专利名称：用于冷却气化产物的系统和方法
技术领域：
本文公开的主题涉及冷却来自气化器的气体的气化冷却系统,例如辐射式合成气冷却器。
背景技术：
整体气化联合循环(IGCC)动カ装置能够较清洁和高效地用各种烃给料(例如煤)产生能量。IGCC技术可通过在气化器中与蒸汽的反应来将烃给料转化成包括一氧化碳(CO)和氢(H2)的气体混合物，例如合成气。这些气体可在传统的联合循环动カ装置中被冷却、清洁以及用作燃料。例如，辐射式合成气冷却器(RSC)可在水煤气变换反应器和/或其它气体清洁单元的上游接收和冷却合成气。为此，RSC典型地包括热交換器管道，在合成气流过RSC吋，该热交換器管道与合成气交换热而产生经冷却的合成气。热交換器材料可设置在RSC内的各种位置处，例如在RSC的内部内，以及在RSC容器的周向壁内。可惜的是， 许多目前的RSC设计在这些热交換器材料之间不均匀地分配被加热的合成气流，从而导致合成气冷却过程效率低下。这些过程的效率低下可使通过RSC中的热交换而实现最佳的合成气冷却所必需的RSC设计复杂化。
发明内容
在一个实施例中，一种气化冷却系统包括壳体,壳体具有入口、出口和设置在入ロ和出口之间的流体通道。该气化冷却系统还包括设置在流体通道的周围的环形壁，并且流体流适于沿从入口朝向出ロ的流向流动。气化冷却系统进一歩包括一个或多个切向流体喷ロ，该ー个或多个切向流体喷ロ沿周向设置在流体通道的环形壁的周围，并且适于将流体喷射到流体通道中，以在流体流沿流向流动时，使流体流在整个流体通道中成环形地循环。在另ー个实施例中，一种气化冷却系统包括壳体，壳体具有沿纵长地沿着壳体的流向延伸的流体通道。该气化冷却系统还包括环形壁，该环形壁设置在流体通道的周围，并且包括适于在合成气沿流向流动时冷却流体通道中的合成气的隔板。气化冷却系统进一歩包括多个流体喷ロ，该多个流体喷ロ设置在环形壁的周围，并且适于将流体喷射到流体通道中，以在合成气沿流向流动时，沿周向方向将合成气引导向隔板。在另ー个实施例中，一种系统包括气化冷却装置，该气化冷却装置包括壳体，壳体具有入ロ、出口和设置在入口和出ロ之间的流体通道。流体流适于沿从入口朝向出ロ的流向流动，以接触适于冷却流体流的热交換器管道。切向流体喷ロ联接到气化冷却装置的壳体上，并且适于将流体喷射到流体通道中，以在流体流沿流向流动时，使流体流沿周向方向循环。
当參照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中
图I是包括辐射式合成气冷却器(RSC)的整体气化联合循环(IGCC)动力装置的一个实施例的框图；图2是图I的RSC的一个实施例的横截面侧视图；图3是具有切向流体喷口的气化冷却系统的一个实施例的框图；图4是图2的RSC的横截面图，其示出了在图2的线4-4内显示的气化冷却系统的一个实施例；以及图5示出了根据本发明的一个实施例的、控制图2的RSC的流体喷口的方法。部件列表100整体气化联合循环(IGCC)系统
102燃料源104给料准备单元106气化器108 洛料110气体清洁单元111 硫112硫处理器113 盐114水处理单元116气体处理器117残余气体成分118燃气轮机发动机120燃烧器122空气分离单元(ASU)123补充空气压缩机124通往稀释氮(DGAN)压缩机的氮125轴向轴线126径向轴线127周向轴线128冷却塔130 涡轮131传动轴132压缩机134 负载136蒸汽轮机发动机138热回收蒸汽发生(HRSG)系统140 第二负载142冷凝器146福射式合成气冷却器(RSC)147上部区域
148 容器149下部区域150穹顶形部分152 入口153 喉部154 出口 155下游方向156内部区域158热交换器管道159 隔板160 流向162 管路164向下的方向166急冷锥体168向上的方向170传递线路172 气体入口180保护气182合成气184 室186经冷却的合成气188 流体喷口190控制系统192流量控制器194受迫振动频率驱动器196 流体198声学扬声器200放大器202信号发生器204 燃料喷口206 燃料喷口208 燃料喷口210 燃料喷口212受迫振动频率驱动器214受迫振动频率驱动器216受迫振动频率驱动器218受迫振动频率驱动器220流量控制器222流量控制器
224流量控制器226流量控制器228循环流向230周向方向232周向方向234周向方向236 方法238方法步骤 240方法步骤242方法步骤244方法步骤246方法步骤
