī)的、將被送入所述空氣分離裝置的這部分壓縮空氣加熱。
全文摘要
用作IGCC方法的燃?xì)廨啓C(jī)(200)中的燃料的合成氣(2)，在進(jìn)入燃燒室(16)之前被加熱到一個(gè)約350°F的最高溫度。不可燃的稀釋劑氣(10)和具有較高熱值的附加可燃?xì)怏w也被增加到合成氣中以提高供應(yīng)給燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的總熱值。較冷的溫度允許更多的質(zhì)量流流入燃?xì)廨啓C(jī)，允許合成氣中更大的熱焓補(bǔ)償因該較冷溫度導(dǎo)致的潛熱損失。
文檔編號(hào)F02C3/20GK1551946SQ02817300
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月5日
發(fā)明者保羅·S·華萊士, 凱·A·約翰遜, ぴ己慚, 保羅 S 華萊士 申請(qǐng)人:德士古發(fā)展公司