CN105143414B - 产生无颗粒的冷却合成气的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于气化器系统的方法和系统。系统包括两级颗粒分离器(804)，其具有构造为第一虚拟冲击器(858)的侧吸出连接器(867)，第一虚拟冲击器构造成将反应产物的大致无颗粒流与反应产物的载有颗粒的流分离。两级颗粒分离器还包括连接到前述吸出连接器下游的传递管线(860)、联接到传递管线下游的第二虚拟冲击器(862)，以及联接到第二虚拟冲击器下游的急冷室(864)，使得急冷室构造成接收反应产物的至少载有颗粒的流。

Description

产生无颗粒的冷却合成气的方法和系统

技术领域

本发明大体上涉及整体气化联合循环(IGCC)发电系统，并且更具体地涉及用于减少从气化器传送到高温气化器冷却器的固体量的方法及设备，其可用于含灰燃料给送至气化器的IGCC系统中。

背景技术

至少一些已知的气化系统包括反应室，其迫使产物合成气中的任何颗粒(未转换的燃料、烟煤和/或熔渣形式的灰)连同所有的气体流出反应器。将所有颗粒卷吸在产物合成气中，特别是在合成气冷却器刚好在反应器下游使用来冷却气体和颗粒的情况中，导致了对于合成气冷却器的很难的设计要求。合成气冷却器必须设计成最大限度减少换热表面上的固体沉积，使得冷却器可以以最小的变得由固体堵塞的风险来操作。此合成气冷却器设计需要竖直和径向两者显著的空间，以使它们能够充分地冷却合成气和卷吸颗粒两者。可以以竖直向下流动构造定向在气化器下方的已知的合成器冷却器设计通常提供了较大执行的开放通道，其围绕冷却器的长流动轴线设置，以允许固体沿中心线穿过冷却器，而不会接触外周换热表面的通道。此合成气冷却器设计较大、制造昂贵且需要昂贵的支承结构。

发明内容

在一个实施方式中，提供了用于气化器系统的两级颗粒分离器。两级颗粒分离器包括构造为第一虚拟冲击器的侧吸连接器，第一虚拟冲击器构造成将反应产物的大致无颗粒流与反应产物的载有颗粒的流分离。两级颗粒分离器还包括联接到吸出连接器下游的传递管线、联接到传递管线下游的第二虚拟冲击器，以及联接到第二虚拟冲击器下游的急冷室，使得急冷室构造成接收反应产物的至少载有颗粒的流。

在另一实施方式中，提供了一种气化器系统。气化器系统包括反应器，其包括反应室和联接到反应器上的两级颗粒分离器。两级颗粒分离器包括构造为第一虚拟冲击器上的侧吸出连接器，第一虚拟冲击器构造成将反应产物的大致无颗粒的流与反应产物的载有颗粒的流分离，联接到侧吸出连接器下游的传递管线，以及联接到传递管线下游的第二虚拟冲击器。气化器系统还包括联接到两级颗粒分离器下游的合成气冷却器。

在又一个实施方式中，提供了一种使气化器中的燃料反应且产生大致没有颗粒的冷却的反应产物的方法。方法包括部分地氧化气化器系统中的燃料来创建反应产物，其包括颗粒成分和气态成分，通过使反应产物的至少一部分经过两级颗粒分离器来将颗粒成分从反应产物的气态成分移除，分离器包括分离粗颗粒的第一虚拟冲击器和分离细颗粒的第二虚拟冲击器，以产生反应产物的大致无颗粒的流，将反应产物流导送至合成气冷却器，以及冷却反应产物。

附图说明

图1为示例性整体气化联合循环(IGCC)发电系统的示意图。

图2为可并入两级颗粒分离器中以用于与图1中所示的IGCC发电系统一起使用的示例性虚拟冲击器的示意性侧视图。

图3为可并入两级颗粒分离器中以用于与图1中所示的IGCC发电系统一起使用的备选示例性虚拟冲击器的示意性侧视图。

图4为可在图1中所示的IGCC发电系统中使用的示例性气化系统的示例性侧视图。

图5为可在图1中所示的IGCC发电系统中使用的备选示例性气化系统的示例性侧视图。

图6为可在图1中所示的IGCC发电系统中使用的备选示例性气化系统的示例性侧视图。

图7为可在图1中所示的IGCC发电系统中使用的备选示例性气化系统的示例性侧视图。

具体实施方式

图1为示例性整体气化联合循环(IGCC)发电系统1的示意图。在示例性实施方式中，IGCC系统1大体上包括主空气压缩机32、与压缩机32流体连通联接的空气分离单元30、与空气分离单元30流体连通联接的气化器50、与气化器50流体连通联接的燃气涡轮发动机10、合成气冷却器60、合成气净化系统70、余热回收蒸汽发生器22，以及汽轮机24。在运转中，压缩机32压缩环境空气47。压缩空气48导送至空气分离单元30。在一些实施方式中，除压缩机32之外或替代压缩机32，来自燃气涡轮发动机压缩机12的压缩空气42、46供应至空气分离单元30。空气分离单元30使用压缩空气49来产生氧气52以用于由气化器50使用。更具体而言，在示例性实施方式中，空气分离单元30将压缩空气分成单独的氧气流52和气体副产物36，其有时称为"过程气体"。由空气分离单元30生成的过程气体36包括氮气，且将在此称为"氮气过程气体"。氮气过程气体36还可包括其它气体，诸如但不限于氧气和/或氩气。例如，在一些实施方式中，氮气过程气体包括大约95%到大约100%之间的氮气。

氧气流52导送至气化器50来用于生成原产物气体56，其在本文中称为"原合成气"，其随后清洁且最终由燃气涡轮发动机10用作燃料，这在下文中更详细描述。在一些已知的IGCC系统1中，至少一些氮气过程气流36(空气分离单元30的副产物)排放到大气中。此外，在一些已知的IGCC系统1中，一些氮气过程气流36、38喷射到限定在燃气涡轮发动机燃烧器14内的燃烧区(未显示)中，以有助于控制发动机10的排放，且更具体是有助于降低燃烧温度，且有助于减少来自发动机10的一氧化二氮的排放。在示例性实施方式中，IGCC系统1还包括在流38喷射到燃烧区之前用于压缩氮气过程气流36的压缩机34。

气化器50将燃料54、由空气分离单元30供应的氧气，以及蒸汽55或水55的混合物转化成热的原合成气56，其冷却、清洁且然后导送来由燃气涡轮发动机10用作燃料72。在一些实施方式中，水可结合为燃料54的一部分，诸如在煤水浆料的情况中。尽管气化器50可在一些已知的IGCC系统1中使用任何燃料，但气化器50使用煤、石油焦、残油、油乳剂、沥青砂和/或其它类似的燃料。在一个实施方式中，煤或石油焦和蒸汽或水可分别作为单独的流54和55给送到气化器50。作为备选，水可与磨得很细的煤或石油焦组合，且作为煤水浆料或石油焦水浆料形式的组合燃料流54给送至气化器50。在一些已知的IGCC系统1中，热原合成气56经过合成气冷却器60，冷却器60可设置在气化器50下方，且构造成从气化器50接收热的载有固体的原合成气56，且产生导送至合成气清洁系统70来进一步清洁的冷却的相对无固体的合成气62。在一个实施方式中，合成气冷却器60将从冷却合成气62回收的能量传递至锅炉给水，以产生高压饱和蒸汽流66，其导送至余热回收蒸汽发生器22以用于在作为过热蒸汽80发送至汽轮机24来用于产生电力之前过热。

