專利名稱：用于為硫回收單元提供空氣流的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及一種用于為硫回收單元提供空氣流的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
化石燃料(例如煤或石油)可被氣化以用于電力、化學物品、合成燃料的生產(chǎn)或用于各種其它應(yīng)用。氣化涉及碳質(zhì)燃料在非常高的溫度下與有限的氧氣進行不完全燃燒，從而生產(chǎn)合成氣體，其是包含一氧化碳和氫氣的燃料，其比燃料在其初始狀態(tài)下實現(xiàn)更高的效率和更清潔的排放。氣化過程可能導致合成氣體包含不期望的硫或其它污染物的水平。氣體凈化單元可用于在燃燒合成氣體之前除去一部分這種污染物。例如，氣體凈化單元可從合成氣體中以包含硫化氫(H2S)的酸性氣體形式除去硫。酸性氣體可運送到硫回收單元(SRU)中，該硫回收單元配置成將轉(zhuǎn)化成元素硫。轉(zhuǎn)化過程可涉及在熱反應(yīng)器內(nèi)使與大量被加熱且被加壓的空氣發(fā)生反應(yīng)。不幸的是，產(chǎn)生被加熱且被加壓的空氣流可能利用大量的能量， 從而降低了氣化過程的效率。

發(fā)明內(nèi)容
以下概括了在范圍方面與最初要求保護的本發(fā)明相稱的某些實施例。這些實施例并不意圖限制要求保護的本發(fā)明的范圍，相反這些實施例僅僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要總結(jié)。實際上，本發(fā)明可包含各種可與下述實施例相似或不同的形式。在第一實施例中，系統(tǒng)包括燃氣渦輪壓縮機，該燃氣渦輪壓縮機配置成為燃燒器提供加壓空氣流。該系統(tǒng)還包括硫回收單元(其包括熱反應(yīng)器)以及在燃氣渦輪壓縮機和硫回收單元之間延伸的抽氣管線。抽氣管線將一部分加壓空氣從燃氣渦輪壓縮機運送給熱反應(yīng)器。在第二實施例中，硫回收單元包括熱反應(yīng)器，該熱反應(yīng)器具有酸性氣體入口和空氣入口。酸性氣體入口配置成接收酸性氣體流，并且空氣入口配置成接收從燃氣渦輪發(fā)動機的燃氣渦輪壓縮機中抽取的加壓空氣的空氣流。在第三實施例中，系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機，該燃氣渦輪發(fā)動機包括燃氣渦輪壓縮機。該系統(tǒng)還包括空氣分離單元，該空氣分離單元配置成通過在燃氣渦輪壓縮機和空氣分離單元之間延伸的導管而接收從燃氣渦輪壓縮機中抽取的加壓空氣。該系統(tǒng)還包括硫回收單元，該硫回收單元配置成從導管中抽取一部分加壓空氣。


當參照附圖閱讀以下詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些以及其它特征、方面及優(yōu)勢，其中在所有附圖中相似的標號表示相似的部件，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)的某些實施例的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動力裝置(power plant)的方框圖，其中從燃氣渦輪壓縮機中抽取的空氣被運送給硫回收單元(SRU)；
圖2是如圖1中所示的SRU的第一實施例的方框圖，其中根據(jù)本技術(shù)的某些實施例，從燃氣渦輪壓縮機中抽取的空氣在注入到熱反應(yīng)器中之前與來自鼓風機的空氣相混合；以及圖3是如圖1中所示的SRU的備選實施例的方框圖，其中根據(jù)本技術(shù)的某些實施例，從燃氣渦輪壓縮機中抽取的空氣在注入到熱反應(yīng)器中之前用于加熱來自鼓風機的空氣。部件列表10整體氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)12燃料源14原料帝[J備單元(feedstock preparation unit)16氣化器18爐 S207jC煤氣變換反應(yīng)器(water-gas shift reactor)22氣體凈化單元24元素硫26硫回收單元28空氣分離單元30鹽32水處理單元34氣體處理器36殘留氣體成分38燃燒器40燃氣渦輪發(fā)動機42主空氣壓縮機44DGAN 壓縮機46渦輪48驅(qū)動軸50壓縮機52負載53抽氣管線54蒸汽渦輪發(fā)動機55導管56余熱回收蒸汽發(fā)生器58負載60冷凝器62冷卻塔64熱交換器66熱反應(yīng)器68催化反應(yīng)器
