专利名称：用于干燥进料系统的用合成气冷却来加热干燥气体的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过将来自于合成气流的热量传递至用作燃气涡轮发动机燃烧 器的主要进料的固体燃料来改善煤发电设备的总效率的方法。
背景技术：
固体原料的气化和来自于该原料的烃成分随后在燃气涡轮发动机中的燃烧是公 知的。在用煤作为原料的情况下，由于难以传送潮湿的固体以及在煤原料中存在水分相关 的固有效率损失，故大多数气化工艺需要相对较干(水分含量低)的煤。由于几乎所有市售 煤都含有一定量的水，故需要在气化之前以有效方式对煤进行干燥。在使用通常含有大约 20%至大约65%按重量计的水的次烟煤、褐煤或棕色煤原料时，这种需求甚至愈发重要。干燥供给气化器的固体燃料原料的公知方法涉及使很热的气体扫掠通过固体磨 碎机。在此类系统中，干燥气体的温度在系统工作压力下必须保持在远高于水的沸点温度， 一般在300下至900下之间，以便有效地蒸发过多的水分。以前已采用了各种方式来产生干 燥气体介质，该介质可用于除去固体煤原料中过多的水。然而，公知的固体原料的加热和干 燥源所具有的缺陷在于总是会降低设备的总效率。例如，许多系统包括在热交换器中使用 过热蒸汽和燃气涡轮机抽取空气，或直接燃烧热交换器或间接燃烧热交换器中的燃料，如 天然气或丙烷。在直接燃烧构造中，使用空气和燃料成分的混合物来产生热燃烧气体。因 为天然气或丙烷是辅助流，其一般不会现场存在。直接燃烧这些燃料会形成污染物排放源， 且因此它们通常并非用以经济地干燥固体原料的可接受方法。其它现有方法在间接燃烧热 交换器中使用来自于单独的发电设备的过程蒸汽或已加热的气体。同样，需要单独的发电 设备设施来提供所需的热力发动机通常并非经济的备选方案。干燥固体的另一公知方法涉及燃烧通过气化所产生的一部分清洁合成气体，且在 碎煤输送至粉末料仓或料斗中时使燃烧气体通过碎煤。磨碎和干燥设备由于它们消耗一部 分气体燃料，故而会降低发电设备的总效率。另一现有方法通过燃烧一部分碎煤来获得干 燥能量，从而加热在干燥设备中循环的进料。然而，发电设备的净效率必然也会下降。此外， 在以此方式获得干燥能量时，来自于发电设备的诸如硫的排放物也会增加。因此，尽管存在 各种常规方法用于干燥煤原料，但仍然需要显著降低在公知工艺中固有的热无效性。
发明内容
本发明包括一种通过将热量从合成气流传递至用作供给气化器的主要进料的固 体燃料来改善煤发电设备总体热效率的方法。一个示例性实施例包括如下步骤首先通过 将热量传递至供送给进料制备装备的补充气体进料来冷却原始合成气排气，同时将固体燃 料成分(例如，次烟煤)与部分传送/干燥气流(例如，惰性气体)一起供送到用于固体原 料的磨碎机构(例如，磨碎机)中，形成包括碎原料颗粒和传送/干燥气体的两相固体/气 体流，同时加热和干燥碎固体原料颗粒用以除去水和提高原料温度，分离和除去在加热和 干燥步骤中所形成的大致所有水蒸气，以及将已加热和干燥的固体流供送至气化器。本发明还构思出一种新型合成气冷却器设计，用于将热量传递给在使用各种新型合成气冷却器 设计的工艺和相关系统中所使用的补充气流。
图1为根据本发明的工艺的第一实施例的示例性工艺流程图，由此，热合成气的 冷却用作加热和干燥供给气化器的固体原料的主要手段；图2为根据本发明的工艺的第二实施例的示例性工艺流程图，再次将热合成气中 所除去的热量用作干燥固体煤原料的主要手段；图3为根据本发明的工艺的第三实施例的示例性工艺流程图，大致如第一、第二 实施例中所述那样使用合成气冷却；图4为根据本发明的工艺的第四实施例的示例性工艺流程图，也大致如第一、第 二、第三实施例中所反映的那样使用合成气冷却；图5A示出了根据本发明的工艺中使用的示例性合成气冷却器(热交换器)，用于 加热所用气流，以便干燥供给气化器的固体进料，在此情况下，合成气冷却器具有设置在内 壁与容器壳体之间的环形空间中的垂直定向的连续盘管；图5B提供了设置在由图5A中实施例的内壁与容器壳体所限定的环形空间中的垂 直定向的连续盘管的前正视图；图6A绘出了作为根据本发明的工艺的一部分的备选示例性合成气冷却器设计， 其使用设置在内壁与容器壳体之间的环形空间中的水平定向的连续盘管；图6B提供了在图6A中实施例的内壁与容器壳体之间的环形空间中的水平设置的 