在一种实施方式中，合成气冷却器60构造成带有在冷却器60的出口处的分离区(未显示)，以将冷却颗粒流64与合成气62的冷却的相对无固体的流分离。在示例性实施方式中，由合成气冷却器60产生的冷却和相对无固体的合成气62在导送至燃气涡轮发动机燃烧器14来作为清洁燃料气体72燃烧之前在合成气清洁系统70中清洁。在合成气清洁系统70中，诸如汞、含硫化合物(例如，H₂S和COS)、含氮化合物(例如，NH₃、HCN)和含卤素化合物(例如，HCl)的合成气污染物可从合成气移除，且作为一个或更多个副产物流74被除去。此外，合成气清洁系统70还构造成移除保留在流出合成气冷却器62的冷却合成气62中的任何细颗粒。在一种实施方式中，二氧化碳也可在清洁过程期间与合成气62分离，且在一些已知的IGCC系统1中，可排放到大气。作为备选，二氧化碳可捕集为副产物流74，且导送至诸如提高油回收(EOR)的现场操作者的最终用户以用于从较老的油田增加采油量。

在示例性实施方式中，燃气涡轮发动机的压缩机12接收环境空气流40，且压缩空气40来产生压缩空气流42，其一部分可导送至空气分离单元30来用于生成用于气化器50的氧气。压缩空气流42的其余部分44导送至燃气涡轮发动机10的燃烧器14，在该处，空气用于燃烧清洁燃料气体72来产生热高压燃烧器排气流75。燃烧器排气75然后膨胀穿过动力涡轮16来产生低压动力涡轮排气流76。气体膨胀穿过燃气涡轮发动机10的动力涡轮16的功率输出驱动空气压缩机12和发电机18，其将电功率供应至电网(未显示)。此外，在示例性实施方式中，低压动力涡轮排气76导送至余热回收蒸汽发生器22，在该处，排气冷却且回收的热用于生成过热蒸汽80来驱动汽轮机24，且冷却的排气78排出至大气。由汽轮机24生成的功率驱动发电机26，发电机26将附加的电功率提供至电网。在一些已知的IGCC系统1中，来自余热回收蒸汽发生器22的过热蒸汽的一部分(未显示)供应至气化器50来生成合成气。

图2为示例性虚拟冲击器100的示例性侧视图。在示例性实施方式中，虚拟冲击器100构造成将载有颗粒固体的气体的入口流122分成具有集中在其内的大致所有颗粒固体的第一气流132，以及大致没有颗粒固体的第二气流142。入口流122也称为总流122，第一流132也称为副流132，且第二流142也称为主流142。在一种实施方式中，主流速与副流速之比为大约10:1，然而该比可为有助于产生如本文所述的无颗粒合成气的任何比。在示例性实施方式中，副流和主流的流速由位于虚拟冲击器100下游且未显示的装备(流量计、控制阀等)控制。

在一个实施方式中，虚拟冲击器100包括用于将总流122传导至虚拟冲击器100的入口通道120、用于将副流132传导出虚拟冲击器100的第一出口通道130、用于将主流142传导出虚拟冲击器100的第二出口通道140，以及形成第二出口通道140的延伸部且限定围绕入口通道120和第一出口通道130的包围空间的本体110。在一些实施方式中，入口通道120和第一出口通道130具有圆形截面，然而，入口通道120和第一出口通道130可具有包括但不限于正方形和矩形的任何截面形状。在一种实施方式中，入口通道120和第一出口通道130的截面为几何上相似的，即，圆形对圆形，或矩形对矩形，且共用公共的轴向中心线128。流动加速喷嘴124结合到入口通道120内，喷嘴124特征为会聚角θ和孔口直径126，其沿第一出口通道130的中心线128的方向加速包括总流122的气体和颗粒固体两者。接收喷嘴134结合在出口通道130内，喷嘴134特征为扩散角φ和孔口直径136。在一种实施方式中，流动加速喷嘴124和接收喷嘴134分离喷嘴分离距离144。

在运转期间，在总流122穿过加速喷嘴124加速时，总流122的气态成分以由位于第一出口通道130和第二出口通道140两者下游的控制装备管理的方式分开。在总流122从流动加速喷嘴124移动至第一出口通道130时，分成副流132的气体流动方向略微偏离直线向下的方向。因此，描述副流132的流线大体上是直的，且方向向下，如由流线150所示。相反，在总流122从流动加速喷嘴124移动至第二出口通道140时，分成主流142的气流方向显著地偏离直线向下的方向。如由流线160所示，主流142首先直线向下移动，然后与原流动方向成直角，且然后又向下至第二出口通道140。

相比于根据下游流动控制装备的设置分开的总流122的气态成分，包含在总流122内的颗粒固体根据其遵循气态流动成分的流线的能力分开。较小或密度低的颗粒能够快速改变方向，使得它们可遵循弯曲流线，诸如主流线160。相反，较大或较致密的颗粒不能快速改变方向，故它们趋于继续沿其原来的轨迹移动。该比较在图2中示出，其中较小或较低密度的颗粒固体162示为遵循副流132的直流线150和主流142的弯曲流线160，而较大或较致密的颗粒固体152示为仅遵循副流132的直流线150，继续沿其原来的轨迹。由于较大的、较致密的颗粒固体能够仅遵循与总流122的原轨迹对准的较直的流线，故总流中的大部分较大或较致密的颗粒固体趋于与连同大致较小部分的较小或密度较低的颗粒固体的副流132一起分开。因此，副流132显著地富集颗粒固体，且主流142显著地排尽颗粒固体。在一些实施方式中，取决于到来的总流122的颗粒固体的粒度分布和主流速与副流速之比，分离可为有效的，使得主流142将大致没有颗粒固体。

图3为备选的虚拟冲击器200。虚拟冲击器200构造为提供改善的能力来将到来的总流分成富集颗粒固体的副流和排尽固体的主流。如同图2中所示的虚拟冲击器100，虚拟冲击器200包括用于总流122的入口通道120、用于副流132的第一出口通道130、用于主流142的第二出口通道140，以及使出口通道140向上延伸且限定围绕入口通道120和第一出口通道130的包围空间的本体110。入口通道120结合特征为角θ和内径126的流动加速喷嘴124。第一出口通道130结合特征为角φ和内径136的接收喷嘴134。