70冷凝器
72再熱器
74膨脹閥
76鼓風機
78熱交換器
具體實施例方式
以下將描述本發(fā)明的一個或多個特定實施例。為了致力于提供這些實施例的簡明描述，在說明書中可能沒有描述實際實施的所有特征。應(yīng)該懂得，在任何這種實際實施的研究中，如同在任何工程或設(shè)計項目中一樣，必須做出許多專門實施的決策，以實現(xiàn)研究者的特定目的，例如順從與系統(tǒng)相關(guān)和與商業(yè)相關(guān)的約束，其可能根據(jù)不同的實施而變化。此外，應(yīng)該懂得這種研究工作可能是復(fù)雜且耗時的，但對于受益于本公開的普通技術(shù)人員仍然是其承擔設(shè)計、構(gòu)造及制造的日常事務(wù)。 當介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一 ”、“ 一個”、“該，，及“所述，，都意圖
表示有一個或多個元件。詞語“包括”、“包含”及“具有”都意圖為包含性的并意味著除了列出的元件之外，還可有其它元件。本發(fā)明公開的實施例可通過將從燃氣渦輪壓縮機中抽取的空氣提供給硫回收單元(SRU)的熱反應(yīng)器而提高氣化過程的效率。某些SRU包括鼓風機和熱交換器，其配置成為熱反應(yīng)器提供被加熱且被加壓的空氣流。鼓風機的操作利用電能，這降低氣化過程的效率。 此外，熱交換器可配置成在空氣進入熱反應(yīng)器中之前可將熱量從蒸汽源傳遞給由鼓風機所提供的空氣。如將懂得的那樣，傳遞熱量給鼓風機空氣將降低蒸汽的溫度。因此，蒸汽包含較少的可在發(fā)電裝置(powergeneration plant)內(nèi)用于其它操作(例如驅(qū)動蒸汽渦輪)的能量。因此可能進一步降低了氣化和/或發(fā)電過程的效率。本實施例配置成消除蒸汽-空氣熱交換器，并減少將空氣提供給熱反應(yīng)器的鼓風機的數(shù)量。具體地說，某些發(fā)電裝置包括燃氣渦輪發(fā)動機，其包括燃氣渦輪壓縮機，該燃氣渦輪壓縮機配置成將加壓空氣流提供給燃燒器。在本實施例中，從燃氣渦輪壓縮機中抽取一部分加壓空氣，并提供給SRU的熱反應(yīng)器。通過這種方式，同只由鼓風機提供空氣流的配置相比，可減少鼓風機的數(shù)量。因此，由于鼓風機功率消耗的減少從而可提高氣化過程的效率。此外，鼓風機數(shù)量的減少可減少維護費用并減少由SRU所利用的空間。另外，因為通過壓縮機過程已經(jīng)加熱了由燃氣渦輪壓縮機提供的空氣流，所以可省略蒸汽-空氣熱交換器。因此，可增強氣化過程的效率，因為被加熱的空氣可消除熱交換器。具體地說，在沒有蒸汽-空氣熱交換器的條件下，可保持蒸汽的溫度，從而提高蒸汽的能量含量。如將懂得的那樣，因為可利用蒸汽驅(qū)動用于能量產(chǎn)生的蒸汽渦輪，所以增加蒸汽的能量含量將導致更大的蒸汽渦輪功率輸出。此外，熱交換器的省略可減少維護費用，并且由于SRU構(gòu)件的減少從而減少SRU所利用的空間。圖1為顯示了發(fā)電裝置10的一個實施例的示意性的方框圖。所示的發(fā)電裝置10 可為整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)10，其可生產(chǎn)并燃燒合成氣，即合成氣體。IGCC系統(tǒng)10 的元件可包括燃料源12，例如固體進料，其可用作用于IGCC系統(tǒng)10的能源。燃料源12可包括煤、石油焦、生物物質(zhì)(biomass)、木基材料、農(nóng)業(yè)廢料、焦油、焦爐氣及浙青或其它含碳物。燃料源12的固體燃料可傳送至原料制備單元14中。原料制備單元14例如可通過切細(chop)、磨碎(mill)、切碎(shred)、粉碎(pulverize)、成型(briquette)或堆積 (palletize)燃料源12而調(diào)整燃料源12的大小或形狀，從而產(chǎn)生原料。