CN101481631A - 用于气化器的燃料供给系统及气化系统启动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于气化器的燃料供给系统及气化系统启动的方法。该燃料供给系统(110)用于包括气化器(134)的气化系统(50)。燃料供给系统(110)包括进料制备区(118)，该进料制备区(118)配置用来将颗粒燃料研磨成预定尺寸和调整颗粒燃料的湿度；与进料制备区流动连通的加压和输送区(124)，该加压和输送区包括至少一个固体泵(340)，该泵配置用来在第一压力下接收颗粒燃料流和在第二压力下排放颗粒燃料；管道(122)配置用来输送加压的颗粒燃料至气化器；和矿渣辅料区(152)，该矿渣辅料区配置用来将矿渣混合物送入气化器和基本控制大量的进入气化器中的进料的总含水量，并进一步控制气化系统中大量的颗粒燃料灰的熔化和流动性能。

Description

用于气化器的燃料供给系统及气化系统启动的方法

相关申请的互相参考

本申请要求2007年10月26日提交的美国临时申请NO.60/982,967的优先权，在此全部内容被引入以作参考。

技术领域

本发明的领域一般涉及气化，例如：用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统的气化，更加特别地，涉及将高含水量的、固体的、炭质的燃料供给气化器的系统，和该系统的启动方法。

背景技术

至少一个已知的IGCC电站将烟煤的水基浆料送入带耐火材料衬里的气流床(entrained flow)气化器以产生发电用的燃料气。上述浆料供给系统将高级煤，例如烟煤和无烟煤送入气化器可以提供经济可靠的操作。然而该系统对低级煤，例如次烟煤，具有较低的吸引力，原因是很难制备固含量和能含量足够高以有效发电的低级煤浆料。

固有水分是陷入煤孔中的水，因此上述水分对于制备煤浆是不可用的。低级煤含有相对较高的固有含水量(例如22-30wt％)，与高级煤(例如：<10wt％)相比。在已知的IGCC系统中，制备水煤浆描述了一个物理过程，该过程包括使煤颗粒悬浮在水中以助于煤颗粒能够自由地从一个地方移动到另一地方，也就是说，使浆料在IGCC系统中流动。更特别地，在一些已知IGCC系统中，可以加入足够量的水来制备具有粘度不大于约700-1000厘泊的浆料，以使浆料能被进料喷嘴筛分、抽吸、和喷射。固有水分含量较高的煤自然产生具有总水量较高的煤浆。例如，固有水分相对较高的煤可产生固含量较低的煤浆，也就是说，每个单位体积的煤浆能含量较低。虽然可以将水加到颗粒的次烟煤中以制备可抽吸的煤浆，但最终的稀煤浆的能含量不可能达到能够维持有效气化操作的能量水平。

在一些已知IGCC系统中，制备可抽吸煤浆所需的水量远超过反应所需的水量。尽管一些水没有和煤进行反应且将煤转化为合成气，但是这些过量的煤浆水大部分经过了气化器，由于这些水要加热到反应温度消耗了反应器中的一些热能，并且由于产品气在下游设备中冷却，这些气化器中的热能产品然后被降至较低温度水平。要将这些过量的水加热到气化反应温度需要额外的能量，这导致将产品合成气中的一些CO和H₂燃烧成为CO₂和H₂O的消耗。这就要求向气化器供给额外的氧气，这样既降低了效率又提高了资本成本。同样，为了加热过量水而将产品合成气中的一些CO和H₂转变为CO₂和H₂O，从而降低了每单位煤气化所产生的CO和H₂的量。因此，为了给动力区提供具有定量的CO和H₂的燃料，该定量的CO和H₂是具有燃料值的合成气组分，供给煤浆时必须气化更大量的煤，与供给较干的煤相比。这种增加需煤量会降低电厂效率且增加资本成本。

一些已知的燃气轮机必须燃烧定量的一氧化碳和氢气以获得它们的最大额定能量生产。为了制备所需量的CO和H₂，供给稀的次烟煤浆料的电厂比供给烟煤浆料的电厂必须显著地气化更多的煤。上述次烟煤电厂的效率更低并且建设和操作成本也更昂贵。

一些已知的IGCC系统将高含水量的煤供给到气化器中，使用一种被称作干燥进料系统的系统，以克服制备高能含量浆料的困难和避免对整个电厂效率的负面影响。在上述干进料系统中，低级煤可以经过干燥除去煤中三分之二或更多的固有水分。深度干燥有助于改善干燥进料系统设备中的干固体的流动性能，同时改善气化器的整体效率。例如，经常需要高程度的干燥以减少潜在的固结和随后的流动问题，上述问题能在闭锁料斗中的高含水量固体的加压过程中出现。然而，干燥煤可以消耗大量的能源，这样结果是减少发电厂的发电量。此外，干燥进料系统设备包括压缩机、闭锁料斗、闭锁料斗阀、干燥设备和额外的存储能力，这样导致该干燥进料系统与浆料基系统相比是相对昂贵的系统。而且，上述系统被限制在相对适中的压力，按规定为400psig或更低，因为随着系统压力的增加，用于闭锁料斗加压和颗粒流化的气体消耗也会增加。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于气化系统的燃料供给系统，该燃料供给系统包括进料制备区、加压和输送区和矿渣辅料区。进料制备区被配置以调整颗粒燃料中水含量和研磨燃料至预定尺寸。加压和输送区与进料制备区流动连通，并且包括至少一个固体泵配置用来在第一压力下接收颗粒燃料流和在第二压力下排放颗粒燃料。矿渣辅料区配置用来将矿渣混合物送入气化器，并基本控制气化系统的总含水量，以及颗粒燃料灰的熔化性能和流动性能。