连续盘管的前正视图；图7绘出了根据本发明的另一备选示例性合成气冷却器设计，其具有定位在正常 工作期间收容高温骤冷水的合成气冷却器壳体下部中的水平定向的连续加热盘管；图8示出了作为根据本发明的工艺的一部分的第四备选示例性合成气冷却器设 计，这次使用了设置在位于合成气冷却器下部区段中的骤冷壁圆锥形区段的相对侧上的水 平定向的连续盘管；图9示出了作为根据本发明的工艺的一部分的第五备选示例性合成气冷却器设 计的一部分，其使用设置在如下文所述的冷却内壳体壁内的水平定向的连续盘管(有时称 为冷却器"汲取管(dip tube)“)；图10绘出了根据本发明的另一备选实施例工艺的示例性工艺流程图，由此，类似 于第一实施例、第二实施例和第三实施例中所使用的单独的补充气流在该补充气体引入磨 碎机构(例如，磨碎机)中之前使用高温水预热；图11示出了类似于图10的示例性流程图，其具有备选的流动构造，用于在补充气 体引入磨碎机构中之前使用合成气冷却来预热单独部分的补充气体；图12绘出了类似于图10的示例性流程图，但其具有第二备选的流动构造，用于在 单独的补充气体引入磨碎机构中之前使用合成气冷却来预热该补充气体；以及图13示出了类似于图10的示例性流程图，但具有第三备选的流动构造，用于在单 独的补充气体引入磨碎机构中之前使用合成气冷却来预热该补充气体。零件清单
101合成气流102合成气冷却器103冷却的合成气104补充气体104a 旁通管线(line)105高温加热/传送气体106磨碎机构107固体煤进料108颗粒原料109再循环流110 管线111粉碎的固体原料112气化器201流出流202骤冷循环204〃 热黑水〃205合成气冷却器206冷却的黑水流207补充气流208"加热/传送〃气体210固体煤进料209磨碎机212再循环流213排出管线214干燥的固体颗粒流215气化器301热合成气317气化器302骤冷工作步骤304合成气洗涤器305处理的“原始合成气“306骤冷浴返回流(return)307合成气冷却器 308冷却的骤冷浴返回流309气体补充流310干燥/传送气体进料311磨碎机构312固体进料313碎煤颗粒
314气体再循环316颗粒原料固体流317气化器402合成气冷却器403热合成气405补充气体406压缩机407加热补充气体408磨碎机410初始煤进料409 煤仓411两相流412旋风分离器413底部排放管线414潮湿的再循环蒸气419残余微粒415风扇(风机)416固体流417返回管线422冷凝器/热交换器423 进口424 出 口425冷却的冷凝流426冷凝罐427干燥蒸气流428冷凝管线418灰尘过滤器419煤原料微粒420蒸气流421输入管线450排出管线429 风机402合成气冷却器500合成气冷却器(热交换器)515 盘管516环形空间513冷补充气体514加热的补充气体501圆柱形外壳体壁503内壳体壁 515加热盘管 507热合成气 511骤冷室 503管路笼罩水壁 515垂直定向的盘管 516周向壳体间隙 511骤冷室 505圆锥形骤冷壁 504冷却器内壳体 510底部开口 521饱和合成气 500合成气冷却器 517，518密封组件 519，520防溅板 521饱和合成气 502环形空间 523汲取管下端 522汲取管
512,524骤冷水入口和出口
508高压蒸汽
515辅助加热盘管
615补充气体加热盘管
613管路开口
614 排放口(discharge)
603容器内壳体壁
601外壳体壁
600合成气冷却器
713管路开口
714排放口
711骤冷室
715连续环路
805骤冷壁
815补充气体加热盘管 813管路开口 814排放口
904冷却器"汲取管〃 913补充气体管路开口 914补充气体排放口
1007合成气冷却器1008膨胀的蒸汽/水混合物1009高压蒸汽鼓1010高压蒸汽1012 高温液体泄料(blowdown)1013高温进料1001 泵1000附加合成气冷却器加热系统1003附加冷补充气流1002热交换器1013高压锅炉供送水1004补充气流1005 感应器1009高压蒸汽鼓1006 下导管(downcomer)1007合成气冷却器1202附加补充气体热交换器1209高压蒸汽鼓1306高压蒸汽鼓1307 离心泵1313高压液体返回管线1314热交换器