另外，可在原料制備單元14將水或其它合適的液體添加給燃料源12以產(chǎn)生漿狀原料。在其它實施例中，沒有液體添加給燃料源，因而產(chǎn)生干的原料。由原料制備單元14制備的原料可傳送給氣化器16。氣化器16可將原料轉(zhuǎn)化成合成氣體，例如一氧化碳和氫氣的組合物。根據(jù)所利用的氣化器類型，這種轉(zhuǎn)化可通過在高的壓力(例如從近似600PSIG-1200PSIG)和溫度(例如近似2200° F_2700° F)下使原料遭遇受控數(shù)量的任何緩和劑(moderator)和氧氣來實現(xiàn)。在高溫分解過程期間加熱原料可產(chǎn)生固體(例如炭)和殘留氣體(例如一氧化碳、氫氣及氮氣)。從來自高溫分解過程的原料中殘留的炭可能只稱重為初始原料重量的近似30%。氣化器16中的燃燒反應(yīng)可包括將氧氣引至炭和殘留氣體。炭和殘留氣體可與氧氣起反應(yīng)以形成二氧化碳和一氧化碳，其提供用于后續(xù)氣化反應(yīng)的熱量。在燃燒過程中的溫度可在從近似2200° F至近似2700° F的范圍內(nèi)。另外，可將蒸汽引入氣化器16中。氣化器16利用蒸汽和有限的氧氣以容許一些原料燃燒，從而產(chǎn)生一氧化碳和能量，其可驅(qū)動第二反應(yīng)，該第二反應(yīng)將原料進一步轉(zhuǎn)化成氫氣和額外的二氧化碳。這樣，可由氣化器16制造產(chǎn)物氣體(resultant gas)。產(chǎn)物氣體可包括近似85% 的一氧化碳和氫氣，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3，HCN及H2S (基于原料的硫含量)。這種產(chǎn)物氣體可稱為“原始合成氣體”。氣化器16還可能產(chǎn)生廢棄物，例如爐渣18，其可能是濕的灰燼材料。在某些實施例中(例如碳捕獲情形)，可將臟的合成氣體傳送到水煤氣變換(WGS) 反應(yīng)器20中，以獲得高的氫氣產(chǎn)量。WGS反應(yīng)器20可執(zhí)行水煤氣變換反應(yīng)，其中一氧化碳與水(例如蒸汽)起反應(yīng)，以形成二氧化碳和氫氣。該過程可基于所期望的碳捕獲水平而將原始合成氣體中的氫氣對一氧化碳的比率從近似1 1調(diào)整至近似3 1，以用于進一步的氣體處理。應(yīng)該注意的是，WGS反應(yīng)器20可為酸性WGS反應(yīng)器，也就是說，在水煤氣變換反應(yīng)期間輸送到WGS反應(yīng)器20中的原始合成氣體中可存在硫。氣體凈化單元22可用于凈化原始合成氣體。氣體凈化單元22可洗滌原始合成氣體以便從原始合成氣體中除去HC1、HF、C0S、HCN& &S，其可包括由酸性氣體脫除過程分離 H2S0通過硫回收單元沈可從中回收元素硫?qū)?。此外，氣體凈化單元22可通過水處理單元32而從原始合成氣體中分離鹽30，該水處理單元32可利用水凈化技術(shù)以便從原始合成氣體中產(chǎn)生可用的鹽30。接下來，可從氣體凈化單元22中產(chǎn)生凈化的合成氣體。氣體處理器34可用于從凈化的合成氣體中除去殘留氣體成分36，例如氨和甲烷， 以及甲醇或其它殘留化學物。然而，從凈化的合成氣體中除去殘留氣體成分36是可選的， 因為即使包含殘留氣體成分36 (例如尾氣)時，凈化的合成氣體也可用作燃料。此時，凈化的合成氣體可包括近似3% -40%的CO、近似達60 %的H2及近似10% -40%的CO2,并且基本上脫除了 &S。這種凈化的合成氣體可作為可燃的燃料而引導至燃氣渦輪發(fā)動機40的燃燒器38 (例如燃燒室)中。IGCC系統(tǒng)10可包括空氣分離單元(ASU) 28以使用例如低溫蒸餾技術(shù)而將空氣分離成成分氣體(component gas)。ASU觀可從由主空氣壓縮機(MAC) 42供應(yīng)給其的空氣中分離出氧氣，并可將分離的氧氣傳送給氣化器16。另外，ASU觀可將分離的氮氣引導至稀釋氮(DGAN)壓縮機44中。DGAN壓縮機44可將從ASU 28接收的氮氣至少壓縮到與燃燒器38中相等的壓力水平，從而可使其注入到燃燒室中。