虚拟冲击器200还包括加至接收喷嘴134末梢的流动引导件236。流动引导件236从接收喷嘴134的末梢向外且向上弯曲，且将喷嘴分离距离244减小至很低的值。在一些实施方式中，喷嘴分离距离244为零(如图3中所示)或负数。流动引导件236构造成迫使主流142的流线260比图2中所示的主流142的流线160更剧烈地弯曲。如图3中所示，与施加于主流142的流线260上的原轨迹的偏离迫使保留在主流142的任何颗粒162以沿流动方向进行更剧烈的偏离，以便始终继续至第二出口140。流线260的弯曲迫使更多的较小或及较低密度的颗粒保留在副流132中，而非主流142中，这是因为较大部分的较小或较低密度的颗粒162将不能偏离其原来的轨迹。因此，副流132中的提高的颗粒浓度水平通过使用虚拟冲击器200的设计的流动引导件来提供。

在示例性实施方式中，接收喷嘴136的内径与流动加速喷嘴126的内径之比为1.2到1.5的范围。喷嘴分离距离144与流动加速喷嘴126的内径之比为1.2到1.8的范围。应当注意的是，接收喷嘴136的内径与流动加速喷嘴126的内径和喷嘴分离距离144与流动加速喷嘴126的内径之比可为有助于产生如本文所述的无颗粒合成气的任何值。流动加速喷嘴会聚角θ从40°到50°的范围。虚拟冲击器200设计成将带有不大于几微米(或在一些情况下更小)的直径的颗粒固体留在主流中。

应当注意的是，工业尺寸的虚拟冲击器可通过其产生主流的能力而有益于高固体含量服务中的大换热器的设计，主流几乎或大致没有颗粒固体。图4至7示出了串联的两个大型虚拟冲击器可如何用于其组合能力来从较大的过程气流移除颗粒固体，以便简化合成气冷却器的设计，否则其将设计成以高固体含量服务运转。

图4为示例性气化系统300的示意性侧视图，其可结合整体气化联合循环(IGCC)发电系统1(图1中所示)使用。在示例性实施方式中，气化系统300包括高压、高温的卷吸流气化器或急冷气化器302、两级固体分离器304和焚烧管合成气冷却器306。气化器302生成热的含有固体的原合成气，且两级固体分离器304从合成器移除固体，使得焚烧管合成气冷却器306可冷却气体，而不会变得由固体堵塞。气化器302包括反应器308、底锥/流出喉部310、充气室312和急冷室314。反应器308大致为圆柱形的竖直钢压力容器316，其衬有高温陶瓷耐火材料318，该材料限定称为反应室320的大致圆柱形的包围空间。

进料喷射器322联接到反应器308的顶部上，使得进料喷射器322将反应器进料经由单独的内部通道(显未示)传导至反应器308，且然后同时将进料混合和喷洒到反应室320中。进料反应来形成反应室产物，其称为原合成气，产物包含气态成分和颗粒成分两者。反应器308下方为底锥/流出喉部310，其为反应器308的耐火内衬钢压力容器的延伸部。底锥/流出喉部310限定反应室320的底部，限制了从热反应室320到冷的急冷室314的辐射热损失，且经由圆柱形的流出喉部喷嘴加快了原产物合成气离开反应室320的流速。

在一种实施方式中，圆柱形充气室312在底锥/流出喉部310下方，充气室312为反应器308的耐火材料内衬钢压力容器的进一步的延伸部。充气室312的直径大于底锥/流出喉部310的流出喉部喷嘴的直径，以便使入口的直径匹配急冷室314。急冷室314为大致圆柱形的竖直钢压力容器，其带有圆锥形底部和连接，以用于清洁急冷水324的入流、脏的急冷水326的向下出流、急冷合成气328的出流，以及急冷固体330的出流。在一种实施方式中，急冷室314通过由钢构成的耐火支承底板332来与其上方的气化器的耐火材料内衬部分分离，然而，任何高温合金都可用于支承底板332。在一些实施方式中，耐火支承底板332为带有匹配充气室312的内径和到急冷室314的入口的圆孔的平的圆盘。

在示例性实施方式中，急冷环334和滴管336附连到耐火支承底板332的底面上，且与反应室320、底锥/流出喉部310和充气室312的中心线同轴对准。滴管336向下延伸到急冷室314中至水池340的表面338下方的点，表面338通过控制清洁急冷水324的入流和脏的急冷倒出水326的出流来维持在急冷室314内。滴管336和急冷环334的顶部包括到急冷室314的入口。进入急冷环334的清洁的急冷水324由环334分布到滴管336的的内表面上，使得水的连续下降膜覆盖滴管336的整个内表面。到达滴管336的底缘的下降膜中的水与包含在急冷室314的底部内的水池340连结。如上文所述，水池340的水位或顶表面338通过从池340以足以保持水位的速率取出脏的急冷倒出水326来维持。在未运转时，滴管336内的水位与急冷室314的其余部分中的水位338大致相同。然而，在正常气化器运转期间，如图4中所示，原产物合成气流足以将滴管336内的水位推至滴管336的底缘。在运转中，原产物合成气流出滴管336，穿过急冷水池340起泡，且作为急冷的合成气328流出急冷室314。

在急冷气化器302的运转期间，进料喷射器322喷射或喷洒进料到反应室320中，使得进料快速混合、起作用，且从反应室320生成合成气。在将进料材料喷射到气化器的过程中，进料喷射器322将初始动量给予进料，如用实线箭头342和虚线箭头344指出，它们一起绘出了膨胀喷洒流型，这是结合高压卷吸流气化器使用的许多常规进料喷射器中典型的。由实线箭头342绘出的大多数反应材料趋于遵循朝反应室320的壁346定向的轨迹。由虚线箭头344绘出的小部分注射材料具有初始轨迹，其承载该部分材料朝反应室320的出口348直线向下。

在燃料颗粒(例如，煤颗粒)移动穿过反应室320时，有机成分快速反应来形成合成气，而无机成分(灰、矿物质)形成熔灰的微滴(或渣)，其具有与其它微滴结合的能力，以及沉积在诸如反应室壁346的表面上的能力。遵循由实线箭头342绘出的轨迹的熔灰颗粒最终横穿反应室320的壁346，且累积来形成熔灰(或熔渣) 层，其沿壁向下延伸，且穿过底锥/流出喉部310流出反应室。如图4中所示，较小直径的流出喉部和较大直径的充气室312之间的界面创建了边缘350，熔灰的微滴从该边缘350与耐火材料壁分离，且如箭头352所示向下滴落。微滴的尺寸取决于灰成分和气化器运转温度，但可在从几分之一毫米到超过一厘米的直径中的任何量的范围，其中偶然的较大颗粒是可能的。遵循由虚线箭头344绘出的轨迹的细熔灰微滴很少接触反应室壁346，但一些与其它微滴结合来形成较大的微滴。细的和结合的熔灰微滴的该集合大体具有范围从几分之一毫米到几微米或更小的尺寸。熔灰最终流出反应室320，而不会接触如由虚线箭头354所示的任何表面。

