CN102052101B - 用于改进igcc发电设施的性能的系统 - Google Patents

用于改进igcc发电设施的性能的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102052101B
CN102052101B CN201010547925.XA CN201010547925A CN102052101B CN 102052101 B CN102052101 B CN 102052101B CN 201010547925 A CN201010547925 A CN 201010547925A CN 102052101 B CN102052101 B CN 102052101B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steam
gas
heat exchanger
var
circulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201010547925.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102052101A (zh
Inventor
A·A·苏帕汉
V·巴拉舒布拉马尼延
S·J·哈扎里卡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN102052101A publication Critical patent/CN102052101A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102052101B publication Critical patent/CN102052101B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04539—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • F25J3/04545—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels for the gasification of solid or heavy liquid fuels, e.g. integrated gasification combined cycle [IGCC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/04606—Partially integrated air feed compression, i.e. independent MAC for the air fractionation unit plus additional air feed from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1643—Conversion of synthesis gas to energy
    • C10J2300/1653—Conversion of synthesis gas to energy integrated in a gasification combined cycle [IGCC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1678—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with air separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/86—Other features combined with waste-heat boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/06—Adiabatic compressor, i.e. without interstage cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/70—Steam turbine, e.g. used in a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
    • F25J2240/82—Hot exhaust gas turbine combustion engine with waste heat recovery, e.g. in a combined cycle, i.e. for generating steam used in a Rankine cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于改进IGCC发电设施的性能的系统和方法，在某些实施例中，系统包括气体清洁器(22)。该气体清洁器(22)包括用于清洁合成气的溶剂。该系统还包括热交换器(20)，热交换器(20)被配置成加热液体以生成蒸汽。该系统还包括蒸汽吸收制冷(VAR)循环(106)，VAR循环(106)配接到气体清洁器(22)和热交换器(20)。VAR循环(106)被配置成冷却溶剂。此外，蒸汽驱动VAR循环(106)。

Description

用于改进IGCC发电设施的性能的系统
技术领域
本文所公开的主题涉及整体气化联合循环(IGCC，integratedgasification combined cycle)发电设施。更具体而言，所公开的实施例涉及用于改进IGCC发电设施的性能的系统和方法。
背景技术
IGCC发电站能相对清洁地且高效地从诸如煤或天然气的各种含碳给料生成能量。IGCC技术可通过在气化器中与氧气和蒸汽起反应而将含碳给料转变成一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气体混合物，即，合成气。这些气体可被清洁、处理和利用为IGCC发电设施中的燃料。举例而言，合成气可被馈送到IGCC发电设施的燃气轮机的燃烧器内且被点燃以向燃气轮机提供动力用于发电。这种IGCC发电设施包括生成低级热(low-grade heat)的若干构件，这些热随后被耗散。
发明内容
在范围上符合最初主张的本发明的某些实施例在下文中概述。这些实施例预期并不限制所要求保护的本发明的范围，而是这些实施例预期仅提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文所述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，系统包括气体清洁器。该气体清洁器包括用于清洁合成气的溶剂。该系统还包括热交换器，热交换器被配置成加热液体以生成蒸汽。该系统还包括蒸汽吸收制冷(VAR)循环，其配接到气体清洁器和热交换器。VAR循环被配置成冷却溶剂。此外，蒸汽驱动VAR循环。