具体实施例方式如下详细描述的那样，本文提供的是气化冷却系统的实施例，气化冷却系统包括能够在流体流沿下游方向从系统的入口流向出口时使流体流成环形地循环的一个或多个流体喷口。在各种实施例中，这些流体喷口可定位在气化冷却系统内的各种适当的位置上，例如呈设置在气化容器的环形壁的周围的周向布置。另外，在这些实施例中，可沿着环形壁将流体喷口置于任何纵长位置上，例如在热交换器管道的上游。当合适地定位在气化冷却系统内时，该一个或多个流体喷口沿切向将流体喷射到气化容器中，从而使基本纵长地流过容器的热的流体流(例如合成气)循环。前述特征可使得流体流能够例如朝具有适于从流体流中传递出热的隔板的容器的周缘而散布在气化容器的整个容积中。另外，在气化冷却系统中包括流体喷口可提高流体流在设置在容器的流体通道中的热交换器管道的周围的循环，从而使得在流体流和穿过热交换器管道的冷却剂之间有高效的热传递。更进一步，与典型的非喷口式冷却系统相比，通过改变行进通过流体通道的流体流的流率和/或喷射的流体的温度，可更精确地控制气化冷却系统的可操作性。应当注意，流体喷口可设置在各种系统和装置中，例如在工业装备、动力装置或其它应用中发现的那些。在本文描述的实施例中，前述特征位于构造成冷却源自整体气化联合循环(IGCC)动力装置中的气化器的合成气的辐射式合成气冷却器(RSC)的环形壁中。但是，在其它实施例中，流体喷口可位于设计成冷却任何类型的流体流的各种气化冷却系统的任何适当的区域中。因而，基于诸如在整个过程中使用的气化器的类型、所利用的燃料源等的因素，示出的RSC的特征可在大小、形状和布置上经受相当大的变化。因此，除了示出的那些，流体喷口的特征可具有在公开的喷口的范围内的构造。更进一步，提供利用关于期望的冷却过程参数的反馈的控制系统的实施例，以按在空间上有效的方式来控制流体流的冷却。换句话说，公开的控制系统的实施例控制流体喷口的一个或多个参数，以按在空间上可变的方式来影响冷却过程，以改进冷却效率。例如，在某些实施例中，控制系统可独立地调节被引导到冷却容器中的多个流体喷口中的一个或多个流体喷口的受迫振动频率、流率或两者。这些流体喷口可包括合成气喷口、空气喷口、二氧化碳喷口、氧喷口、氮喷口或它们的组合。在一些实施例中，对这些流体喷口进行独立控制会选择性地使得受迫振动频率、流率或两者在该多个流体喷口之间能够有均匀或不均匀的分布。照这样，例如，通过对影响冷却过程的输入中的空间变化作出响应，公开的控制系统可响应于冷却过程、接收自用户的输入等的变化。换句话说，可仅用一个或多个流体喷口的受迫振动频率的改变提供输入中的空间变化，或者可通过改变该多个流体喷口之间的受迫振动频率、流率或两者(即喷口之间的不均匀分布)来提供输入中的空间变化。但是，在许多实施例中，可采用仅单个流体喷口，而且控制系统可构造成控制单个流体喷口的参数，以提高从流体流中传递出热的效率。现在转到附图，图I是可由合成气体(即合成气)提供动力的整体气化联合循环(IGCC)系统100的一个实施例的图示。IGCC系统100的元件可包括可用作IGCC的能量源的燃料源102，例如固体给料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物量、基于木材的材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和浙青，或其它含碳的项目。燃料源102的固体燃料可被传送到给料准备单元104。通过将燃料源102剁碎、碾碎、切碎、粉碎、压块或堆垛，给料准备单元104例如可重新设置燃料源102的大小或形状而产生给料。另外，可在给料准备单元104中将水或其它适当的液体添加到燃料源102，以产 生浆料给料。在其它实施例中，不对燃料源添加液体，从而产生干的给料。给料可从给料准备单元104传送到气化器106。气化器106可将给料转化成合成气，例如一氧化碳和氢的组合。可通过使给料在诸如大约20巴至85巴的升高的压力和诸如大约700摄氏度-1600摄氏度的温度(这取决于所利用的气化器106的类型)下经受受控制的量的蒸汽和氧而实现这个转化。气化过程可包括使给料经历高温分解过程，借此给料被加热。在高温分解过程期间，气化器106的内部的温度的范围可为大约150摄氏度至700摄氏度，这取决于用来产生给料的燃料源102。给料在高温分解过程期间的加热可产生固体(例如炭)和残余气体(例如一氧化碳、氢和氮)。在高温分解过程中给料所留下的炭可重达原始给料的重量的大约30%。然后在气化器106中可发生燃烧过程。燃烧可包括将氧引入到炭和残余气体。炭和残余气体可与氧反应而形成二氧化碳和一氧化碳，这会对随后的气化反应提供热。在燃烧过程期间的温度的范围可为大约700摄氏度至1600摄氏度。接着，在气化步骤期间，蒸汽可被引入到气化器106中。炭可在范围为大约800摄氏度至1100摄氏度的温度下与二氧化碳和蒸汽反应而产生一氧化碳和氢。