洗涤器组件的制作方法

洗涤器组件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于气化系统的洗涤器。所述洗涤器可包括柱、用于污浊合成气流的进口、围绕所述进口设置的进口扩散器系统和用于净化合成气流的出口。
【专利说明】洗涤器组件
【技术领域】
[0001]本申请案及相应专利大体涉及气化系统，确切地说，涉及一种用于除去固体和液体的带有进口扩散器的洗涤器组件。
【背景技术】
[0002]整体气化联合循环(“ IGCC”)发电厂使用例如煤等各种类型的碳氢化合物供料，相对洁净而高效地产生能量。具体而言，IGCC技术可以将碳氢化合物供料转化为一氧化碳和氢气的气体混合物，称为“合成气”(合成气体)，方法是让碳氢化合物供料在气化器中与蒸汽或水发生反应。在气化器之后，合成气可以在传统的联合循环发电厂中净化、处理并用作燃料。例如，合成气可以输送到燃气涡轮发动机的燃烧器中并且燃烧，以用于发电或驱动任何其他类型的负载。合成气还可以用于化工生产、用在精炼厂中以及其他地方。
[0003]在气化过程中，固体颗粒可能会被夹带在合成气流中。随后热的合成气进行淬冷，会使气流中水饱和，从而在其中夹带液态水滴。在进一步处理之前，必须先除去夹带的固体和夹带的水滴。传统上，这个除去过程是通过合成气洗涤器或分离器来完成的。洗涤器可能是大型加压柱，所述大型加压柱可以包括进口、分馏槽和除雾器。典型的进口会迫使气流穿过集水槽中的水，以除去固体。随后气体可以流过分馏槽，以进行气体/液体接触,并且在液相中除去固体颗粒。之后，任何剩余的液流都可以由除雾器除去。
[0004]然而，当进入合成气洗涤器的流率增加时，可能会达到传统部件的最大容量。因此，总效率可能会 降低，而且合成气流中可能仍剩余有过量的夹带水。
[0005]因此，需要一种改进的洗涤器组件来调节增加的通过其的流率，但不会降低总效率和性能。这样的改进的洗涤器组件最好能维持或提高系统整体效率和性能，同时维持紧凑的载体几何形状。

【发明内容】

[0006]因此，本申请案及相应专利提供一种用于气化系统的洗涤器。所述洗涤器可以包括柱、用于污浊合成气流的进口、围绕所述进口设置的进口扩散器系统和用于净化合成气流的出口。
[0007]本申请案及相应专利进一步提供一种在洗涤器中净化污浊合成气流的方法。所述方法可以包括以下步骤:使所述污浊合成气流入所述洗涤器的柱中；使所述污浊合成气流入带有多片弯曲导叶的进口扩散器中；迫使所述污浊合成气在所述柱内形成环流；以及在离心力和重力的作用下，将夹带的固体和液体与所述污浊合成气分离。
[0008]本申请案及相应专利进一步提供一种用于气化系统的洗涤器。所述洗涤器可以包括柱、用于污浊合成气流的进气管、围绕所述进气管的末端设置的进口扩散器系统，和用于净化合成气流的出口。所述进口扩散器系统可以包括多片弯曲导叶，用于在所述污浊合成气流中产生环流。
[0009]通过结合若干附图和所附权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的技术人员可清楚地了解本申请案及相应专利的这些和其他特征以及改进。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是整体气化联合循环发电厂的示意图。
[0011]图2是可以用于图1所示的整体气化联合循环发电厂的气化器和洗涤器的示意图。
[0012]图3是本说明书中可能描述的洗涤器组件的平面侧视图。
[0013]图4是可以与图3所示的洗涤器组件一起使用的进口扩散器的透视图。 [0014]图5是本说明书中可能描述的洗涤器组件的一个替代实施例的平面侧视图。
[0015]图6是可以与图5所示的洗涤器组件一起使用的进口扩散器的平面俯视图。
【具体实施方式】