在第二实施例中，系统包括多冷却器控制器。该多冷却器控制器包括第一冷却器控制器和第二冷却器控制器。第一冷却器控制器被配置成控制蒸汽压缩制冷(VCR)循环。第二冷却器控制器被配置成控制VAR循环。多冷却器控制器被配置成选择性地调整VCR循环和VAR循环的负荷以冷却气体清洁器的溶剂。
在第三实施例中，系统包括IGCC热交换器，其被配置成加热水以产生蒸汽。IGCC热交换器包括在气化器下游的合成气冷却器和配接到空气分离单元(ASU)的空气冷却器。该系统还包括蒸汽管道，其配接到IGCC热交换器。该系统还包括配接到蒸汽管道的IGCC构件。IGCC构件包括VAR循环、除气器或者蒸汽轮机。
附图说明
当参看附图来阅读本发明下文的详细描述时，本发明的这些和其它特点、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的部件，其中：
图1是IGCC发电设施的示范性实施例的示意方块图；
图2是图1的低温气体冷却(LTGC)单元的示范性实施例的处理流程图，其可生成低、低压(LLP)蒸汽；
图3是图1的ASU空气压缩机的示范性实施例的处理流程图，其可生成LLP蒸汽；
图4是图1的合成气清洁系统的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽；
图5是图1的燃气轮机的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽；
图6是除气器的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽；以及
图7是图1的蒸汽轮机的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽。
部件列表
10整体气化联合循环(IGCC)系统
12燃料源
14给料制备单元
16气化器
18渣料
20低温气体冷却(LTGC)单元
22合成气清洁系统
24硫
26盐
28气体处理器
30残留气体成分
32燃烧器
34燃气轮机
36空气分离单元(ASU)
38ASU压缩机
40稀释气态氮气(DGAN)压缩机
42涡轮
44驱动轴杆
46压缩机
48第一负荷
50蒸汽轮机
52热回收蒸汽发生(HRSG)系统
54第二负荷
56冷凝器
58冷却塔
60第一热交换器
62第二热交换器 
64第三热交换器
66第一压缩部段
68第二压缩部段
70公共轴杆
72热压缩空气
74中间冷却器
76冷压缩空气
78热压缩空气
80后冷却器
82吸收器
84溶剂流
86溶剂/酸气混合物
88控制阀
89气液分离罐(K/O罐)
90热交换器
92溶剂再生器
94溶剂/酸气混合物流
96溶剂流
98泵
100溶剂的第一部分
102再沸器
104溶剂的第二部分
106蒸汽吸收制冷(VAR)循环
108蒸汽压缩制冷(VCR)循环
110多冷却器控制器
112VCR控制器
114VAR控制器
116入口空气激冷器
118VAR循环
120冷却流体循环流
122冷却流体循环流
124控制器
126除气器
128托盘部段
130沸腾器给水容器
132泵
134控制器
136低压部段
138中压部段
140高压部段
142公共轴杆
144排气流
145排气流
146排气流
148控制器
具体实施方式
将在下文中描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特点。应了解在任何这样实际实施方式的发展中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多具体实施决策来实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和商务相关限制，对于不同的实施方式，这些限制可不同。此外，应了解，这些开发努力可为复杂的且耗时的，但仍是受益于本公开内容的本领域普通技术人员设计、制作和制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”预期表示存在这些元件中的一个或多个。术语“包 括”、“包含”和“具有”预期是包括性的且意味着可存在除了所列出元件之外的额外元件。
具有碳捕获的IGCC设施消耗比非碳捕获设施更多的辅助负荷。但是，这些相同设施生成低级热能，其可另外耗散到(例如)冷却水系统中。所公开的实施例通过使各种IGCC热交换器，诸如空气分离单元(ASU)压缩机中间冷却器和后冷却器、低温气体冷却(LTGC)部段、调温冷却器等利用由此低级热能生成的低、低压(LLP)蒸汽(例如，在20-40psia之间压力范围的蒸汽)来减低IGCC设施的公用电力消耗和冷却塔负荷。但是，其它IGCC热交换器可用于生成LLP蒸汽。
在某些实施例中，LLP蒸汽可用于通过使用LLP蒸汽来驱动蒸汽吸收制冷循环来降低IGCC设施的酸气移除(AGR)溶剂制冷系统的公用电力消耗。在其它实施例中，LLP蒸汽可用于通过使用LLP蒸汽来驱动另一蒸汽吸收制冷循环来冷却IGCC设施的燃气轮机的进气。燃气轮机的效率可大体上取决于周围空气温度。在热天，燃气轮机的输出可由于周围空气的低密度而减少。因此，对燃气轮机的进气的冷却改进IGCC设施的输出和效率。在另外的实施例中，LLP蒸汽可通过补充在除气系统中提取的低压蒸汽的流量来降低从IGCC设施的蒸汽轮机提取的低压蒸汽量。在另外的实施例中，LLP蒸汽可被接纳到IGCC设施的蒸汽轮机的低压部段内以提高蒸汽轮机的输出和效率。但是，LLP蒸汽可用于整个IGCC设施上的各种其它应用。
图1示出可由合成气体(例如，合成气)提供动力的IGCC系统10。IGCC系统10的元件可包括燃料源12，诸如固体进料，其可用作IGCC的能源。燃料源12可包括煤、石油焦、生物质、木质材料、农业废物、焦油、焦炉煤气和沥青，或者其它含碳物质。
燃料源12的固体燃料可被传递到给料制备单元14。给料制备单元14可(例如)通过将燃料源12切碎、研磨、撕裂、磨碎、压块或粒化而重整燃料源12的大小或形状以生成给料。此外，水或其它合适液体可添加到给料制备单元14中的燃料源12以形成浆给料。在其它 实施例中，并不向燃料源12添加液体，因而得到干给料。
给料可从给料制备单元14传递到气化器16。气化器16可将给料转化成一氧化碳与氢气的组合，即，合成气。取决于所用气化器16的类型，这种转化可通过使给料在高压(例如，从大约290psia至1230psia)和高温(例如，大约1300°F至2900°F)经受控制量的蒸汽和氧气而达成。气化处理可包括使给料经历热解处理，其中给料被加热。在热解处理中，在气化器16内的温度可在大约300°F至1300°F之间，取决于用于生成给料的燃料源12。在热解处理中加热给料可生成固体，例如木炭，和残留气体，例如一氧化碳和氢气。
