气化器监视和控制系统的制作方法
【专利说明】 气化器监视和控制系统
[0001]本申请是2011年10月8日提交的申请号为201110315777.3、发明名称为“气化器监视和控制系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本文公开的主题涉及气化器，且更具体地涉及气化器传感器和监视器。
【背景技术】
[0003]IGCC动力设备能够相对清洁和有效地从诸如煤或天然气之类的各种含碳给料生成能量。IGCC技术可通过使含碳给料在气化器中与氧气和蒸汽反应而将其转化为一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气态混合物，即合成气。气化器内的反应可产生称为炉渣的副产品。炉渣通常顺着气化器的内壁流下并最终离开气化器。炉渣有时可能不会从气化器流出并且可能代之以聚集在气化器喉部。为了确定炉渣是否堵住气化器喉部，操作员可能需要使气化器停机，移除给料喷射器，并人工检查气化器内部。不幸的是，人工检查引起气化器的高成本停机时间，并由于它基于操作员的经验而在一定程度上是主观的。
【发明内容】
[0004]下面概述了范围与原始主张权利的发明相称的特定实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。
[0005]在第一实施例中，一种系统包括:包括限定腔室、进口、出口和端口的壁的气化器；与进口联接的组合给料喷射器，其中该组合给料喷射器构造成将第一燃料和空气喷入腔室以预热气化器，并且该组合给料喷射器构造成在预热后将第二燃料和氧气喷入气化器以使第二燃料气化；与端口联接的光学传感器；以及与该光学传感器联接的监视系统，其中该监视系统配置成从光学传感器获取数据、处理该数据并基于该数据而提供代表气化器的状态的输出。
[0006]在第二实施例中，一种系统包括:气化器监视器，该监视器配置成从指向气化器的腔室中的光学传感器获取图像数据、处理该图像数据并基于该图像数据而提供代表气化器的状态的输出；以及对来自气化器监视器的输出作出响应的气化器控制器，其中该气化器控制器配置成响应于该输出来调节进入气化器的燃料流或氧气或空气流中的至少一者。
[0007]在第三实施例中，一种方法包括:获得气化器的腔室的图像；以及相对于基线在空间上分析该图像以确定腔室内部的磨损状态或炉渣状态。
【附图说明】
[0008]当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中:
图1是可采用用于气化器的内部监视器和控制系统的IGCC动力设备的一个实施例的方框图；
图2是带有用于在内部监视和控制气化器的系统的气化器的一个实施例的截面图；
图3是示出了用于在从预热模式过渡到气化模式期间在内部监视和控制气化器的过程的一个实施例的流程图；
图4是示出了用于基于为了确定气化器内部的一个或更多个状态而分析的图像数据而在内部监视和控制气化器的过程的一个实施例的流程图；
图5是代表气化器内部的图像数据的一个实施例的示例性的视图；
图6是代表气化器内部的经处理的图像数据的一个实施例的示例性的视图；
图7是用于在气化器运行期间在内部监视气化器的光学器件的一个实施例的截面图；
以及
图8是用于在气化器的停机时间期间在内部检查气化器的光学器件的一个实施例的截面图。
[0009]零部件列表
100 IGCC 系统 102燃料源 104给料制备单元 106气化器 108炉渣 110气体净化器 111 硫
112硫处理装置 113可分离盐 114水处理单元 116碳捕获系统 120燃烧器 118燃气涡轮发动机 122 ASU
123补充空气压缩机 124 DGAN压缩机 130涡轮 131驱动轴 132压缩机 134负载
136蒸汽涡轮发动机 138 HRSG 系统 140第二负载 142冷凝器 128冷却塔 150系统152气化器
154组合给料喷射器
156光学器件
158传感器
160气化器监视器
162气化器控制器
164第一层
166第二层
168内部燃烧室
170入口
172出口部分
174监视端口
176圆顶形部分
178燃料
180燃料
181空气
182氧气
184圆锥形部分
186喉部
188耐火壁
175视图
190逻辑
192电路/逻辑
194电路/逻辑
196显示
198用户输入装置
200预热控制
201空气控制
202氧气控制
204第一燃料控制
206第二燃料控制
210处理
212方框
214方框
216方框
218方框
220方框
222方框
224方框226方框
240处理
242方框
244方框
246方框
250图像
252区域
254区域
256区域
258区域
260经处理的图像
270光管部分
272冷却/安装系统
274密闭/安全系统
276分束器部分
277中空体
278针孔末端
280转移镜头
282壳体
284分束器
283轴线
286冷却护套
288安装部分
290冷却路径
292离开路径
291冷却流体
294端部
296冷却流体入口
298冷却流体出口
300气体入口
301允许保护气体
302安装环
304气化器喷嘴凸缘
306仪器盖板
308突出体
310顶侧
312底侧
314第一视镜
316第二视镜 318安全阀 320加压气体腔室。
【具体实施方式】
[0010]下面将描述本发明的一个或更多特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方案的开发过程中，与任何工程或设计方案一样，必须做出许多实施方案特定的决定以实现开发者的既定目标，例如服从可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说却是一项常规的设计、装配和制造工作。
[0011]当介绍本发明各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述的”意指存在一个或更多此类元件。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在作为包括性的且意味着可能存在有别于所列元件的其它元件。
[0012]本公开内容针对使用与进口或给料喷射器位置分开安装在气化器上的光学器件而在内部监视和控制气化器。例如，光学器件可获得气化器的内部如上游或下游部分的图像数据。该图像数据可包括UV数据、IR数据、可见光谱数据等。然后，监视和控制系统可分析该图像以评估气化器的内部状态。例如，该系统可通过解读来自光学器件的图像数据来判断气化器中是否存在炉渣堆积或耐火材料磨损。该系统还可判断气化器内的其它内部状态。此外，该系统可基于对图像数据的分析来控制气化过程。例如，该系统可使用该图像数据来改善从预热模式到气化模式的过渡。在某些实施例中，光学器件可在气化器运行期间安装在气化器的壁上，以实现气化器的连续监视和控制。在其它实施例中，光学器件以可移除的方式设置在气化器的壁中的端口中，使得当例如在停机时间期间需要图像数据来分析气化器时仅使用光学器件。在任意构造中，光学器件使得系统能够提供用于分析气化器的内部状态的客观和可重复的标准而不仅依赖于操作员经验和人工检查。
[0013]图1是可包括用于气化器的内部监视和控制系统的整体气化联合循环(IGCC)系统100的一个实施例的图。如图1中所示，IGCC系统100构造成使给料或燃料源102气化，驱动蒸汽轮机和燃气轮机，并发电。燃料源102可包括各种固体或液体形式的诸如煤之类的含碳燃料或碳氢化合物。可包括给料制备单元104以例如通过研磨、切碎和粉碎固体形式的燃料源102而制备用于气化的燃料。然而，如果燃料源102呈液体形式，则可以省略给料制备单元104。
[0014]可将给料从给料制备单元104传给气化器106。气化器106可将给料转化为合成气，例如一氧化碳(CO)和氢气的混合物。此合成气体可称为未经处理的合成气，因为它包括例如H2S。气化器106也可生成副产品材料，例如炉渣108，其可为湿灰材料。气体净化器110可用于清洁未经处理的合成气。气体净化器110可洗涤未经处理的合成气以从该未经处理的合成气去除此1、册、0)3、!《^和43，此净化可包括硫处理器112中的硫111的分离。此外，气体净化器110可经由水处理单元114使盐113与未经处理的合成气分离，该水处理单元114可利用水净化技术来从未经处理的合成