專利名稱：用于輸送運載氣體中的固體燃料的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本文公開的主題涉及用于在動力設備中輸送諸如粉煤之類的固體給料燃料的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
諸如煤或石油之類的化石燃料可被氣化以用于生產(chǎn)電力、化學物質(zhì)、合成燃料，或用于各種其它應用。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)可在運載氣體中運送到氣化器。所使用的運載氣體的類型可使氣化器和其它構(gòu)件的控制和性能變得復雜
發(fā)明內(nèi)容
以下概括了范圍與原始要求保護的發(fā)明相稱的某些實施例。這些實施例并非旨在限制要求保護的發(fā)明的范圍，而是，這些實施例僅旨在提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可涵蓋可與以下陳述的實施例類似或不同的各種形式。在第一實施例中，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時期期間和穩(wěn)態(tài)時期期間將含碳運載氣體中的固體燃料供給到氣化器。在第二實施例中，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時期期間的含碳運載氣體的第一源和穩(wěn)態(tài)時期期間的含碳運載氣體的第二源之間轉(zhuǎn)變。在第三實施例中，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化到含碳運載氣體中，該含碳運載氣體在氣化器的起動時期期間來自第一含碳氣體源并且在氣化器的第二穩(wěn)態(tài)時期期間來自第二含碳氣體源。


當參考附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在全部附圖中同樣的附圖標記表示同樣的部分，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)動力設備的一實施例的框圖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)的一實施例的框 圖3是在氣化器的起動和穩(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。
具體實施例方式以下將描述本發(fā)明的一個或更多特定實施例。為了提供對這些實施例的簡明描述，說明書中可能未描述實際實施方案的所有特征。應當理解，在任何此類實際實施方案的開發(fā)中，如在任何工程或設計項目中，必須做出許多針對實施方案的具體決定以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，例如服從于可能因?qū)嵤┓桨付惖南到y(tǒng)相關和商業(yè)相關的約束。此外，應當理解，此類開發(fā)努力可能是復雜且耗時的，但對受益于該公開的普通技術人員來說卻將是設計、裝配和制造的例行工作。當介紹本發(fā)明各種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述的”旨在意味著存在一個或更多該元件。用語“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。所公開的實施例包括用于利用來自不同源(例如提高油回收(EOR)管線)的含碳氣體(例如，CO2)作為用來將燃料輸送到氣化器中的運載氣體的系統(tǒng)和方法。動力設備，例如下文參照圖1更詳細地描述的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動力設備，可使用在設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)可使用在正常設備操作期間產(chǎn)生的CO2作為運載氣體。然而，該運載CO2源可能無法在起動操作期間獲得。不同類型的運載氣體，例如氮氣，可在設備起動期間代替CO2并用來將燃料輸送到氣化器中。然而，氮氣作為輻射吸收劑不如CO2那么好，因此氣化器可能經(jīng)歷較高的熱負荷。較高熱負荷可能不利地影響諸如給料噴射器之類的氣化器構(gòu)件，特別是在氣化器溫度高于正常操作期間的起動期間。產(chǎn)生所需的高壓氮氣也可能是成本高昂的。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，所公開的實施例通過從其它源重新引導0)2而在設備起動期間使用CO2作為運載氣體，并且隨后在正常操作期間使用由設備產(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動力設備100的一實施例。IGCC動力 設備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、焦爐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。