用於操作功率產生系統的系統和方法
2023-07-30 04:41:16 1
專利名稱：用於操作功率產生系統的系統和方法
技術領域：
本發明大體涉及功率產生系統，並且更特別地涉及用於為整體氣化聯合循環功率產生系統提供燃料的方法和系統。
背景技術：
至少一些已知的功率產生系統溼潤進入燃氣渦輪發動機的氣體。溼潤氣體中的水分傾向於增加供入燃氣渦輪發動機的質量，使得燃氣渦輪發動機的效率的增加得以實現。 氣體的溼潤利用能量以蒸發增添到氣體流中的水。另外，功率產生系統也可乾燥被供給到氣化器中的固態燃料。乾燥典型地通過在注入氣化器之前使惰性氣體流與燃料接觸來執行。燃料中的水分利用來自燃料的能量進行蒸發。用來溼潤氣體的能量和用來乾燥燃料的能量是對系統的損失並且該損失傾向於降低系統的效率。
發明內容
在一個實施例中，燃料供應系統包括燃料流的供應和氣體流的供應，其中，燃料包括在第一預定範圍內的一定量的水分，氣體包括在第二預定範圍內的一定量的水分並且第二預定範圍比第一預定範圍小。燃料供應系統還包括容器，其構造成接收燃料流和氣體流， 混合燃料流和氣體流並且將燃料流和氣體流分離，其中，水分從燃料流轉移至氣體流。在另一實施例中，操作燃料供應系統的方法包括接收含碳燃料流，該燃料包括第一數量的水分，並且混合含碳燃料流和氣體流使得燃料中的第一數量的水分降低並且氣體中的第二數量的水分增加。氣體流包括一定量的熱量並且在混合期間該一定量的熱量中的至少一些轉移至燃料流。在又一實施例中，整體氣化聯合循環功率系統包括燃料乾燥器，其構造成接收燃料流、接收流體流、將水分從燃料轉移至氣體並且將熱量從氣體轉移至燃料。
圖1-3示出本文所描述的方法和系統的示範實施例。圖1為示範整體氣化聯合_循環(IGCC)功率產生系統的示意圖；圖2為根據本發明的一實施例的整體氣化聯合-循環(IGCC)功率產生系統的一部分的示意框圖；並且圖3為根據本發明的另一實施例的整體氣化聯合_循環(IGCC)功率產生系統的一部分的示意框圖。
具體實施例方式以下詳細描述通過舉例而不是限制的方式示出本發明的實施例。預期的是，本發明具有廣泛應用以通過在工業、商業和家庭的應用中利用來自工藝的一部分的廢棄熱量以替換工藝的另外部分的熱量來節約能量。
就本文所用而言，以單數提出並且前面帶著單詞「一」或「一個」的元件或者步驟應該理解為不排除多個元件或者步驟，除非這種排除被明確地提出。此外，對本發明的「一個實施例」的參考不意圖被解釋為排除也具有所提出特徵的另外實施例的存在。圖1為示範整體氣化聯合-循環(IGCC)功率產生系統10的原理圖。IGCC系統 10通常包括主空氣壓縮機12、流體連通地聯接到壓縮機12的空氣分離單元(ASU) 14、流體連通地聯接到ASU 14的氣化器16、流體連通地聯接到氣化器16的合成氣體冷卻器18、流體連通地聯接到合成氣體冷卻器18的燃氣渦輪發動機20和流體連通地聯接到合成氣體冷卻器18的蒸汽渦輪22。在不同的實施例中，氣化器16和合成氣體冷卻器18聯合成單個整體容器。在操作中，壓縮機12壓縮隨後被引入ASU 14的外界空氣。在示範實施例中，除來自壓縮機12的壓縮空氣外，來自燃氣渦輪發動機的壓縮機M的壓縮空氣也供應到ASU 14。 可選地，來自燃氣渦輪發動機的壓縮機M的壓縮空氣供應到ASU 14，而不是來自壓縮機12 的壓縮空氣供應到ASU 14，在示範實施例中，ASU 14利用壓縮空氣以產生由氣化器16所用的氧氣。更具體地，ASU 14將壓縮空氣分離成單獨的氧氣(O2)流和副產物氣體流，副產物氣體流有時被稱作「工藝氣體」。02流被引入氣化器16用於產生部分燃盡的氣體，本文中稱作「合成氣體」，其作為燃料由燃氣渦輪發動機20使用，如下文將更詳細地描述的。由ASU 14產生的工藝氣體包括氮氣並且將在本文中被稱作「氮工藝氣體」(NPG)。 NPG也可包括其它氣體，諸如但不限於，氧氣和/或氬氣。例如，在示範實施例中，NPG包括在約95%和約100%之間的氮氣。在示範實施例中，至少一些NPG流從ASU 14排出到大氣， 並且至少一些NPG流注入在燃氣渦輪發動機的燃燒器沈內的燃燒區(未示出)以便於控制發動機20的排放，並且更具體地以便於降低燃燒溫度和降低來自發動機20的一氧化二氮的排放。在示範實施例中，IGCC系統10包括用於在氮工藝氣體流注入燃氣渦輪發動機的燃燒器26的燃燒區之前壓縮氮工藝氣體流的壓縮機觀。在示範實施例中，氣化器16將從燃料供應30供應的燃料、由ASU 14供應的02、 蒸汽和/或石灰石構成的混合物轉換成合成氣體的輸出，其作為燃料由燃氣渦輪發動機20 使用。雖然氣化器16可利用任何燃料，但是在示範實施例中，氣化器16利用煤、石油焦炭、 殘油、油乳劑、浙青砂和/或其它類似的燃料。此外，在示範實施例中，由氣化器16產生的合成氣體包括二氧化碳。氣化器16可為固定床氣化器、流化床氣化器和/或氣流床氣化器 (entrained gasifier)。