在一些气化器运转条件下，并非燃料的所有有机成分都可转变成合成气。在此情况下，未转化的含碳材料趋于形成很细的固体含碳颗粒，其可遵循朝壁342的路径或朝反应室出口344直线向下的路径。遵循朝壁342的路径的未转变的固体含碳颗粒可横穿壁346，且由壁346上的熔灰层捕集，变为结合到沿壁向下朝边缘350延伸的材料，如由箭头352所示，它们从边缘350与耐火材料壁分离。遵循朝出口344的直接路径的未转变的固体含碳颗粒可如虚线箭头354所示流出反应室320，而不会接触任何表面或其它颗粒，且在其它情况中，可接触熔灰微滴，变为结合到微滴中。如图4中所示，熔灰微滴和固体含碳颗粒两者可遵循如由实线箭头342和352绘出的壁路径，或由虚线箭头344和354绘出的直接路径。经由实线箭头352绘出的通路离开反应室320的熔灰层346和任何结合的固体含碳颗粒，加上经由虚线箭头354绘出的通路离开反应室320的固体含碳颗粒和熔灰微滴(包括任何结合的固体含碳颗粒)可一起称为合成气颗粒，或简单地称为颗粒。这些颗粒是必须从合成气移除的，以便提供无颗粒的合成气来在下游进一步处理，且具体用于以由颗粒堵塞的最小风险运转合成气冷却器。

在常规的急冷气化器300中，颗粒与流出反应室320的合成气的分离在急冷室314中发生。合成气和颗粒(遵循路径352的那些和遵循路径354的那些)一起向下游经过滴管336，且进入急冷室314中的水池340中。在急冷水池340中，颗粒(熔灰微滴和固体含碳颗粒)从原合成气脱离，其穿过急冷水起泡，且离开急冷室314作为冷却和急冷(水饱和)的合成气328。脱离的颗粒冷却，且在熔灰的情况下，凝固来变为固体灰颗粒。较粗的致密固体颗粒沉积在急冷室314的底部，且经由底部出口330离开急冷室。从此，固体颗粒在固体处理系统(未显示)中减压和脱水。较细的低密度固体颗粒保留在急冷水中，且经由脏急冷水倒出连接326来流出急冷室314。急冷气化器300构造允许包含在流出反应室320的热合成气中的热能经由发生在急冷室314中的热合成气与冷水之间的直接接触热交换来回收成蒸汽(饱和水)。

然而，在一些实施方式中，可能期望通过在合成气冷却器中间接地冷却合成气来回收包含在合成气中的热能。由于需要冷却的合成气产物不包含高水平的水，或由于可在合成气冷却器中生成的高压蒸汽对于工厂别处的另一应用是所需的，故这可被完成。实例可包括使用蒸汽用于汽轮机发电机中的发电或用于带有汽轮机驱动的压缩机中的机械功生成。在一些实施方式中，当期望回收合成气中的热能而不将热合成气在水中直接急冷时，急冷室314由向下流动的合成气冷却器(未显示)替代。用于此服务的合成气冷却器必须不但将热合成气从大约2300℉到2600℉的温度冷却至大约900℉到1400℉的温度，而且它们还必须对付合成气中热的且通常相对粘性的颗粒的存在。

在一个实施方式中，合成气冷却器构造有沿冷却器的中心线的较大开口通道，其与反应器308、底锥/流出喉部310和其上方的充气室312的公共中心线对准。由锅炉给水可穿过多个管循环，由这些多个管构成的热交换表面围绕该较大中心通道的外周设置，以通过辐射和对流热传递的组合机制来冷却热合成气。由于辐射热传递为此冷却器中的热传递的显著手段，故它们通常称为辐射合成气冷却器。沿合成气冷却器的中心线下的较大的开口通道通过提供用于热颗粒的流动路径而减小了可导致合成气冷却器堵塞的颗粒沉积到热交换表面上的机会，对于绝大部分，避免了颗粒在热交换表面上的直接冲击。应当认识到的是，在此合成气冷却器的中心线中提供较大开口通道显著地增加了冷却器的直径，且由多个锅炉管制成的较大的外周热交换表面的配置需要比合成气能够使用备选手段(例如，焚烧管合成气冷却器)冷却的情况下所需的更大空间。此外，由于辐射合成气冷却器必须冷却气体和颗粒两者，故其必须比如果刚好冷却无颗粒合成气所需的合成气冷却器更长(即，更大的热交换表面面积)。所有这些因素合在一起，应当认识到，处理与合成气一起的热颗粒的要求导致了合成气冷却器相比于用于无颗粒合成气的合成气冷却器在半径和全长两者上显著更大。

然而，如图4中所示，有可能构造在合成气经过合成气冷却器之前使热颗粒与原合成气分离的系统。颗粒的预先移除较大地简化了合成气冷却器的设计，且允许较小的廉价的焚烧管合成气冷却器用于替换较大的且更昂贵的辐射合成气冷却器。焚烧管合成气冷却器替代辐射合成气冷却器的影响远大于节省空间和与较小焚烧管合成气冷却器相关联的成本。附加的节省也由使用较短较轻的工作气化器支承结构和较短的管路和器具导管路线的能力引起。此外，依靠大致无颗粒的合成气运转的焚烧管合成气冷却器的可靠性预计相比于以含有粘性颗粒的合成气服务运转的辐射合成气冷却器的可靠性是显著改善的。

如图4中所示，焚烧管合成气冷却器306通过将虚拟冲击器304插入气化器反应室320的出口348与焚烧管合成气冷却器306的入口356之间来冷却来自卷吸流气化器302的合成气。在示例性实施方式中，第一虚拟冲击器358包括气化器302的底锥/流出喉部310、充气室312、滴管336和热侧吸出通道367。来自反应室320的合成气产物等同于图2中所示的总流122，直线向下进入滴管336的合成气等同于副流132，且进入热侧吸出通道367的合成气等同于主流142。如同图2，控制副流到滴管336和主流到热侧吸出通道367中的流速的阀和器具未显示。在图4的情况中，用于副流的控制装备位于急冷的合成气出口328下游，且用于主流的控制装备位于焚烧管合成气冷却器306的出口368的下游。底锥/流出喉部310作为图2和3中的流速加速喷嘴124而起作用。在一个实施方式中，底锥/流出喉部310朝滴管336连同所有卷吸颗粒加速反应室320中产生的入口或总的气流。滴管336作用为图2和3中的接收喷嘴134和出口通道130两者，且将产物合成气的副流连同卷吸的粗和细颗粒引导到第一急冷室314中。

在一个实施方式中，与由耐火材料支承底板332限定的水平面成角β定向的热侧吸出通道367作用为流动引导件236和如图3中所示的出口通道140两者。热侧吸出通道367的向上的角β构造成将进入热侧吸出通道367的合成气的主流的流线从气化器302的垂直轴线弯曲90＋β度。如图2和3中所示，粗颗粒不能通过虚拟冲击器的几何形状来克服施加到主气流上的方向的急剧变化，迫使粗颗粒遵循其原来的轨迹进入副流的接收喷嘴中。同样，在图4中，经由轨迹352和354与总气流一起进入的较粗的颗粒不能遵循主气流的流线进入热侧吸出通道367。结果，较粗的颗粒继续沿其原来的轨迹352和354连同副气流进入滴管336和急冷室314。由于分成了大部分粗的和一些细的颗粒的主流，故进入热侧吸出通道367的主流包含减小浓度的细颗粒和很少(如果有)粗颗粒。卷吸在主流中的一些剩余细颗粒可影响热侧吸出通道367的倾斜表面，且形成熔渣层，其返回进入滴管中，因此影响了颗粒从气体的进一步移除。保留在经过热侧吸出通道367的主气流中的细颗粒继续进入传递管360，且从该处进入第二虚拟冲击器362。