具体实施例方式如上文所述，本发明提供了一种改进的方法，其将加热的气流用作供给气化器的 固体进料(尤其是次烟煤原料)的基本干燥介质。该方法使发电或化学合成与独特的工艺 相结合，该独特的工艺将合成气体冷却用作主要热源和干燥介质来将热量传递给煤原料。 在气化器中的不完全燃烧之后冷却合成气时，可获得各种水平的热量，且因此本发明包括 能够使用从合成气传递来的所有或部分热量以便将热能给予固体进料干燥气体的十三个 不同的实施例。本发明还利用可用热源来干燥磨碎的固体(否则其不会得到有效利用)，且因此 提供了一种热效率高且成本较低的方法来发电。干燥原料用以除去表面水分给予了自由 流动性质，这会改善发电设备的总体热效率。根据本发明，除去原料中不需要的水分所需 的热量总量取决于所涉及的工艺步骤以及具体进料成分，但通常落入蒸发1000-1500btu/ Ibm(英制单位)的水分的范围内。所需热源的温度范围也通常为300下至900下，这取决 于具体热负荷、干燥步骤中的停留时间和所使用的再循环气体量。总之，下文所述的本发明的各种不同实施例都会导致显著改善在固体原料初始气 化期间所产生的原始合成气中可用热量的使用。第一实施例限定了用于将来自于热的原始 合成气中的可感受的热量结合到进料系统中用以干燥进入的潮湿燃料的基本工艺步骤和装备。第二实施例在高温水退出合成气骤冷循环时从热黑水(大约400下)中获取热量。 第三实施例利用安置在来自于合成气洗涤器的骤冷水返回流上的热交换器，其中，合成气 洗涤器在部分地清洁骤冷水之后使其在大约400 °F下再循环。所有三个实施例的一些方面 可结合到最终的工艺构造中，以便有效使用一种形式或另一种形式的合成气冷却来加热和 干燥进入的原料。本发明的第四实施例利用第一、第二、第三实施例中所反映的改进形式的 合成气冷却。本发明的实施例5至9涉及在根据本发明的工艺中使用的示例性合成气冷却器设 计，其例如通过使用设置在合成气冷却器中的各个位置处的垂直和/或水平对准的连续加 热盘管来加热用于干燥供给气化器的固体进料的气流。实施例10至13描述了工艺的备选 实施例，由此，在气体引入用于固体原料的磨碎和干燥机构(例如，磨碎机或粉碎机)中之 前，使用高温水来预热与第一实施例、第二实施例和第三实施例中使用的相似的单独补充 气流。上述实施例所示范的本发明以多种方式改善了直接燃烧式煤系统的效率。与备选 的现有技术构造相反，补充气体受到直接加热，而备选现有技术构造例如需要用以将热量 转变成蒸汽和随后将热量从蒸汽传递到补充气体的步骤。通过结合合成气冷却器中的加 热，便可免除单独热交换器的成本。具体参看图1，大体上以100示出了本发明第一实施例的示例性工艺流程图，其将 合成气用作基本介质使用合成气冷却器来加热和干燥供给气化器的固体原料。在该第一实 施例中，固体煤的气化发生在气化器112中，用以产生热气体，尤其是合成气流101 (通常在 大约2500下的范围内)，该合成气流101含有不完全的煤燃烧产物，包括大部分未燃气态烃 和废物成分，如残余的酸性化合物和硫化物。在运行中，热的合成气穿过合成气冷却器102，该合成气冷却器102名义上具有下 文关于图5至图9所述类型的壳体和管路构造。包括气体组合(即，氮气、氧气和二氧化 碳)的补充气体104经由合成气冷却器102的管路侧供送，用以产生更为干燥的高温加热 /传送气体105，该气体105用作使用常规磨碎机构106产生的固体煤原料颗粒的基本干燥 和气体传送手段。图1还以虚线形式示出了包括旁通管线104a的备选流动构造，其中，部分的补充 气流104绕过合成气冷却器102，且然后与来自于合成气冷却器102的加热气体相混合，以 便控制供给磨碎机或其它磨碎机构106的气体进料的温度。供给系统的固体煤进料107示 为进入磨碎机构106的底部。夹带在供给至磨碎机106的加热/传送气体中的碎颗粒原料 然后如以108所示与从固体颗粒中除去的水蒸气一起排出。因此，加热/传送气体105用于两个基本功能，第一是干燥含有余量水的粉碎燃料 颗粒，而第二是提供将颗粒固体经由磨碎机传送至如图所述的煤气化器中的基本手段。冷 却的合成气103示为在合成气冷却器102的壳体侧上。为了避免水最终累积在系统中以及控制供给气化器的夹带原料颗粒的总量和尺 寸，使一定量的夹带固体/蒸气流再循环到磨碎机中，例如，通过使再循环流109 (两相)穿 过旋风分离器(未示出)，以便使大多数夹带微粒脱落，且随后如管线110所示排出一部分 蒸气流，该蒸气流含有在先前加热和粉碎步骤期间所产生的水蒸气。相当干燥的粉碎固体 原料111 (两相的蒸气和颗粒)然后供送到气化器112。