如下文參照圖2更詳細描述的，固體原料可由固體燃料供給器105使用含碳氣體(例如，CO2)輸送到氣化器106中，以在設備起動時期期間以及正常設備操作(即穩(wěn)態(tài)時期)期間使用。換言之，可始終使用相同(或基本上相同)的運載氣體來向氣化器輸送固體原料。應理解，含碳運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完成，這取決于所用原料的類型。原料在熱解過程期間的加熱可產(chǎn)生固體(例如，炭)和殘余氣體(例如，一氧化碳、氫氣和氮氣)。然后，在氣化器106中可發(fā)生燃燒過程。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，以形成向后續(xù)的氣化反應提供熱量的二氧化碳和一氧化碳。在燃燒過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)動進一步將原料轉(zhuǎn)化為氫氣和額外的二氧化碳的第二反應。這樣，通過氣化器106來制造合成氣體。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)。這種合成氣體可稱為未經(jīng)處理的合成氣，因為它包含例如H2s。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。在一個實施例中，氣體洗滌器110可為水氣轉(zhuǎn)換反應器。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,這可包括通過例如硫處理器112中的酸性氣體去除過程而在硫處理器112中分離硫111。由于合成氣中的CO2的升高的局部壓力，當使用CO2作為運載氣體時，可增強酸性氣體去除過程的性能。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可利用水凈化技術來從未經(jīng)處理的合成氣產(chǎn)生可用的鹽113。隨后，來自氣體洗滌器110的氣體可包括帶有微量的其它化學物質(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，因為經(jīng)處理的合成氣即使在含有殘余氣體成分例如尾氣時也可用作燃料。此時，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氣體(例如，體積純度為大約80%-100%或90%-100%的CO2)。提取CO2可運輸?shù)皆现苽鋯卧?04中，以用作用于干燃料的運載氣體，如下文參照圖2、3和4更詳細描述的。在某些實施例中，碳捕獲系統(tǒng)118還可將提取的CO2重新引導到碳吸存系統(tǒng)120、EOR管線122和/或CO2的其它源134(例如，儲罐)，以在例如油回收活動中使用。這樣，在圖示的實施例中，氣化器燃料控制器124可通過使用例如閥126、128、130和132來將CO2運輸?shù)皆现苽鋯卧?04中。閥126用來調(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用來調(diào)節(jié)從其它CO2源134 (例如CO2儲罐)到原料制備單元104的CO2流。閥130用來調(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運載高壓CO2的某些實施例中，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。在這些實施例中，閥132用來調(diào)節(jié)從減壓器136到原料制備單元104的0)2流。在沒有減壓器136的其它實施例中，閥132用來調(diào)節(jié)從EOR管線122到原料制備單元104的CO2流。因此，可通過包括來自諸如EOR管線122、C02吸存系統(tǒng)120和/或其它CO2源134之類的源的CCV流來獲得起動CO2 138流。起動CO2 138然后可在如下文參照圖
2、3和4更詳細地描述的設備起動操作期間使用。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氣渦輪發(fā)動機142的燃燒器140 (例如燃燒室)作為可燃燃料。IGCC動力設備100還可包括空氣分離單元(ASU) 144。ASU 1`44可操作而通過例如蒸餾技術來將空氣分離成成分氣體。ASU 144可從由補充空氣壓縮機146供應至其的空氣中分離氧氣，并且ASU 144可將所分離的氧氣運輸?shù)綒饣?06。另外，ASU 144可將所分離的氮氣傳輸?shù)较♂尩獨?DGAN)壓縮機148。DGAN壓縮機148可將從ASU 144接收的氮氣至少壓縮到與燃燒器140中的壓力相等的壓力水平，以便不會與合成氣的適當燃燒發(fā)生干涉。這樣，一旦DGAN壓縮機148已將氮氣充分壓縮到適當水平，DGAN壓縮機148便可將經(jīng)壓縮的氮氣傳輸?shù)饺細鉁u輪發(fā)動機142的燃燒器140。例如，該氮氣可用作稀釋劑以便于排放物的控制。如前文所述，經(jīng)壓縮的氮氣可從DGAN壓縮機148傳輸?shù)饺細鉁u輪發(fā)動機142的燃燒器140。燃氣渦輪發(fā)動機142可包括渦輪150、驅(qū)動軸152和壓縮機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自DGAN壓縮機148的經(jīng)壓縮的氮氣相混合，并在燃燒器140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。當來自燃燒器140的排氣經(jīng)過渦輪150時，排氣迫使渦輪150中的渦輪葉片使驅(qū)動軸152沿燃氣渦輪發(fā)動機142的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，驅(qū)動軸152連接到燃氣渦輪發(fā)動機142的各種構(gòu)件，包括壓縮機154。