另一方面，提供了一种气化系统，该气化系统包括气化器和与气化器上游流动连通的燃料供给系统。燃料供给系统包括进料制备区、加压和输送区和矿渣辅料区。进料制备区被配置以调整颗粒燃料中水含量和研磨燃料至预定尺寸。加压和输送区与进料制备区流动连通，并且包括至少一个固体泵配置用来在第一压力下接收颗粒燃料流和在第二压力下排放颗粒燃料。矿渣辅料区配置用来将矿渣混合物送入气化器，并基本控制总含水量，进一步控制气化器系统中大量的颗粒燃料灰的熔化性能和流动性能。

另一方面，提供了一种气化系统启动的方法。该方法包括使用启动燃料，例如通过氮气或天然气输送的煤；和启动矿渣辅助浆料的混合物，二者被随后的气化器启动代替。启动燃料和启动矿渣辅料浆料的流动速率在启动之前在除气化器以外的循环回路中被确定。通过将启动燃料、矿渣辅料浆料和氧气按规定顺序引入气化器而触发气化器启动，以上述方式，气化器中的热源快速引发气化反应。一旦气化操作稳定并且CO₂从合成气中被回收，启动燃料就被CO₂所输送的煤代替，启动矿渣辅料浆料的混合物就被矿渣辅料浆料和循环的细矿渣和炭所代替。

附图说明

图1是包括一种示例性燃料系统的示例性IGCC发电厂的部分方块图。

图2是图1所示燃料系统使用的示例性进料制备系统的流程图。

图3是图1所示燃料系统使用的示例性进料压力输送系统的流程图。

图4是图1所示燃料系统使用的示例性矿渣辅料系统的流程图。

具体实施方式

图1是一种示例性IGCC发电厂50的部分方块图。在该示例性实施方式中，发电厂50包括燃料供给系统110，与燃料供给系统110流动连通的空气分离单元112，与供给系统110流动连通的气化厂114，与气化厂114和IGCC发电厂50流动连通的动力区116。在操作过程中，空气分离单元112使用压缩空气产生氧气供气化厂114使用。更特别的是，空气分离单元112分离来自外部(图上未标注)的压缩空气，将其分离成氧气流和一种气体副产物，通常为氮气。在该示例性实施方式中，气化厂114将固体燃料和氧气转化为一种干净的燃料气体，以在动力区116燃烧产生电能，在此处将更详细的描述。对本领域技术人员而言，该图是一种简易IGCC发电厂方块流程图，为了示例的简洁，图中并没有标注出此类发电厂中能发现的所有设备区和连接线。

一种固体碳质燃料(图中未示出)经由管道120进入供给系统110中的进料制备区118。在该示例性实施方式中，固体碳质燃料是煤。可选择的是，燃料可以是石油焦炭、生物质或其它任一固体碳质燃料，可以使此处所述IGCC发电厂发挥作用。在另一实施方式中，矿渣辅料可以经由管道120与固体燃料一起引进。进料制备区118将所接受的燃料转换成固体颗粒气化器进料，该进料具有适合IGCC发电厂50使用的目标颗粒尺寸分布和内在水分含量。来自空气分离单元112的低压氮气经由管路122进入进料制备区118，部分氮气被用来通过管路126将固体颗粒原料输送至加压和输送区124。余下的低压氮气在进料制备区118被加热，并经由管路128进入加压和输送区124，以用于124区内的水分和粉末控制。加压和输送区124中使用的低压氮气经由管路130返回进料制备区118进行过滤，这有助于去除颗粒粉末，然后干燥以有助于基本除去此处所有的水分，因此低压氮气可以在供给系统110中因各种目的而循环使用。作为低压氮气的替代物，只要能适用于此处所述供给系统，安全而可靠的输送煤，任何气体都可使用。

在该示例性实施方式中，气化厂114包括酸性气体脱除区132，与气化器134流动连通。酸性气体，例如H₂S、COS和CO₂，从一定量的粗合成气中脱除以制备干净的燃料气，将干净的燃料气经由管路138输送至位于动力区116的燃烧器136以产生电能，此处将更详细的描述。酸性气体脱除区132产生的副产物硫流140和酸性、富CO₂气流142被压缩并循环至供给系统110，将其用作高压输送气来输送固体颗粒燃料进入气化器134。酸性气体脱除区132内从合成气回收的CO₂被压缩并经由管路142输送至进料制备区118。循环富CO₂气流在进料制备区118内被加热，并经由管路144输送至加压和输送区124，该气流被用作高压气力输送气体，经由管路146向气化器134内输送颗粒固体燃料。在该示例性实施方式中，来自空气分离单元112的高压氮气经由管路148输送至进料制备区118。在一优选实施方式中，该氮气流，只是在启动过程中当循环的富CO₂气流还未获得时(正如此处更详细描述)使用，该氮气流被预热，然后通过管道144输送至加压和输送区124，在气化器启动过程中用作高压气力输送气体。可选择地，在允许是气化系统的安全并可靠操作的启动过程中，可使用任何高压气体，正如这里所描述的。进一步可选择地，在允许是气化系统的安全并可靠操作的正常操作过程中，可使用任何高压气体，正如这里所描述的。

在该示例性实施方式中，供给系统110包括矿渣辅料处理区152，该区通过管路154从炭与粉末处理区156获得炭(也就是说未转换的固体颗粒燃料)和细矿渣的浆料。该细固体颗粒物质从气化厂114以一种稀释水浆料的形式获得回收再生。浆料中的炭组分是气化器134中未转化的炭，且随后经由管路154循环。矿渣或矿物质辅料经由管路158从位于外部的存储区(图上未示出)进入矿渣辅料处理区152。矿物质辅料在干式的棒磨机或球磨机(图1未标注)中粉碎，与炭和细矿渣浆料混合制备最终的辅助浆料，经由管路160通过一正位移泵(图中未示出)输送进气化器。在另一可选的实施方式中，第二水流162可以用来向供给气化器134的最终辅料浆料加水，以控制温度和缓和反应化学。在另一可选的实施方式中，矿物质辅料作为干固体供给气化器134，与干颗粒燃料混合，或使用带有干燥固体泵和输送气体的独立供给系统。在另一选择实施方式中，矿物质作为分离的浆料供给气化器134，该浆料从循环固体浆料中分离。在另一选择实施方式中，矿物质经由粗压碎辅料获得，与循环固体浆料混合。在另一选择实施方式中，矿物质辅料是任一含有矿物质的物质，该物质有助于此处所述气化系统的操作。可选择的是，不使用矿物质辅料，且仅有一定量的循环炭和粉末或液体水经由独立管路165输送进气化器134。