实质上，气化器利用蒸汽和氧来允许给料中的一些“燃烧”，以产生一氧化碳和能量，这会推动第二反应，第二反应会将进一步将给料转化成氢和额外的二氧化碳。照这样，得到的气体就由气化器106产生。这个得到的气体可包含大约85%的一氧化碳和氢，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基于给料的硫含量)。这个得到的气体可称为脏的合成气，而且，在离开气化器106之后，脏的合成气典型地与诸如渣料108的废料混合，废料可为湿灰材料。离开气化器106的脏的合成气和渣料108处于升高的温度，而且，采用辐射式合成气冷却器(RSC) 146来分离和冷却合成气和渣料的混合物。渣料和脏的合成气的混合物进入RSC146，在RSC 146中如图I中示出的那样使渣料108与脏的合成气分离。然后可从气化器106中移除渣料108，并且将渣料108例如作为路基或另一种建筑材料来处理。在另一方面，脏的合成气被发送向RSC 146的热交换器管道，并且在脏的合成气行进通过RSC 146时，流过热交换器管道的流体可起作用来冷却脏的合成气。因此，流过RSC 146的管道的流体可比流过RSC的脏的合成气处于显著地更低的温度。本文公开的辐射式合成气冷却器的实施例可包括一个或多个特征，例如一个或多个切向流体喷口，该一个或多个特征例如通过将被加热的合成气引导向交换器管道和/或设置在RSC 146的周缘的周围的隔板来使脏的合成气在RSC 146内循环以进行冷却。另外，RSC 146还可包括控制系统，该控制系统能够控制通过该一个或多个喷口而喷射的流体的流率和/或受迫振动频率，以提高或最大程度地提高RSC146的冷却能力。在下面关于图2-4中显示的RSC更加详细地论述了本发明的某些实施例的这些和其它特征。但是，应当注意，这些特征可包括在任何气化冷却系统中，并且不限于辐射式合成气冷却器。在脏的合成气被冷却且与渣料108分离之后，可利用气体清洁单元110来清洁脏的合成气。气体清洁单元110可洗涤脏的合成气，以从脏的合成气中移除HC1、HF、C0S、HCN和H2S,这可包括例如通过硫处理器112中的酸性气体移除过程而在硫处理器112中分离硫111。此外，气体清洁单元110可通过水处理单元114从脏的合成气中分离出盐113，水处理单元114可利用水净化技术来从脏的合成气中产生可用的盐113。随后，来自气体清洁单元110的气体可包括清洁的合成气。 如果期望，可利用气体处理器116来从清洁的合成气中移除残余气体成分117。但是，从清洁的合成气中移除残余气体成分117是可选的，因为即使在包含残余气体成分117 (例如尾气)时，清洁的合成气也可用作燃料。这里，清洁的合成气可包含大约I % -10%的CO (例如3 %的CO)、大约30 % -60 %的H2 (例如55 %的H2)和大约30 % -60 %的CO2 (例如40%的CO2)，并且基本脱去了 H2S。这个清洁的合成气可作为可燃燃料而传输到燃气轮机发动机118的燃烧器120，例如燃烧室(CC)。IGCC系统100可进一步包括空气分离单元(ASU) 122。ASU 122可操作来通过例如蒸馏技术来将空气分离成成分气体。ASU 122可从自补充空气压缩机123供应到其中的空气中分离出氧，并且ASU 122可将分离出的氧传递到气化器106。另外，ASU 122可将分离出的氮传输到稀释氮(DGAN)压缩机124。DGAN压缩机124可将接收自ASU 122的氮至少压缩到等于燃烧器120中的压力水平的压力水平，以便不干涉合成气的恰当燃烧。因而，一旦DGAN压缩机124已经充分地将氮压缩到恰当的水平，DGAN压缩机124就可将压缩氮传输到燃气轮机发动机118的燃烧器120。压缩氮可从DGAN压缩机124传输到燃气轮机发动机118的燃烧器120。燃气轮机发动机118可包括涡轮(T) 130、传动轴131和压缩机(C) 132以及燃烧器120。燃烧器120可接收可在压力下从燃料喷嘴中喷射出的燃料，例如合成气。这个燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机124的压缩氮混合，并且在燃烧器120内燃烧。这个燃烧可产生热的加压排气。燃烧器120可将排气引导向涡轮130的排气出口。在来自燃烧器120的排气传送通过涡轮130时，排气可迫使涡轮130中的涡轮叶片沿着燃气轮机发动机118的轴线旋转传动轴131。如所示出的那样，传动轴131连接到燃气轮机发动机118的各种构件上，包括压缩机132。传动轴131可将涡轮130连接到压缩机132上而形成转子。压缩机132可包括联接到传动轴131上的叶片。