在示例性实施方式中，第二虚拟冲击器362连同第二急冷室364一起包括熔渣分离容器370，其构造类似于带有反应室308和急冷室314的气化器302的构造。第二虚拟冲击器362为耐火材料内衬的钢容器，其中耐火材料衬层限定用于将总流引导至第二冲击器的入口通道372、用于将副流引导出第二冲击器且进入第二急冷室364的第一出口通道374，以及用于将主流引导出第二冲击器且进入限定到焚烧管合成气冷却器306的入口356的连接器366中的第二出口通道376。由于第一虚拟冲击器358和第二虚拟冲击器362串联运转，故经由热侧吸出通道367流出第一虚拟冲击器358的主流变为经由入口通道372进入第二虚拟冲击器362的总流。如同第一虚拟冲击器358，控制第二副流进入第二急冷室364的滴管378和第二主流进入第二出口通道376的流速的阀和器具未显示。同样，对于第二虚拟冲击器362，用于副流的控制装备位于急冷的合成气出口380下游，且用于主流的控制装备位于焚烧管合成气冷却器306的出口368的下游。第二虚拟冲击器362中的耐火材料衬层还限定本体382，其形成出口通道376的延伸部，且限定围绕第二虚拟冲击器362的内部元件的包围空间。

在一些实施方式中，第二虚拟冲击器362的内部元件包括带有面向下的流动加速喷嘴386的入口插入件384、接收喷嘴388和接收喷嘴流动引导件390。在一个实施方式中，带有流速加速喷嘴386的入口插入件384由耐高温熔渣的陶瓷材料制成，然而，入口插入件384可由有助于抵抗熔渣的任何材料制成，包括但不限于耐火金属或陶瓷基质复合材料。在一个实施方式中，插入件384由带有内部冷却通道(未显示)的适合的金属制成。接收喷嘴388和接收喷嘴流动引导件390形成到本体382的底部处的耐火衬层的表面中。第二虚拟冲击器362的所有构件在一起包括图2和3分别所示的虚拟冲击器100和200的功能等同的装置。

在示例性实施例中，第二虚拟冲击器362的内部几何形状使得到来的总流穿过喷嘴加速，该喷嘴带有远小于第一虚拟冲击器的流动加速喷嘴的直径的直径，且对流出第二冲击器362作为主流的气体施加基本上180度的转弯。穿过流动加速喷嘴386的很高的气体速度加上主气流的流线的显著弯曲确保了总气体中进入第二冲击器中的大部分细颗粒与副流保留在一起，且经由第一出口通道374流出第二虚拟冲击器362。第一出口通道374将副流和移除的颗粒引导到第二急冷室364中，在该处，它们由水池392捕集，将它们与副气流分离，其然后流出第二急冷室364来作为第二急冷合成气流380。如同第一急冷室314，水池392的水位通过调节新鲜的第二急冷水394至第二急冷环396的入流和第二脏急冷水398的倒出流来控制。在一个实施方式中，捕集的细颗粒的一部分经由第二脏急冷水流398流出第二急冷室364，同时其余的细颗粒经由底部连接399流出至熔渣处理系统(未显示)。因此，第二虚拟冲击器362构造成从第一虚拟冲击器358接收包含残余的细颗粒的合成气流，且引起残余细颗粒与合成气进一步分离，由此将实际上无颗粒的合成气提供至焚烧管合成气冷却器306的入口356。

在示例性实施方式中，接收喷嘴388的内径与流动加速喷嘴386的内径之比为1.2到1.5的范围。喷嘴分离距离与流动加速喷嘴386的内径之比为1.2到1.8的范围。应当注意的是，接收喷嘴388的内径与流动加速喷嘴386的内径和喷嘴分离距离与流动加速喷嘴386的内径之比可为有助于产生如本文所述的无颗粒合成气的任何值。流动加速喷嘴会聚角在从40°到50°的范围内。在一些实施方式中，在加速喷嘴386的直径减小时，切口直径也减小。因此，加速喷嘴386的直径可减小，以便驱使越来越多的细颗粒连同副气流直线向下进入第一出口中。由于流动加速喷嘴直径减小而切口直径的该减小发生，增大穿过流动加速喷嘴386的主气流的速度，这继而将较高向下动量给予气体和所有卷吸的颗粒。这迫使气流流线在主气流反向流出入口至接收喷嘴388，进入本体382且然后进入虚拟冲击器304的第二出口376中时甚至更极端地弯曲。因此，虚拟冲击器304构造成通过减小流动加速喷嘴386的直径来尽可能多地从主气流消除所有尺寸的颗粒，使得穿过流动加速喷嘴386的增大速度将高的初始向下动量给予尽可能多的所有尺寸的颗粒，且将迫使主气流的流线尽可能极端地弯曲。

在一些实施方式中，气化引导单元的结果已提出了5:1到20:1的主流与副流之比能够将合成气中载有的颗粒减少约略地百分之80到90，指出了串联的两个虚拟冲击器可能能够将合成气载有的颗粒减少百分之96到99。应当认识到，尽管预计应用以上总体设计方针，但实际的虚拟冲击器大小可通过特定设计计算来优化，包括但不限于使用诸如计算流体动力学(CFD)模拟的计算机模拟。

图5为可在图1中所示的IGCC发电系统中使用的备选示例性气化系统400的示例性侧视图。气化系统400包括高压高温卷吸流动气化器402、两级颗粒分离器404、以及焚烧管合成气冷却器406。气化器402生成热的包含固体的原合成气，且两级固体分离器404从合成器移除固体，使得焚烧管合成气冷却器406可冷却气体，而不会变得由固体堵塞。气化器402包括反应器408、底锥/流出喉部410、带有侧吸出通道467的充气室412，以及急冷室414。急冷室414包括急冷环434、滴管436、清洁急冷水入口424、脏急冷水倒出出口426、急冷合成气出口428，以及急冷的分离的固体出口430。两级固体分离器404包括第一虚拟冲击器458、第一急冷室414、传递管460，以及带有入口插入件484的第二虚拟冲击器462，以及第二急冷室464。第二急冷室464包括第二急冷环496、第二滴管478、第二清洁急冷水入口494、第二脏急冷水倒出出口498、第二急冷合成气出口480、第二急冷的分离固体出口499，以及到焚烧管合成气冷却器406的连接件466。在一个实施方式中，第二虚拟冲击器462与第二急冷室464一起包括熔渣分离容器470。在图5中与图4中的相对应元件同一地绘出的上文所述的图5的所有元件都具有与图4的相对应元件相同的特征和大致类似的作用。因此，在载有颗粒的合成气进入焚烧管合成气冷却器406来作为基本上无颗粒的气体之前，由气化器408生成的载有热颗粒的合成气分别经过第一虚拟冲击器458和第二虚拟冲击器462。第一虚拟冲击器458移除离开气化器408的原合成气中卷吸的颗粒的一部分，将颗粒引导到第一急冷室414中，在该处，颗粒急冷且由第一急冷水池440捕集。第二虚拟冲击器462基本上移除其余的颗粒，将其余的颗粒引导到第二急冷室464中，在该处，其余的颗粒急冷且由第二急冷水池498捕集。

在示例性实施例中，气化系统400包括在气化器408的顶部入口处的进料喷射器422，以及在第二虚拟冲击器462与焚烧管合成器冷却器406之间的连接件466。在一些实施方式中，进料喷射器422的几何形状构造成使得在进料混合在一起且喷洒到气化器反应室420中时，反应材料的膨胀射流形成如由箭头442限定的中空圆锥。不同于图4，其中一些反应材料遵循由箭头344和354限定的直线向下的轨迹，进料喷射器422将初始动量给予喷射的材料，该材料主要远离反应室420的中心线引导。因此，基本上气化器反应室420中产生的所有熔灰和未反应的煤都遵循由箭头442限定的轨迹。熔灰和未反应的煤最后横穿反应室420的壁446，且形成熔渣层，其沿壁446向下延伸，且在边缘450处与壁分开为范围从几分之一毫米到几厘米尺寸的熔渣452的微滴流。通过将初始轨迹给予主要远离反应室420的竖直中心轴线的反应材料，修改的进料喷射器422将更多熔灰和未反应的燃料推到壁上，在该处，它们结合到在边缘450处形成较大微滴的熔渣层中。在此情况下，进料喷射器422增大粗颗粒452的量，粗颗粒连同副气流流出第一虚拟冲击器458至滴管436，且减小细颗粒的量，其能够遵循弯曲流线，且连同主气流流出第一虚拟冲击器458至热侧吸出通道467。因此，修改的进料喷射器422构造成提高第一虚拟冲击器458将颗粒固体与从气化器408到第二虚拟冲击器462的合成气流分开的有效性。减少进入第二虚拟冲击器462的细颗粒的量允许入口插入件484的流动加速喷嘴486设计有更小的直径，而不会增大通过以很多的颗粒压倒其来塞住较小喷嘴的风险。较小直径增大了穿过喷嘴486的气体和卷吸细颗粒的速度，这继而又迫使剩余的细颗粒的较大部分与副流一起向下进入第二滴管478和第二急冷室464。进料喷射器422构造成减小很细的颗粒的直径，该颗粒能够遵循气体的流线且流出第二虚拟冲击器462。在一些实施方式中，修改的进料喷射器422通过产生离开反应室420的颗粒的粗尺寸分布而允许第一虚拟冲击器458更有效，而且通过允许第二虚拟冲击器462使用较小喷嘴大小设计而减小第二虚拟冲击器462上的颗粒负载而允许第二虚拟冲击器462更有效。

在示例性实施方式中，第二虚拟冲击器462与焚烧管合成气冷却器406之间的连接件466构造为长半径90度弯头，其将基本上无颗粒的合成气引导到水平定向的焚烧管合成气冷却器406中。合成气冷却器406的水平定向减小了所需的支承结构的高度和重量，以及连接到下游装备的管的长度。此构造导致了更紧凑的气化设备布局，这降低了投资成本。

在一个实施方式中，在焚烧管合成气冷却器406下游的是第二合成气冷却器500和控制阀502，其可用于控制气化系统400的背压。第一急冷合成气流出流428显示为供应四个备选下游喷射管线(虚线)的合成气集管(实线)，它们分别具有相应的流动控制阀。喷射管线504和喷射管线504的流动控制阀506允许急冷的合成气喷射进入第二虚拟冲击器462与水平定向的焚烧管合成气冷却器406之间的弯曲连接件466中。喷射管线508和喷射管线508的流动控制阀510允许急冷合成气经由分配环512喷射到焚烧管合成气冷却器406的入口中。喷射管线514和管线514的流动控制阀516允许急冷合成气喷射到使焚烧管合成气冷却器406的出口与第二焚烧管合成气冷却器500的入口连接的合成气导管中。喷射管线518和管线518的流动控制阀520允许急冷合成气喷射到第二焚烧管合成气冷却器500下游的合成气导管中。

在一些实施方式中，第一急冷合成气流出流428的气体温度可取决于气化器反应室420的运转压力和温度及清洁急冷水流424的流速和温度而通常在350℉到500℉之间。相反，焚烧管合成气冷却器406的入口处的合成气温度可取决于气化器反应室420的运转温度在2350℉到2600℉之间。通过经由管线504或508将冷却器急冷的合成气喷射到焚烧合成气冷却器入口中，进入合成气冷却器406中的气体的入口温度可降低。降低入口温度可为有利的，因为其可减小构造的合成气冷却器材料的温度要求。另一个优点可为降低的温度可在第二虚拟冲击器462之后将留在合成气中的任何很细的颗粒冷却至颗粒无粘性的点，由此减小了任何颗粒将附着在合成气冷却器406的表面上的可能性。通过经由管线514喷射急冷的合成气，合成气的温度和进入第二合成气冷却器500中的合成气中的颗粒的粘性水平可受控制，以获得与合成气冷却器406中提到的相同的优点。经由管线518喷射急冷合成气允许来自第一急冷室的所有急冷合成气在下游处理之前与冷却合成气再组合之前绕过合成气冷却器。如同第一急冷合成气流出流428，第二急冷合成气流出流480示为供应两个备选的下游注射管线(虚线)的合成气集管(实线)，各个具有相应的流动控制阀。喷射管线522和管线522的流动控制阀524允许第二急冷合成气喷射到使焚烧管合成气冷却器406的出口与第二焚烧管合成气冷却器500的入口连接的合成气导管中。喷射管线526和管线526的流动控制阀528允许第二急冷合成气喷射到第二焚烧管合成气冷却器500下游的合成气导管中。第二急冷的合成气喷射管线522和526可执行大致类似于第一急冷合成气喷射管线514和518的功能。

在一些实施方式中，第一急冷合成气喷射管线504、508、514和518可取决于系统的设计目标一次运转一个或以两个、三个或所有四个管线的各种组合运转。当第一急冷合成气喷射管线540、508、514和518中的两个或更多个同时运转时，穿过各个管线喷射的急冷合成气的部分可从0%变到100%，其中总量等于100%。在一些实施方式中，第二急冷合成气喷射管线522和526可单独地或一起地运转。当一起运转第二急冷合成气522和526管线时，穿过任一管线522和526喷射的急冷合成气的部分可从0%变到100%，其中总量等于100%。在一些实施方式中，在气化系统400的运转期间引导穿过第一急冷合成气流出流428的合成气的量可取决于系统的设计目标而在流出反应室420的合成气流流量的1%到75%，2%到50%，3%到25%，4%到15%或5%到10%变化。在一个实施方式中，在气化系统400操作期间引导穿过第二急冷合成气流出流480的合成气量可取决于系统的设计目的而在传递管460中流动的合成气的1%到75%，2%到50%，3%到25%，4%到15%或5%到10%变化。在一些实施方式中，如系统的设计目标所需的那样，第一急冷合成气流出流428、第二急冷合成气流出流480或第一急冷合成气流出流428和第二急冷合成气流出流480两者可在沿背压控制阀502下游的合成气管线的一个或更多个备选点处再组合。在一个实施方式中，图4中所示的气化系统300配备有类似的急冷合成气喷射管线，其以类似于图5中所示那样运转。

