具有設備工藝水總零排放的氣化設備的製作方法

2023-05-03 18:41:01

專利名稱：具有設備工藝水總零排放的氣化設備的製作方法
技術領域：
本文所公開的主題涉及用於化學生產的氣化工藝設備和/或整體氣化聯合循環(IGCC)發電設備。更具體而言，所公開的實施例涉及與IGCC發電設備相關聯的零液體排放(ZLD)工藝水系統，其改進了效率且減少了原水消耗。
背景技術：
IGCC發電設備能相對清潔且高效地從各種碳質原料(例如，煤、油或天然氣)生成能量。氣化技術可通過與氣化器中的氧氣和蒸汽起反應而將碳質原料轉變成一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣體混合物，即，合成氣。這些氣體可被清潔、加工並用作IGCC發電設備中的燃料。例如，合成氣可被供給到IGCC發電設備的燃氣輪機的燃燒器內且被點燃以向燃氣輪機提供動力用於發電。但是，IGCC設備的氣化工藝傾向於生成相當大量的灰水，其必須在氣化工藝中利用。灰水的一部分在IGCC發電設備外處理以防止不想要的累積。

發明內容
在範圍上與原始的主張權利的本發明相稱的某些實施例在下文中總結。這些實施例並不意圖限制所主張權利的本發明的範圍，而是這些實施例僅意圖提供本發明的可能形式的簡要總結。實際上，本發明可涵蓋可類似於或不同於下文所述的實施例的各種形式。在第一實施例中，一種系統包括氣化系統，氣化系統具有灰水輸出。該系統還包括冷卻塔系統，其被構造為接收原水且向所述氣化系統供應工藝水。該系統還包括灰水ZLD系統，其被構造為從氣化系統接收灰水、生成第一蒸餾物流且將第一蒸餾物流引導至氣化系統。此外，該系統包括冷卻水ZLD系統，其被構造為接收自冷卻塔系統的冷卻塔排汙(blowdown)、生成第二蒸餾物流且將第二蒸餾物引導至冷卻塔系統。在第二實施例中，一種系統包括氣化系統，氣化系統被構造為輸出灰水。該系統還包括灰水ZLD系統，其被構造為接收灰水且生成第一蒸餾物流。灰水ZLD系統包括氨氣提系統。進出灰水ZLD系統的水量大致相等。在第三實施例中，一種系統包括冷卻塔。該系統還包括具有蒸發池的冷卻水ZLD系統。冷卻水ZLD系統被構造為自冷卻塔接收冷卻塔排汙且生成滷水，滷水被引導至蒸發池。進出冷卻水ZLD系統的水量大致平衡。


當參看附圖來閱讀下文的詳細描述時，本發明的這些和其它特徵、方面和優點將變得更好理解，在所有附圖中，相似的附圖標記表示相似的部件，其中
圖I為整體氣化聯合循環(IGCC)系統的實施例的示意框 圖2為與圖I的IGCC系統有關的工藝水系統的實施例的示意框圖；以及圖3為IGCC設備的實施例的示意框圖，該IGCC設備合併了形成廢水總零排放(TZD)系統的工藝水和廢水技術。
具體實施例方式將在下文中描述本發明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡潔描述，在說明書中可不描述實際實施方式的所有特徵。應了解在任何這種實際實施方式的開發中，如在任何工程或設計項目中，必須做出許多具體實施決策來實現開發者的具體目的，諸如符合系統相關和行業相關約束，對於不同的實施方式，這些約束可不同。此外，應了解，這些開發努力可為複雜且耗時的，但仍然是對於受益於本公開的本領域技術人員的設計、製作和製造的常規任務。當介紹本發明的各種實施例的元件時，冠詞「一」、「一個」 「該」和「所述」意圖表示存在一個或多個這種元件。術語「包括」、「包含」和「具有」意圖是包括性的且意味著可存在除了所列元件之外的額外元件。