然后可在气化器16中发生燃烧处理。燃烧可包括将氧气引入到木炭和残留气体。木炭和残留气体可与氧气起反应以形成二氧化碳和一氧化碳，其提供热用于随后的气化反应。在燃烧处理中的温度可在大约1300°F至2900°F的范围。之后，蒸汽可在气化步骤中引入到气化器16内。木炭可与一氧化碳和蒸汽在从大约1500°F至2000°F的温度范围起反应以产生一氧化碳和氢气。实质上，气化器利用蒸汽和氧气来允许某些进料“燃烧”以产生一氧化碳和能量，其驱动第二反应，第二反应将另外的给料转变成氢气和额外二氧化碳。以此方式，由气化器16制造合成的气体。此合成的气体可包括大约85％的一氧化碳和氢气，以及CH4、CO2、H2O、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于给料中的硫含量)。此合成的气体可被称作脏合成气。气化器16也可生成废料，诸如渣料18，其可为湿灰材料。此渣料18可从气化器16移除且被处置为(例如)路基或其它建筑材料。
脏合成气然后可被引导至低温气体冷却(LTGC)单元20，其可被配置成冷却脏合成气。如下文所述，LTGC单元20可包括一个或多个热交换器，热交换器被配置成从热的脏合成气向其它介质传热，诸如蒸汽冷凝液、来自冷却塔的冷却水以及自沸腾器给水系统的沸腾器给水。
来自LTGC单元20的冷的脏合成气然后可在合成气清洁系统22 中清洁。合成气清洁系统22可清洗冷的脏合成气以从冷的脏合成气移除HCl、HF、COS、HCN和H2S，其可包括通过(例如)酸气移除(AGR)处理分离硫24。而且，合成气清洁系统22可经由水处理过程分离盐26与冷的脏合成气，水处理过程可利用水纯化技术来从冷的脏合成气生成可用的盐26。随后，来自合成气清洁系统22的气体可包括清洁的合成气。
气体处理器28可用于从清洁合成气移除残留气体成分30，诸如氨、甲醇或任何残留化学品。但是，从清洁的合成气移除残留气体成分30是可选的，因为清洁的合成气可用作燃料，即使在包含残留气体成分30(例如，尾气)时。这种清洁的合成气可作为可燃的燃料被传输至燃气轮机34的燃烧器32(例如，燃烧腔室)。
IGCC系统10还可包括空气分离单元(ASU)36。ASU 36可经过操作通过蒸馏技术将空气分成成分气体。ASU 36可从ASU压缩机38供应到它的空气分离出氧气，且ASU 36可将分离的氧气转移至气化器16。此外，ASU 36可将分离的氮气传输至稀释气态氮气(DGAN)压缩机40。如下文所述，ASU压缩机38可包括一个或多个压缩部段，在压缩部段之间的一个或多个中间冷却器和/或在压缩部段后的一个或多个后冷却器。中间冷却器和后冷却器可在将压缩空气递送到ASU36之前冷却压缩的空气。
DGAN压缩机40可将从ASU 36接收的氮气压缩至与燃气轮机34的燃烧器32中的压力水平至少相等的压力水平，以发生到燃烧器腔室中适当喷射。因此，在DGAN压缩机40将氮气充分地压缩到适当水平后，DGAN压缩机40可将压缩的氮气传输到燃气轮机34的燃烧器32。氮气可用作稀释剂以(例如)便于控制排放。
燃气轮机34可包括涡轮42、驱动轴杆44和压缩机46以及燃烧器32。燃烧器32可接收燃料，诸如合成气，其可在压力下从燃料喷嘴喷射。此燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机40的压缩氮气混合，且在燃烧器32内燃烧。此燃烧可形成热加压燃烧气体。
燃烧器32可将燃烧气体引导至涡轮42入口。在来自燃烧器32的燃烧气体穿过涡轮42时，燃烧气体可迫使涡轮42中的涡轮叶片沿着燃气轮机34的轴线旋转该驱动轴杆44。如图所示，驱动轴杆44连接到燃气轮机34的各个构件，包括压缩机46。
驱动轴杆44可将涡轮42连接到压缩机46以形成转子。压缩机46可包括配接到驱动轴杆44的叶片。因此，涡轮42中涡轮叶片旋转造成驱动轴杆44使压缩机46内的叶片旋转，驱动轴杆44将涡轮42连接到压缩机46。压缩机46中叶片的这种旋转可使压缩机46压缩经由压缩机46中的空气进入口接收的空气。压缩空气然后可被馈送到燃烧器32且与燃料和压缩的氮气混合以允许更高效燃烧。驱动轴杆44也可连接到负荷48，其可为固定负荷，诸如在发电设施中用于发电的发电机。实际上，负荷48可为任何合适的装置，其由燃气轮机34的旋转输出提供动力。
IGCC系统10也可包括蒸汽轮机50和热回收蒸汽发生(HRSG)系统52。蒸汽轮机50可驱动第二负荷54。第二负荷54也可为用于发电的发电机。但是，第一负荷48与第二负荷54可为其它类型的负荷，其能分别由燃气轮机34与蒸汽轮机50驱动。此外，尽管燃气轮机34和蒸汽轮机50可驱动单独负荷48与54，如在图示实施例中所示，燃气轮机34与蒸汽轮机50也可串联地用于经由单个轴杆驱动单个负荷。蒸汽轮机50以及燃气轮机34的具体配置可视具体实施方式而定且可包括部段的任何组合。
系统10也可包括HRSG 52。自燃气轮机34的热废气可被输送到HRSG 52且用于加热水且产生蒸汽，以用于向蒸汽轮机50提供动力。自(例如)蒸汽轮机50的低压部段的排气可被引导至冷凝器56。冷凝器56可利用冷却塔58交换热水与冷水。冷却塔8用于向冷凝器56提供冷水以辅助冷凝从蒸汽轮机50传输到冷凝器56的蒸汽。而自冷凝器56的冷凝液可被引导至HRSG 52。同样，自燃气轮机34的排气也可被引导至HRSG 52内以加热来自冷凝器56的水且产生蒸汽。
在诸如IGCC系统10的组合循环系统中，热排气可从燃气轮机34流动且传递到HRSG 52，在HRSG 52，其可用于生成高压、高温蒸汽。由HRSG 52产生的蒸汽然后通过蒸汽轮机50传递用于发电。此外，所产生的蒸汽也可被供应到其中使用蒸汽的任何其它处理中，诸如供应到气化器16。燃气轮机34发电循环通常被称作“顶循环”，而蒸汽轮机50发电循环常常被称作“底循环”。通过组合如图1所示的这两个循环，IGCC系统10可导致两个循环更高的效率。特别地，可俘获自顶循环的放热且用于生成蒸汽以用于底循环。
如上文所述，IGCC系统10包括若干构件，其生成低级热能，低级热能可另外被耗散。所公开的实施例利用这种低级热能生成低、低压(LLP)蒸汽以在各种方法中用于改进IGCC系统10的总性能。LLP蒸汽可在大约20-40psia的范围，与低压(LP)应用不同，低压(LP)通常在大约60-100psia的范围。IGCC系统10生成这种可转变成LLP蒸汽的低品位能源的两个特定构件是图1的LTGC单元20和ASU压缩机38。1。但是，利用LLP蒸汽的公开实施例可由IGCC系统10的任何其它构件用于生成低级热能。