在操作过程中，空气分离单元112从空气中分离出氧气以产生相对高纯度(约95％体积O₂)的氧气进料供在气化器134中使用。第一部分空气直接经过管道164进入空气分离单元112。剩余部分空气从燃气轮机空气压缩机196的管道166分离出来。在示例性的实施方式中，第一部分空气是输入空气总量的约50％。可选择地，第一部分空气可以是能使燃料供给系统110运行的空气总量的任一百分比。除制备气化器氧气进料以外，空气分离单元112也产生氮气供在燃料供给系统110中使用。就燃烧器136来说，剩余的富氮副产品气体经过管道168返回至燃烧轮机192作为稀释气体。

在该示例性实施方式中，进料被输入气化厂114，该进料包括经过管道146气力输送的固体颗粒燃料；经过管道160的矿渣辅料、炭和细矿渣浆料；经过管道170来自空气分离单元112的高纯度氧气。在操作过程中，气化器134将进料转化为粗合成气，接下来该合成气经过管道172被输送至酸性气体脱除单元132。粗矿渣(图中未示出)在气化厂114中从合成气中分离出来作为副产品矿渣流174回收。任何未转化的碳与细矿渣一起回收作为稀浆料，并且通过管道176输送至处理区156。由来自气化器134的热合成气冷却产生的高压蒸汽经过管道178输送至动力区116，其中高压蒸汽经过蒸汽涡轮机180被膨胀以产生电能。在示例性实施方式中，工艺用水蒸汽(图中未示出)作为稀浆料182被输送至处理单元184，该处理单元184在循环工艺供水系统中处理水以控制各种杂质的浓度，包括但不限于溶解的和悬浮的固体，接下来将处理过的水经过管道186返回至气化器134供再使用。清洁水流(图中未示出)从处理区184经过管道188输送至处理区或有益的使用处，而这超出了发电厂的范畴。在清洗过程中经由管路190输送至处理区156的水流中分离出细颗粒的稀浆料(图中未示出)。在另一选择实施方式中，炭和粉末没有被循环至气化器或仅仅部分被循环至气化器。取而代之的是，没有被循环至气化器的炭和粉末经由独立的管路从炭和粉末处理系统156，图中未示出，输送至处理区或有益的使用处。在进一步的实施方式中，所有或部分炭和粉末在循环至气化器之前都经干燥处理，与煤碳混合，和干燥的矿渣辅料混合，或作为独立的流体供给气化器。然而在另进一步的选择实施方式中，通过干燥洗涤技术从气化系统中回收的炭和粉末，所有或部分炭和粉末，与煤碳混合，和干燥矿渣辅料混合，或作为独立的流体循环至气化器。

在该示例性实施方式中，动力区116包括燃气涡轮机192和蒸汽系统194。燃气涡轮机192包括空气压缩机196，该空气压缩机通过一个单轴202同时与动力扩展涡轮机198和电力发电机200相联操作。在操作过程中，燃气涡轮机192利用燃烧干净燃料气138产生动能，例如，Brayton循环，蒸汽系统194通过使用蒸汽轮机180扩展蒸汽产生能量，例如，Rankine循环。更特别的是，来自压缩机196的干净燃料气138与稀释氮气168(用来控制NO_X的形成)输送至燃气机136，并在燃气机内混合燃烧，而燃烧的废气产物通过扩展涡轮机198扩展，这样转动轴202，而这反过来使压缩机196和发电机200运转，由此产生电能。来自扩展涡轮机198的热废气经由热回收蒸气发电机(HRSG)204输送。当冷却的热废气与气化厂114合成气冷却区产生的高压蒸汽178混合产生高压蒸汽，并输送至蒸汽涡轮机180，高压蒸汽在蒸汽涡轮机内膨胀，通过发电机206产生额外的电能。然后膨胀蒸汽在冷凝器208内冷却产生锅炉供应水，供应水随后输送至气化厂114的HRSG204和合成气冷却室。

图2是与图1所示燃料系统110一起使用的示例性进料制备系统118的流程图。更特别的是，图2阐述了燃料供给系统110可能使用的5个流程图。在该示例性实施方式中，大量的次烟煤，例如Power River Basin(PRB)煤，图中未示出，经由管路120输送至进料制备区118，通过空气剥离管210输送，大量的煤与从氮气储罐214逆向流动的低压氮气212接触。低压氮气212将输入煤块间隙之间的残余空气剥离。在示例实施方式中，煤在所有设备中一直保持处于富氮氛围中，从下游管路210引入氮气。可选择的是，所有合适的惰性气体，例如CO₂或污浊空气，可以用来使煤处于低氧氛围。排出空气剥离管210的氮气和相关颗粒物在排往大气前经由灰尘控制单元216过滤。排空阀是来自系统110的低压氮气的主要损失点，通过灰尘控制单元216的废氮气流速是空气分离单元112(如图1所示)制造速率218的主要决定因素。在示例实施方式中，空气剥离管210包括多个向下的倾斜挡板(图中未示出)，位于空气剥离管210内，有助于在剥离管210内形成逆流的氮气和颗粒。在一选择实施方式中，空气剥离管210可以是普通的塔。在另一个选择性实施方式中，空气剥离管210可以是任意形状，只要有助于气提来自于此处公开燃料系统内煤的空气，包括本领域技术人员所熟悉的吹洗空气锁和其它形状。