现在参看图2，大体上以200绘出了根据本发明的工艺的第二实施例的示例性工 艺流程图，其再次将热合成气中所除去的热量用作干燥固体原料的基本手段。然而，在该实 施例中，流出流201中由气化器215所产生的热合成气(名义上处在大约2500 T )首先通 过骤冷循环202 (如气体至液体的热交换器)，其首先冷却如图所示以2203退出骤冷循环的 合成气。来自于骤冷循环的大约450下的所得到的热液流(标为"热黑水")204用作主 要加热介质使用合成气冷却器205来回收残余合成气排气热量。冷却的黑水流206通常在 合成气冷却器205的壳体侧上。管路侧包括主要由上文所述的氧气受限气体所构成的补充 气流207，其获得管路侧上的大量热量来形成在上文大致关于第一实施例描述的磨碎机中 使用的热"加热/传送"气体208。如图2中还示出的那样，在如以211所示离开磨碎机之后，供给磨碎机209的固体 煤进料210失去在磨碎步骤期间的大部分夹带液体(例如，水蒸气)。该特定实施例因此 构思出使用如图所示的再循环流212和排出装置借助于如在第一实施例中描述的排出管 线213来除去过量水蒸气的目的，其中，清洁和干燥的固体颗粒流214(再次为两相的)供 送给气化器215作为主要固体燃料成分。参看图3，大体上以300绘出了根据本发明的工艺的第三实施例的示例性工艺流 程图，其使用了在第一实施例、第二实施例的改进方案中的合成气冷却。如在第二实施例中 那样，来自于气化器317的热合成气301首先经历骤冷工作步骤302，在此情况下，合成气的 气体温度从大约2500下在303处降低到大约500 T。首先冷却的现有合成气然后经历通 过合成气洗涤器304 (例如，填充塔)的洗涤操作，该合成气洗涤器304从初始气流中除去 不需要的成分，而经处理的蒸气流则作为温度为大约500 °F的经冷却和处理的"原始合成 气"305而离开洗涤器。实际上，图3中所绘的合成气洗涤器用作辅助骤冷。流出合成气洗涤器304底部的骤冷浴返回流306 (通常为大约400 T的温度)穿 过合成气冷却器307 (其主要目的是将热量给予气体补充流309)，且之后用作供给磨碎机 构311的加热的干燥/传送气体进料310。图3还示出了经冷却的骤冷浴返回流308。如 在第一实施例中那样，供给磨碎机构311的固体进料312包括含有固定量的水的煤原料，该 固定量的水为碎煤颗粒313所携带，必须在供送给气化器317之前除去(或至少部分地除 去)。同样类似于先前的实施例，第三实施例中所绘的热量回收系统使供给磨碎机构的 一定量的夹带的固体/蒸气流再循环(见再循环流314)，例如通过使两相再循环穿过旋风 分离器而使夹带的颗粒落下，且排出如以315所示的含有在先前的加热和粉碎步骤期间产 生的水蒸气和微粒的一部分蒸气流。相当干燥的蒸气和颗粒原料固体流316然后供送给气 化器317。图4为大体上以400所示的根据本发明的工艺的第四实施例的示例性工艺流程 图，其再次将如上文在第一、第二、第三实施例中所述的合成气冷却用作附加加热、干燥和 传送供给气化器的固体煤原料的主要来源。根据本发明的合成气冷却子系统以虚线形式示 为401，且包括合成气冷却器402，该合成气冷却器402在壳体侧上具有在404处流出的热 合成气403("进入的加热介质")和在合成气冷却器的管路侧上具有上述成分(主要的是 包括氮气、二氧化碳和氧气的气体)的补充气体405。名义上而言，补充气体405的压力使用压缩机406来增大。如在其它实施例中那样，离开合成气冷却器的加热补充气体407用作通过磨碎机 408中的磨碎操作所产生的粉碎煤颗粒的基本干燥/传送介质。来自于煤仓409的初始煤 进料410也含有不需要的一定量水分，这些水分必须在供给气化器(未示出)之前除去。 另外，离开磨碎机408的所得到的两相流411包括干燥的煤颗粒和将该颗粒带入旋风分离 器412中的潮湿气流，该旋风分离器412继而又通过底部排放管线413使固体颗粒与潮湿 的再循环蒸气414分离开。通常，413处的固体材料传送给气化器。