图2和图3示出可用于生成LLP蒸汽以用于整个IGCC系统10的各种应用的IGCC系统10的两个示范性构件。举例而言，图2是图1的LTGC单元20的示范性实施例的处理流程图。如图所示，在某些实施例中，LTGC单元20可包括三个热交换器60、62、64。三个热交换器60、62、64可为能从合成气向冷却剂(诸如水或蒸汽冷凝液)传热的任何类型的热交换器。特别地，LTGC 20可包括第一热交换器60(例如，LLP蒸汽发生器)，其被配置成从图1的气化器16接收热脏合成气并利用沸腾器给水来冷却热脏合成气。更具体而言，来自热脏合成气的热可传到沸腾器给水以生成LLP蒸汽。
举例而言，在某些实施例中，热脏合成气可在大约315°F的温度进入第一热交换器60且沸腾器给水可在大约95°F进入第一热交换器。但在其它实施例中，热脏合成气可在250-400°F范围的温度进入第一 热交换器60。更具体而言，热脏合成气可在大约290°F、295°F、300°F、305°F、310°F、315°F、320°F、325°F、330°F、335°F、340°F等温度进入第一热交换器60。此外，沸腾器给水可在70-290°F范围的温度进入第一热交换器60。更具体而言，沸腾器给水可在大约80°F、85°F、90°F、95°F、100°F、105°F、110°F等温度进入第一热交换器60。
在某些实施例中，所生成的LLP蒸汽可在大约250°F的温度从第一热交换器60出来且脏合成气可在大约255°F从第一热交换器60出来。但在其它实施例中，热脏蒸汽可在200-300°F的温度从第一热交换器60出来。更具体而言，所生成的LLP蒸汽可在大约225°F、230°F、235°F、240°F、245°F、250°F、255°F、260°F、265°F、270°F、275°F等温度从第一热交换器60出来。此外，脏合成气可在200-300°F的温度从第一热交换器60出来。更具体而言，脏合成气可在大约230°F、235°F、240°F、245°F、250°F、255°F、260°F、265°F、270°F、275°F、280°F等温度从第一热交换器60出来。此外，在某些实施例中，所生成的LLP蒸汽可在大约30psia从第一热交换器60出来或者在其它实施例中，可在20psia至40psia范围从第一热交换器60出来。如下文所述，所生成的LLP蒸汽可用于整个IGCC设施上的各种其它应用。
如图2所示，LTGC单元20也可包括第二热交换器62，其被配置成从第一热交换器60接收脏合成气且利用蒸汽冷凝液来冷却脏合成气。更具体而言，来自热脏合成气的热可传到蒸汽冷凝液以生成热蒸汽冷凝液。
举例而言，在某些实施例中，热脏合成气可在大约255□的温度进入第二热交换器62且蒸汽冷凝液可在大约100°F进入第二热交换器62。但在其它实施例中，脏合成气可在200-300°F范围的温度进入第二热交换器62。更具体而言，脏合成气可在大约230°F、235°F、240°F、245°F、250°F、255°F、260°F、265°F、270°F、275°F、280°F等 温度进入第二热交换器62。此外，蒸汽冷凝液可在50-150°F的温度进入第二热交换器62。更具体而言，蒸汽冷凝液可在大约85°F、90°F、95°F、100°F、105°F、110°F、115°F等温度进入第二热交换器62。
在某些实施例中，热蒸汽冷凝液可在大约200°F的温度从第二热交换器62出来且脏合成气可在大约120°F的温度从第二热交换器62出来。但在其它实施例中，热蒸汽冷凝液可在150-250°F的温度从第二热交换器62出来。更具体而言，热蒸汽可在大约175°F、180°F、185°F、190°F、195°F、200°F、205°F、210°F、215°F、220°F、225°F等温度从第二热交换器62出来。此外，脏合成气可在50-150°F范围的温度从第二热交换器62出来。更具体而言，脏合成气可在大约105°F、110°F、115°F、120°F、125°F、130°F、135°F等温度从第二热交换器62出来。
如图2所示，LTGC单元20也可包括第三热交换器64，其被配置成从第二热交换器62接收脏合成气且利用来自图1的冷却塔58的冷却水来冷却脏合成气。更具体而言，来自热脏合成气的热可传到冷却水以生成热冷却水，其可被发送回图1的冷却塔58。如上文所述，来自第三热交换器64的冷的脏合成气可被引导至图1的合成气清洁系统22。
举例而言，在某些实施例中，热脏合成气可在大约120°F的温度进入第三热交换器64且可在大约115°F的温度从第三热交换器64出来。但在其它实施例中，脏合成气可在50-150°F的温度进入第三热交换器64。更具体而言，脏合成气可在大约105°F、110°F、115°F、120°F、125°F、130°F、135°F等温度进入第三热交换器64。此外，脏合成气可在50-150°F范围的温度从第三热交换器64出来。更具体而言，脏合成气可在大约100°F，105°F、110°F、115°F、120°F、125°F、130°F等温度从第三热交换器64出来。换言之，仅少量热可从脏合成气耗散到冷却水内，因为进入LTGC单元20的热脏合成气中的大量热能可分别在第一热交换器60与第二热交换器62中传到LLP蒸汽和热 蒸汽冷凝液。
图3是图1的ASU压缩机38的示范性实施例的处理流程图，其可生成LLP蒸汽。如图所示，在某些实施例中，ASU压缩机38可包括多个压缩部段。特别地，图示的ASU压缩机38包括由公共轴杆70连接的第一压缩部段66与第二压缩部段68。举例而言，第一压缩部段66可为低压压缩部段，而第二压缩部段68可为中压或高压部段。空气可由第一压缩部段66接收且在第一压缩部段66内压缩，从而升高空气的压力和温度。
在某些实施例中，热压缩空气72可被引导至中间冷却器74，在中间冷却器74中可冷却热压缩空气72。特别地，在某些实施例中，沸腾器给水可由中间冷却器74用作冷却介质。因此，自热压缩空气72的热可传到沸腾器给水以生成LLP蒸汽，LLP蒸汽可用于整个IGCC系统10上的各种应用。自中间冷却器74的冷压缩空气76可被引导至第二压缩级68且在第二压缩部段68内压缩从而升高冷压缩空气76的压力和温度。
在某些实施例中，自第二压缩部段68的热压缩空气78可被引导至后冷却器80，在后冷却器80中可冷却热压缩空气78。特别地，在某些实施例中，沸腾器给水可再次由中间冷却器80用作冷却介质。因此，自热压缩机空气78的热可传到沸腾器给水以升高水的温度或生成LLP蒸汽，LLP蒸汽可用于整个IGCC系统10上的各种应用。自后冷却器80的冷压缩空气可被引导至图1的ASU 36内。
尽管在图3中示出为具有两个压缩部段66、68，一个中间冷却器74和一个后冷却器80，在某些实施例中，多于两个压缩部段，多于一个中间冷却器，和/或多于一个后冷却器可用于ASU压缩机38中。此外，尽管图示为整合了直接加热沸腾器给水或将沸腾器给水转变成LLP蒸汽的热交换器，在某些实施例中，可利用转变自中间冷却器74和后冷却器80的低级热能的多步处理(例如，中间冷却器74或者后冷却器80加上额外热交换器)。此外，在其它实施例中，沸腾器给水可 在中间冷却器74和后冷却器80内被加热到饱和温度且热沸腾器给水然后可用于LTGC单元20的第一热交换器60中以生成LLP蒸汽。