煤通过空气剥离管210掉在带秤带式给料机220的上面，给料机在剥离管210的下游操作，用来计量进入鼠笼式破碎机222的煤。在示例实施方式中，鼠笼式破碎机222一个过程就可将煤粉碎至目标尺寸分布流。可选择的是，可以使用一个二级粉碎过程(图中未示出)，也就是在鼠笼式破碎机后面使用锤磨机。在示例实施方式中，煤的目标颗粒尺寸分布是约50％至约80％过滤通过100目网，并约100％过滤通过10目网。可选择的是，任何合适的粉碎装备都可以使用，只要处理出来的煤满足燃料供给系统110，可以是此处所描述的燃料供给系统110发挥作用。

在该示例性实施方式中，低压氮气或其它合适惰性气体的吹扫气流224保持一定量的吹扫气供应吹扫粉碎设备，以抑制煤屑的聚集，并除去水蒸气，水蒸气来自破裂的煤颗粒所释放的水和粉碎煤的热蒸发水。吹扫气流224与本系统其它部位的吹扫气混合，该混合气流流经灰尘过滤器226，经由增压机228压缩，输送至惰性气体干燥包230。过滤器226有助于基本除去来自吹扫气流224的细煤灰，干燥包230基本除去来自吹扫气流224的所有水分。惰性气体然后循环至储罐214以供系统110再使用，来自惰性气体干燥包230的冷凝水可在电厂内任何地方循环使用，或输送至电厂外的废水处理单元(图中未示出)。在一选择实施方式中，来自惰性气体干燥包230的冷凝水可在气化系统50内的任何地方循环使用(图中未示出)，例如后面所描述的辅料浆料罐406，但不仅限于此。在另一选择实施方式中，惰性气体干燥包230基本不用来干燥惰性气体，只是一个惰性气体湿度和温度调节单元，当燃料供给系统110内的煤需要保持在一定的湿度水平时，调节惰性气体的湿度和温度。

在该示例性实施方式和一个示例流程图(1)中，粉碎的煤颗粒经由管路232、234和236输送至一个主储煤罐240的进口238。在示例实施方式中，储罐240与管路232、234和236隔离，以基本阻止煤的冷却和粉碎过程中释放的任何冷凝水。低压氮气或其它惰性气体流242，从储罐214输出，进入储罐240的吹扫气入口244。在操作过程中，氮气或惰性气流242可以用来流化储罐240的较低部分246，使固体流出储罐240。这样也可以使整个储罐240保持足够的惰性环境，可以基本阻止在其内部发生自燃。当氮气或惰性气流242向上提升通过储罐240时，气体剥离带走煤颗粒之间任何过量、剩余的水分，这些水分在粉碎过程中产生，并因此基本上阻止了煤颗粒冷却时由二次冷凝产生的水。

在该示例性实施方式中，煤从位于储罐240底部246出口248输出，计量进入气力收集站250，煤随来自储罐214的低压氮气流252进入收集站。氮气或其它惰性气体252在管路126中通过密相气力输送将煤颗粒输送至进料压缩输送系统124(如图1所示)。在一选择实施方式中，可以用任意方式输送煤颗粒，只要有助于此处所述燃料供给系统110的操作。

[在该示例性实施方式中，进料制备区118包括加热气体的设备，这些气体用来输送煤并降低此处的湿度。更特别的是，来自储罐214的低压氮气或其它惰性气体，在燃烧天然气的加热器258的低压管256内加热。可选择的是，设置管路260用于绕行低压管256，且管路260被用来调节加热氮气262的最终温度。加热的低压氮气或其它惰性气流262被用在如图2所示的流程图中的其它一些设备中来输送和脱除水分，如下游设备中，正如此处更详细的描述。加热器256包括高压气体加热管264，该加热管提高进料压缩输送区124(图1所示)所用高压输送气(图上未标注)的温度。在示例实施方式中，高压输送气是循环酸性CO₂266。可选择的是，高压输送气可以是高压氮气268，经由空气分离单元112输送，或者高压输送气可以是从外部(图中未示出)输入的天然气。另一可选择的是，高压输送气可以是任何适合在燃料供给系统110中向气化器134输送煤的气体。更进一步可选择的是，燃烧加热器256被其它加热方式取代，包括，但不限于，燃烧空气和天然气的直接加热，或，通过与蒸汽或其它热工作气体热交换的间接加热，蒸汽或其它热工作气体来自IGCC发电厂50的任何地方。

在一选择实施方式和第二示例流程图(2)中，鼠笼式粉碎机222和主储罐240之间用一蒸汽加罩叶片干燥器270流动连通。叶片干燥器270用低压氮气或惰性气流272吹扫除去煤在干燥过程中释放的水分。含水的氮气或惰性气体流274与来自鼠笼式粉碎机222的氮气或惰性气体混合，将其处理以除去煤尘和水蒸气，正如此处更详细的描述。进料制备系统118可以直接装入叶片干燥器270，当要从煤颗粒除去更多的水分时，或者当进料煤需要额外的干燥以除去表面的水分时。可选择的是，煤可使用其它方法干燥，只要这些方法有助于此处所述燃料供给系统的操作。

在另一选择实施方式和第三示例流程图(3)中，煤经由空气剥离管210进入带秤带式给料机220，通过管路275，经一斜槽276进入粉碎机278，也就是球磨机。在示例实施方式中，粉碎机278是辊轧机。可选择的是，粉碎机278可以是球磨机或冲击研磨机，或任何适合将煤粉碎至目标尺寸的设备，只要有助于此处所述燃料供给系统110的操作。低压氮气或其它惰性气体，在加热器258内被加热，或经由其它未示出的方式加热，经由管路280与煤一起输送至粉碎机入口282，当煤被粉碎时，煤颗粒基本被干燥至目标含水程度。例如，煤的最终含水程度可以通过调节气流282的温度来控制。其它控制方法包括控制热氮气或其它惰性气体的湿度和流速。热氮气或气体惰性气体将干燥煤颗粒带出粉碎机278，通过管路126将其输送至进料压缩输送区124(如图1所示)。