夹带在流出旋风器的2 相流中的细颗粒穿过袋虑室，该袋滤室包含除去任何残余微粒419的灰尘过滤器。微粒然 后作为部分的固体原料供给至气化器。如图4还示出的那样，从旋风分离器412顶部流出的再循环流414含有水蒸气， 该水蒸气必须在再循环之前除去。因此，风扇(风机)415有助于经由冷凝器/热交换器 422 (具有如421所示的输入管线)输送组合的水蒸气和固体流416，其中，冷凝器/热交换 器422在带有入口 423和出口 424的壳体侧上具有冷却水。所得到的冷却的冷凝流425穿 过冷凝罐426，从而导致大致干燥的蒸气流427形成供给如图所示的磨碎机的加热干燥流 的一部分。冷凝水随后通过冷凝管线428作为冷凝物除去。图4还示出了一部分流416 (返回管线417)穿过一系列灰尘过滤器418 (通常位 于袋虑室内)，该灰尘过滤器418除去额外的煤原料微粒419，而含有水分的蒸汽流420则 经由使用风机429的排出管线450排出到大气中。如上文所述，由合成气冷却器402和磨 碎机408所执行的组合操作导致供给气化器的煤原料具有明显更好的流动特性，以及由于 在此过程期间固有地除去水蒸气而改善了所得到的气化的热特性。现转到图5A，大体上以500示出了如在根据本发明的工艺中所使用的示例性合成 气冷却器(热交换器)，其用于加热用来使供给气化器的固体进料干燥的气流，在此情况 下，合成气冷却器具有设置在圆柱形外壳体壁501与内壳体壁503(也称为管路笼罩外壁) 之间的环形空间516中的垂直定向的连续盘管515。外壳体壁和从外壳体沿径向向内设置 的壁一起在壁之间形成周向间隙，实际上是用于垂直定向的连续加热盘管515的"管路笼 罩"或管路套壳。加热盘管515用作如上文关于图1至图4所述将附加热量从热 成气 507中传递至冷补充气体513中的主要元件。注意加热的补充气体514。在运行中，来自于初始气化器燃烧回路的温度为大约2250 很热的合成气507 沿如图所述的冷却器内壳体壁向下传递到合成气冷却器中的骤冷室511内，该骤冷室511 位于合成气冷却器的底部处，含有一定压力的高温(例如，450下)骤冷水。因此，在该实施 例中的合成气经历了两种不同的热交换操作。第一，合成气将热量传递到管路笼罩水壁503 上。热量然后传递到设置在上文所述的周向壳体间隙516中的垂直定向的盘管515中。盘 管在形态上为连续的，具有第一进入端口和第二进入端口，即，冷补充气体经由如图所述的 管线513进入，贯穿呈多个连续环路的冷却器，且以显著较高的温度经由管线514流出冷却 器。(也参见图5B)。在第二热交换操作中，热合成气依靠骤冷系统冷却，该骤冷系统容许合成气与骤 冷室511中的骤冷水直接接触。也就是说，热气体沿圆锥形骤冷壁505、内部冷却器壳体504 向下流动，且流出如图所示的内壳体的底部开口 510。在处于大约400 °F至450 °F的较冷 温度下的所得到的饱和合成气521可从冷却器中连续地除去。图5A还示出了补充气流可包括处在大约600 °F的温度下的一部分预热的氮气，该氮气可与在513处进入系统中的冷 补充气体相组合用以升高初始温度。合成气冷却器500的其它标称结构特征包括密封组件 517和518，其将冷却器分成其上部和下部，且使垂直定向的补充气体加热盘管与骤冷系统 和饱和合成气隔离开。防溅板519和520包含和控制处于饱和合成气出口 521下方和环形 空间502下方的骤冷水。图5A还绘出了汲取管522下端523的示例性构造，汲取管522下端523在正常工 作期间保持在骤冷水位线以下，具有分别标注为512和524的骤冷水进入点和流出点。最 后，合成气冷却器500产生处于大约630 °F的高压蒸汽508，从而降低了如在509处所示标 称温度为大约1250 T的初始热合成气，同时使用上文所述的辅助加热盘管515将有价值的 热能传递到补充气流中。图5B绘出了设置在图5A中实施例的水壁与容器壳体之间的环形空间中的垂直定 向的连续盘管的前正视图。盘管515包括携带在513处进入、在514处流出的补充气体的 连续管路，该连续管路名义上构造成垂直定向的一系列连续环路，其横在图5A中的合成气 冷却器500的内部壳体与外部壳体之间的内部环形空间。转到图6A，大体上以600示出了形成根据本发明的工艺的一部分的备选示例性的 合成气冷却器设计，在此情况下，采用设置在水壁与容器壳体之间的环形空间中的水平定 向的连续盘管。