驅(qū)動軸152可將渦輪150連接到壓縮機154上以形成轉(zhuǎn)子。壓縮機154可包括聯(lián)接到驅(qū)動軸152的葉片。因此，渦輪150中的渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可導致將渦輪152連接到壓縮機154的驅(qū)動軸152使壓縮機154內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)。壓縮機154中的葉片的這種旋轉(zhuǎn)導致壓縮機154壓縮經(jīng)由壓縮機154中的進氣口接收的空氣。然后，壓縮空氣可被供給到燃燒器140并與燃料和經(jīng)壓縮的氮氣混合，以允許更高效的燃燒。驅(qū)動軸152還可連接到負載156,該負載例如可為動力設備中的靜止負載,如用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機。實際上，負載156可為通過燃氣渦輪發(fā)動機142的旋轉(zhuǎn)輸出供能的任何合適裝置。IGCC動力設備100還可包括蒸汽渦輪發(fā)動機158和熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)160。蒸汽渦輪發(fā)動機158可驅(qū)動第二負載162。第二負載162也可以是用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機。然而，第一負載156和第二負載162兩者均可為能夠由燃氣渦輪發(fā)動機142和蒸汽渦輪發(fā)動機158驅(qū)動的其它類型的負載。另外，雖然燃氣渦輪發(fā)動機142和蒸汽渦輪發(fā)動機158可驅(qū)動單獨的負載156和162，如圖示的實施例中所示，但燃氣渦輪發(fā)動機142和蒸汽渦輪發(fā)動機158也可經(jīng)由單個軸串聯(lián)地用來驅(qū)動單個負載。蒸汽渦輪發(fā)動機158及燃氣渦輪發(fā)動機142的具體構(gòu)型可為針對實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。來自燃氣渦輪發(fā)動機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)動機158供能的蒸汽。來自例如蒸汽渦輪發(fā)動機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)動機158傳輸?shù)嚼淠?64的蒸汽。來自冷凝器164的冷凝物142又可被引入HRSG 160中。再者，來自燃氣渦輪發(fā)動機142的排氣也可被引入HRSG 160中以加熱來自冷凝器164的水并產(chǎn)生蒸汽。在諸如IGCC動力設備100之類的聯(lián)合循環(huán)動力設備中，熱排氣可從燃氣渦輪發(fā)動機142流動并傳到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)過蒸汽渦輪發(fā)動機158以產(chǎn)生動力。另外，所產(chǎn)生的蒸汽還可供應到可使用蒸汽的任何其它過程，例如供應到氣化器106。燃氣渦輪發(fā)動機142發(fā)電循環(huán)通常稱作“頂循環(huán)”，而蒸汽渦輪發(fā)動機158發(fā)電循環(huán)通常稱作“底循環(huán)”。通過如圖1中所示組合這兩個循環(huán)，IGCC動力設備100可在兩個循環(huán)中達到更大的效率。特別地，來自頂循環(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的一實施例的圖。在某些實施例中，燃料源102包括固體給料燃料源。例如，IGCC動力設備100可使用固體燃料源，包括高等級煤、低等級煤(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。實際上，可使用各種各樣的固體燃料。在一個實施例中，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)來干燥。在又一實施例中，燃料可作為干燃料輸送到IGCC動力設備100。因此，干燥固體燃料102可改進固體燃料輸送系統(tǒng)的流動特性并改進氣化器106的整體效率。在干燥后 ,可經(jīng)固體原料輸送器172 (例如,氣動輸送、氣體夾帶輸送器)將固體燃料102引導到多個泵給料斗170中以在氣化中使用。