在另一选择实施方式和第四示例流程图(4)中，在带秤带式给料机220和粉碎机278之间流动连通接上另一个粉碎研磨机222。在该实施方式中，粉碎研磨机222可以是锤磨机和其它适合的研磨机，只要能跟粉碎机278相连，并制造出目标尺寸分布的煤颗粒。来自带秤带式给料机220的煤在研磨机222中首先被压碎和预粉碎，然后经由管路284和286进入粉碎机278。

在另一选择实施方式和第五示例流程图(5)中，煤从空气吹扫管210输送到带秤带式给料机220上，并被引进鼠笼式粉碎机222进行粉碎。粉碎的煤经由管路232输送通过叶片干燥器，并经由独立管路234输送至气力输送收集点286。在该收集点，来自加热器258热的、干燥的、低压氮气或其它惰性输送气体288进入粉碎的煤颗粒，并通过独立的管路290将碎煤颗粒以密相输送的方式输送进旋风分离器292。可选择的是，煤颗粒可以经由任何方式输送，只要这些方式有助于此处所述燃料供给系统的操作。热输送气体的温度和独立输送管路290的长度如下，当与鼠笼式研磨机222的粉碎热相结合，煤颗粒的表面水分和一部分孔内水分都被蒸发，并转变为气相。蒸发量通过调节气流288的温度、流速和湿度来控制。

在第五流程图中，固体颗粒与旋风分离器292中的传送气体分离，并降落进入水分剥离塔294。在该实施方式中，水分剥离塔294包括包括多个向下的倾斜挡板(图中未示出)，位于水分剥离塔294内，有助于在其中氮气或其它惰性气体与颗粒形成逆流。可选择的是，水分剥离塔294可以是普通的塔。然后，这些颗粒在此处遇到向上流动的第二气流296，该气流是来自加热器258的热的、干燥的氮气或其它惰性气体。剥离气流296，与向下流的煤颗粒逆向流动，将煤颗粒之间的剩余水分剥离走，这些水分是粉碎过程中释放，但没有从旋风分离器292中除去。热而干燥的煤颗粒从剥离塔294排出，在入口238进入储罐240。煤颗粒在管路126中通过密相气力输送至进料压力输送系统124(如图1所示)，正如此处更详细的描述。而且，来自旋风分离器292的顶部气体流299内的细磨煤颗粒，被输送至二级旋风分离器300，通过管路302将煤粉返回至剥离塔294的入口304。来自二级旋风分离器300的过量气体被输送至灰尘收集系统226，与此系统的其它吹扫气混合，混合气过滤以基本除去所有剩余的煤灰。经鼓风机228压缩后，气体被送至气体干燥器230以基本上除去所有剩余的水分，这些水分是煤粉碎和干燥时造成的。干燥且不含颗粒的氮气或其它惰性气体经干燥器230排出，可以随后循环至储罐214以供整个燃料供给系统110的重新使用。

图3是与图1所示燃料供给系统110一起使用的示例性进料压缩输送系统124的流程图。具有预定尺寸分布和水分含量的固体颗粒通过密相气力输送经由管路126由进料制备区122(如图1所示)输出，正如此处更详细的描述。储料仓一级进口旋风分离器320从低压氮气或气体惰性传输气体中分离颗粒，将颗粒输送至储料仓进入剥离管324的一个进口322以供进一步处理。来自旋风分离器320的顶部气体经由管路326流通过储料仓二级进口旋风分离器328，从运输气中基本除去部分夹带的煤灰，并将煤灰经由管路330输往剥离管324的入口322。二级旋风分离器330的顶部气体经由管路332输往灰尘控制系统334。基本不含灰尘的气体然后经由压缩器336压缩，并输往氮气干燥包230(如图2所示)以供整个燃料供给系统110再使用。可选择的是，干燥包可以是温度和湿度调节包。

经由旋风分离器320和330脱除的煤颗粒进入入口322向下流动，与逆向而来的热氮气或其它惰性剥离气流128相遇。在该示例实施方式中，剥离管324包括包括多个向下倾斜挡板(图中未示出)位于剥离管324内，有助于在其中产生逆流的氮气和颗粒。可选择的是，剥离管324可以是任意塔。剥离气除去在研磨和干燥之后仍然剩下的水分，正如此处更详细的描述。在流经剥离管324后，煤颗粒进入固体吹散泵储料仓338。

在该示例性实施方式中，储料仓338配置用于给两台并行工作的固体吹散泵340供给进料煤。可选择的是，储料仓338可以配置用来给任意数量的固体吹散泵340进料。进一步可选择的是，燃料供给系统110可以配置有任意数量储料仓338和固体吹散泵340，只要有助于此处所述燃料供给系统的操作。在该示例实施方式中，固体吹散泵340使用Stamet^TM 

进料技术，该泵是旋转、紧凑的固体输送和计量泵，或者是GE Energy，Atlanta，GA.公司销售的Stamet^TM牌固体吹散泵。该泵能够输送固体颗粒，气压范围从常压至1000psig以上，泵转速和固体颗粒流速之间有很好的线形关系。可选择的是，任何泵或压力输送设备可以用来处理和压缩此处所述固体颗粒。

在该示例性实施方式中，储料仓338的每一出口管路344与每一固体泵340之间流动连通一吸入式进料槽342，而每一吸入进料槽342控制着每一固体吹散泵340进料煤的流速。更特别的是，每一进料槽342被设计成可以承受整个气化系统压力，包括入口安全阀346，当泵失灵时安全阀关闭。可选择的是，与入口安全阀346相辅助，其它出口安全阀，图上未标注，也可以位于每一固体吹散泵的输送管线352。在示例实施方式中，进料槽342是底部活动的进料槽，配置用于确保每个固体吹散泵340的吸入口都被煤填充，这样确保固体煤颗粒连续流过每个泵。可选择的是，管路344被设计成提供缓冲体积，并可以结合入口安全阀346和其它特征，例如但并不限于起伏界面，以有助于固体颗粒流进泵340的入口。