因而，一旦DGAN壓縮機44已經(jīng)將氮氣充分地壓縮到充分的水平，那么DGAN壓縮機44可將壓縮的氮氣引導至燃氣渦輪發(fā)動機40的燃燒器38中。如上所述，壓縮的氮氣可從DGAN壓縮機44傳送至燃氣渦輪發(fā)動機40的燃燒器38 中。燃氣渦輪發(fā)動機40可包括渦輪46、傳動軸48和壓縮機50以及燃燒器38。燃燒器38 可接收燃料，例如合成氣體，其可在壓力下從燃料噴嘴中注入。該燃料可與壓縮空氣以及來自DGAN壓縮機44的壓縮氮氣進行混合，并在燃燒器38內(nèi)進行燃燒。這種燃燒可產(chǎn)生熱加壓的排氣。燃燒器38可將排氣引向渦輪46的排氣出口。當排氣從燃燒器38穿過渦輪46時， 排氣可迫使渦輪46中的渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，以使驅(qū)動軸48沿著燃氣渦輪發(fā)動機40的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，驅(qū)動軸48可連接在燃氣渦輪發(fā)動機40的各種構(gòu)件上，包括壓縮機50。驅(qū)動軸48可將渦輪46連接到壓縮機50上，以形成轉(zhuǎn)子。壓縮機50可包括聯(lián)接在驅(qū)動軸48上的葉片。因而，渦輪46中的渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可促使驅(qū)動軸48造成壓縮機50 內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動軸48將渦輪46連接到壓縮機50上。壓縮機50中的葉片旋轉(zhuǎn)促使壓縮機50壓縮經(jīng)由壓縮機50中的進氣口而接收到的空氣。然后壓縮空氣可輸送到燃燒器38 中，并與燃料和壓縮的氮氣相混合，以容許更高效率的燃燒。驅(qū)動軸48還可連接在負載52 上，該負載52可為固定負載，例如動力裝置中用于生產(chǎn)電功率的發(fā)電機。實際上負載52可為任何合適的裝置，其由燃氣渦輪發(fā)動機40的旋轉(zhuǎn)輸出提供動力。在本實施例中，燃氣渦輪壓縮機50還為ASU 28提供空氣流以補充MAC 42。具體地說，可從壓縮機50的末級抽取空氣并通過抽氣管線或?qū)Ч?3運送給ASU 28。在某些配置中，來自燃氣渦輪壓縮機50的總空氣流的近似5-50 %、10-40 %、10-35 %或大約10-30 % 可被抽取以用于在ASU觀中使用。此外，從壓縮機50流向ASU觀的空氣流的一部分可通過導管55運送至SRU沈中。在某些實施例中，通過壓縮機至ASU的導管53的空氣流的近似在2到13mole% (摩爾百分比)、3到12mole%、4到llmole%或大約5到10mole%可通過導管55運送至SRU沈中。在備選配置中，單獨的導管可將空氣流直接從壓縮機50運送至SRU 26中。如以下詳細論述的那樣，SRU 26配置成使酸性氣體與氧氣在熱反應(yīng)器中起反應(yīng)以形成元素硫M。在本配置中，通過從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣流可提供至少一部分氧氣。同其中通過鼓風機供給氧氣的實施例相比，這種配置可提高IGCC系統(tǒng)10的效率。具體地說，因為鼓風機利用能量為熱反應(yīng)器提供空氣流，所以減少鼓風機的數(shù)量可提高IGCC 系統(tǒng)10的總的能量輸出。此外，來自鼓風機的空氣在進入熱反應(yīng)器中之前可在蒸汽-空氣熱交換器內(nèi)進行加熱。因為從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣已經(jīng)被壓縮機過程加熱，所以可省略熱交換器。因此可保持蒸汽的能量含量，從而進一步提高IGCC系統(tǒng)效率。此外， 減少鼓風機的數(shù)量和/或省略熱交換器可減少由SRU 26利用的空間和/或減少維護費用。IGCC系統(tǒng)10還可包括蒸汽渦輪發(fā)動機M和余熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)56。 