因而，在涡轮130中的涡轮叶片的旋转可导致将涡轮130连接到压缩机132上的传动轴131旋转压缩机132内的叶片。在压缩机132中的叶片的这个旋转会导致压缩机132压缩通过压缩机132中的空气进口而接收到的空气。然后压缩空气可被馈送到燃烧器120，并且与燃料和压缩氮混合，以允许有较高效率的燃烧。传动轴131还可连接到负载134上，负载134可为例如动力装置中的固定负载，例如用于产生电功率的发电机。事实上，负载134可为由燃气轮机发动机118的旋转输出提供动力的任何适当的装置。IGCC系统100还可包括蒸汽轮机(ST)发动机136和热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。来自燃气轮机发动机118的被加热的排气可被输送到HRSG 138中，并且被用来加热水，以及产生用来对蒸汽轮机发动机136提供动力的蒸汽。蒸汽轮机发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可为用于产生电功率的发电机。但是，第一负载134和第二负载140两者可为能够被燃气轮机发动机118和蒸汽轮机发动机136驱动的其它类型的负载。另外，虽然燃气轮机发动机118和蒸汽轮机发动机136可驱动单独的负载134和140，如在示出的实施例中显示的那样，但是也可一前一后地利用燃气轮机发动机118和蒸汽轮机发动机136通过单个轴来驱动单个负载。蒸汽轮机发动机136以及燃气轮机发动机118的具体构造可为对于实现而言专有的，而且可包括区段的任何组合。 来自例如蒸汽轮机发动机136的低压区段的排气可被引导到冷凝器142中。冷凝器142可利用冷却塔128来将被加热的水交换成冷冻水。冷却塔128用来对冷凝器142提供冷却水，以协助使从蒸汽轮机发动机136传输到冷凝器142的蒸汽冷凝。来自冷凝器142的冷凝物又可被引导到HRSG 138中。再次，来自燃气轮机发动机118的排气也可被引导到HRSG 138中，以加热来自冷凝器142的水，以及产生蒸汽。在诸如IGCC系统100的联合循环系统中，热的排气可从燃气轮机发动机118中流出，并且传送到HRSG 138，在HRSG 138中可使用该排气来产生高压、高温蒸汽。然后HRSG138所产生的蒸汽可传送通过蒸汽轮机发动机136，以产生动力。另外，产生的蒸汽还可被供应到其中可使用蒸汽的任何其它过程，例如供应到气化器106。燃气轮机发动机118发生循环常常被称为“至顶循环”，而蒸汽轮机发动机136发生循环则常常被称为“及底循环”。通过如图I中示出的那样联合这两个循环，IGCC系统100可导致在两个循环中有较大的效率。具体而言，来自至顶循环的排气热可被捕捉，并且可用来产生用于在及底循环中使用的蒸汽。图2是用于图I的IGCC系统100中的辐射式合成气冷却器146的一个实施例的横截面侧视图。RSC 146具有轴向轴线125、径向轴线126和周向轴线127。RSC 146可包括容器148，容器148可由适当的材料制成，例如第2类第11级的ASTM SA387。容器148起用于RSC 146的壳体或外壳的作用，封闭RSC 146的上部区域147以及RSC146的下部区域149两者。RSC 146的上部区域147可包括穹顶形部分150，穹顶形部分150包括延伸到喉部153中的入口 152。下部区域149包括出口 154。内部区域156由入口 152和出口 154之间的空间限定。在入口 152附近的喉部153沿下游方向155自入口 152朝出口 154扩张。示出的容器148还包括热交换器管道158，热交换器管道158可在RSC 146的上部区域147中。管道158可包括多个管路，该多个管路沿着RSC 146的径向轴线126而设置，并且相对于轴向轴线125在方向上与容器148平行地延伸。冷冻液体(例如水)可流过管道158。因而，在使用期间，管道158可在RSC 146内用作热交换器，并且可使冷却剂循环到外部热交换器，以移除热。也就是说，冷冻液体可循环通过管道158，并且在热的合成气接触热交换器管道158的外表面时被加热。因而，与离开管道158的液体相比，流过热交换器管道158的液体可在更低的温度下进入管道。因此，管道158可由适于用于热的合成气的耐热材料制成。另外，容器148还包括设置在RSC 146的周缘的周围的隔板159，隔板159限定容器148的外壁。在一些实施例中，隔板159可由能够用作热交换器而从接触隔板159的流体中移除热的材料制成。也就是说，在某些实施例中，热交换器管道158和隔板159两者可用来冷却流过RSC 146的液体(例如合成气)。为此，如箭头161所表示的那样，一个或多个切向流体喷口沿周向设置在容器148的环形壁的周围，以将流体喷射到RSC 146中。一旦被喷射，被以循环方式引导的流体就可与沿基本向下的方向从入口 152流向出口 154的热的流体流相互作用，以使热的流体流成环形地循环。因而，通过在热交换器管道158的管之间以及朝容器148的隔板159的周缘分配热的流体流，该一个或多个切向流体喷口 161可促进热的流体流的高效冷却。