在示範實施例中，由氣化器16產生的合成氣體被引入合成氣體冷卻器18以便於冷卻合成氣體，正如下文將更詳細地描述的。冷卻的合成氣體從合成氣體冷卻器18引入到洗滌器，並且經過額外的冷卻進入淨化設備32，用於在合成氣體被引入到燃氣渦輪發動機的燃燒器26以用於其燃燒之前清潔合成氣體。硫化氫( 在淨化期間從合成氣體分離並且運送到處理單元，在該處理單元處硫化氫轉換成產物，典型地為硫磺或硫酸。二氧化碳 (CO2)也可在淨化期間從合成氣體分離，並且在示範實施例中也可排出到大氣。燃氣渦輪發動機20驅動供應電功率到電網(未示出)的發電機34。來自燃氣渦輪發動機20的排氣引入到熱回收蒸汽發生器36，其產生蒸汽並且使蒸汽過熱以驅動蒸汽渦輪22。由蒸汽渦輪 22產生的功率驅動提供電功率到電網的發電機38。此外，在示範實施例中，系統10包括泵40，其將來自蒸汽發生器36的預熱的水供應到合成氣體冷卻器18以便於冷卻從氣化器16引入的合成氣體。煮沸的水通過合成氣體冷卻器18引入，其中水轉換成蒸汽。來自合成氣體冷卻器18的蒸汽隨後回到蒸汽發生器 36以在氣化器16、合成氣體冷卻器18和/或蒸汽渦輪22內使用。圖2為根據本發明的一實施例的整體氣化聯合-循環(IGCC)功率產生系統10(圖 1中示出)的一部分的示意框圖。在示範實施例中，IGCC功率產生系統10包括燃料乾燥器 2 00，其在燃料供應30和氣化器16之間串行流體連通。燃料乾燥器200也在合成氣體冷卻器18和淨化設備32之間串行流體連通。燃料乾燥器200構造成接收來自燃料供應30的相對冷並且潮溼的燃料流和來自合成氣體冷卻器18的相對熱並且乾燥的合成氣體流。合成氣體流和燃料流被促使在燃料乾燥器200內混合，使得合成氣體和燃料得以彼此緊密接觸。在緊密接觸期間，熱量從合成氣體轉移至燃料，從而在燃料被引出燃料乾燥器200並且進到氣化器16之前乾燥燃料。同樣在緊密接觸期間，水分從燃料轉移至合成氣體，從而在合成氣體被引出燃料乾燥器200並且進到淨化設備32和燃燒器26之前使合成氣體潮溼。 在一實施例中，提供在燃料乾燥器200和淨化設備32之間串行流體連通的輔助淨化設備 202。輔助淨化設備202構造成移除在燃料和合成氣體的緊密接觸期間夾帶在燃料乾燥器 200中的合成氣體內的固體和微粒。圖3為根據本發明的另一實施例的整體氣化聯合-循環(IGCC)功率產生系統 10(圖1中示出)的一部分的示意框圖。在該示範實施例中，IGCC功率產生系統10包括在燃料供應30和氣化器16之間串行流體連通的燃料乾燥器200。燃料乾燥器200也在空氣分離單元(ASU) 14和燃燒器26之間串行流體連通。燃料乾燥器200構造成接收來自燃料供應30的相對冷並且潮溼的燃料流和來自ASU 14的相對熱並且乾燥的氮工藝氣體(NPG) 流。NPG流和燃料流被促使在燃料乾燥器200內混合，使得NPG和燃料得以彼此緊密接觸。 在該緊密接觸期間，熱量從NPG轉移至燃料，從而在燃料被弓丨出燃料乾燥器200並且進到氣化器16之前預熱燃料。同樣在該緊密接觸期間，水分從燃料轉移至NPG，從而在NPG被引出燃料乾燥器200並且進到燃燒器26之前使NPG潮溼。在一實施例中，提供在燃料乾燥器 200和燃燒器26之間串行流體連通的輔助淨化設備202。備用的輔助淨化設備202構造成移除在燃料和NPG的緊密接觸期間夾帶在燃料乾燥器200中的NPG內的固體和微粒。在不同的實施例中，如果利用的話，壓縮機28串行流體連通地定位在燃料乾燥器200和輔助淨化設備202之間。壓縮機28用來在NPG流注入燃氣渦輪發動機的燃燒器26的燃燒區之前壓縮NPG流。雖然燃料的預熱和乾燥的源在上文中描述為合成氣體和/或NPG，但是應當理解， 任何相對乾燥的氣體源可用以乾燥和/或預熱進入氣化器16的燃料流。另外，燃料可在乾燥之後並且注入氣化器16之前儲存在漏鬥或者罐中。在示範實施例中，燃料乾燥器200包括固定容器。在可選的實施例中，燃料乾燥器200包括可圍繞縱向軸線旋轉的可移動容器。上文描述的功率產生系統的方法和系統的實施例通過利用可原本是對系統的損失的熱量來執行有用的工作，提供節約成本並且可靠的裝置，從而增加功率產生系統的效率。更具體地，本文所描述的方法和系統便於利用原本將利用來自系統的能量進行冷卻和溼潤的相對熱並且乾燥的工藝中的氣體來乾燥相對潮溼的燃料。另外，上文描述的方法和系統便於利用原本將從系統放出的水分來溼潤氣體。因此，本文所描述的方法和系統便於以節約成本並且可靠的方式增加功率產生系統的效率。
上文詳細描述了示範方法和裝置，其用於利用供入功率產生系統的燃氣渦輪發動機的氣體來乾燥功率產生系統內的燃料，以增加通過燃氣渦輪發動機的質量流。示出的系統不限於本文所描述的具體實施例，相反，每個實施例的構件可與本文所描述的其它構件獨立並且分別地使用。每個系統構件也可與其它系統構件聯合使用。雖然本公開依照不同的具體實施例進行描述，但是應該認識到，本公開可在具有在權利要求的精神和範圍內的修改的情況下實施。