在某些實施例中，在運輸前或者在固體燃料102運輸?shù)奖媒o料斗170中期間，可發(fā)生其它過程。在某些實施例中，可通過固體燃料研磨機173將固體燃料102碾磨、撕碎、磨碎、研磨等。在其它實施例中，可通過在固體燃料供給器105上游的其它系統(tǒng)來完成碾磨、撕碎、磨碎、研磨等。泵給料斗170可充當原料緩沖器，以確保原料到氣化器106中的均勻、恒定的流入。泵給料斗170可包括例如通風孔，該通風孔允許在諸如氮氣之類的可排出到大氣的運載氣體中夾帶的灰塵離開給料斗170進入管道174中，如圖所示。管道174可用于將來自給料斗170的夾帶灰塵輸送到旋風分離器和袋室(bag house)系統(tǒng)176中。旋風分離器和袋室系統(tǒng)176然后可通過使用例如空氣動力學渦旋效應、重力和一組過濾器(即袋室)來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。在一個實施例中，例如圖2中所示的實施例，可經(jīng)由固體原料輸送器176將固體給料從泵給料斗170引導到磁性分離器178中。磁性分離器178可用來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到固體給料泵182中。在某些實施例中，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并流入多個固體給料泵182中。密封氣體186然后可向上游橫穿移動通過固體給料泵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分離器和袋室系統(tǒng)176進一步處理。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中的任何類型的泵或加壓輸送裝置來代替固體給料泵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的接收開始，經(jīng)給料制備(例如，干燥、碾磨、磨碎)和輸送過程繼續(xù)，并且包括氣化器106的起動。在氣化器106的起動期間，控制器124可通過使用固體給料泵182來將固體給料102輸送到高壓輸送容器184中。還可經(jīng)由管道194將起動CO2 138的流引導到高壓輸送容器184中。在一個實施例中，可將輸送通過管道194的起動CO2 138的射流引導到進入高壓輸送容器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)。在從起動操作到正常操作的轉(zhuǎn)變時期期間，起動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)并且還用來將固體給料分散和分配到高壓輸送容器184內(nèi)。應理解，起動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。
在起動操作期間，還可經(jīng)由底部管道198將起動CO2 138的流引導到高壓輸送容器184的底部中。經(jīng)底部管道198進入高壓輸送容器184的起動CO2 138還可通過形成增強燃料流體化的氣渦來實現(xiàn)固體給料和運載氣體向流體化相的轉(zhuǎn)變。在從起動操作到正常操作的轉(zhuǎn)變時期期間，當可從碳捕獲系統(tǒng)118獲得足量的提取CO2 196時，進入高壓輸送容器184的CO2可從起動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離開高壓輸送容器184。在設備起動期間，可經(jīng)由管道202將氣體/燃料流體化混合物引導到起動旋風器204中。起動旋風器204可用來建立燃料到氣化器106中的穩(wěn)定、恒定的流動。一旦已建立穩(wěn)定、恒定的燃料流動，便可重新定向進入起動旋風器204的燃料流經(jīng)由管道208流入氣化器噴射器206中。如上文參照圖1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從起動CO2 138轉(zhuǎn)變，如下文參照圖3更詳細描述的。圖3是可由例如圖1和圖2的氣化器燃料控制器124使用以起動設備操作和轉(zhuǎn)變成正常操作的方法210的一實施例的流程圖。更具體而言，方法210詳細說明了在通過使用第一含碳氣體(例如，CO2)源開始氣化過程并隨后轉(zhuǎn)變到使用第二含碳氣體(例如，CO2)源作為運載氣體來將固體干原料供給到氣化器中時可采用的過程。在某些實施例中，含碳運載氣體的第一源始終可用并且含碳運載氣體的第二源僅在氣化器的操作期間可用。在含碳氣體的第一源和第二源為CO2氣體的實施例中，第一 CO2源可包括如圖1和圖2中所示的起動CO2 138的源。如上文參照圖1所述，可重復利用來自多個位置例如CO2吸存系統(tǒng)120、EOR管線122和/或某一其它CO2源134的起動CO2 138。使用起動CO2 138作為在動力設備起動操作期間使用的第一運載氣體可能是有利的，因為它可允許在從起動經(jīng)過正常操作并停機的設備操作循環(huán)中始終采用相同類型的運載氣體(例如，CO2)。因此，相同類型的燃料噴射器、原料輸送控制模態(tài)、原料輸送設備等可重復利用并且不需要更改以適應不同的起動運載氣體(例如，氮氣)。