例如，在示出的实施例中，在RSC 146的运行期间，在气化器106中产生的合成气作为合成气和渣料的混合物(即热的流体流)而进入RSC 146。渣料108和合成气在RSC146的喉部区域153中基本被分离，并且在分离之后，遵照不同的流径而通过RSC 146的长度的其余部分。在与渣料流动流分离之后，合成气大体以平行于管道158的向下的方式流动，如箭头160所指示的那样。也就是说，合成气流过RSC146的沿纵长地沿着容器148的流向160延伸的气体通道。在合成气沿方向160流过气体通道时，流体喷口 161喷射流体，该流体使合成气在流体通道的周围循环，因而将合成气引导向容器148的隔板159。因此，合成气以与渣料混合的方式通过入口 152而进入RSC 146，与渣料分离，在流体通道的周围成环形地循环，纵长地流过RSC 146的内部区域156，以及然后通过出口 154离开RSC 146。照这样，合成气可接触热交换器管道158和RSC 146的周缘隔板159，并且管道158以及隔板159可用来在合成气行进通过RSC 146时冷却合成气。这个冷却过程的一个结果可为在管道158中产生蒸汽，蒸汽例如可被传输到高压鼓145 (参见图I)，以进行收集且传输到热回收蒸汽发生器138。RSC 146还可包括在RSC 146的下部区域149中的管路162，管路162可协助将经冷却的合成气和分离出的渣料引导出RSC 146。例如，在渣料108离开管路162时，渣料108可沿大体向下的方向164流动，以通过急冷锥体166离开RSC 146。相反，在合成气离开管路162时，经冷却的合成气可沿大体向上的方向168流向传递线路170。可使用传递线路170来将合成气传输到气体清洁单元110和/或燃气轮机发动机118 (参见图I)。原始合成气可腐蚀RSC 146的元件，例如管道158和/或容器148的内壁，如果这些元件与合成气接触的话。因此，在某些实施例中，气体入口 172可将非腐蚀性流体(例如保护气体180(例如氮))传输到RSC 146。这个非腐蚀性流体可在容器148和RSC146的管道158之间大体向下地流动，以形成例如阻止合成气迁移到管158和容器148之间的环形空间中的防护性阻隔。图3是气化冷却系统的框图，其示出了根据本发明的一个实施例的、沿切向设置的流体喷口的运行和控制。如之前那样，气化冷却系统包括RSC 146,RSC 146具有入口 152和出口 154，合成气182通过入口 152而进入RSC 146的室184，经冷却的合成气186通过出口 154而离开RSC 146。也就是说，操作RSC 146来以上面描述的方式降低合成气182的温度，使得离开RSC 146的合成气186与进入RSC146的合成气182相比处于显著降低的温度。为了提高这个冷却过程的效率，提供流体喷口 188，以沿切向将诸如二氧化碳、空气、氧、氮和/或额外的合成气的流体喷射到室184中，从而使合成气182在室184的容积的周围循环。虽然在图3的实施例中示出了单个流体喷口 188，但是在其它实施例中，喷口 188可表示分布在RSC 146的周围的单个喷口或多个喷口。例如，在一个实施例中，多个流体喷口可沿着RSC 146的长度在一个位置处成环形地设置在RSC 146的周边的周围。在其它实施例中，流体喷口可沿着RSC 146的长度设置在多个位置处。事实上，根据公开的实施例，可采用以在邻近的喷口之间有均匀或不均匀的间隔的方式分布的各种流体喷口布置中的任何布置。例如，流体喷口可在某些区域中一起隔得较近，而在其它区域中隔得较开。尽管如此，该多个流体喷口中的各个流体喷口均能够在特定的空间位置处沿切向喷射流体，在该特定的空间位置上，喷口定位成使流过室184的合成气循环。现在转到示出的实施例中的流体喷口 188的运行和控制，提供控制系统190来控 制流体从流体喷口 188喷射到RSC 146的室184中。例如，控制系统190可构造成控制喷口参数，例如受迫振动频率、流体组成、温度、喷口分布等，以展示基于给定的应用而对冷却过程的控制。控制系统190可接收来自操作者的、关于运行参数的输入，例如用来产生合成气的燃料的类型、合成气流率等，并且可利用这些输入来确定合适的喷口参数。另外，在一些实施例中，控制系统190可接收来自设置在气化冷却系统内的一个或多个传感器的、关于系统的冷却性能的反馈。