在该示例性实施方式中，来自吸入进料槽342的固体颗粒燃料经由固体吹散泵340加压至压力足够保证固体颗粒流过进料喷射泵348，且流进气化器134(图1未标注)。来自空气分离单元112(如图1所示)的高压氮气流350，可以预热或不预热，在两个位置与每个固体吹散泵340的输出管352相连通，第一连接处354靠近固体吹散泵340的输出口356，第二连接处358位于第一连接处354的下游。第一连接处354提供密封氮气流，阻止密相颗粒向后通过固体吹散泵340。尽管向后通过固体吹散泵340泄漏的气体是少量的，密封氮气阻止了传输气体、氧气或合成气向后通过泵的泄漏。第二连接处358提供了相对高速的氮气射流，直接指向从固体吹散泵出口356排出的固体颗粒。高速射流打碎了偶然聚集在一起的固体颗粒，使固体吹散泵340排出的固体燃料颗粒分布基本均匀，更进一步使固体颗粒从泵内高度密相条件转变为易流动的流化条件，该流化条件是在固体吹散泵340下游进行高压气力输送。在优选实施例中，固体吹散泵340下游煤的高压气力输送是稀相输送。可选择的是，固体吹散泵340下游煤的高压气力输送是任意形式，只要有利于燃料和气化系统的工作。作为高速射流的替换，任何机械分散设备都可以在管路352的任何地方使用，只要能使此处所述的燃料供给系统110发挥作用。

在该示例性实施方式中，在分散操作之后，煤颗粒接着经由管路352输送进入气力输送管路360。在此，来自加热器258(如图2所示)的高压输送气362通过稀相气力输送夹带煤固体颗粒经由管路364、366和380直接进入气化器进料喷口348。在此通过调节固体吹散泵340的操作速度和/或高压输送气的流速、压力和温度来实现固体颗粒流速的控制。在一选择实施方式中，高压载气不加热。在另一可选择实施方式中，高压气体载体可以任意处理，只要有助于此处所述燃料和气化系统的操作。

在一选择实施方式中，固体颗粒经由管路368进入高压进料仓370，进料仓对固体吹散泵340和气化器进料喷口348之间的管路起缓冲作用。在操作过程中，进料仓370是一条可选择的流动路径，可以用来改善流向气化器134(图1未标注)的固体。进料仓370可以有助于降低固体吹散泵340的暂时流速变化或中断的影响，或在一选择实施方式中，固体吹散泵340不是Posimetric泵，可以不具有与此处所述Posimetric技术相同或基本相同的连续流动特性。

在操作进料仓370的过程中，在一实施方式中，部分高压输送气经从固体颗粒输送管路360改道至管路324，并经由管路372至进料仓370的底部376以使固体颗粒流动，并强化其中的固体颗粒的流动性。高压输送气的剩余气体378用来将进料仓370的固体颗粒输往进料喷射器348的入口管路366和380。在该实施方式中，通过调节固体吹散泵340的操作速度和输往进料仓370底部376的高压输送气流372和378来控制流速。

在另一选择实施方式中，也许有必要循环更多的酸性CO₂给气化器134(如图1所示)，与输送固体颗粒或固体颗粒输送导管能够被操控所必需的相比。在该实施方式中，需要另外的管路382和384将气体直接输往进料喷射器348。额外体积量的气体可以用来使气化器134(图3未标注)的温度适度，改进进料喷射器348的喷射特性，或缓和气化反应的化学反应。

图4是与图1所示的燃料供给系统110一起使用的示例性矿渣辅料料处理区152的工艺流程图。在示例性实施方式中，矿渣辅料区152包括矿渣辅料磨碎机402，例如棒磨机或球磨机，该磨碎机经由矿渣辅料重力带式进料机404接收来自位于外部的原料(图中未示出)的一些矿渣辅料(图中未示出)。矿渣辅料/循环粉末混合罐406与下游的磨碎机402流通相连。更加特别的是，在磨碎机402中，矿渣辅料被磨碎至目标颗粒尺寸分布，该磨碎机，在一示例性实施方式中，在干式状态下操作。可选择的是，可以使用有助于这里所描述的燃料系统操作的任何类型的磨碎机。磨碎机402中的易散性粉尘排放物被收集在粉尘收集系统408中。

在该示例性实施方式中，炭和粉末浆料从处理区156(如图1所示)经由管道154进入混合罐。利用搅拌器410，在混合罐406中，将来自磨碎机402中的干颗粒辅料与炭和粉末浆料混合。很多管道412和414形成一个连续的环路416，混合罐泵418使矿渣辅料/循环粉末浆料经过该环路416进行循环，经过加料泵420抽吸以确保加料泵总是有充足的浆料供给并且在罐406中提供额外的混合。浆料从抽吸循环环路416中排出，进入位于混合罐泵406下游的加料泵420中。在示例性实施方式中，加料泵420是高压正排量泵，该泵能使浆料经由管道422供给到气化器进料喷嘴348(如图3所示)。一旦固体燃料的湿气水平到达气化器134(如图1所示)就启动进料制备区118的操作，最后通过调整炭和细浆料的浓度和被补充到混合罐406中新鲜水424的量，来控制进入气化器134中总水量。可选择的是，矿渣辅料可以与循环固体一起在湿式棒或球磨机中磨碎，而不是将矿渣辅料单独磨碎然后再与循环固体混合。上述共磨操作的产品经筛分后被送入混合罐406。

现在参照图1，在该示例性实施方式中，在燃气轮机192点燃和气化器134启动之前，必须提供另一种载气源直到气化器134生产了足量的CO₂并且足量的CO₂能被回收以维持燃料供给系统110的运行。上述第二种载气是必需的，因为，一般的，CO₂不能从合成气中回收，直到气化器开始运行，或者是，由于多联气化操作不能获得充足的CO₂以提供多联气化操作和启动气化操作所需量的CO₂。在示例性IGCC电厂50中，直到气化器134启动并且合成气在那里制备出来之后，从空气分离单元112获得的高压氮气才需要作为用于清洁燃料气138的清洁燃料气稀释剂。在一可选择的实施方式中，气化器被集成为氨水生产厂而不是IGCC电厂，直到气化器启动并且合成气制备出来以后，来自空气分离单元的氮气才用于氨水合成。