方法210可通過起始固體原料的流并通過使用起動CO2 138的流而開始(框212)。第一 CO2源的流可包括使用單個源例如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。實際上，任何起動CO2 138的源都可結(jié)合或單獨用作運送起始固體原料流所需的CO2的第一 CO2源。在一個實施例中，然后可例如通過使用如上文參照圖2所述的高壓輸送容器184來使來自第一 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，可通過例如使用如圖2中所示的起動旋風器204來穩(wěn)定原料流(框214)。在一個實施例中，可結(jié)合起動旋風器204使用旁通管道和/或起動管道，以形成流體化原料的穩(wěn)定化的平穩(wěn)流動環(huán)路。在此實施例中，流體化的燃料/氣體混合物流過旁通管道和/或起動管道并通過起動旋風器204。固體燃料可由起動旋風器204從氣體去除并返回固體燃料存儲部，以在今后由旁通管道和/或起動管道重復利用。從固體燃料存儲部進入起動旋風器并回到固體燃料存儲部的流動環(huán)路因此可用于在起動操作期間適當?shù)匦纬梢恢?即，具有適當?shù)娜剂?氣體比、流量、壓力和溫度)的燃料流。一旦實現(xiàn)穩(wěn)定、平穩(wěn)的原料流，就可起始氣化器(框216)以開始燃料的氣化。起始氣化器可包括將流體化原料流從起動旋風器204重新引導到氣化器噴射器206中。氣化器可以已經(jīng)過預熱，使得存儲在例如耐火磚中的熱能幫助起始和支持氣化過程。圖2的氣化器燃料控制器124可通過例如改變固體給料泵182的速度和/或第一 CO2源(例如，起動CO2 138)的流量、壓力和溫度來控制進入氣化器噴射器206的固體燃料的流。氣化器燃料控制器124可通過按照與起始目的所需的燃料-氣體比和燃料裝載速度有關的特定程序來幫助氣化起始。最初，可從第一 CO2源引來大約100%的可用來將燃料輸送到氣化器噴射器206中的C02。當氣化器開始氣化且開始產(chǎn)生合成氣時，IGCC動力設備構(gòu)件然后可使用得到的合成氣來產(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。當更多的合成氣變 得可用時，方法210可從使用第一 CO2源(例如，起動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作為運載氣體(框220)。在一個實施例中，氣化器燃料控制器124可控制一組閥，以將起動CO2 138和提取CO2 196結(jié)合，使得它們均用作運載氣體，如下文參照圖4更詳細描述的。當傳感器指示可使用更多提取CO2 196時，氣化器燃料控制器124可重新引導更多的提取CO2 196和更少的起動CO2 138用作運載氣體。應理解，起動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。當氣化器和動力設備的其余部分上升到正常操作時(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重新引導到原料制備和輸送過程中，直到大約100%的運載氣體可能為第二C02。當?shù)诙﨏O2達到期望的百分比例如100%時，就可以不再使用第一 CO2作為CO2的源(框224)。圖4是可用來從第一CO2 (例如，起動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運輸?shù)綒饣?06中的CO2轉(zhuǎn)變模型106的一實施例的曲線圖。該曲線圖的縱坐標(即，y軸)代表第一 CO2的流量。橫坐標(B卩，X軸)代表時間。如上文參照圖3所述，可使用第一 CO2源(例如，CO2 138)作為CO2的起動源以起始設備操作。然后可使用第二 CO2 (例如，CO2 196)以從起動操作轉(zhuǎn)變到正常操作。在起始時期228中，當設備開始起動過程時，控制器124可開始第一 CO2的流230。流230然后可達到操作流動水平232。在操作流動水平232，設備可操作，使得第二 CO2現(xiàn)在正產(chǎn)生。應理解，操作流動水平232的流量和達到操作流動水平232所需的時間可取決于所使用的氣化器的類型(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。在某些實施例中，控制器124然后可進入轉(zhuǎn)變時期234，其中可向第一 CO2的流量230添加第二 CO2的流量236。轉(zhuǎn)變時期例如可在可獲得處于通過氣化操作所產(chǎn)生的提取CO2 196的足夠壓力下的足夠體積時開始。隨著氣化操作產(chǎn)生量越來越多的第二 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以便獲得操作流動水平232為止。在操作流動水平232，可關閉第一 CO2的源，并且設備然后可通過使用第二 CO2而繼續(xù)操作。因此，該曲線圖的操作時期238示出了使用第二 CO2作為用于設備操作的主C02。