显示图4中所示的一个的另一备选实施方式的图6绘出了示例性气化系统600，其包括高压高温卷吸流气化器602、两级颗粒分离器604和焚烧管合成气冷却器606。气化器602生成热的包含固体的原合成气，且两级固体分离器604从合成器移除固体，使得焚烧管合成气冷却器606可冷却气体，而不会变得由固体堵塞。如图5中所示，合成气602包括具有修改的进料喷射器622的反应器608、底锥/流出喉部610、带有侧吸出通道667的充气室612，以及带有分别与图4和5中所示的急冷室314和414的特征和功能完全相同的急冷室614。还如上图所示，两级固体分离器604包括第一虚拟冲击器658、第一急冷室614、传递管660、带有入口插入件684的第二虚拟冲击器662、带有分别在图4和5中所示的第二急冷室364和464的所有特征和功能的第二急冷室664，以及与焚烧管合成气冷却器606的连接件666，其中第二虚拟冲击器662与第二急冷室664一起包括熔渣分离容器670。图6的气化系统600，包括气化器602、带有其第一虚拟冲击器658、其第二虚拟冲击器662和其弯曲连接件666的两级颗粒分离器603，以及焚烧管合成气冷却器606，它们所有都具有与图5的等同元件基本上相同的特征和功能。图6的构件与图5的那些构件之间的主要差别在于，在图6中，热气体路径的表面(即，与流过系统的热合成气直接接触的表面)构造成没有被动材料，诸如耐火陶瓷材料，而是有主动冷却内衬，诸如由平行金属管构成的焊接膜壁，其定形且焊接在一起来形成系统所需的包围空间和路径。在可由钢、高合金钢、铜、铜合金或适用于服务的任何金属制成的管内流动的是循环冷却流体，诸如锅炉给水、蒸汽或热传递油，其保持管足够冷却，以维持其机械完整性和它们形成的形状的完整性。图6中未显示的包括膜壁或多个壁的主动冷却回路的细节，例如，入口和出口连接和冷却流体循环方向。然而，主动冷却膜壁的构造和正确操作是本领域的技术人员公知的。因此，在图6中，可看到的是，反应室620由膜壁646限定，穿过底锥/流出喉部610的气化器流出通路648由膜壁730限定，充气室612和热合成气侧吸出通道667由膜壁732限定，传递管660由膜壁734限定，第二虚拟冲击器662由膜壁736和入口插入件684限定，且连接件666由膜壁738和740限定。注意，在其它备选方案中，主动冷却的膜壁可不同于图6中所示那样分段。还注意，第二虚拟冲击器662的入口插入件684可需要特殊构造，以便准确地控制流动加速喷嘴686的大小和所需的内部冷却通路(未显示)。例如，入口插入件684可通过铸造或加工单块适合的金属或通过由适合的原材料使用先进的添加金属制造工艺(例如直接金属激光烧结)来直接制造成件来制成。第一急冷室614和第二急冷室664的构造和运转在图6中保留与图5中的情况相同，这也是下游合成气冷却器700和背压控制阀702的情况。因此，图5的耐火材料内衬气化系统400可使用图6中所示的气化系统600的备选主动冷却壁构造构成，同时保持了图5的相同特征和功能。

图6的气化系统600提供处理第一急冷合成气流出流628和第二急冷合成气流出流680的若干处理选择，其类似于图5中可用的选择。如图5中那样，第一急冷合成气流出流628和第二急冷合成气流出流680两者都示为主集管(实线)，其中各个均具有由单独的流动控制阀控制的两个或更多个再喷射选择(虚线)。因此，来自第一急冷室614的急冷合成气628可经由管线704和阀706再喷射到弯曲的连接件666中，经由管线708、阀710和分配环712进入合成气冷却器606的入口中，经由管线714和阀716进入合成气冷却器700的入口，或经由管线718和阀720到合成气冷却器700的下游。作为管线708、阀710和分配环712的备选方案，急冷合成气可经由管线742和阀744和多个喷射点746再喷射到合成气冷却器606的入口中。使用围绕合成气冷却器606上游的连接件666的整个表面分布的多个喷射点允许冷却和急冷的气体流沿膜壁的表面生成，这可有助于将任何剩余的很细的颗粒保留在流动导管的内部内，使得颗粒可冷却到它们在进入合成气冷却器606之前为粘性的点。此构造通过沉积很细的颗粒来允许合成气冷却器606的长期结垢，颗粒可散逸穿过第二虚拟冲击器662。来自第二急冷室664的急冷合成气680可经由管线722和阀724再喷射到合成气冷却器700上游，且经由管线726和阀728喷射到合成气冷却器700的下游。如图5中那样，来自图6中的第一急冷室和第二急冷室的急冷合成气还可经由图6中未显示的喷射点在喷射到在背压控制阀702的甚至更下游的合成气中。

图7为可在图1中所示的IGCC发电系统1中使用的备选示例性气化系统800的示例性侧视图。在示例性实施方式中，气化系统800包括局部急冷室946。图7中的所有元件，从修改的进料喷射器822和气化器802穿过两级颗粒分离器804到弯曲连接件866，在形式、特征和功能上大致类似于图5中的对应元件。例如，如图5中那样，图7中所示的两级颗粒分离器804包括第一虚拟冲击器858、传递管860，以及带有入口插入件884和流动加速喷嘴886的第二虚拟冲击器862。在图7中所示的实施方式中，气化器802生成热的包含固体的原合成气，且两级固体分离器804从合成气移除固体。在示例性实施方式中，合成气引导至局部急冷室946，在该处合成气与来自第一急冷室814的急冷合成气流828混合，其经由管线904和阀906或管线908、阀910和分配环912喷射到局部急冷室946中。

在一些实施方式中，气化器反应室820在2100℉到2700℉之间运转，然而反应室820可在便于产生如本文所述的无颗粒合成气的任何温度下运转。在一个实施方式中，取决于反应室运转温度和压力且取决于清洁急冷水824的温度，来自第一急冷室814的急冷合成气828的温度在375℉到500℉之间变化。因此，气化器反应室820运转温度设置局部急冷室946中的合成气的温度的上限，且急冷合成气流出温度设置局部急冷室946中的合成气的温度的下限。通过改变经由第二虚拟冲击器862进入局部急冷室946的热气体与经由管线94或管线908进入局部急冷室946的急冷合成气之比，离开局部急冷室946的热/急冷合成气混合物的温度可从2100℉到2700℉变到375℉到500℉。应当注意的是，与使用焚烧管冷却器相反，可通过在局部急冷室946中使其与急冷合成气828混合来冷却来自第二虚拟冲击器862的热的无颗粒合成气获得至少两个优点。第一，局部冷却的合成气可提供给下游的合成气冷却器900，而没有安装上游焚烧管合成气冷却器(诸如图5中所示的合成气冷却器406)所需的投资成本。以此方式，整个热合成气流的大致所有间接热交换工作都可移动至下游合成气冷却器900，其可由廉价的材料制成，因为入口温度可通过局部急冷操作适当地降低。第二，下游合成气冷却器900可消除，且来自局部急冷室946的部分急冷的合成气可引导至需要热或温热合成气的下游的过程。例如，形成了许多热和温热的气体脱硫过程，其从合成气在600℉到1400℉的范围中的温度下除去诸如硫化氢和硫化碳的硫类。在一些实施方式中，气化系统800可用于将适当温度下的合成气提供至此脱硫过程。作为备选，部分地急冷的合成气可引导至一个或更多个水气换换反应器。