[0016]现在参考附图，在附图中，相似数字指代多幅图中的相似元件，图1示出气化系统10的一个实例，例如，可以由合成气提供动力的整体气化联合循环(IGCC)系统。气化系统10可以包括燃料源12，例如，固体燃料，其可以用作气化系统10的能量源。燃料源12可以包括煤、石油焦炭、生物质、木质材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和浙青，或者其他含碳燃料。
[0017]燃料源12的固体燃料可以输送到供料准备单元14。例如，通过将燃料源12剁碎、研磨、切碎、磨碎、压块或堆积，供料准备单元14可以调整燃料源12的大小或形状，以生成供料。此外，水或其他合适的液体可以添加到供料准备单元14中的燃料源12中，从而形成浆体供料。在其他实例中，可以不向燃料源12添加液体，以便产生干燥的供料。
[0018]供料可以从供料准备单元14输送到气化器16。气化器16可以将所述供料转化成合成气，例如，一氧化碳和氢气的组合。实现这一转化的方法可以是，在升高的压力(例如，从约400psia到约1300psia (约2758kPa到约8963kPa))和温度(例如，约2200。F到约2700° F(约1204°C到约1482°C ))下，使所述供料经受控制量的蒸汽和氧气，具体取决于气化器16的类型。在热解过程中加热所述供料可以产生固体(例如，焦炭物)和残余气体(例如，一氧化碳、氢气以及氮气)。
[0019]在气化器16中的燃烧反应可以包括将氧气引入所述焦炭物和残余气体中。另外，蒸汽、水和/或其他缓和剂可以引入气化器16中。气化器16将所述蒸汽、水和/或其他调节剂与氧气一起使用，使得所述供料中的一些得以燃烧，从而产生二氧化碳、一氧化碳以及能量，并且驱动第二反应，所述第二反应将其他供料转化为氢气和额外的二氧化碳。
[0020]通过这种方式，所得气体可由气化器16制成。例如，所得气体(合成气)可以包括约百分之七十五到八十五(75%-85%)的一氧化碳和氢气，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3、HCN和H2S (基于供料的硫含量)。然而，合成气组成可以在很大范围内变化，具体取决于所用的供料和/或具体的气化应用。所得气体可以称为“污浊合成气”。气化器16也可能生成副产物，例如，渣滓18，所述渣滓可能是湿灰材料。如下文更详细地描述，气体洗涤器单元20可以用来净化所述污浊合成气(带有细微固体颗粒的合成气)。气体洗涤器单元20可以洗涤所述污浊合成气，以便从所述污浊合成气中除去细微固体。因此，通过气体洗涤器单元20可以生成固体浓度较低的合成气。同样，所述合成气中的液态水浓度也较低。[0021]气体处理器30通常可以用来除去净化合成气中的残余气体成分32，例如，硫和其他残留化学品。但由于净化合成气即使在包括残余气体成分32 (例如，尾气)时，也可以用作燃料或进料，因此，从净化合成气中除去残余气体成分32可以是任选的。这种净化合成气可以进行额外清洗，和/或引导到燃气涡轮发动机36的燃烧器34中作为可燃燃料。
[0022]气化系统10可以进一步包括空气分离单元(ASU) 38。例如，ASU38可以使用蒸馏技术来将空气分离成组分气体。ASU38可以将氧气从空气中分离出来并且将分离出的氧气输送到气化器16，其中所述空气是从补充空气压缩机40供应到所述ASU中的。另外，ASU38可以将分离出的氮气引导到稀释氮气(DGAN)压缩机42。DGAN压缩机42可以将从ASU38接收到的氮气至少压缩到与燃烧器34中的压力级别相当的压力级别，以防干扰合成气的适当燃烧。因此，一旦DGAN压缩机42已将氮气压缩至适当级别，所述DGAN压缩机42便可将压缩氮气引导到燃气涡轮发动机36的燃烧器34中。
[0023]如上所述，压缩氮气可以从DGAN压缩机42输送到燃气涡轮发动机36的燃烧器34。燃气涡轮发动机36可以包括涡轮机44、驱动轴46和压缩机48，并且包括燃烧器34。燃烧器34可以接收燃料，例如合成气，所述燃料可在压力下从若干个燃料喷嘴注入。这种燃料可以与压缩空气以及来自DGAN压缩机42的压缩氮气混合，并且在燃烧器34内燃烧。这种燃烧可以形成热加压排气。
[0024]燃烧器34可以朝着涡轮机44的排气出口引导所述排气。在来自燃烧器34的排气通过涡轮机44时，所述排气可以推动涡轮机44中的涡轮机叶片，从而沿着燃气涡轮发动机36的轴线旋转驱动轴46。如图所示，驱动轴46可以连接到燃气涡轮发动机36的各种部件，包括压缩机48。
[0025]驱动轴46可以将涡轮机44连接到压缩机48，以形成转子。压缩机48可以包括连接到驱动轴46的叶片。因此，当涡轮机44中的涡轮机叶片旋转时，可以导致驱动轴46旋转压缩机48内的叶片，其中所`述驱动轴46将涡轮机44连接到压缩机48。压缩机48中的叶片旋转会引起压缩机48对经由压缩机48的空气进口接收的空气进行压缩。随后，压缩空气可以被输送到燃烧器34并且与燃料和压缩氮气混合，以便进行更高效率的燃烧。驱动轴46还可以连接到负载50，所述负载可以是固定负载，例如，用于在发电厂中产生电力的发电机。实际上，负载50可以是由燃气涡轮发动机36的旋转输出驱动的任何合适的装置。
[0026]气化系统10还可以包括蒸汽涡轮发动机52和热回收蒸汽发生(HRSG)系统54。蒸汽涡轮发动机52可以驱动第二负载56，例如，用于发电的发电机。然而，分别地，第一负载50和第二负载56均可以是能够由燃气涡轮发动机36和蒸汽涡轮发动机52驱动的其他类型的负载。另外，尽管燃气涡轮发动机36和蒸汽涡轮发动机52可以驱动单独的负载50、56，但如所示实施例中示出，燃气涡轮发动机36和蒸汽涡轮发动机52也可以用单轴前后连接起来，以驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机52和燃气涡轮发动机36的特定构造可以特定实施，并且可以包括这些部分和其他部件的任意组合。
[0027]来自燃气涡轮发动机36的受热排气可以被引导到HRSG54中，并且可以用来加热水和产生蒸汽，从而为蒸汽涡轮发动机52提供动力。来自蒸汽涡轮发动机52的排气可以被引导到冷凝器58中。冷凝器58可以使用冷却塔60来将热水交换成冷水。具体来说，冷却塔60可以将冷却水提供到冷凝器58，从而帮助冷凝从蒸汽涡轮发动机52引导到冷凝器58的蒸汽。来自冷凝器58的冷凝物转而可以被引导到HRSG54中。同样，来自燃气涡轮发动机36的排气也可以被引导到HRSG54中，用以加热来自冷凝器58的水并且产生蒸汽。
[0028]由此，在如气化系统10等联合循环系统中，热排气可以从燃气涡轮发动机36流到HRSG54，在所述HRSG中，所述热排气可以用来生成高压高温蒸汽。由HRSG54产生的蒸汽随后可以穿过蒸汽涡轮发动机52，以便进行发电。此外，所产生的蒸汽还可以供应到可能使用蒸汽的任何其他过程，例如，供应到气化器16。燃气涡轮发动机36发电循环通常称作“顶循环”，而蒸汽涡轮发动机52发电循环通常称作“底循环”。通过如图1所示组合这两种循环，IGCC系统10可以在两种循环中实现更高的效率。具体来说，可以捕获来自顶循环的废热，并将所述废热用于生成蒸汽，以用于底循环。应注意，本说明书中揭示的实例也可以用于非IGCC气化过程，例如，甲醇、氨或其他合成气相关过程。
[0029]如上所述，气体洗涤器单元20可以确保来自气化器16的污浊合成气先得以净化(细微固体和液态水)，然后再将所述合成气送去下游清洗，并且最终用于提供动力、制作化学品和/或用于其他用途。图2是图1所示的气化器16和气体洗涤器单元20的一个示例性实施例的示意图。如图所示，气化器16可以包括反应室62和淬冷室64。反应室62可以由耐火内衬66界定。如上所述，来自供料准备单元14的供料(例如，煤浆)以及分别来自ASU38和HRSG54的氧气和蒸汽，可以被引入到气化器16的反应室62中并且转化成污浊合成气。所述污浊合成气可能包括渣滓、细粉以及其他污染物。
[0030]在气化器16的反应室62内生成的污浊合成气可以处于升高的压力和温度下。高压高温的污浊合成气可以通过耐火内衬66的底端68进入淬冷室64，如箭头70所示。通常，淬冷室64可以用来降低所述污浊合成气的温度。在某些实例中，淬冷环72可以位于耐火内衬66的底端68附近。如图所示，淬冷水可以从主回水线76获得，穿过淬冷水进口 74而进入淬冷室64。通常，所述淬冷水可以流过淬冷环72，并且向下沿着滴管78进入淬冷室集水槽80。由此，所述淬冷水可以冷却所述污浊合成气，接着，在冷却之后，通过合成气出口 82排出，如箭头 84所示。合成气出口 82通常可以与淬冷室集水槽80分开并位于其上方，而且可以连接到合成气输送线86，以便通过合成气进口 88而将所述污浊合成气输送到气体洗涤器单元20中。
[0031]如上所述，气体洗涤器单元20可以用来通过除去固体和夹带的水而净化所述污浊合成气，以便形成“净化”合成气，然后所述净化合成气被引导用于进一步处理，随后进入图1所示的燃气涡轮发动机36的燃烧器34中。具体来说，气体洗涤器单元20可以洗涤所述污浊合成气，以便除去细微的固体颗粒。另外，所述污浊合成气可能含有一定量的夹带水。气体洗涤器单元20还可以用来除去所述污浊合成气中大部分剩余的夹带水。除去的水可以收集在气体洗涤器单元20的气体洗涤器单元集水槽90中。
[0032]在某些实例中，气体洗涤器单元集水槽90中收集到的水以及进入气体洗涤器单元20中的补充水，可以用作气化器16的淬冷室64内的淬冷水。具体来说，来自气体洗涤器单元20的淬冷水可以由主回水泵94从气体洗涤器单元20的淬冷水出口 92抽出。主流量控制阀96可以用来对通过主回水线76而进入淬冷水进口 74的淬冷水流加以控制。另外，主流量控制传感器98，例如，流量计，可以用来提供反馈，以便对主流量控制阀96进行控制。类似于合成气出口 82，淬冷水进口 74通常可以与气化器16的淬冷室集水槽80分开并位于其上方，而且可以将淬冷水流引入到淬冷环72中。本说明书中可以使用其他部件和其他构造。[0033]图3和图4示出本说明书中可能描述的洗涤器组件100的实例。洗涤器组件100可以用在上述气化系统10和类似系统中，以净化污浊合成气105的气流。洗涤器组件100可以包括加压柱110。加压柱110可以采用任何尺寸、形状或构造。加压柱110可以具有内壁115。加压柱110可以具有进口，例如，延伸于其中的进气管120。进气管120可以与带有污浊合成气105的气流的合成气输送管线86和气化器16连通。加压柱110还可以具有出口，例如，出气口 130。出气口 130可以与下游处理过程以及随后的燃烧器34连通，其中所述燃烧器中带有大体净化合成气135的气流。除雾器140或类似结构可以设置于所述加压柱中。除雾器140可以采用网状垫、V形轮叶及类似形式。本说明书中可以使用其他构造和其他部件。
[0034]洗涤器组件100还可以包括进口扩散器系统150。进口扩散器系统150可以围绕进气管120的末端160设置。在此实例中，进气管120可以具有进入柱110中的向下弯管170。本说明书中可以使用其他形状、尺寸和构造。进气管120可以包括围绕其末端160设置的多个孔口 180，以用于流过其中的污浊合成气105的气流。
[0035]进口扩散器系统150还可以包括在进气管120的末端160处、围绕孔口 180设置的多片导叶190。导叶190可以具有大体弯曲形状200。此弯曲形状200会让环流轨迹形成到污浊合成气105的进入流中。具体来说，气体围绕柱110切向流动，从而离心力和重力有助于将较重的液滴210和固体颗粒220与合成气135的当前净化气流分开。导叶190可以具有可变的长度、开口、角度和其他构造，使得来自进口扩散器150的气流是均匀的并且进入柱110中。变化的形状和尺寸可以用于进气管120。进气管120的末端160可以在其上包括挡板225。挡板225将进气管120的末端160全部或部分密封起来，以迫使所述进入流进入孔口 180和导叶190中。额外的导叶也可以围绕进气管120的末端160设置。本说明书中可以使用其他部件和其他构造。
[0036]进口扩散器系统 150还可以包括喷水出口 240，所述喷水出口围绕柱110的内壁115设置，以便弄湿所述内壁115。在其中有环流延伸的情况下，来自内壁115上的喷水出口240的水薄膜可以有助于将液体和固体与所述气体分开。水管250也可以围绕进气管120设置，以提供可选的水喷雾来接触污浊合成气中的固体。本说明书中还可以使用其他部件和其他构造。
[0037]图5和图6示出了本说明书中可能描述的进口扩散器系统270的另一实施例。在此实例中，进气管120采用直管280的形式。直管280的末端290在其中包括多个孔口 300。进口扩散器系统270进一步包括围绕孔口 300设置的多片导叶310。导叶310还可以具有弯曲形状320，以便采用上述类似方式，让环流轨迹形成到进入流中。本说明书中可以使用其他部件和其他构造。
[0038]因此，具有进口扩散器系统150、270的洗涤器组件100产生环流，从而有助于除去污浊合成气105中夹带的固体220和液体210。即使响应较高的进入合成气流率，进口扩散系统150、270也可以提供一定的性能、可靠性和有效性。进口扩散器系统150、270可以作为原始设备或者作为改装设备的一部分来提供。进口扩散器系统150、270也可以应用于具有夹带了液体和/或固体的气相的其他过程，以便快速有效地将气体与其中夹带的液体和固体分开。
[0039]应了解，上述说明仅涉及本申请案及相应专利的某些实施例。在不脱离本申请案的精神和范围的情况下，所属领域的技术人员可以对本申请案做多种变化和修改，本申请案的精神和范围由 所附权利要求书及其等效物定义。
【权利要求】
1.一种用于气化系统的洗涤器，其包括:柱；用于污浊合成气流的进口；围绕所述进口设置的进口扩散器系统；以及用于净化合成气流的出口。
2.根据权利要求1所述的洗涤器，其中所述柱包括加压柱。
3.根据权利要求1所述的洗涤器，其中所述进口包括进气管。
4.根据权利要求3所述的洗涤器，其中所述进口扩散器系统围绕所述进气管的末端设置。
5.根据权利要求3所述的洗涤器，其中所述进气管包括向下弯管。
6.根据权利要求3所述的洗涤器，其中所述进气管包括直管。
7.根据权利要求4所述的洗涤器，其中所述进气管的所述末端中包括多个孔口。
8.根据权利要求4所述的洗涤器，其中所述进口扩散器系统包括围绕所述进气管的所述末端的多片导叶。
9.根据权利要求8所述的洗涤器，其中所述多片导叶包括弯曲形状。
10.根据权利要求1所述的洗涤器，其中所述进口扩散器系统包括围绕所述柱的内壁设置的喷水出口。`
11.根据权利要求1所述的洗涤器，其进一步包括围绕所述进口设置的附加水管。
12.根据权利要求1所述的洗涤器，其进一步包括所述柱内的除雾器。
13.根据权利要求1所述的洗涤器，其中所述进口与气化器连通。
14.根据权利要求1所述的洗涤器，其中所述出口与燃烧器连通。
15.一种用在洗涤器中净化污浊合成气流的方法，其包括:使所述污浊合成气流入所述洗涤器的柱中；使所述污浊合成气流入带有多片弯曲导叶的进口扩散器中；迫使所述污浊合成气在所述柱内形成环流；以及在离心力的作用下，将夹带的固体和液体与所述污浊合成气分开。
16.一种用于气化系统的洗涤器，其包括:柱；用于污浊合成气流的进气管；围绕所述进气管的末端设置的进口扩散器系统；其中所述进口扩散器系统包括多片弯曲导叶，用于在所述污浊合成气流中产生环流；以及用于净化合成气流的出口。
17.根据权利要求16所述的洗涤器，其中所述进气管包括向下弯管。
18.根据权利要求16所述的洗涤器，其中所述进气管包括直管。
19.根据权利要求16所述的洗涤器，其中所述进口扩散器系统包括围绕所述柱的内壁设置的喷水出口。
20.根据权利要求16所述的洗涤器，其进一步包括围绕所述进气管设置的附加水管。
【文档编号】C10J3/84GK103764801SQ201280041419
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月14日 优先权日:2011年8月30日
【发明者】J.B.科里, R.L.赵 申请人:通用电气公司