蒸汽渦輪發(fā)動機M可驅(qū)動第二負載58，例如用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機。然而，第一負載52和第二負載58兩者可為能夠由燃氣渦輪發(fā)動機40和蒸汽渦輪發(fā)動機M驅(qū)動的其它類型負載。另外，雖然燃氣渦輪發(fā)動機40和蒸汽渦輪發(fā)動機M可驅(qū)動獨立的負載52和58 (如圖解的實施例中所示出的那樣)，但燃氣渦輪發(fā)動機40和蒸汽渦輪發(fā)動機M還可串聯(lián)使用，以便通過單個軸驅(qū)動單個負載。蒸汽渦輪發(fā)動機M和燃氣渦輪發(fā)動機40的具體配置可為專門實施方案，并且可能包括任意節(jié)段的組合。來自燃氣渦輪發(fā)動機40的熱的排氣可被引導至HRSG 56中，并用于加熱水和產(chǎn)生用于給蒸汽渦輪發(fā)動機M提供動力的蒸汽。來自蒸汽渦輪發(fā)動機M的排氣可被引導至冷凝器60中。冷凝器60可利用冷卻塔62以使來自蒸汽渦輪排放的蒸汽完全冷凝。具體地說，冷卻塔62可為冷凝器60提供冷卻水，以有助于冷凝從蒸汽渦輪發(fā)動機M引導至冷凝器60中的蒸汽。來自冷凝器60的冷凝物繼而可被引導至HRSG 56中。此外，來自燃氣渦輪發(fā)動機40的排氣也可被引導至HRSG 56中，以加熱來自冷凝器60的水并產(chǎn)生蒸汽。因此，在例如IGCC系統(tǒng)10的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，熱的排氣可從燃氣渦輪發(fā)動機40 流向HRSG 56，在HRSG中熱的排氣可用于產(chǎn)生高壓高溫蒸汽。通過HRSG 56產(chǎn)生的蒸汽然后可穿過蒸汽渦輪發(fā)動機54，以用于發(fā)電。圖2是如圖1中所示的SRU沈的第一實施例的方框圖，其中從燃氣渦輪壓縮機50 中抽取的空氣在注入到熱反應(yīng)器中之前將與來自鼓風機的空氣相混合。如圖所示，來自氣體凈化單元22的酸性氣體首先進入熱交換器64。熱交換器64配置成在酸性氣體流入到熱反應(yīng)器66和/或催化反應(yīng)器68中之前提高酸性氣體的溫度。如將懂得的那樣，提高酸性氣體溫度可利于增強熱反應(yīng)器66和/或催化反應(yīng)器68內(nèi)的化學反應(yīng)。在本實施例中，將從燃氣渦輪壓縮機50中抽取并運送至SRU沈中的空氣的一部分提供給熱交換器64。熱交換器64繼而將熱量從抽取空氣傳遞給流入到熱反應(yīng)器66和/或催化反應(yīng)器68中的酸性氣體。例如，從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣可近似在300到1200、400到1000或大約 500到800華氏度之間。因此，熱交換器64可配置成將所期望量的熱量從抽取空氣傳遞給酸性氣體，從而恰當?shù)卣{(diào)節(jié)熱反應(yīng)器66和/或催化反應(yīng)器68內(nèi)的反應(yīng)。同其中利用蒸汽加熱酸性氣體的實施例相比，這種配置可提高IGCC系統(tǒng)10的效率。具體地說，通過利用抽取空氣而非蒸汽加熱酸性氣體，可保持蒸汽的能量含量以用于驅(qū)動蒸汽渦輪M，從而提高系統(tǒng)10的總的功率輸出。如圖所示，酸性氣體從熱交換器64流向熱反應(yīng)器66的酸性氣體入口。在本實施例中，熱反應(yīng)器66通過克勞斯法將酸性氣體轉(zhuǎn)化成元素硫。在克勞斯法中，在酸性氣體內(nèi)的硫化氫( 與熱反應(yīng)器66中的氧氣起反應(yīng)，從而產(chǎn)生二氧化硫(SO2)。然后SO2與殘留的H2S起反應(yīng)，從而產(chǎn)生元素硫和水(H2O)。通過這種方式就從酸性氣體中除去&S，并收集元素硫。具體地說，來自熱反應(yīng)器66的排氣(包括元素硫和殘留的H2S和SO2在內(nèi))流入到冷凝器70中，在該冷凝器70中排氣內(nèi)的元素硫被冷凝并運送到硫存儲容器M中。剩余的排氣流入到再熱器72中，在該再熱器72中在流入到催化反應(yīng)器68中之前提高了排氣的溫度。在本實施例中，將從燃氣渦輪壓縮機50中抽取且運送至SRU 26中的空氣的一部分提供給再熱器72。再熱器72繼而將熱量從抽取空氣傳遞給來自熱反應(yīng)器66的排氣。例如， 從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣可近似在300到1200、400到1000或大約500到800 華氏度之間。因此，再熱器72可配置成將所期望量的熱量從抽取空氣傳遞給排氣，從而恰當調(diào)節(jié)催化反應(yīng)器68內(nèi)的反應(yīng)。同利用蒸汽對熱反應(yīng)器排氣進行再加熱的實施例相比，這種配置可提高IGCC的效率。具體地說，通過利用抽取空氣而非蒸汽加熱排氣，可保持蒸汽的能量含量以用于驅(qū)動蒸汽渦輪54，從而提高系統(tǒng)10的總的功率輸出。如之前論述的那樣，排氣包括殘留的和SO2，其可在氣體返回到氣體凈化單元 22中之前通過催化反應(yīng)器68除去。如將懂得的那樣，催化反應(yīng)器68可包含催化劑，例如氧化鋁和/或二氧化鈦，其配置成引誘(induce)殘留的吐3和SO2起反應(yīng)并產(chǎn)生元素硫和水。 因此，通過單獨的催化反應(yīng)器68或?qū)⒋呋磻?yīng)器68與熱反應(yīng)器66組合可顯著地減少酸性氣體內(nèi)的H2S的數(shù)量。如圖所示，抽取空氣并行流向熱交換器64和再熱器72。具體地說，從燃氣渦輪壓縮機50抽取的空氣的一部分在再熱器72和熱交換器64之間分流。如將懂得的那樣，再熱器空氣流對熱交換器空氣流的比率可基于流向酸性氣體和熱反應(yīng)器排氣的期望熱流量而進行特別選擇和/或變化。此外，在抽取空氣已經(jīng)穿過再熱器72和熱交換器64之后，將空氣引導回導管陽中。如將懂得的那樣，導管陽內(nèi)的空氣的整體溫度將由于來自再熱器72 和熱交換器64的熱損失而降低。在本實施例中，SRU沈包括膨脹裝置，例如所示的膨脹閥74。膨脹閥74配置成降低由燃氣渦輪壓縮機50提供的空氣的壓力。例如膨脹閥74上游的空氣可近似在100到 600、125到500、150到400或大約175到300psi之間。膨脹閥74配置成將空氣流的壓力減少至適合于在熱反應(yīng)器66中使用的壓力。例如，在某些配置中，可將空氣流的壓力減少至近似在5到200、10到150、15到125,20到100或大約25到75psi之間。如將懂得的那樣，減少空氣流的壓力還將降低空氣流的溫度。例如，如之前論述的那樣，膨脹閥74上游的空氣可近似在300到1200、400到1000或大約500到800華氏度之間。由膨脹閥74造成的壓力下降可促使空氣溫度降低至近似在100到1000、200到900或大約300到800華氏度之間。然而，如以下詳細論述的那樣，空氣流的溫度足以消除用于提高流入到熱反應(yīng)器66 中的空氣的溫度的單獨的熱交換器。在本實施例中，來自燃氣渦輪壓縮機50的空氣流在流入到熱反應(yīng)器66的空氣入口中之前與補充的氧氣源相混合。具體地說，空氣流可與來自ASU觀的氧氣供應(yīng)相混合。 如之前論述的那樣，ASU觀配置成將空氣分離成氮氣和氧氣。一部分氧氣可運送到SRU 26 中，并與膨脹閥74下游的抽取空氣相混合，從而提高供應(yīng)至熱反應(yīng)器66中的空氣的氧氣含量。此外，可通過一個或多個鼓風機76提供補充空氣。如將懂得的那樣，供應(yīng)給熱反應(yīng)器 66的空氣的量可為注入熱反應(yīng)器66中的酸性氣體的量的函數(shù)。具體地說，可為熱反應(yīng)器 66提供足夠量的空氣，從而使H2S恰當?shù)卦诳藙谒狗ㄖ衅鸱磻?yīng)。例如，在將大量酸性氣體注入熱反應(yīng)器66中期間，可供應(yīng)補充空氣。鼓風機76可配置成改變空氣流速，以便為熱反應(yīng)器66恰當?shù)毓┙o足夠量的空氣，從而在熱反應(yīng)器66內(nèi)保持恰當?shù)姆磻?yīng)。例如，在起動時段期間，由燃氣渦輪壓縮機50供應(yīng)的空氣可能不足以使酸性氣體在熱反應(yīng)器66內(nèi)恰當?shù)仄鸱磻?yīng)。因此，可增加來自鼓風機76的空氣流進行補償。