如上文所述，由IGCC热交换器之一(例如，在图1的LTGC单元20内，图3的ASU压缩机38中间冷却器和后冷却器内等)所生成的LLP蒸汽可用于整个IGCC系统10的各种应用中。图4至图7示出利用LLP蒸汽的示范性方法。举例而言，图4是图1的合成气清洁系统22的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽作为热能源。特别地，图4示出酸气回收(AGR)处理，其可为合成气洁净系统22处理的一部分。如图所示，自图1的LTGC单元20的脏合成气可进入吸收器82且洁净合成气可从吸收器82出来且根据燃气轮机34要求对合成气调节和加热后被引导至图1的燃气轮机34的燃烧器32。
更具体而言，吸收器82可使用溶剂来净化(例如，从其移除酸气)脏气流。在某些实施例中，溶剂可通过吸收器82顶部引入，如管线84所示。随着溶剂向下移动经过吸收器，溶剂可从脏合成气选择性地吸收酸气蒸汽，使得洁净合成气靠近吸收器82上部出来。因此，溶剂与酸气的混合物可通过吸收器82底部出来，如由管线86所示。溶剂/酸气混合物可被引导通过控制阀88、气液分离罐(K/O罐)89和热交换器90，之后进入溶剂再生器92，如由管线94所示。控制阀88和K/O罐89可用于控制溶剂/酸气混合物的流动且降低溶剂/酸气混合物的压力以释放未溶解的气体。此外，如下文所述，热交换器90可被配置成从溶剂再生器92的单独溶剂流传热。
由于酸气比溶剂更轻，酸气通常通过溶剂再生器92的顶部出来，而溶剂通过溶剂再生器92的底部出来，如由管线96所示。如图所示，自溶剂再生器92的溶剂的第一部分可由泵98泵送到热交换器90，如由管线100所示。但是，自溶剂再生器92的溶剂的第二部分可通过再沸器102循环且被引导回到溶剂再生器92，如由管线104所示。因此，通过溶剂再生器92的底部出来的溶剂可处于比进入溶剂再生器92的溶剂/酸气混合物更高的温度。但是，当溶剂处于较低温度时， 溶剂可大体上更有效地吸收该吸收器82内的酸气蒸汽。这是使用热交换器90来从管线100中的溶剂向自吸收器82的溶剂/酸气混合物传热的部分缘由。
但是，从管线100中的溶剂向自热交换器中的吸收器82的溶剂/酸气混合物的传热量可相对较低。因此，合成气清洁系统22可包括蒸汽吸收制冷(VAR)循环106和蒸汽压缩制冷(VCR)循环108以在溶剂通过吸收器82顶部进入之前进一步冷却溶剂。冷却溶剂增强了其移除吸收器82中酸气的能力。尽管被图示为彼此串联，VAR循环106和VCR循环108在某些实施例中可用于并联管线中。
在某些实施例中，VAR循环106可包括：吸收器，其包含吸收剂，吸收剂可溶解制冷剂；泵，其用于升高吸收剂/制冷剂混合物的压力和温度；冷凝器，其用于冷却制冷剂同时维持制冷剂的较高压力；膨胀阀，其用于降低制冷剂的压力和温度以形成气态/液态制冷剂；以及，蒸发器，其用于冷却溶剂。LLP蒸汽在某些实施例中可驱动VAR循环106的泵。不同的是，在某些实施例中，VCR108循环可包括：压缩机，其用于压缩制冷剂以形成较高压力和温度的过热制冷剂；冷凝器，其用于冷却过热制冷剂同时维持制冷剂的较高压力；膨胀阀，其用于降低制冷剂的压力和温度以形成气态/液态制冷剂；以及，蒸发器，其用于冷却溶剂。
在某些实施例中，由IGCC热交换器之一生成的LLP蒸汽可用于驱动VAR循环106，其被特殊地设计为由诸如LLP蒸汽这样的热源驱动。特别地，在某些实施例中，VAR循环106可添加到合成气清洁系统22的现有AGR处理以补充现有VCR循环108。因此，通过添加VAR循环106和利用LLP蒸汽来驱动VAR循环106，可显著降低VCR循环108的大小和功率要求。换言之，可通过替代地利用来自LLP蒸汽的热能来驱动VAR循环106来满足VAR循环106与VCR循环108的组合的总冷却要求，可补偿驱动VCR循环108所需的公用电力。
举例而言，在某些实施例中，使用这种技术，可降低VCR循环108的大约30％的制冷压缩机负荷。但在其它实施例中，VCR循环108的制冷压缩机负荷可降低大约10-100％，10-50％，20-40％等。此外，VAR循环106大体上需要比VCR循环108更少的操作和维护成本。如在下文中更详细地描述，在操作中，VAR循环108能在IGCC系统10启动和部分负荷操作期间稳定操作，而VAR循环106可在IGCC系统10的正常操作条件期间增加IGCC系统10的净输出和效率。
此外，如在下文中更详细地描述，在某些实施例中，可使用多冷却器控制器110来控制VAR循环106和VCR循环108。特别地，在某些实施例中，多冷却器控制器110可包括VCR控制器112和VAR控制器114，其中VCR控制器112可通常被配置成控制VCR循环108且VAR控制器114可通常被配置成控制VAR循环106。但多冷却器控制器110可被配置成在启动、部分负荷操作和正常操作期间协调VCR控制器112和VAR控制器114的操作。
由IGCC热交换器之一(例如，在图2的LTGC单元20内，图3的ASU压缩机38中间冷却器和后冷却器内等)所生成的LLP蒸汽来驱动VAR循环的概念可扩展到整个IGCC系统10上的若干其它应用。举例而言，图5是图1的燃气轮机34的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽作热源来驱动VAR循环。如图所示，燃气轮机34的压缩机46可吸入周围空气，周围空气可在压缩机46内压缩。但是，当吸入到压缩机46内的空气更冷且处于更高密度时，燃气轮机34通常更有效地操作。
因此，在某些实施例中，燃气轮机34可包括入口空气激冷器116，其可被配置成在将冷空气引导至压缩机46之前冷却周围空气。类似于图4所示的实施例，由IGCC系统10的构件之一所生成的LLP蒸汽可用于驱动VAR循环118，其可生成冷却流体，冷却流体可通过入口空气激冷器116循环，如由管线120和122所示。自VAR循环118的冷却流体可由入口空气激冷器116用于冷却周围空气，周围空气最 终被引导至压缩机46内用于压缩。
应了解，在热天期间，由于更高的周围空气温度和更低的周围空气密度，燃气轮机34的效率显著较低，使用入口空气激冷器116可证明是特别有益的。因此，使用LLP蒸汽来驱动VAR循环118，其使入口空气激冷器116冷却周围空气，可导致燃气轮机34总体上更高的效率。在某些实施例中，控制器124可用于控制VAR循环118，类似于图4的控制器110、112、114。
但驱动VAR循环并非由IGCC热交换器之一(例如，在图2的LTGC单元20内，图3的ASU压缩机38中间冷却器或后冷却器等)所生成的LLP蒸汽的唯一应用。举例而言，图6是除气器126的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽。如图所示，除气器126可接收一个或多个冷凝液流动流和一个或多个蒸汽流动流。特别地，图6所示的除气器126可被配置成从图1的蒸汽轮机50的低压(LP)部段接收冷凝液，以及从整个IGCC系统10的其它处理接收冷凝液。此外，图6所示的除气器126可被配置成接收从图1的蒸汽轮机50的LP部段提取的LP蒸汽，以及接收由IGCC热交换器之一所生成的LLP蒸汽。