例如，在一个实施例中，温度传感器可以网格的方式设置在RSC146内和/或RSC 146的出口处，而且，基于来自温度传感器的反馈，控制系统190可调节流体喷口 188的参数，直到接收的反馈落在期望的容许区间内为止。为此，控制系统190可包括适当的电路，例如易失性或非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性存储存储器、光学存储存储器或它们的组合。此夕卜，各种控制参数可与构造成提供具体输出的代码一起存储在存储器中。例如，控制系统190可编程成以第一频率获取数据，并且对接收到的数据(例如温度传感器数据)增加时间戳，以及以第二频率将控制数据输出给流体喷口 188。如所理解的那样，第一频率和第二频率可与彼此相同或不同，并且可取决于应用和具体设计考量而改变。但是，可对第一频率和第二频率使用任何适当的频率，或者可按任何其它适当的方式来传输数据。更进一步，在一些实施例中，控制系统190可仅存储来自最近期的传感器测量或操作者输入的数据(例如可仅存储前面30分钟的数据)，从而在可获得更近期的传感器数据或运行输入时从控制系统190的存储器中清除历史数据。在这样的实施例中，控制系统190可构造成在必要时访问存储在存储器中的历史数据。在其它实施例中，控制系统190可保留全部或较大量的历史数据作为用于控制气化冷却系统的基准线，或者可访问存储的程序，以指引喷口的运行。在示出的实施例中，为了展示对合成气冷却过程的期望控制，控制系统190联接到流量控制器192 (例如阀)和受迫振动频率驱动器194(例如声学扬声器198、放大器200和信号发生器202)上，以控制与被喷射到RSC 146的室184中的流体196相关联的流量和受迫振动频率。在运行期间，流体喷口 188(或流体喷口组)接收沿着具有流量控制器192和受迫振动频率驱动器194的空气流路径流动的流体196。同时，控制系统190控制流体喷口 188(或流体喷口组)的运行特性，以按均匀的方式或不均匀的方式(这取决于给定的应用)来改变流体喷口的流体流率和/或受迫振动频率。例如，在其中提供了多个流体喷口的实施例中，控制系统190可独立地控制各个单独的喷口，以基本改进合成气182在室184内的分布，从而在热交换器管道和容器壁的隔板之间提供热的合成气的较均勻分布，以改进合成气冷却。例如，通过使用热交换器管道和容器隔板来较均匀地冷却合成气，对多个喷口中的单独的喷口的流率和受迫振动频率的独立控制可基本减少温度不合乎需要地高的合成气穴(pocket)。因而，通过提供和控制气化系统的一个或多个流体喷口，公开的实施例可修改RSC 146中的冷却过程，以较充分地利用RSC 146的冷却能力。更具体而言，如图3的受迫振动频率驱动器194中进一步示出的那样，受迫振动频率驱动器194的一个实施例可包括信号发生器202、放大器200和声学喇口入198或扬声器。信号发生器202构造成产生具有一定周期或频率的周期性波形信号，该信号能够响应于控制系统190的控制而改变。放大器200构造成响应于控制系统190的控制而调节周期性波形信号的幅度，例如增大或减小幅度。喇叭198构造成以期望的幅度输出周期性波形信号，以产生能够以声学的方式迫使排出的流体流改变形状、大小或混合特性的声波。具体而言，声波可促使在喷口 188的下游形成大规模结构(例如旋涡)，从而改进流体喷口的空间分布和对合成气的影响。在其它实施例中，受迫振动频率驱动器194可包括迫使排出的流体流改变形状、大小或混合特性的其它未示出的构件。例如，受迫振动频率驱动器194可包括构造成以期望的变化频率来振动或调整流体流的任何构件。例如，在一个实施例中，可使用振动阀来以期望的频率振动流体流。在另一个实施例中，流体流的压力可按期望的频率搏动。在这样的实施例中，受迫振动频率驱动器194可包括构造成改变流体流的声学属性的阀、搏动机构、振动机构和/或调整机构。 图4是RSC 146的沿着图2的线4_4得到的横截面图，其示出了设置在气化冷却系统的一个实施例的隔板159的周围的多个切向流体喷口 204、206、208和210的布置的运行。如所示出的那样，各个燃料喷口 204、206、208和210联接到相应的受迫振动频率驱动器212、214、216和218和相应的流量控制器220、222、224和226上，它们全部都能够通过来自控制系统190的独立的控制信号而被调节，如上面大体论述的那样。在示出的平面上，气化冷却系统包括设置在容器的隔板159的周围的四个燃料喷口 204、206、208和210。但是，可在气化冷却系统的其它实施例中采用任何适当的数量或布置的流体喷口。