然而，在正常操作期間，為熱反應(yīng)器66提供抽取空氣可顯著地減少或消除了來自鼓風機76的空氣流，從而減少了由SRU沈利用的能量。如將懂得的那樣，通過將一部分抽取空氣傳送至SRU沈而減少流向ASU觀的空氣流可增加MAC 42上的負載。然而，因為 MAC42可比鼓風機76更有效操作，所以同只通過鼓風機76將空氣流供給熱反應(yīng)器66的實施例相比，本實施例可減少整個能量利用。此外，因為一部分空氣流由從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣來提供，所以可減少鼓風機76的數(shù)量。例如，單獨通過鼓風機76為熱反應(yīng)器66 提供空氣的實施例可利用3到8、3到6或大約4個鼓風機76。本實施例可將鼓風機76的數(shù)量減少至兩個左右。鼓風機76數(shù)量的減少可減少維護費用并減少由SRU 26所利用的空間。如將懂得的那樣，提供給熱反應(yīng)器66的空氣溫度可為酸性氣體內(nèi)的H2S濃度的函數(shù)。例如，酸性氣體可包含近似20%到50%,25%到45%,30%到40%或大約35%的H2S。 例如，如果濃度近似為35%，那么進入空氣的溫度可近似為300到450華氏度，以便使酸性氣體和空氣在熱反應(yīng)器66內(nèi)恰當?shù)仄鸱磻?yīng)。因此，單獨采用鼓風機76的實施例可利用蒸汽-空氣熱交換器來提高提供給熱反應(yīng)器66的空氣的溫度。相反，所示的實施例將來自鼓風機76的空氣與來自燃氣渦輪壓縮機50的熱的加壓空氣相混合。如將懂得的那樣， 在混合過程期間，來自抽取空氣的熱量傳遞至鼓風機空氣，從而將混合物的溫度提高至適合于在熱反應(yīng)器66中使用的水平。因此，可消除在單獨從鼓風機76中提供空氣的實施例中所采用的熱交換器。結(jié)果，同包括額外熱交換器的實施例相比，可減少與SRU沈相關(guān)聯(lián)的利用空間和維護費用。此外，因為并不利用蒸汽加熱熱交換器內(nèi)的空氣流，所以可保持蒸汽的能量含量以用于驅(qū)動蒸汽渦輪M，從而提高系統(tǒng)10的總的功率輸出。另外，混合的空氣流的溫度可大于由蒸汽-空氣熱交換器提供的空氣的溫度。因此更高的溫度可利于提高熱反應(yīng)器66內(nèi)的火焰穩(wěn)定性。圖3是SRU 26的一個備選實施例的方框圖，其中從燃氣渦輪壓縮機50抽取的空氣在注入到熱反應(yīng)器66中之前被用于加熱來自鼓風機76的空氣。具體地說，所示的實施例包括第二熱交換器78，其配置成將熱量從抽取空氣傳遞至由鼓風機76提供的空氣中。如圖所示，從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣與來自膨脹閥74下游的補充氧氣相混合，并且混合物流入熱反應(yīng)器66中。來自鼓風機76的空氣在進入熱反應(yīng)器66中之前被引導穿過熱交換器78。在這種配置下，來自鼓風機76的空氣在進入熱反應(yīng)器66中之前不與抽取空氣相混合。類似于第一實施例，抽取空氣并行流向熱交換器64和78以及再熱器72。具體地說，從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣一部分通過分開的流動通道而引導至各個熱交換器64和78以及再熱器72中。如圖所示，在膨脹閥74的上游抽取用于熱交換器64和78 以及再熱器72的空氣。在流過熱交換器64和78以及再熱器72之后，空氣在進入膨脹閥 74之前返回至導管55中。 同采用熱交換器(熱交換器配置成將熱量從蒸汽傳遞給由鼓風機76提供的空氣) 的實施例相比，本配置可提高IGCC系統(tǒng)10的效率。具體地說，在沒有蒸汽-空氣熱交換器的條件下，蒸汽的溫度將不會減少，從而提高了蒸汽的能量含量。如將懂得的那樣，因為可利用蒸汽驅(qū)動蒸汽渦輪M，所以增加蒸汽的能量含量導致更大的蒸汽渦輪功率輸出。此外， 如之前論述的那樣，利用從燃氣渦輪壓縮機50中抽取的空氣作為熱反應(yīng)器66內(nèi)的氧氣源顯著地減少或消除了鼓風機76上的負載，從而進一步提高了 IGCC系統(tǒng)10的效率。