權利要求
1.一種燃料供應系統，包括燃料流供應，所述燃料包括在第一預定範圍內的一定量的水分； 氣體流供應，所述氣體包括在第二預定範圍內的一定量的水分，所述第二預定範圍比所述第一預定範圍小；和容器，其構造成 接收所述燃料流和所述氣體流； 混合所述燃料流和所述氣體流；和將所述燃料流和所述氣體流分離； 其中，水分從所述燃料流轉移至所述氣體流。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，熱量從所述氣體流轉移至所述燃料流。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述容器包括縱向軸線，所述容器能夠繞所述縱向軸線旋轉。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述氣體流包括氮氣流。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述燃料流包括含碳燃料流。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述燃料流包括固態含碳燃料和液態含碳燃料中的至少一個的流。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述氣體流包括合成氣體流。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括所述容器下遊的淨化設備，所述淨化設備構造成從離開所述容器的氣體流移除燃料的微粒。
9.一種操作燃料供應系統的方法，所述方法包括 接收含碳燃料流，所述燃料包括第一數量的水分；和混合所述含碳燃料流和氣體流，使得所述燃料中的第一數量的水分減少並且所述氣體中的第二數量的水分增加，所述氣體流包括一定量的熱量，其中，在所述混合期間所述一定量的熱量中的至少一些轉移至所述燃料流。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，接收含碳燃料流包括接收煤流。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，混合所述含碳燃料流包括混合所述含碳燃料流和氮氣流。
12.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，混合所述含碳燃料流和氣體流包括混合所述含碳燃料流和合成氣體流。
13.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，混合所述含碳燃料流和氣體流包括在容器內混合所述含碳燃料流和氣體流。
14.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，混合所述含碳燃料流和氣體流混合包括在容器內混合所述含碳燃料流和氣體流，所述容器能夠繞所述容器的縱向軸線旋轉。
15.一種整體氣化聯合循環功率系統，其包括燃料乾燥器，所述述燃料乾燥器構造成 接收燃料流；接收流體流；將水分從所述燃料轉移至所述氣體；並且將熱量從所述氣體轉移至所述燃料。
16.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，還包括分離器，其構造成將所述燃料流的至少一部分與所述流體流分離。
17.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述燃料乾燥器包括縱向軸線，所述燃料乾燥器能夠繞所述縱向軸線旋轉。
18.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述流體流包括固態含碳燃料和液態含碳燃料中的至少一個的流。
19.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述流體流包括合成氣體流。
20.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述分離器定位在所述燃料乾燥器的下遊，所述分離器構造成從離開所述燃料乾燥器的流體流移除燃料的微粒。
全文摘要
提供一種用於供應燃料的系統和方法。該燃料供應系統包括燃料流供應和氣體流供應，其中，燃料包括在第一預定範圍內的一定量的水分，氣體包括在第二預定範圍內的一定量的水分，並且第二預定範圍比第一預定範圍小。該燃料供應系統還包括容器，其構造成接收燃料流和氣體流、混合燃料流和氣體流並且將燃料流和氣體流分離，其中，水分從燃料流轉移至氣體流。
文檔編號C10J1/207GK102439273SQ201080007842
公開日2012年5月2日 申請日期2010年1月25日 優先權日2009年2月10日
發明者R·D·斯蒂爾 申請人:通用電氣公司