图6所示的除气器126是托盘式除气器，其包括在沸腾器给水容器130上方的托盘部段128。但是，也可使用其它类型的除气器。冷凝液流朝向托盘部段128顶部进入且通过穿孔的托盘朝向沸腾器给水容器130向下流动。LP与LLP蒸汽朝向托盘部段128的底部进入且向上流动通过穿孔托盘。LP和LLP蒸汽从冷凝液汽提溶解于冷凝液内的气体且通过托盘部段128顶部的排气孔出来。相反，除气的冷凝液作为沸腾器给水流入到沸腾器给水容器130内，其中其可由泵132泵送到图1的HRSG 52，或者在整个IGCC系统10上可使用沸腾器给水的任何其它处理。
图6所示的实施例在以下方面类似于图4所示的实施例：来自IGCC热交换器的LLP蒸汽用于补充现有设备和/或热源。特别地，喷 射到除气器126的托盘部段128内的LLP蒸汽可补偿从图1的蒸汽轮机50的LP部段所提取的LP蒸汽量。因此，以此方式利用LLP蒸汽可提高蒸汽轮机50的效率和因此IGCC系统10的总效率。在某些实施例中，控制器134可用于控制LLP蒸汽到托盘部段128内的流动。
图7示出由IGCC热交换器之一(例如，在图2的LTGC单元20内，图3的ASU压缩机38中间冷却器或后冷却器等)所生成的LLP蒸汽的另一应用。特别地，图7是图1的蒸汽轮机50的示范性实施例的处理流程图，其被配置成利用LLP蒸汽。在图示实施例中，蒸汽轮机50可包括一个低压部段136(LP ST)，一个中压部段138(IP ST)，和一个高压部段140(HP ST)。但是，蒸汽轮机50的具体配置可视具体实施方式而定且可包括部段的任何组合。在某些实施例中，蒸汽轮机50的部段136、138、140可驱动公共轴杆142，公共轴杆142可驱动图1的负荷54。
在某些实施例中，高压(HP)蒸汽可由蒸汽轮机50的高压部段140从图1的HRSG 52接收。而来自蒸汽轮机50的高压部段140的排气可在再加热后或未经再加热引导至蒸汽轮机50的中压部段138内，如由管线144和145所示。此外，来自蒸汽轮机50的中压部段138的排气可被引导至蒸汽轮机50的低压部段136内，如由管线146所示。而且，来自蒸汽轮机50的低压部段136的排气可被引导至图1的冷凝器56内。如图所示，来自IGCC热交换器之一的LLP蒸汽可基于LLP蒸汽压力水平被接纳到蒸汽轮机50的低压部段136内。为此目的，LLP蒸汽可在处理部段或HRSG系统52中过热。因此，可提高低压部段136的输出和因此蒸汽轮机50的总效率。在某些实施例中，控制器148可用于控制LLP蒸汽到蒸汽轮机50的低压部段136内的流动。
所公开的实施例的技术效果包括使用IGCC系统10的各种IGCC热交换器(例如，在图2的LTGC单元20内，图3的ASU压缩机38中间冷却器和后冷却器等)生成LLP蒸汽和在整个IGCC系统10上的 各种应用中利用LLP蒸汽(例如，驱动图4的VAR循环以补充图4的VCR循环108，驱动图5的VAR循环118以冷却到图5的燃气轮机34的周围入口空气，补充从图6的除气器126中蒸汽轮机50所提取的LP蒸汽的流动，改进图7的蒸汽轮机50的输出和效率等)。
所公开的实施例带来若干有形益处。举例而言，所公开的实施例可降低AGR制冷负荷，改进IGCC系统10的效率和净功率输出。此外，所公开的实施例可在热天通过在气体被吸入到IGCC系统10的燃气轮机34的压缩机46内之前冷却周围空气而改进燃气轮机34的性能。所公开的实施例也可导致从蒸汽轮机50提取用于除气器126的LP蒸汽量减少。所公开的实施例还可提高蒸汽轮机50的输出和性能。除了这些益处之外，所公开的实施例也可减小冷却塔58大小，ASU 36的冷却塔负荷和合成气清洁系统22的AGR部段等。而且，所公开的实施例可实施于现有IGCC设施以及新的IGCC设施中。
此外，所公开的实施例可至少部分地分别受到至少一个控制器或者独特编程的装置(例如，计算机)控制，诸如图4的多冷却器控制器110、VAR控制器112和VCR控制器114以及图5、图6和图7的控制器124、134和148。特别地，控制器可被配置成控制生成LLP蒸汽的IGCC热交换器的操作和/或利用LLP蒸汽的应用。在某些实施例中，控制器可为独特编程以控制阀、泵等的物理计算装置。更具体而言，控制器可包括输入/输出(I/O)装置以确定如何来控制阀、泵等。此外，在某些实施例中，控制器也可包括用于存储历史数据、理论性能曲线等的存储媒体。
控制器可控制IGCC系统10的操作以利用LLP蒸汽的一个实例涉及图4所示的多冷却器控制器110。一旦图1的气化器16接通和合成气生产到达正常操作流率的至少50％时，可启用控制器110、112、114中控制合成气洁净系统22中的溶剂温度的温度控制逻辑。在启动气化器16之后，IGCC系统10可立即以部分负荷条件操作且因此，控制逻辑可启用VCR循环108中多个个别单元之一。最初，VCR循 环108中仅一个压缩机可接通且可逐渐地斜升至其最大操作点。这可被称作启动模式。
一旦IGCC系统10斜升到正常操作条件，控制器可启用VAR循环106。在成功启动VAR循环106的情况下，VCR循环108的压缩机之一可停止。一旦溶剂温度降低特定时段，VCR循环108的其它压缩机可停止，允许制冷负荷由VAR循环106与VCR循环108共用。这可被称作斜升模式。
在某些实施例中，VAR控制器114可控制VAR循环106的操作且VCR控制器112可被配置成控制VCR循环108的操作。VCR循环108可一直操作，与IGCC系统10上的负荷无关，而VAR循环106可在调低期间通过手动超控而停止。因此，一般而言，控制器可包括VCR模式和联合模式，在VCR模式，VCR控制器112启用VCR循环108且VAR控制器114禁用VAR循环106，在联合模式，VCR控制器112启用VCR循环108且VAR控制器114启用VAR循环106。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，且也能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。专利保护范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的这些修改和其它实例。如果其它实例具有与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求书的字面语言并无实质不同的等效结构元件，这些其它实例预期在权利要求书的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于改进IGCC发电设施的性能的系统，其包括：