在运行期间，控制系统190独立地或均匀地控制流体喷口 204、206、208和210。再次，独立或均匀的控制可包括流体喷口中的一个或多个的受迫振动频率、受迫振动幅度和流率的变化，从而改变流体喷口对冷却过程的空间影响。具体而言，控制系统190可调节各个流体喷口的受迫振动频率、幅度和流率，以改变喷射的流体的形状、大小、穿透度和混合特性，以影响流过RSC 146的合成气的冷却。因而，依靠可在一些实施例中展示的独立控制，控制系统190能够调节在该多个喷口 204、206、208和210之间的流体喷口特性(例如流率、频率和幅度)的空间分布，以通过利用热交换器管道158和RSC 146的隔板159两者的冷却能力来实现高效的合成气冷却。更具体而言，在运行期间，流体喷口 204例如以箭头228所指示的基本循环方式将流体喷射到室184中，以使合成气在整个室184中成环形地循环。同样，喷口 206、208和210也沿周向将流体喷射到室184中，如分别由箭头230、232和234指示的那样，以沿循环方向引导合成气，以将合成气导引向隔板159，以及使合成气散布在热交换器管158的表面的周围。公开的实施例的前述特征可使得能够在合成气和RSC 146的热交换器材料之间有高效的热传递。更进一步，这种控制和运行会改变行进通过流体通道的合成气的流率，从而使得与典型的非喷口式冷却系统相比，能够更精确地控制气化冷却系统的可操作性。图5示出了根据目前公开的实施例的、控制图2的RSC的流体喷口的方法236。方法236包括确定辐射式合成气冷却器的运行模式(框238)，以及确定用于冷却操作的运行参数(框240)。例如，控制系统 可确定正使用特定类型的燃料来产生接收自气化器的合成气，并且随后，确定与给定的燃料类型相关联的预先限定的控制方案。基于确定的模式和/或参数，调节流体组成、流率、受迫振动频率、温度或喷口分布中的一个或多个(框242)。例如，如果来自气化器的合成气的流率升高，则控制系统可增大进入流体的流率，以有效地循环热的合成气。更进一步，方法236包括在整个冷却操作中监测运行模式和参数(框244)，以及基于这个监测过程来修改流体组成、流率、受迫振动频率、温度和/或喷口分布(框246)。照这样，控制系统可在整个冷却操作中使流体喷口的运行适于以高效的方式来冷却热的合成气。应当注意，在一些实施例中，控制系统的运行可局限于示出的方法的框242、244和246，例如在其中控制系统预加载有期望的默认起始设定的情况下。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种气化冷却系统(146)，包括 壳体(148)，其具有入口(152)、出口 (154)和设置在所述入口 (152)和所述出口 (154)之间的流体通道(156)； 设置在所述流体通道(156)的周围的环形壁(186)，其中，流体流(182)构造成沿从所述入口(152)朝向所述出口(154)的流向(160)流动；以及 一个或多个切向流体喷口(161，188)，其沿周向设置在所述流体通道(156)的所述环形壁(186)的周围，并且构造成将流体喷射到所述流体通道(156)中，以在所述流体流沿所述流向(160)流动时，使所述流体流(182)在整个所述流体通道(156)中成环形地循环。
2.根据权利要求I所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括一个或多个受迫振动频率驱动器(194)，其中，各个受迫振动频率驱动器(194)联接到与所述一个或多个切向流体喷口(188)中的一个相关联的流体路径上，并且构造成调节所 述相关联的流体喷口(188)的受:迫振动频率。
3.根据权利要求2所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述受迫振动频率驱动器(194)包括信号发生器(202)、放大器(200)和声学喇叭(198)。
4.根据权利要求I所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，通过所述一个或多个切向流体喷口(188)喷射的所述流体包括二氧化碳、空气、氧、氮、通过气化过程产生的产物气体或它们的组合。
5.根据权利要求I所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括控制系统(190)，所述控制系统(190)构造成响应于接收到的反馈而调节所述一个或多个流体喷口(188)的受迫振动频率、流体组成、温度、喷口分布或它们的组合。
6.根据权利要求5所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述接收到的反馈包括所述气化冷却系统(146)的运行模式、所述冷却系统的运行参数或它们的组合。