應理解，本文公開的實施例允許使用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，以便通過各種各樣的動力設備100操作和動力設備100實施例來更高效且經(jīng)濟地從第一 CO2氣體轉(zhuǎn)變到第二 CO2氣體。本發(fā)明的技術效果包括從用來起動氣化操作的起動CO2運載氣體轉(zhuǎn)變到可用來繼續(xù)正常氣化操作的提取CO2運載氣體。起動CO2運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儲罐之類的其它源。提取CO2運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的氣化器構(gòu)件的提高的壽命、在起動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程的性能。本書面描述使用了示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域的任何技術人員能夠?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)明的可專利范 圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認為此類其它示例在權(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時期和穩(wěn)態(tài)時期期間將含碳運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，所述含碳運載氣體包括在所述氣化器的起動時期和穩(wěn)態(tài)時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時期期間從第一源獲取且在所述穩(wěn)態(tài)時期期間從第二源獲取的含碳運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)或者儲罐中的至少一個。
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時期到所述穩(wěn)態(tài)時期的轉(zhuǎn)變時期期間從所述第一源和第二源兩者獲取的含碳運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)變時期期間減少來自所述第一源的第一氣體流量并增加來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)造成在起動時期期間的所述含碳運載氣體的第一源和穩(wěn)態(tài)時期期間的所述含碳運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)造成在從所述起動時期到所述穩(wěn)態(tài)時期的轉(zhuǎn)變時期期間結(jié)合來自所述第一源和所述第二源兩者的含碳運載氣體的氣流，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)變時期期間減少來自所述第一源的第一氣體流量并增加來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，所述含碳運載氣體包括在所述氣化器的起動時期和穩(wěn)態(tài)時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)或者儲罐中的至少一個。
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載氣體中，所述含碳運載氣體在氣化器的起動時期期間來自第一含碳氣體源并且在所述氣化器的第二穩(wěn)態(tài)時期期間來自第二含碳氣體源。
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)造成在從所述起動時期到所述穩(wěn)態(tài)時期的轉(zhuǎn)變時期期間結(jié)合來自所述第一含碳氣體源和所述第二含碳氣體源兩者的含碳運載氣體的氣流，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)變時期期間減少來自所述第一含碳氣體源的第一氣體流量并增加來自所述第二含碳氣體源的第二氣體流量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含碳運載氣體包括在所述氣化器的起動時期和穩(wěn)態(tài)時期期 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)可使用含碳氣體作為設備操作的一部分。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時期期間且還在穩(wěn)態(tài)時期期間將含碳運載氣體中的固體燃料供給到氣化器。
文檔編號C10J3/46GK103221515SQ201180024425
公開日2013年7月24日 申請日期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, S.R.米什拉, R.S.貝尼帕爾 申請人:通用電氣公司