气体清洁器(22)，其包括用于清洁合成气的溶剂；
热交换器(20)，其被配置成加热液体以生成蒸汽；以及
蒸汽吸收制冷VAR循环(106)，其配接到所述气体清洁器(22)和所述热交换器(20)，其中所述VAR循环(106)被配置成冷却溶剂，且所述蒸汽驱动所述VAR循环(106)，其中，所述蒸汽为在20-40psia之间压力范围的低低压蒸汽。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述气体清洁器(22)包括酸气移除AGR系统。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述热交换器(20)配接到整体气化联合循环IGCC构件(10)。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述热交换器(20)配接到压缩机。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述压缩机(38)配接到空气分离单元ASU(36)。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述热交换器(20)配接到所述气体清洁器(22)上游的合成气通路。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述热交换器(20)配接到气化器(16)与所述气体清洁器(22)之间的合成气通路。
8.如权利要求1所述的系统，其包括配接到所述气体清洁器(22)的冷却器和配接到所述VAR循环(106)和所述冷却器的控制器(110)，其中所述冷却器独立于所述VAR循环(106)，且所述控制器(110)被配置成选择性地改变所述冷却器和所述VAR循环(106)的操作。
9.如权利要求1所述的系统，其包括配接到所述气体清洁器(22)的蒸汽压缩制冷VCR循环(108)，其中所述VCR循环(108)和所述VAR循环(106)被配置成冷却所述溶剂。
CN201010547925.XA 2009-11-05 2010-11-05 用于改进igcc发电设施的性能的系统 Expired - Fee Related CN102052101B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/613308 2009-11-05
US12/613,308 US8529679B2 (en) 2009-11-05 2009-11-05 System and method for improving performance of an IGCC power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102052101A CN102052101A (zh) 2011-05-11
CN102052101B true CN102052101B (zh) 2015-06-17

Family

ID=43923920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010547925.XA Expired - Fee Related CN102052101B (zh) 2009-11-05 2010-11-05 用于改进igcc发电设施的性能的系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8529679B2 (zh)
CN (1) CN102052101B (zh)
AU (1) AU2010241232B2 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8843240B2 (en) * 2010-11-30 2014-09-23 General Electric Company Loading a steam turbine based on flow and temperature ramping rates
CN103727703B (zh) * 2013-12-24 2016-08-10 吴竺 一种再利用冷热电三联供系统
CN104214990B (zh) * 2014-08-20 2016-05-11 河南中鸿集团煤化有限公司 一种焦炉荒煤气显热回收制冷水系统及方法
CN106761990B (zh) * 2016-12-13 2018-07-10 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种利用igcc低品位余热发电的装置与方法
CN107828447A (zh) * 2017-11-08 2018-03-23 中科合肥煤气化技术有限公司 一种高温热煤气余热回收制冷装置
CN110374703B (zh) * 2019-08-09 2024-06-18 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 一种基于生物质燃料的背压式热电联产系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2795115A (en) * 1954-05-14 1957-06-11 Emerson L Kumm Absorption refrigeration
US3690816A (en) * 1970-02-24 1972-09-12 Carl E Alleman Simplified gas or liquid treating and/or dehydration process
CN101270689A (zh) * 2008-04-30 2008-09-24 杭州杭氧透平机械有限公司 煤气化增压联合循环发电系统的能量转化和回收方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3275652D1 (en) * 1981-12-10 1987-04-16 Mitsubishi Gas Chemical Co Regenerative gas turbine cycle
US5406786A (en) * 1993-07-16 1995-04-18 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation - gas turbine electrical generation process
DE4437628C2 (de) 1994-10-21 1997-09-18 Metallgesellschaft Ag Verfahren zum Reinigen eines Gases mit einer Waschflüssigkeit