鼓214被低压氮气充满，该氮气来自空气分离单元112或来自当地存储器，图中未示出。煤被引入空气吹扫管210(如图2所示)的入口，接下来在鼠笼式破碎机222中被磨碎，正如这里所描述的，并且被装进主煤仓240，主煤仓中由于磨碎而产生的水分被氮气242吹扫除去。来自鼓314的低压传输气252夹带煤从煤仓240至储料仓338，正如图2和3所示。一旦储料仓被填装，就在加热器258中加热来自空气分离单元112的高压氮气，并且将其中的连续流体经由连续管道144、362、360、364、366、388和390输送至悬浮分离器386(如图3所示)。输送氮气从悬浮分离器386经由高效悬浮分离器包392、收尘系统334、鼓风机336、氮气干燥机230和通过鼓214中的出口394排出。一旦氮气传输气流以适当的速率形成，就启动固体泵340，并且将被加压的固体输送至传输气传送管道360。稀释相固体流经由管道364、366、386、388和390注入悬风分离器386。旋风分离器386将返回的固体送至固体泵储存仓338，并且氮气经过氮气返回系统进入鼓214。这种离线操作使得气固流在进入气化器之前调整到它们的适当流速。

在示例性实施方式中，矿渣辅料/炭&粉末浆料的流动速率也被确定。再次参考图4，在该示例性实施方式中，最初不能得到可以将颗粒矿渣辅料混入的的循环炭和粉末浆料。相反，启动矿渣辅料的混合物是在混合罐406中使用新鲜水制备而得的。浆料循环泵418连续地将启动浆料循环通过加料泵420的抽吸，和加料泵420使被加压的浆料经由管道428返回至混合罐406。这种循环使得在气化器134启动之前的离线操作中辅料浆料的适当流速得以确定。

随着辅料浆料、气力输送的煤固体和氧气的流速的确定和稳定，管道428上的阻塞阀426关闭与管道422上的阻塞阀430开启是基本同时的，因此浆料被传送至气化器进料喷嘴348而不是循环返回到混合罐406。在示例性实施方式中，基本同时地，管道390上的阻塞阀394关闭与管道380上的阻塞阀396开启是基本同时地。将那里由氮气输送的固体输送至气化器进料喷嘴348。当氧气基本被引入气化器134的时候，储存在气化器134中的热能激发反应并且开始产生合成气。随着合成气从气化器134向下流输送，CO₂回收开始，并且将CO₂气流压缩并经由管道142循环至燃料供给系统110的前端(如图1所示)。随着管道142中更多CO₂变得可从气化器134获得，高压氮气逐渐被作为高压输送气的循环酸性CO₂所替代。高压氮气然后变得可用于燃气轮机燃烧器136中的清洁燃料气稀释剂。然而，直到全部高压氮气稀释剂变得可用于燃烧器136这个时候，水或蒸气可以在燃烧器中用作临时的代替的稀释剂。

启动后，在该示例性的实施方式中，未转化的碳，例如碳，与细矿渣一起在气化厂114炭&粉末处理区156中开始收集。炭&粉末在处理区156被回收用作稀浆料。然后将浆料输送至矿渣辅料处理系统152。当这种炭和粉末的浆料变得可用于循环至供给系统110的时候，直到全部的炭循环到气化器134，去混合罐406的新鲜水补充424才逐渐被炭和粉末浆料所代替。最后，通过调整炭和粉末浆料的浓度和/或被补充到混合罐406中新鲜水的量，来控制进入气化器134中总水量。如果希望在启动之后向气化器添加额外的酸性CO₂气体，这样可以通过开启管道384上的阻塞阀397得以实现。

在可选择的实施方式中，来自空气分离单元112的高压氮气在气化器启动的时候不可用作输送气。在这个实施方式中，可以使用压缩天然气267代替高压氮气。天然气可以用作燃气轮机192的候补燃料并且足量的天然气可代替高压氮气用作高压输送气。在这个实施方式中，将煤磨碎、干燥和装填到主煤仓240和固体泵储存仓338。然后，将高压天然气在加热器258中加热，并且经由管道144、360、362、364、366、388、和398输送到电厂火炬(未示出)。在启动时，这样使得天然气流速得以稳定在理想值。然后气化器134可以启动不需要使用任何煤固体，因此天然气是一种独立地用于气化器的合适燃料。因为天然气没有灰，由于有灰就需要矿渣改性剂，那么气化器用天然气进行启动就不必启动矿渣辅料系统152。

在这个实施方式中，通过基本同时关闭管道398上的阻塞阀399和开启管道380中的阻塞阀396，而使得气化器134利用天然气进行启动。然后氧气经由管道323输送至气化器134。储存在气化器难熔材料中的热能激发反应并且开始产生合成气，正如这里更加详细的描述。在这个实施方式中，气化器134可以使用天然气进行操作，天然气作为任何实际工作时间的唯一原料。

在这个可选择的实施方式中，启动固体泵340，开始引入固体颗粒燃料。从泵340排出的煤颗粒落入固体接收管道360，在其中，煤被天然气流夹带经由管道380进入气化器进料喷嘴348，正如这里所详细描述的。将煤加入到天然气中基本上增加了燃料至气化器134的流量。为了提供足量的氧气以气化进料中的全部碳，必须提高氧气到气化器的流速。矿渣辅料浆料也必须启动以致通过关闭管道428上的阻塞阀426并开启管道422上的阻塞阀430，从而将矿渣辅料浆料供给气化器。气化器134可以在任何操作时间段内运行该天然气和煤的混合物。在操作过程中，天然气和煤的流速不可以超出下游合成气的需求量。更加特别地，气化器134可以使用低流速的天然气启动，当添加煤颗粒的时候，以致于制备出的合成气量能满足下游工艺的需求。可选择地，如果气化器已经在高于理想的煤进料转化率下操作，可以减少天然气的流量，同时适当调整氧气的流速，以使得煤颗粒进入天然气。由于在气化器中连续生产合成气，CO₂可以从合成气中回收、经压缩和按规定路线进入输送气加热器258以逐渐代替天然气。当输送气组合物由100％的天然气转变成100％的循环酸性CO₂的时候，提高进入固体接收管道360的固体流速以基本维持与流入气化器134相同的燃料能量级。提高矿渣辅料/循环炭和粉末浆料的流速以与煤提高的流速相匹配。在启动操作时使用天然气使得气化器134在启动时使用清洁、无硫的燃料，该燃料因此对位于有加工气燃烧限制条款的地区的IGCC电厂是有利的。

这里所描述的是一种可以用在IGCC电厂中的燃料供给系统，通过使煤磨碎、水分控制和气化器上游的固体泵结合成为一体，来提供了一种费用低廉、高效和可靠的系统用于将煤供给到IGCC电厂。在每个实施方式中，燃料制备系统控制输送至气化器的水分达到理想的水平，该水平在干进料系统的水分含量与浆料进料的水分含量之间。更加特别地，粉碎的PRB煤进料具有很好的控制的内部水分含量，通过调整该水分含量不仅可以优化气化器的性能，而且可以优化整个系统的性能，气化器在整个系统中起决定性作用。更进一步，在每个实施方式中，在气化器上游增加固体泵，有助于对煤加压，使煤的压力从泵入口的常压至高于气化器操作压力，以助于将煤气力输送到气化器中。因此加压煤的连续流体被输送到气化器中。此外，本发明公开了一种改进的供给系统，其可替换传统干进料系统，用于将低级煤，例如烟煤和无烟煤，提供给耐火材料衬里的气流床气化器以产生合成气，该合成气用于IGCC工厂发电用。因而，本发明公开了一种与浆料供给系统相似的，更简单、更实用的供给系统，在其中使用对固体加压的替换方法来代替昂贵的闭锁料斗、阀和压缩机。因此，用以维持干料供给系统的费用和浆料供给系统的低效都可以避免了。

上述内容详细描述了燃料供给系统的示例性实施方式。图中所示的燃料供给系统组件不限于本文所述的特定实施方式，更合适的，每个系统中的组件可以被独立使用且与本文所述的其他组件相分离。例如，上述燃料供给系统组件也可以与不同的燃料系统组件结合使用。

正如本文已使用的，以单数形式表达和紧跟“a”或“an”词的组件或步骤应该将其理解为不排除组件或步骤的复数，除非明显表达了上述排除。然而，本发明所引用的“一种实施方式”并不意旨于排除也能与列举的特征结合的其他实施方式的存在。

这份书面说明书使用实施例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且能使本领域技术人员实施本发明，包括获得和使用任意设备或系统以及完成任意合并的方法。本发明的专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员可以想到的其他实施例。如果上述实施例含有不同于权利要求的文字语言的结构部件，或者如果包括与权利要求的文字语言有细微差别的等价的结构部件，该实施例的意旨在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于包括气化器(134)的气化系统(50)的燃料供给系统(110)，所述燃料供给系统包括：

进料制备区(118)，配置用来粉碎颗粒燃料到预定尺寸，并调整颗粒燃料中的湿度；

加压和输送区(124)，与所述进料制备区流动连通，所述加压和输送区含有至少一个固体泵(340)，该泵配置用来在第一压力下接收颗粒燃料流，并在第二压力下排放颗粒燃料；

管道(122)，配置用来将加压颗粒燃料输送至气化器；以及

矿渣辅料区(152)，配置用来向气化器供给矿渣混合物，并基本控制进入气化器的大量的进料的总含水量，并进一步控制气化系统内大量的颗粒燃料灰的熔化性能和流动性能。

2.如权利要求1所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，还包括：

至少一个水分剥离管，位于所述固体泵(340)的上游，所述水分剥离管配置用来除去颗粒燃料中的至少部分水分；以及

至少一个空气剥离管(210)，位于所述至少一个水分剥离管的上游，所述至少一个空气剥离管配置用来除去颗粒燃料中的至少部分空气。

3.如权利要求1所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，所述进料制备区(118)还包括至少一个研磨机(222)，该研磨机(222)配置用来粉碎颗粒燃料到预定的颗粒尺寸分布。

4.如权利要求3所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，所述进料制备区还包括至少一个干燥器组件，该组件与所述至少一个研磨机(222)流动连通，所述至少一个干燥器组件配置用来从颗粒燃料中除去水分。

5.如权利要求1所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，还包括引入气化器(134)的水慢化剂流，部分所述水慢化剂包含来自气化器的循环固体。

6.如权利要求2所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，所述进料制备区还包括水分剥离组件，该组件含有低压运输线和旋风分离器(292)，该组件与水分剥离塔(294)流动连通，所述水分剥离组件配置用来输送逆流干燥气，与颗粒燃料流入的方向相反，以助进一步干燥颗粒燃料，在其中将干燥气、低压输送线和旋风分离器中的至少一种加热。

7.如权利要求1所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，所述进料制备区还包括：

微粉机(278)，配置用来减少颗粒燃料的颗粒尺寸分布；以及

带式给料机(220)，配置用来接收燃料微粒流并将颗粒燃料输送至所述微粉机。

8.如权利要求7所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，所述进料制备区还包括研磨机(222)，研磨机(222)与所述微粉机(278)的上游流动连通，该研磨机配置用于粉碎颗粒燃料至预定颗粒尺寸分布。

9.如权利要求1所述的燃料供给系统(110)，其特征在于，所述加压和输送区(124)还包括供给槽(342)，供给槽(342)沿着所述管道(344)定位，所述供给槽配置用来平稳颗粒燃料的流动。

10.如权利要求1所述燃料供给系统(110)，其特征在于，所述加压和输送区(124)还包括管道(344)，管道(34)与所述至少一个固体泵(340)的出口流动连通，所述管道含有气流，该气流配置用来帮助提供基本均匀的颗粒燃料分布从所述至少一个固体泵排出。

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