图6A绘出了上文关于图5A描述的合成气冷却器的相同总体构造和操作， 但相比于图5A的实施例具有设置为不同构造的实用补充气体加热盘管615，即作为水平倾 斜的连续环路，具有设置在由容器内壳体壁603与外壳体壁601所限定的环形空间中的管 路开口 613和排放口 614。为了便于参照，合成气冷却器600的其它构件与图5A中用于标 示相似构件的那些相同，但具有对应的600系列标号。图6B提供了设置在图6A中实施例的水壁与容器壳体之间的环形空间中的水平定 向的连续盘管的前正视图，其再次使用600系列项目标号用于如图5B中所绘出的可比较构 件。参看图7，大体上以700示出了根据本发明的另一备选示例性合成气冷却器设计， 这次具有定位在合成气冷却器壳体下部中的水平定向的连续盘管，该合成气冷却器壳体在 正常工作期间含有处在一定压力下的高温骤冷水。图7绘出了与上文关于图5A和图6A所 述的合成气冷却器相同的总体构造和操作，但与图5A的实施例相比具有设置为不同构造 的实用补充气体加热盘管715，即作为水平倾斜的连续环路，具有浸没在设置于骤冷室711 中的加热水以下的管路开口 713 (冷补充气体)和排放口 714 (加热的补充气体)，而非位于 由如图5A和图6A的实施例中所绘出的内壳体壁和外壳体壁所限定的环形空间中。同样，为 了便于参照，合成气冷却器700的其它主要构件与图5A中用于标示相似构件的那些相同， 但具有对应的700系列项目标号。在给定事实为在骤冷室中的水与连续环路715外部之间 发生传导性热传递的情况下，该实施例中的主要热传递系数也将不同。图8示出了大体上以800示出的根据本发明的工艺的一部分的第四备选示例性的 合成气冷却器设计，其采用水平定向的连续补充气体加热盘管815，该盘管815设置在定位 于如上文所述的冷却器的下部区段中的骤冷壁圆锥形区段的相对侧上。图8绘出了与上文 关于图5A描述的合成气冷却器相同的总体构造和操作，但相比于图5A的实施例具有设置 为不同构造的实用补充气体加热盘管815，即作为水平倾斜的连续环路，具有设置在如图所示的骤冷壁805圆锥形区段的相对侧上的管路开口 813和排放口 814。同样，为了便于参 照，该实施例中的合成气冷却器800的其它主要构件与图5A中用于标示相似构件的那些相 同，具有对应的800系列项目标号。图9中以项目900示出了在根据本发明的工艺中使用的第五备选示例性合成气冷 却器设计。在此情况下，包括了设置在冷却内壳体壁内的水平定向的连续盘管(有时称为 冷却器"汲取管"904)。图9因而绘出了与上文关于图5A所述的合成气冷却器相同的总体 构造和操作，但相比于图5A的实施例，具有设置为又一构造的实用补充气体加热盘管815， 即作为水平倾斜的连续环路，其中，补充气体管路开口 913和补充气体排放口 914两者均设 置在如图所示的汲取管904内侧。同样，为了便于参照，该实施例中的合成气冷却器900的 其它主要构件与图5A中用于标示相似构件的那些相同，具有对应的900系列项目标号。图10绘出了该工艺的另一实施例的示例性工艺流程图，其中，用于干燥和加热煤 原料的单独的附加补充气流使用可从合成气流中获得的额外热量来预热，但高温水用作附 加冷补充气体的主要热源。该实施例中的合成气冷却器使用就位的蒸汽回路和高压锅炉供 送水将额外热量给予供给磨碎机或其它磨碎机构的补充气体进料(实际上，“清除"在系 统中的其它位置可得到的额外热量)。该过程致使气化设备的总体热效率上升。在穿过合 成气冷却器1007之后，膨胀的蒸汽/水混合物1008回到高压蒸汽鼓1009用以完成蒸汽回 路，其中，高压蒸汽1010示为离开回路以备下游操作(如蒸汽涡轮机)使用。图10还示出 了高温液体泄料1012 (名义上处在大约630 °F的温度)和供给泵1001的高温进料1013。大体上以1000示出了实施例10中所反映的附加合成气冷却器加热系统，其具有 辐射合成气冷却器1007。在工作中，附加的冷补充气流1003供送穿过热交换器1002，以获 取通过离心泵1001供送到热交换器1002中的高压锅炉供送水1013所传递的热量。所得 到的温度较高的补充气流1004然后直接供送到主要加热气流中，该主要加热气流用于处 理如上文关于实施例1至4描述的磨碎机构(例如，磨碎机或粉碎机)中的煤原料。