如同图5中所示的气化系统400，来自第一急冷室814的急冷合成气828和来自第二急冷室864的第二急冷合成气880可取决于系统的设计目标在一个或更多个点处再喷射到主合成气中。例如，第一急冷合成气828可经由管线904和908喷射到的局部急冷室946中。第一急冷合成气828还可经由管线914和阀916喷射到合成气冷却器900的主合成气中，或经由管线918和阀920喷射到背压控制阀902的上游。同样，第二急冷合成气880可经由管线922和阀924再喷射到合成气冷却器900上游，或经由管线926和阀928喷射到背压控制阀902的上游。并且如同图5，第一急冷合成气和第二急冷合成气可经由图7中未显示的再喷射点来再喷射到背压控制阀902下游的主合成气流中。

本领域的技术人员将清楚的是，尽管局部急冷室946描绘为较大的耐火材料内衬钢容器，但其还可设计成为主合成气管线中的宽点，或简单地作为第二虚拟冲击器862下游的主合成气管线的耐火材料内衬节段中的急冷合成气再喷射点。此外，将清楚的是，正如图5的气化系统400可使用利用图6中所示的主动冷却壁的备选实施方式构成，图7的气化系统800也可使用备选实施方式构成，该备选实施方式使用用于气化器反应器808的主动冷却壁、底锥/流出喉部810、充气室812、热合成气侧吸出通道867、传递管860、带有入口插入件884的第二虚拟冲击器862、弯曲连接件866和局部急冷室946。

上述气化系统为成本效益合算且高度可靠的。上述气化系统提供了使用焚烧器合成气冷却器的机会，其中由于焚烧管内的熔渣沉积和累积，故前述气化系统不能使用焚烧管合成气冷却器。采用串联的虚拟冲击器的两级颗粒分离器加上修改的进料喷射器的备选的附加使用的使用提供了使用诸如焚烧管合成气冷却器的冷却系统所需的颗粒移除，其中减小了塞住和/或熔渣累积形成在冷却器的焚烧管内的可能性。气化系统还会允许焚烧管合成气冷却器水平地定向来提供构成气化系统的成本效益合算的方式。

上文详细描述了气化系统的示例性实施方式。所示的气化系统成分不限于本文所述的特定实施方式，而相反，各个系统的成分可独立地使用或与本文所述的其它成分分开使用。例如，如上文所述的气化系统构件还可与不同IGCC系统构件一起使用。

尽管已经按照各种特定实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到的是，本发明可利用权利要求的精神和范围内的修改来实践。

Claims (10)

1.一种用于在气化器(802)系统中使用的两级颗粒分离器(804)，所述两级颗粒分离器包括：第一虚拟冲击器(858)，所述第一虚拟冲击器包括第一流速加速喷嘴(124)和热侧吸出连接器(367)，所述第一流速加速喷嘴界定第一喉部直径，所述第一虚拟冲击器构造为将反应产物的细颗粒流分离为第一流、并且将所述反应产物的载有粗颗粒的流分离为第二流；

第一急冷室(814)，其联接到所述第一虚拟冲击器的下游，构造成接收所述反应产物的粗颗粒的所述第二流；

传递管线(860)，其联接到所述侧吸出连接器的下游以接收所述第一流；

第二虚拟冲击器(862)，其联接到所述传递管线的下游，所述第二虚拟冲击器包括界定第二喉部直径的第二流速加速喷嘴，所述第二喉部直径小于所述第一喉部直径，所述第二虚拟冲击器构造为将所述第一流分离为第三流和第四流，所述第四流包括所述第一流中的细颗粒的大部分；以及

第二急冷室(864)，其联接到所述第二虚拟冲击器的下游，所述急冷室构造成从所述第二虚拟冲击器接收至少所述第四流。

2.根据权利要求1所述的两级颗粒分离器，其特征在于，所述两级颗粒分离器联接在所述两级颗粒分离器上游的气化器反应室(820)与所述两级颗粒分离器的合成器冷却器(900)之间。

3.根据权利要求1所述的两级颗粒分离器，其特征在于，所述两级颗粒分离器为气化器和熔渣分离容器的耐火材料内衬的一部分和气化器和熔渣分离容器的主动冷却内衬的一部分中的至少一个。

4.根据权利要求2所述的两级颗粒分离器，其特征在于，所述合成气冷却器为焚烧管合成气冷却器和局部急冷室中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的两级颗粒分离器，其特征在于，还包括修改的进料喷射器(822)，其构造成将进料喷射到所述反应器中，其中初始轨迹大致远离所述气化器反应室的中心线。

6.一种用于与涡轮一起使用的气化器系统(800)，所述气化器系统包括：

反应器(808)，其包括限定在其中的反应室(820)；

两级颗粒分离器(804)，其联接到所述反应器上，所述两级颗粒分离器包括：

第一虚拟冲击器(858)，所述第一虚拟冲击器包括第一流速加速喷嘴(124)和热侧吸出连接器(367)，所述第一流速加速喷嘴界定第一喉部直径，所述第一虚拟冲击器构造成将反应产物的细颗粒流分离为第一流、并且将所述反应产物的粗颗粒的流分离为第二流；

传递管线(860)，其联接到所述侧吸出连接器的下游以接收所述第一流；以及

第二虚拟冲击器(862)，其联接到所述传递管线的下游，所述第二虚拟冲击器包括界定第二喉部直径的第二流速加速喷嘴，所述第二喉部直径小于所述第一喉部直径，所述第二虚拟冲击器构造为将所述第一流分离为第三流和第四流，所述第四流包括所述第一流中的细颗粒的大部分；以及

合成气冷却器(900)，其联接到所述两级颗粒分离器的下游。

7.根据权利要求6所述的气化器系统，其特征在于，还包括修改的进料喷射器(822)，其构造成将进料喷射到所述反应器中，其中初始轨迹大致远离所述气化器反应室的中心线。

8.根据权利要求6所述的气化器系统，其特征在于，所述两级颗粒分离器还包括第一急冷室(828)，其构造成从所述第一虚拟冲击器接收所述反应产物的至少所述粗颗粒的第二流。

9.根据权利要求7所述的气化器系统，其特征在于，所述两级颗粒分离器包括第二急冷室(864)，其构造成从所述第二虚拟冲击器接收所述反应产物的至少所述第四流。

10.根据权利要求6所述的气化器系统，其特征在于，所述合成器冷却器为焚烧管合成气冷却器和局部急冷室中的至少一个。