本公開針對用於利用工藝水和廢水技術來形成多個零液體排放(ZLD)系統的技術和系統，其總體上形成用於整個設備或設施的廢水的總零排放(TZD)系統。特定而言，在某些實施例中，IGCC設備可包括灰水ZLD系統和冷卻水ZLD系統。灰水ZLD系統可被構造 為從IGCC設備的氣化工藝接收灰水且構造為將灰水的一部分轉變成第一蒸餾物流，第一蒸餾物流可引導至IGCC設備的氣化工藝內。相反，冷卻水ZLD系統可被構造為接收冷卻塔排汙(例如，從冷卻塔排放的水以防止水變得被鹽飽和等)且構造成將冷卻塔排汙轉變為第二蒸餾物流，第二蒸餾物流可引導至冷卻水系統。灰水ZLD系統和冷卻水ZLD系統的水平衡(例如，進入水量相對於出來水量)將大致平衡。此外，總設備水排放大致為零。而且，在某些實施例中，可使用滷水蒸發池來替換冷卻水ZLD系統的熱蒸發系統(例如，滷水ZLD系統)。在此情況下，並不產生第二蒸餾物流。在某些實施例中，灰水ZLD系統可包括用於在氨氣提工藝的上遊移除結垢化合物(例如，鈣和二氧化矽)的軟化預處理工藝。此外，在某些實施例中，冷卻水ZLD系統可包括軟化澄清器、一個或多個過濾器、超濾工藝和反滲透工藝，通過這些可處理冷卻塔排汙。在某些實施例中，第一蒸餾物流和第二蒸餾物流可保持與蒸汽冷凝物分離，蒸汽冷凝物可進入和來自IGCC設備的冷卻塔和氣化工藝循環。而且，在某些實施例中，熱交換器可用於在第一蒸餾物流和第二蒸餾物流被引導至冷卻塔內之前冷卻第一蒸餾物流和第二蒸餾物流。每當使用蒸發冷卻時，IGCC設備的冷卻水消耗較大。此外，水流排放為除其它地區之外的美國西部乾燥部分和存在嚴格水排放限制的地區日益重要的問題。可通過使用本文所公開的ZLD系統來減少水消耗，其可最小化上文所提到的約束的操作影響。更具體而言，所公開的實施例表示技術和水流工藝路線(routine)的獨特集成來實現液壓平衡的系統，換言之，用於整個IGCC設備的廢水的TZD系統。特別地，所公開的實施例最小化用水，提供了能量節省，減少或甚至消除了對許可申請問題的需要等，通過水平衡子系統(例如，灰水ZLD系統和冷卻水ZLD系統)的組合，其合併了具體器械、水工藝路線和熱集成方法。圖I示出了可由合成氣體(例如，合成氣)提供動力的IGCC系統10。IGCC系統10的元件可包括原料製備單元12。原料製備單元12可接收燃料源和添加劑，其可用作IGCC系統10的能量源。燃料源可包括煤、石油焦炭、生物質、木基材料、農業廢料、焦油、焦爐煤氣和浙青，或者其它含碳物質。原料製備單元12可例如通過將燃料源切碎、碾磨、粉碎、磨碎、壓塊或粒化而重整燃料源的大小或形狀以生成原料。此外，添加劑(例如，水或其它合適液體)可添加到原料製備單元12中的燃料源以形成漿狀原料。在其它實施例中，並不向燃料源添加液體，因此得到幹的原料。原料然後可從原料製備單元12傳遞到氣化和洗滌系統14。氣化和洗滌系統14的氣化器可將原料轉變為一氧化碳與氫氣的組合，例如合成氣。這種轉化可通過使原料經受在升高的壓力(例如，從大約290 psia至1230 psia)和溫度(例如，大約1300 °卩至2900 T )下的受控量的蒸汽和氧氣而完成，取決於所用氣化器的類型。在氣化和洗滌系統14的氣化器中發生燃燒過程。燃燒可包括將氧氣引入到炭和殘餘氣體。炭和殘餘氣體可與氧氣起反應以形成二氧化碳和一氧化碳，其提供熱用於隨後的氣化反應。在燃燒過程中的溫度可處於從大約1300 °F至2900 °F的範圍。之後，蒸汽可在氣化步驟中引入到氣化器內。炭可與一氧化碳和蒸汽在從大約1500 T至2000 T的範圍起反應以產生一氧化碳和氫氣。