热交 换器1002下游的冷却的锅炉供送水穿过类似于文氏管的感应器1005，以便从高压蒸汽鼓 1009引入额外量的高温水。所得到的混合流供送到下导管1006中，该下导管1006将水引 入合成气冷却器1007的环形区域中。转到图11，大体上以1100示出了类似于图10的示例性工艺流程图，这次使用的 流动构造用于在将补充气体引入磨碎机构中之前，使用可从合成气冷却器和蒸汽回路中获 得的热量预热附加的补充气流。图11因而绘出了与上文关于图10所述的使用合成气冷却 器的附加补充气体加热回路相同的总体构造和操作，但使用热交换器1102将液体泄料流 1112提供的热量传递给冷补充气体，而非通过如前述实施例中所述的来自于蒸汽鼓的高压 液流。为了便于参照，使用该额外"清除"热量的合成气冷却器回路的其它主要构件与图 10中用于标示相似构件的那些相同，具有对应的1100系列项目标号。图12示出了类似于图10的示例性工艺流程图，其具有第二备选流动构造，用于在 单独的补充气体引入磨碎机构中之前预热该气体。该工艺大体以1200示出。在该实施例 中，通过将附加补充气体热交换器1202定位在高压蒸汽鼓1209自身内来提供额外的清除 热量，而非使用与高压蒸汽鼓液体的任何直接连接来作为加热介质。同样，为了便于参照， 使用该额外的清除合成气热量的合成气冷却器回路的主要构件与图10中用于标示相似构 件的那些相同，具有对应的1200系列项目标号。
最后，图13绘出了类似于图10的另一示例性工艺流程图，但具有第三流动构造， 用于在附加补充气体引入磨碎机构中之前使用合成气冷却来预热该气体。该工艺大体上以 1300示出。这里，辅助补充气体热交换回路将高压蒸汽鼓的水用作加热介质，以作为离心泵 1307的单独的液体循环环路的一部分。辅助热交换器1314下游侧上的高压液体返回管线 1313再循环到高压蒸汽鼓1306。同样，为了便于参照，使用额外的清除合成气热量的合成 气冷却器回路的其它主要构件与图10中用于标示相似构件的那些相同，具有对应的1300 系列项目标号。尽管已结合当前认作是最为实用和优选的实施例描述了本发明，但应当理解，本 发明不限于所公开的实施例，而是相反旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多 种修改和同等布置。
权利要求
一种使用合成气冷却来加热和干燥供给气化器(112)的固体原料(107)的方法，包括如下步骤将来自于所述气化器(112)的合成气排气流(101)的热量传递到补充气流(104)用以形成高温补充气流(105)和冷却的合成气(103)；同时将固体燃料成分和一部分所述高温补充气流(105)供送到用于所述固体原料(107)的磨碎机构(106)中；形成包括碎原料颗粒和所述补充气流(105)的两相固体/气体流(108)；同时加热和干燥所述碎固体原料用以除去水和升高所述颗粒的温度；从所述两相固体/气体流(108)分离和排放在所述加热和干燥步骤中所形成的水蒸气；以及将加热和干燥的固体/气体流(111)供送到所述气化器(112)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体原料(107)包括含有夹带水的次烟煤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传递来自于所述合成气排气流的热量的 所述步骤发生在热交换器(102)中，所述热交换器(102)将温度为大约2250下的所述原始 合成气排气(101)的热量传递给处于大致环境温度的所述补充气体(104)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补充气体(104)包括加热到大约 600 °F的所述热交换器出口温度的氧气受限气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤使含有碎固体 颗粒的所述两相固体/气体流(108)的一部分再循环到用于形成所述颗粒的磨碎机(106)。