本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括實現(xiàn)和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等同結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括燃氣渦輪壓縮機(50)，其配置成為燃燒器(38)提供加壓的空氣流；硫回收單元( )，其包括熱反應(yīng)器(66)；以及抽氣管線，其在所述燃氣渦輪壓縮機(50)和所述硫回收單元06)之間延伸，其中，所述抽氣管線將一部分加壓空氣從所述燃氣渦輪壓縮機(50)運送給所述熱反應(yīng)器(66)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述抽氣管線包括延伸至所述熱反應(yīng)器 (66)的第一管線(55)和延伸至空氣分離單元08)的第二管線(53)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述抽氣管線包括設(shè)置在所述燃氣渦輪壓縮機(50)和所述熱反應(yīng)器(66)之間的膨脹裝置(74)，并且所述膨脹裝置(74)配置成降低進入所述熱反應(yīng)器(66)的空氣的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述硫回收單元06)包括熱交換器 (64)，該熱交換器(64)配置成從抽取自所述燃氣渦輪壓縮機(50)的加壓空氣的至少一部分中將熱量傳遞給流入所述熱反應(yīng)器(66)中的酸性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述硫回收單元06)包括再熱器(72)， 該再熱器m配置成在來自所述熱反應(yīng)器(66)的排氣進入催化反應(yīng)器(68)中之前加熱該排氣，其中，所述再熱器m配置成從抽取自所述燃氣渦輪壓縮機(50)的加壓空氣的至少一部分中將熱量傳遞給來自所述熱反應(yīng)器(66)的排氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述硫回收單元06)包括鼓風機(76)，其配置成為所述熱反應(yīng)器(66)提供空氣流；和熱交換器(78)，其配置成從抽取自所述燃氣渦輪壓縮機(50)的加壓空氣的至少一部分中將熱量傳遞給由所述鼓風機(76)提供的空氣流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在進入所述熱反應(yīng)器(66)中之前，從所述燃氣渦輪壓縮機(50)中抽取的加壓空氣與補充的氧氣相混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括空氣分離單元(觀)，該空氣分離單元08)配置成提供補充的氧氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括鼓風機(76)，該鼓風機(76) 配置成通過空氣流而提供補充的氧氣。
10.一種系統(tǒng)，包括硫回收單元(沈)，其包括具有酸性氣體入口和空氣入口的熱反應(yīng)器(66)，其中，所述酸性氣體入口配置成接收酸性氣體流，并且所述空氣入口配置成接收從燃氣渦輪發(fā)動機 (40)的燃氣渦輪壓縮機(50)中抽取的加壓空氣的空氣流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于為硫回收單元提供空氣流的系統(tǒng)，具體而言，系統(tǒng)包括硫回收單元(26)，其包括具有酸性氣體入口和空氣入口的熱反應(yīng)器(66)。酸性氣體入口配置成接收酸性氣體流，并且空氣入口配置成接收從燃氣渦輪發(fā)動機(40)的燃氣渦輪壓縮機(50)中抽取的加壓空氣的空氣流。
文檔編號B01D53/52GK102161476SQ20111000883
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者A·A·蘇帕罕, G·P·基達姆比, S·S·納法德 申請人:通用電氣公司