7.根据权利要求I所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述流体流包括接收自气化器(106)的合成气(182)。
8.根据权利要求I所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括沿所述流向(160)在所述壳体(148)的内部设置在所述入口(152)的下游的热交换器管道(158) ο
9.根据权利要求I所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括一个或多个驱动器(194)，其中，各个驱动器联接到与所述一个或多个切向流体喷口(188)中的一个相关联的流体路径上，并且各个驱动器构造成以与所述流体流源自其中的喷口的频率共振的频率驱动所述切向流体喷口(188)。
10.一种气化冷却系统(146)，包括 壳体(148)，其包括沿纵长地沿着所述壳体(148)的流向(160)延伸的流体通道(156)； 环形壁(186)，其设置在所述流体通道(156)的周围，并且包括构造成在所述流体通道(156)中的合成气(182)沿所述方向(160)流动时冷却所述合成气(182)的隔板(159);以及 多个流体喷口(188)，其设置在所述环形壁(186)的周围，并且构造成将流体喷射到所述流体通道(156)中，以在所述合成气沿所述流向(160)流动时，沿周向方向将所述合成气(182)引导向所述隔板(159)。
11.根据权利要求10所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括多个热交换器管(158)，所述多个热交换器管(158)设置在整个所述流体通道(156)中，并且构造成在所述合成气(182)沿所述流向(160)流动时冷却气体通道中的所述合成气(182)。
12.根据权利要求10所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括控制系统(190)，所述控制系统(190)构造成响应于关于所述气化冷却系统(146)的运行模式、所述气化冷却系统(146)的运行参数或它们的组合的反馈而调节所述多个流体喷口(188)中的至少一个流体喷口的受迫振动频率。
13.根据权利要求10所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述多个流体喷口(188)包括沿径向设置在所述壳体(148)的周边的周围的不同位置处的多个氮喷口、多个空气喷口、多个合成气喷口、多个二氧化碳喷口或它们的组合。
14.根据权利要求10所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括控制系统(190)，所述控制系统(190)构造成响应于关于所述气化冷却过程的运行的接收到的反馈而调节所述多个流体喷口(188)之中的喷口参数的分布。
15.根据权利要求14所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述喷口参数包括流体流率、受迫振动频率或它们的组合。
16.根据权利要求10所述的气化冷却系统(146)，其特征在于，所述气化冷却系统(146)包括多个驱动器(194)，其中，各个驱动器联接到与所述多个流体喷口(188)中的一个相关联的流体路径上，并且各个驱动器构造成以与所述流体流源自其中的喷口的频率共振的频率驱动切向流体喷口。
全文摘要
本发明涉及用于冷却气化产物的系统和方法。本文提供的气化冷却系统(146)的实施例可包括壳体(148)、环形壁(186)和沿周向设置在环形壁(186)的周围的一个或多个切向流体喷口(188)。壳体(148)包括入口(152)、出口(154)和设置在入口(152)和出口(154)之间的流体通道(156)。环形壁(186)设置在流体通道(156)的周围，并且流体流(182)构造成沿从入口(152)朝向出口(154)的流向(160)流动。该一个或多个切向流体喷口(188)适于将流体喷射到流体通道中，以在流体流沿流向(160)流动时，使流体流(182)在整个流体通道(156)中成环形地循环。
文档编号C10J3/72GK102757824SQ20121013839
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月26日 优先权日2011年4月29日
发明者G·M·拉斯科夫斯基, R·布兰查德 申请人:通用电气公司