6.一种使用合成气冷却来加热和干燥供给气化器(215)的固体煤原料(210)的系统， 包括第一热交换器(205)，其用于将来自于所述气化器(215)下游的合成气排气流(201)的 热量传递给补充气流(207)；磨碎机构(209)，其能够减小供送给所述气化器(215)的固体燃料的颗粒尺寸且形成 两相固体/气体流(211)；加热气流(208)，其具有足够的热值用以蒸发夹带在所述两相固体/气体流(211)中的 颗粒上所吸收的水；第二热交换器(202)，其用于冷凝和除去所述两相固体/气体流(211)中的大致所有的 被蒸发的水；以及输送装置，其尺寸形成为用以将所述两相固体/气体流(211)移动到所述气化器(215)中。
7.根据权利要求6所述的用于加热和干燥固体煤原料(210)的系统，其特征在于，所述 第一热交换器(205)产生高温补充气流(208)和冷却的合成气排气流。
8.根据权利要求6所述的用于加热和干燥固体煤原料的系统，其特征在于，所述加热 手段导致两相固体/气体流(211)包括夹带在部分所述补充气流(207)中的碎煤颗粒。
9.根据权利要求6所述的用于加热和干燥固体煤原料的系统，其特征在于，进入所述 系统的所述补充气体(207)包括氧气受限气体。
10.根据权利要求6所述的用于加热和干燥固体煤原料(210)的系统，其特征在于，所述系统还包括第三热交换器，在所述补充气体(207)供送到所述磨碎机构(209)之前，所述 第三热交换器将来自于液体泄料流的热量传递到所述补充气体(207)。
11.一种用于在发电设备中将来自于合成气排气流(513)的热量传递到补充气流的合 成气冷却器系统(500)，包括压力容器，其具有圆柱形外壳体(501)和圆柱形内壳体(503)，所述圆柱形内壳体 (503)从所述外壳体(501)沿径向向内设置，用以在其间限定周向间隙(516)；环形密封组件(517，518)，其设置在所述间隙(156)的一端处，且联接到所述内壳体壁 (503)和所述外壳体壁(501)上，用以将所述周向间隙(516)分成其上部和下部；第一热交换元件(515)，其设置在所述间隙(516)内用于经由所述合成气冷却器(500) 输送所述补充气体；用于所述补充气体的进入端口和流出端口，其联接到所述第一热交换元件上并联接到 所述外壳体壁(501)上位于其上部；第二热交换元件，其从所述间隙和所述内壳体(503)沿径向向内设置，用于沿所述合 成气冷却器(500)的内部向下输送高温合成气(507)；用于所述高温合成气的进入端口和流出端口，其联接到所述外壳体壁(501)上位于其 下部；以及朝向所述合成气冷却器(500)的底部定位的骤冷管路(504)，其尺寸形成为用以包含 一定量的骤冷水(511)。
12.根据权利要求11所述的合成气冷却器系统，其特征在于，来自于所述合成气(507) 的热量经由所述内壳体壁(503)传递到所述第一热交换元件(515)，用以升高所述补充气 体(513)的温度。
13.根据权利要求11所述的合成气冷却器系统，其特征在于，所述第一热交换元件 (515)包括设置在所述间隙内用于携带所述补充气体(513)的垂直定向的连续管状盘管。
14.根据权利要求11所述的合成气冷却器系统，其特征在于，所述第一热交换元件 (515)包括设置在所述间隙内用于携带所述补充气体的水平定向的连续管状盘管。
15.根据权利要求11所述的合成气冷却器系统，其特征在于，所述第一热交换元件 (515)包括浸没在所述合成气冷却器(500)的下部中的骤冷水位以下的垂直定向的连续管 状盘管。
全文摘要
本发明涉及一种用于干燥进料系统的用合成气冷却来加热干燥气体的方法。具体而言，一种方法通过将来自于原始合成气流(101)的热量传递给用作供给气化器(112)的主要进料的固体燃料(107)来改善煤发电设备的总体热效率，其包括如下步骤首先通过将热量传递到供给干燥进料制备系统的补充传送气体进料(104)来冷却合成气排气(101)，将固体燃料成分和部分补充气流供送到用于固体原料的磨碎机构(106)中，形成包括碎原料颗粒和补充气体的两相固体/气体流(108)，加热和干燥碎固体原料颗粒用以除去水，分离和除去在加热和干燥步骤中形成的水蒸气，以及将加热和干燥的固体/气体流供送到气化器(106)。
文档编号F23K3/02GK101922851SQ201010208550
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年6月12日
发明者G·F·弗里, J·B·科里, O·莫尔, S·C·拉塞尔, S·R·米什拉 申请人:通用电气公司