大體上，氣化器利用蒸汽和氧氣來允許一些進料「焚燒」以 產生一氧化碳和能量，其驅動第二反應，第二反應將更多原料轉變成氫氣和額外二氧化碳。以此方式，由氣化器來製造所得氣體。所得合成氣可包括大約85%的一氧化碳和氫氣，以及CH4, CO2, H2O, HCl、HF、COS、NH3> HCN 和 H2S (基於原料中的硫含量)。氣化和洗滌系統14的氣化器也可生成廢料，諸如渣料，其可為溼灰材料。此渣料可從氣化器移除且被處理為例如路基或其它建築材料。特定而言，在某些實施例中，渣料可首先發送到粗渣料處置系統16，且然後發送到細渣料處置系統18。可處理從粗渣料處置系統16移除的粗渣料，而從粗渣料處置系統16移除的細渣料可發送到細渣料處置系統18。此外，自氣化器的黑水可經由黑水閃蒸系統20發送到細渣料處置系統18。因此，細渣料可與黑水混合以在細渣料處置系統18中進一步加工。從粗渣處置系統16移除的工藝水可發送回到原料製備單元12用於在氣化工藝中進一步使用。類似地，從細渣處置系統18移除的包含高碳含量和灰水的細渣可發送回到原料製備單元12和氣化和洗滌系統14用於進一步在氣化工藝中使用，而自細渣處置系統18的灰水的一部分可引導至灰水零液體排放(ZLD)系統22，在下文中更詳細地描述。一般而言，灰水ZLD系統22可以以如下方式加工灰水，即使得進入灰水ZLD系統22的水量大致等於從灰水ZLD系統22出來的水量。從氣化和洗滌系統14，合成氣可引導至變換(shift)和氣體冷卻系統24。變換和氣體冷卻系統24可執行水氣變換(WGS)反應，其中一氧化碳與水(例如，蒸汽)反應以形成二氧化碳和氫氣。此工藝可將原料合成氣中的氫氣與一氧化碳的比例從大約I比I調整為大約3比I。此外，變換和氣體冷卻系統24可包括旁路，其可用於輔助適當地控制粗製變換合成氣的氫氣與一氧化碳的比例。應當指出的是WGS反應可為酸性WGS反應，即，在WGS反應期間在粗製合成氣中可存在硫。此外，變換和氣體冷卻系統24可使用合適熱交換器來冷卻合成氣。自變換和氣體冷卻系統24的冷卻的合成氣可被清潔以從冷卻的合成氣移除HC1、冊、0)5、!《^和45。例如，可在酸氣移除(AGR)工藝26中從冷卻的合成氣移除&5。可由硫回收單元28從H2S回收元素硫。此外，在某些實施例中，冷凝物氣提工藝30還可用於從合成氣冷凝物移除氨，其中氨作為燃料源引導至硫回收單元28。氣提的合成氣冷凝物在氣化和洗滌系統14中再使用。而且，在某些實施例中，廢氣處理工藝32可用於從硫回收單元28移除殘餘氣體組分，諸如氨、甲醇或任何殘餘化學品。最後，自AGR工藝26的合成氣可引導至合成氣調節單元34，用於在發送到發電系統36之前的最後加工。
此外，在某些實施例中，二氧化碳(CO2)再循環系統38可移除並加工包含於合成氣中的碳質氣體(例如，純度為按體積計80-100%的CO2)。二氧化碳(CO2)再循環系統38還可包括壓縮機、純化器、管線(其供應(1)2用於分離(sequestration)或提高油回收)、C02儲存罐或其任何組合。經歷了其含硫組分移除的其二氧化碳的小部分可然後傳輸回到氣化和洗滌系統14。IGCC系統10還可包括空氣分離單元(ASU) 40。ASU 40可操作以通過例如利用蒸餾技術將空氣分離成組分氣體。ASU 40可從自相關聯的ASU壓縮機供應到它的空氣分離氧氣，且ASU 40可將分離的氧氣轉移到氣化和洗滌系統14的氣化器。此外，自ASU 40的分離的氧氣和氮氣的一部分可引導至硫回收單元28和合成氣調節單元34用於在其相應加工中使用。在某些實施例中，發電系統36可包括燃氣輪機發動機,其具有渦輪、燃燒器、壓縮機和驅動軸。如上文所述地那樣，燃燒器可接收合成氣，其可在壓力下從燃料噴嘴噴射。合成氣可與壓縮空氣以及來自DGAN壓縮機的壓縮氮氣混合，且在燃燒器內燃燒。此燃燒可形成熱加壓燃燒氣體。燃燒器可將燃燒氣體朝向渦輪的入口引導。當來自燃燒器的燃燒氣體 行進通過渦輪時，燃燒氣體可迫使渦輪中的渦輪葉片沿著燃氣輪機發動機的軸線旋轉共用驅動軸。共用驅動軸可將渦輪連接到壓縮機以形成轉子。壓縮機可包括聯接到共用驅動軸的葉片。因此，渦輪中渦輪葉片的旋轉使將渦輪連接到壓縮機的共用驅動軸使壓縮機內的葉片旋轉。壓縮機中葉片的這種旋轉可使壓縮機壓縮經由壓縮機中的進氣口接收的空氣。壓縮空氣可然後被供給到燃燒器且與合成氣和壓縮的氮氣混合以允許更高效的燃燒。共用驅動軸也可連接到負載，其可為固定負載，諸如用於發電的發電機。實際上，負載可為由燃氣輪機發動機的旋轉輸出提供動力的任何合適的裝置。發電系統36還可包括蒸汽輪機發動機。蒸汽輪機發動機也可驅動負載。該負載也可為用於發電的發電機。但是，由燃氣輪機發動機和蒸汽輪機發動機驅動的負載可為能由燃氣輪機發動機和蒸汽輪機發動機分別驅動的其它類型的負載。此外，儘管燃氣輪機發動機和蒸汽輪機發動機可驅動單獨負載，燃氣輪機發動機與蒸汽輪機發動機也可協力地利用以經由單個軸驅動單個負載。蒸汽輪機發動機以及燃氣輪機發動機的具體構造可根據具體實施方式
而定且可包括部段的任何組合。發電系統36也可包括熱回收蒸汽發生(HRSG)系統。自燃氣輪機發動機的熱排氣可被輸送到HRSG且用於加熱水及產生蒸汽，蒸汽用於例如向蒸汽輪機發動機提供動力。自例如蒸汽輪機發動機的低壓部段的排氣可被引導至冷凝器。冷凝器可利用冷卻塔，如在下文中更詳細地描述地，以用冷水來交換熱水。冷卻塔可向冷凝器提供冷水以輔助冷凝從蒸汽輪機發動機傳輸到冷凝器的蒸汽。自冷凝器的冷凝物可繼而被引導至HRSG內。同樣，自燃氣輪機發動機的排氣也可被引導至HRSG內以加熱來自冷凝器的水且產生蒸汽。在諸如發電系統36的聯合循環系統中，熱排氣可從燃氣輪機發動機流動且行進到HRSG，在HRSG中其可用於生成高壓、高溫的蒸汽。由HRSG產生的蒸汽可然後行進通過蒸汽輪機發動機用於發電。此外，所產生的蒸汽也可被供應到其中可使用蒸汽的任何其它工藝，諸如供應到氣化和洗滌系統14的氣化器。燃氣輪機發動機發生循環通常被稱作「頂循環」，而蒸汽輪機發動機發生循環常常被稱作「底循環」。通過組合這兩個循環，發電系統36可得到在兩個循環中的更大的效率。特別地，自頂循環的廢熱可被俘獲且用於生成蒸汽以用於底循環。圖2為與圖I的IGCC系統10有關的工藝水系統42的實施例的示意框圖。如在下文中更詳細地描述地，工藝水系統42能生成廢水的總零排放(TZD)。換言之，到工藝水系統42內的工藝水量可等於從工藝水系統42出來的工藝水量。如圖所示，原水可通過包含水澄清器的原水系統44進入工藝水系統42。自原水系統44的澄清的水可引導至工藝水系統42的三個主水系統如在上文中關於圖I所述的冷卻塔系統46 ;鍋爐給水系統48 ；以及用水系統50。冷卻塔系統46大體上起用於IGCC系統10和工藝水系統42的冷卻水源的作用。鍋爐給水系統48大體上起鍋爐給水源的作用，其用於在整個IGCC系統10和工藝水系統42中使用的蒸汽和熱水的生成。用水系統50用於供水，該水用於在整個IGCC系統10和工藝水系統42中的一般用途使用。
IGCC系統10利用自冷卻塔系統46、鍋爐給水系統48和用水系統50的大部分水。進入IGCC系統10的水可以以各種方式離開IGCC系統10。例如，某些水可由於蒸發和漂流(drift) 52而從IGCC系統10失去，可在工藝反應54中消耗或者可轉移到油和固體56中。在IGCC系統10中用過的大量的工藝水可往回引導至冷卻塔系統46或到用過的工藝水處理系統58。用過的工藝水處理系統58可產生用於再使用的水和廢滷水,其可置於滷水蒸發池中或者在熱處理工藝中加工用於回收水和乾燥鹽混合物以處理。更具體而言，自用過的工藝水處理系統58的水可通過蒸發池或通過熱蒸發60而蒸發。應當指出的是IGCC系統10的氣化和洗滌系統14和發電系統36分享冷卻塔系統46和用過的工藝水處理系統58，使得能促進工藝水和熱集成。組合的用過的工藝水不僅包含煤堆排水，而且還包括冷卻水排汙、鍋爐排汙等。實際上，此組合的用過的工藝水到用過的工藝水處理系統58內的流率可比自氣化和洗滌系統14發送到灰水ZLD系統22的的灰水排汙的流率高若干倍。用過的工藝水處理系統58和灰水ZLD系統22回收供再使用的水以及生成固體廢料。此外，如上文所述，一定量的工藝水可在IGCC系統10的氣化和洗滌系統14中變成灰水。此灰水可在IGCC系統10的灰水ZLD系統22中處理。灰水ZLD系統22將生成用於在冷卻塔系統46中再使用的蒸餾物和將處理的固體(例如，汙泥和乾燥鹽混合物)。此夕卜，在某些實施例中，蒸餾物可往回引導至氣化和洗滌系統14。灰水ZLD系統22可包括兩個主要步驟氣化工藝水的軟化預處理和熱處理。在熱處理步驟之前使用軟化預處理步驟通過移除結垢化合物(例如，二氧化矽)和揮發性有氣味的和有害的氣體以改進固體管理(例如，氨和硫化物成分)而提高了灰水ZLD系統22器械的可靠性和可用性。此外,在熱處理之前移除結垢化合物降低了維護要求。此外，在某些實施例中，灰水ZLD系統22可包括在灰水軟化預處理下遊和灰水熱處理上遊的氨氣提工藝。在灰水中的銨鹽通常比灰水中的鈉鹽腐蝕性更強。因此，所公開的實施例在該工藝中儘快移除銨鹽。這樣做可降低器械成本，因為在氨氣提工藝下遊的器械可被設計用於更輕腐蝕性用途，而不是高腐蝕性用途。氣提的氨可用作硫回收單元28的硫回收爐中的燃料、可用作肥料(例如，硫酸銨)生產的部分組成或者可在廢氣處理系統中破壞掉。因此，IGCC系統10生成兩個主要廢水流。一個主要廢水流為自IGCC系統10的氣化和洗滌系統14的氣化灰水排汙62，其可需要有效的處理。其它主要廢水流為用過的工藝水64，其從氣體冷凝或者從在IGCC系統10中的蒸汽使用而得到，其可僅需要一些處理。此外，工藝水系統42從自冷卻塔系統46的冷卻塔排汙66、從鍋爐給水系統48的鍋爐排汙68和從各種純化系統的水而生成額外水排放流，在下文中更詳細地描述。因此，除了與這種處理相關聯的熱集成以及最小化蒸發或排放的水之外，這些流的處理可影響IGCC系統10和工藝水系統42的總輸出和效率。本文所公開的實施例應用工藝水和廢水技術用於高效地熱集成且再利用水以形成用於廢水的TZD系統。所公開的實施例可特別有益於具有受限制的水供應的設備且可為環境友好的，對於設備的資本費用、操作費用、輸出和效率具有很小的影響。此外，所公開的實施例可減小或甚至消除符合工藝水排放許可所需的繁瑣且費時的許可申請過程。更具體而言，圖3為IGCC設備70的實施例的示意框圖，其合併了形成用於廢水的TZD系統的工藝水和廢水技術。圖3所示的IGCC設備70通常合併圖I和圖2的IGCC系統10和工藝水系統42。如圖所示，原水可進入澄清器72，澄清器72可從原水移除汙泥。自 澄清器72的相對乾淨的水74可引導至冷卻塔46，如在上文中關於圖2所述地。自澄清器72的汙泥76可被引導至汙泥處置工藝78，其可從汙泥產生汙泥塊80用於處理，且可將所得到的水82引導至軟化澄清器84內，如在下文中所述地。自澄清器72的澄清水可通過一個或多個用水過濾器88過濾，其中自用水過濾器88的特定量的過濾水90作為用水90引導至IGCC系統10。自用水過濾器88的包含用過的過濾回洗水的流86和自去礦化超濾工藝92的廢棄物可返回到澄清器72用於固體移除。但是，自用水過濾器88的一些水可引導至去礦化超濾工藝92、去礦化反滲透工藝94和離子交換工藝96，其中鹽可從過濾的水移除且引導至滷水池98(例如，熱蒸發系統)，在滷水池98中水可由於蒸發100而失去。使用滷水池98可使高強度離子交換再生廢料能夠實現。自離子交換工藝96的包含離子交換衝洗(rinse)的流102和自去礦化反滲透工藝94的廢棄物可引導至軟化澄清器84，而不是冷卻塔系統46，以避免冷卻塔系統46的減小的操作循環。應當指出的是軟化澄清器84也可從IGCC設備70的供給區排水104接收水。結合相關聯的下遊過濾器106 (例如，多介質過濾器)的軟化澄清器84可用於從冷卻塔排汙66移除鋁、氟化物、鈣和鎂硬度、二氧化矽和其它結垢化合物。在軟化澄清器84和過濾器106的下遊可為超濾工藝108和反滲透工藝110以移除任何剩餘鹽，其可被引導至滷水池98。經由在超濾工藝108和反滲透工藝110上遊的軟化澄清器84和過濾器106使用冷卻塔排汙軟化和過濾幫助保護超濾工藝108和反滲透工藝110的膜完整性和效率。自反滲透工藝110的所有滲透物112完全返回到冷卻塔系統46。換言之，自反滲透工藝110的所有滲透物112僅返回到冷卻塔系統46。在某些實施例中，自反滲透工藝110的滲透物112與自灰水ZLD系統22的蒸餾物114組合。此外，在某些實施例中，在軟化澄清器84和過濾器106下遊的軟化和過濾的冷卻塔排汙的過濾的冷卻水116的一部分可往回返回到冷卻塔系統46，其中剩餘的過濾冷卻水通過超濾工藝108和反滲透工藝110加工。這使得超濾工藝108和反滲透工藝110器械大小能夠最小化。在某些實施例中，自超濾工藝108的廢棄物118可直接返回到軟化澄清器84以移除懸浮的固體。此外，自反滲透工藝110的滲透物112可按工藝路線發往冷卻塔系統46的貯槽作為用於冷卻塔蒸發52的低總溶解固體(TDS)補給水。自冷卻塔系統46的蒸發和漂流52為IGCC設備70的主要水損失源。因此，使用自反滲透工藝110的補給水可幫助抵消這些損失中的某些。滷水池98可由滷水ZLD系統120替換。類似於灰水ZLD系統22，滷水ZLD系統120使冷卻水系統的零液體排放(ZLD)能夠實現。結合灰水ZLD系統22，滷水ZLD系統120使得IGCC設備70能具有TZD特徵。換言之，灰水ZLD系統22和滷水ZLD系統120，除了為個別ZLD系統之外，可導致整個IGCC設備70具有總零廢水排放。此外，滷水ZLD系統120的流動路徑的組合使得IGCC設備70能處置較差品質的循環原水的冷卻塔濃度效果(例如，高硬度和/或二氧化矽水平)，從而使冷卻塔系統46的增加的操作循環能夠實現。此外，可減小或甚至消除基礎負荷冷卻能力的中斷(例如，對於氣化和洗滌系統14的氣化器，發電系統36和ASU 40)。而且，也可減少或甚至消除對於結垢移除的維護(例如，工藝管、冷卻環路和其它相關聯的器械)或分散劑或結垢抑制劑增加的化學消耗。此外，自灰水ZLD系統22的蒸餾物114到反滲透工藝110下遊的冷卻塔系統46的工藝路線能夠與自反滲透工藝110的滲透物112混合，滲透物112按工藝路線發送到 冷卻塔系統46。所公開的實施例將通過滲透物112和蒸餾物114的特定工藝路線導致減少IGCC設備70的原水消耗和處理化學品使用。特別地，蒸餾物的一部分可返回到氣化和洗滌系統14以供再使用，諸如在儀器衝洗、清潔淨化水、固體漿液製備、閉鎖式料鬥衝洗鼓補給、驟冷水或噴霧中等。此外，在氣化和洗滌系統14內的熱集成回收能在任何適用的情況下進行。所公開的實施例也可保持自灰水ZLD系統22的蒸餾物114和自冷卻水反滲透工藝110的滲透物112與自IGCC系統10的蒸汽系統冷凝物124分離(例如，通過圖2的用過的工藝水處理系統58)，自IGCC系統10的蒸汽系統冷凝物124可單獨地進入和來自冷卻塔系統46循環。這可避免冷凝物化學問題和高壓蒸汽系統汙染。使用兩個ZLD系統(例如，灰水ZLD系統22和滷水ZLD系統120)來形成IGCC設備70的TZD系統可需要內部水流的獨特集成處於平衡狀態。例如，所公開的實施例可包括對於多種操作條件的冷卻水負荷計算，操作條件可包括熱天、冷天、可能會影響到工藝水排汙速率的不同的燃料包絡(envelop)特徵(例如，高硫、高灰分、高溼氣等)、可限定液壓限制、瓶頸和峰值需求和調低水平衡的補給水品質和可用性(例如，自單個或多個氣化器系列操作和子系統順序或緊急停機操作)。所公開的實施例還可包括水流工藝路線的計算、離子鹽平衡和閃蒸冷卻溫度的估計以限制腐蝕，允許使用預處理的膜工藝並且確定器械大小。所公開的實施例還可使用各種叉流式熱交換器以允許對系統效率而言的最大熱回收。本書面描述使用實例來公開本發明，包括最佳模式，且還使本領域技術人員能夠實踐本發明，包括做出和使用任何裝置或系統及執行任何合併的方法。本發明的專利保護範圍由權利要求限定，且可包括本領域技術人員所想到的其它實例。如果其它實例具有與權利要求的字面語言並無不同的結構元件或者如果其它實例包括與權利要求的字面語言並無實質不同的等效結構元件，則這些其它實例意圖在權利要求的保護範圍內。
權利要求
1.一種系統，包括 氣化系統，其帶有灰水的輸出； 冷卻塔系統，其被構造為接收原水且構造成向所述氣化系統供應工藝水； 灰水零液體排放(ZLD)系統，其被構造為從所述氣化系統接收所述灰水、生成第一蒸餾物流，且將所述第一蒸餾物流引導至所述氣化系統；以及 冷卻水ZLD系統，其被構造為接收自所述冷卻塔系統的冷卻塔排汙、生成第二蒸餾物流，且將所述第二蒸餾物引導至所述冷卻塔系統。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，進出所述灰水ZLD系統的水流大致相等，並且其中，進出所述冷卻水ZLD系統的水流大致相等。
3.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述第一蒸餾物流和第二蒸餾物流在所述冷卻塔系統的上遊組合。
4.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述灰水ZLD系統包括軟化預處理系統，其被構造為從所述灰水移除結垢化合物。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述灰水ZLD系統包括在所述軟化預處理系統下遊的氨氣提系統。
6.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，蒸汽冷凝物循環到所述冷卻塔系統且從所述冷卻塔系統循環，且所述氣化系統分離所述第一蒸餾物流和第二蒸餾物流。
7.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述冷卻水ZLD系統包括軟化澄清器、一個或多個過濾器、超濾系統、反滲透系統和熱蒸發系統，所述熱蒸發系統被構造為加工所述冷卻塔排汙。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，自所述反滲透系統的滷水被引導至所述熱蒸發系統。
9.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，滲透物流從所述反滲透系統僅引導至所述冷卻塔系統。
10.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，用於化學生產的氣化工藝設備包括所述氣化系統。
11.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，整體氣化聯合循環系統發電設備包括所述氣化系統。
12.—種系統,包括 氣化系統，其被構造為輸出灰水；以及 灰水零液體排放(ZLD)系統，其被構造為接收所述灰水且被構造為生成第一蒸餾物流，其中，所述灰水ZLD系統包括氨氣提系統，且進出所述灰水ZLD系統的水量大致相等。
13.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述灰水ZLD系統包括軟化預處理系統，所述軟化預處理系統被構造為從所述氨氣提系統上遊的所述灰水移除結垢化合物。
14.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，自所述灰水ZLD系統的第一蒸餾物流與自冷卻水ZLD系統的第二蒸餾物流組合。
15.根據權利要求14所述的系統，其特徵在於，自所述灰水ZLD系統的第一蒸餾物流與自所述冷卻水ZLD系統的反滲透系統的滲透物流組合。
16.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述第一蒸餾物流和所述滲透物流的組合流引導至冷卻水系統。
17.根據權利要求14所述的系統，其中所述第一蒸餾物流和所述第二蒸餾物流引導至所述氣化系統或冷卻塔內。
18.—種系統,其包括 冷卻塔；以及 冷卻水零液體排放(ZLD)系統，其具有蒸發池，其中，所述冷卻水ZLD系統被構造為從所述冷卻塔接收冷卻塔排汙且構造成生成滷水，所述滷水被引導至所述蒸發池，並且其中，進出所述冷卻水ZLD系統的水量大致平衡。
19.根據權利要求18所述的系統，其特徵在於，包括氣化系統，其被構造為輸出灰水；以及灰水ZLD系統，其被構造為接收所述灰水且構造為生成蒸餾物，其中，所述灰水ZLD系統包括氨氣提系統，且進出所述灰水ZLD系統的水量大致平衡。
20.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述系統的總廢水排放大致為零。
全文摘要
在某些實施例中，系統包括氣化系統，氣化系統被構造為輸出灰水。該系統還包括灰水零液體排放(ZLD)系統，其被構造為接收灰水且構造為生成第一蒸餾物流。灰水ZLD系統包括氨氣提系統。進出灰水ZLD系統的水量大致相等。
文檔編號C02F5/00GK102781844SQ201080061319
公開日2012年11月14日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年11月12日
發明者A.D.安拉尼, D.馮, J.S.凱恩, R.H.維德, S.K.博馬雷迪 申請人:通用電氣公司