US5685138A (en) * 1995-02-09 1997-11-11 Fluor Corporation Integrated drying of feedstock feed to IGCC plant
AU2444097A (en) 1996-04-18 1997-11-07 Fluor Corporation Synergistic integration of physical solvent agr with plants using gasification
US6058695A (en) * 1998-04-20 2000-05-09 General Electric Co. Gas turbine inlet air cooling method for combined cycle power plants
EP1913238A2 (de) 2005-08-05 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur steigerung des wirkungsgrads eines kombinierten gas- und dampfkraftwerks mit integrierter brennstoffvergasung
JP4758705B2 (ja) * 2005-08-05 2011-08-31 サンデン株式会社 車両用空調装置
US8075646B2 (en) * 2006-02-09 2011-12-13 Siemens Energy, Inc. Advanced ASU and HRSG integration for improved integrated gasification combined cycle efficiency
US20100071381A1 (en) 2006-07-28 2010-03-25 Rollins Iii William S High efficiency integrated gasification combined cycle power plant

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2795115A (en) * 1954-05-14 1957-06-11 Emerson L Kumm Absorption refrigeration
US3690816A (en) * 1970-02-24 1972-09-12 Carl E Alleman Simplified gas or liquid treating and/or dehydration process
CN101270689A (zh) * 2008-04-30 2008-09-24 杭州杭氧透平机械有限公司 煤气化增压联合循环发电系统的能量转化和回收方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20110099971A1 (en) 2011-05-05
AU2010241232B2 (en) 2016-10-13
US8529679B2 (en) 2013-09-10
CN102052101A (zh) 2011-05-11
AU2010241232A1 (en) 2011-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011322820B2 (en) Heat integration in CO2 capture
CA2542610C (en) Purification works for thermal power plant
AU2016318755B2 (en) Method and plant for CO2 capture
CN102052101B (zh) 用于改进igcc发电设施的性能的系统
US20100319384A1 (en) System for cooling gas turbine inlet air
US8741225B2 (en) Carbon capture cooling system and method
CN110152489A (zh) 基于汽轮机排汽余热回收利用的二氧化碳捕集系统及方法
WO2006043820A1 (en) Method for removing and recovering co2 from an exhaust gas
CN102589249A (zh) 二氧化碳液化系统
JP2021181786A (ja) プラント及び燃焼排ガス処理方法
EA039670B1 (ru) Система и способ выработки энергии
JP5117431B2 (ja) 二酸化炭素回収型ガスタービンプラント
US20120009075A1 (en) Systems for compressing a gas
US20100275648A1 (en) Efficiently compressing nitrogen in a combined cycle power plant
CA2725695A1 (en) Method to increase net plant output of a derated igcc plant
Liang et al. Energy consumption optimization of CO2 capture and compression in natural gas combined cycle power plant through configuration modification and process integration
RU2575519C2 (ru) Интегрирование тепла при захвате со2
CN109812335A (zh) 零碳排放的整体煤气化-蒸气联合循环发电工艺
Christensen et al. Heat integration in CO 2 capture
CN102559271A (zh) 从合成气体中移除气态副产物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191227

Address after: Pennsylvania, USA

Patentee after: Air Products and Chemicals, Inc.

Address before: New York State, USA

Patentee before: General Electric Co.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150617

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee