DE112009000341B4

DE112009000341B4 - Verfahren und Systeme zur integrierten Kesselspeisewassererwärmung

Info

Publication number: DE112009000341B4
Application number: DE112009000341.9T
Authority: DE
Inventors: Aaron John Avagliano; Paul S. Wallace
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: WO2009105305A2; CN102186956B; US20090211155A1; WO2009105305A3; CA2715493C; KR101584382B1; CN102186956A; DE112009000341T5; KR20100123874A; CA2715493A1; US8673034B2

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme für ein Vergasersystem geschaffen. Das Vergasersystem enthält einen Vergaser, der einen Synthesegaskühler enthält, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone des Vergasers auf einen Fluidstrom durch den Synthesegaskühler zu übertragen, ein Reaktionsgefäß, das mit dem Synthesegaskühler in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß eingerichtet ist, um den Fluidstrom zu empfangen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen. Das System enthält ferner einen Wärmetauscher, der mit dem Reaktionsgefäß in Strömungsverbindung steht, wobei der Wärmetauscher eingerichtet ist, um unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf mit relativ hohem Druck zu erzeugen.

Description

HINTERGRUNDZU DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Gas- und Dampf-Kombikraftwerksysteme mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerkssysteme) und insbesondere Verfahren und Systeme zur Optimierung der Wärmeübertragung zwischen einem Synthesegaskühler eines Vergasers und einem Shift-System in dem IGCC-System.
Wenigstens einige bekannte IGCC-Systeme enthalten ein Vergasungssystem, das gemeinsam mit wenigstens einem energieerzeugenden Turbinensystem integriert ist. Zum Beispiel wandeln bekannte Vergaser ein Gemisch aus Brennstoff, Luft oder Sauerstoff, Dampf, Kalkstein und/oder anderen Zusatzstoffen zu einem Ausgangsprodukt eines teilweise verbrannten Gases, das manchmal als „Synthesegas“ bezeichnet wird. Die heißen Verbrennungsgase werden zu der Brennkammer einer Gasturbinenanlage geliefert, die einen Generator antreibt, der elektrische Leistung zu einem Energieversorgungsnetz liefert. Das Abgas von wenigstens einigen bekannten Gasturbinenanlagen wird zu einem Abhitzedampferzeuger geliefert, der Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine erzeugt. Durch die Dampfturbine erzeugte Energie treibt ferner einen elektrischen Generator an, der elektrische Leistung zu dem Energieversorgungsnetz liefert.
Wenigstens einige bekannte Vergasungsprozesse nutzen ein gesondertes Shift-Wärmerückgewinnungssystem mit Speiseprodukt-Austauschern. Eine derartige Konfiguration erfordert eine externe Wärmequelle zur Vorheizung des Vergasungseinspeisematerials, um die exotherme Reaktion in dem Shift-Reaktor zu starten. Ein Vorheizen in dieser Konfiguration bewirkt die Erzeugung von Mitteldruck- und Zwischendruckdampf, der in anderen Teilen des Prozesses nur begrenzt nutzbar ist und der den gesamten Anlagenwirkungsgrad reduziert.
DE 10 2005 042 640 A1 beschreibt ein Vergasungssystem zur Erzeugung von Synthesegas durch Partialoxidation mit Teilquenchung und Abhitzegewinnung. Das Vergasungssystem weist einen Vergasungsreaktor mit einem Kühler auf. Der Vergasungsreaktor hat einen Vergasungsraum, der mit dem Kühler strömungsverbunden ist. Über einen Abhitzekessel wird die Wärme von Rohgas und Schlacke zur Dampferzeugung genutzt.
US 2007 / 0 119 099 A1 offenbart ein System umfassend ein Vergaserschlacke-Entfernungssystem, das so konfiguriert ist, dass es erste Feinstoffe von einer aus einem Vergaser entfernten partikelförmigen Schlacke durch Absetzen und/oder Filtern abtrennt, ein zweites Feinstoff-Handhabungssystem, das so konfiguriert ist, dass es zweite Feinstoffe von einer anderen Quelle als dem Vergaser empfängt, und ein Einspritzsystem, das so konfiguriert ist, dass es die ersten Feinstoffe und die zweiten Feinstoffe sowie einen Brennstoff zur Einspritzung in den Vergaser mischt.
DE 41 09 231 C2 beschreibt ein Verfahren zur Verwertung halogenbelasteter, kohlenstoffhaltiger Abfallstoffe, wie mit organischen Chlorverbindungen belastete Kohlenwasserstofföle, chlorhaltige Kunststoffe oder mit Chlorverbindungen behaftete Klärschlämme, unter Erzeugung eines kohlenmonooxid- und wasserstoffhaltigen Rohgases durch Vergasung nach dem Prinzip der partiellen Oxidation unter erhöhtem Druck im Flugstrom. Dabei wird das bei einer Endtemperatur von mindestens 1100 °C in Form einer Flammenreaktion erzeugte Rohgas mit einer mit einem alkalisch reagierenden Additiv versehenen Wassermenge in Kontakt gebracht, gekühlt und gesättigt, wobei der Zusatz des Additivs in Abhängigkeit vom pH-Wert des unverdampft gebliebenen Restwassers gesteuert wird.
US 2009 / 0 019 767 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, das die folgenden Schritte umfasst: Umwandeln mindestens eines Teils des Kohlenmonoxids in einem Synthesegas in Kohlendioxid, um ein verschobenes Synthesegas und kondensiertes Wasser bereitzustellen, wobei das Synthesegas ein erstes Wasserstoff-zu-Kohlenmonoxid-Verhältnis und eine erste Temperatur aufweist, wobei das verschobene Synthesegas ein zweites Wasserstoff-zu-Kohlenmonoxid-Verhältnis und eine zweite Temperatur aufweist, die beide größer sind als die erste; zumindest teilweises Übertragen von Wärme aus dem verschobenen Synthesegas auf das kondensierte Wasser, um das kondensierte Wasser zumindest teilweise zu verdampfen; und zumindest teilweises Sättigen des Synthesegases mit dem zumindest teilweise verdampften kondensierten Wasser, wobei das Verhältnis des Wasserdampfes zum Synthesegas kleiner als 1,0 ist.
US 5 955 039 A beschreibt ein System zur Erzeugung von Strom und gleichzeitig Wasserstoffstrom aus Kohle. Der Strom wird von einer Turbine mit Vorbrennkammer und einer Festoxidbrennstoffzelle („SOFC“) erzeugt, die Synthesegas umsetzt. Das Synthesegas wird in einem Kohlevergaser mit einem Teil der komprimierten Luft aus der Turbine, Kohle und Dampf erzeugt. Bevor das Synthesegas der Vorbrennkammer und der SOFC zugeführt wird, wird es gereinigt und ein Teil des Wasserstoffs im Synthesegas wird entfernt, um den Wasserstoffstrom zu bilden.
DE 33 45 027 A1 beschreibt ein Verfahren bei dem heiße, bei einem Druck von 40 bar erzeugte Synthesegase durch Kühlung, Reinigung und gegebenenfalls Kohlenmonooxid-Konvertierung aufbereitet werden. Dabei wird Roh-Synthesegas bei hoher Temperatur einer Expansionsturbine zugeführt und arbeitsleistend auf einen niedrigeren Druck, bei dem die Aufbereitung erfolgt, entspannt.
KURZEBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Vergasersystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 aufweisend einen Vergaser, der einen Synthesegaskühler enthält, der eingerichtet ist, um Wärme von einer Reaktionszone des Vergasers auf eine durch den Synthesegaskühler führende Fluidströmung zu übertragen, ein Reaktionsgefäß, das mit dem Synthesegaskühler in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß dazu eingerichtet ist, die Fluidströmung aufzunehmen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen. Das System enthält ferner einen Wärmetauscher, der mit dem Reaktionsgefäß in Strömungsverbindung steht, wobei der Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der erzeugten Wärme Dampf mit relativ hohem Druck zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Vergasungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 aufweisend ein Druckgefäß, das einen internen Synthesegaskühler enthält, der konfiguriert ist, um Wärme aus einer Reaktionszone in dem Druckgefäß abzuführen, einen Shift-Reaktor in Strömungsverbindung mit dem Druckgefäß, wobei der Shift-Reaktor eingerichtet ist, um einen Synthesegasstrom von dem Druckgefäß zu empfangen, und einen Hochdruckdampf-Einspeisestrom in Strömungsverbindung mit einem ersten Kreislauf eines ersten Wärmetauschers, wobei der erste Wärmetauscher eingerichtet ist, um den Hochdruckdampf-Einspeisestrom vorzuheizen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften bekannten GuD-Kombizyklus-Kraftwerkssystems mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerkssystems).
2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des in 1 veranschaulichten IGCC-Systems, einschließlich eines Vergasers, der einen internen Synthesegaskühler aufweist, und eines Shift-Systems.
3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des (in 1 veranschaulichten) IGCC-Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Kombizyklus-Kraftwerksystems mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerkssystems) 50. Das IGCC-System 50 enthält im Wesentlichen einen Hauptluftverdichter 52, eine Lufttrenneinheit 54, die mit dem Verdichter 52 in Strömungsverbindung steht, einen Vergaser 56, der mit der Lufttrenneinheit 54 in Strömungsverbindung steht, eine Gasturbinenanlage 10, die mit dem Vergaser 56 in Strömungsverbindung steht, und eine Dampfturbine 58. Im Betrieb komprimiert der Verdichter 52 Umgebungsluft. Die komprimierte Luft wird zu der Lufttrenneinheit 54 geleitet. In einigen Ausführungsformen wird zusätzlich oder alternativ zu dem Verdichter 52 komprimierte Luft von dem Gasturbinenverdichter 12 der Lufttrenneinheit 54 zugeführt. Die Lufttrenneinheit 54 verwendet die komprimierte Luft, um Sauerstoff zur Verwendung durch den Vergaser 56 zu erzeugen. Insbesondere trennt die Lufttrenneinheit 54 die komprimierte Luft in gesonderte Ströme von Sauerstoff und einem Gasnebenprodukt, das manchmal als „Prozessgas“ bezeichnet wird. Das durch die Lufttrenneinheit 54 erzeugte Prozessgas enthält Stickstoff und wird hierin als „Stickstoff-Prozessgas“ bezeichnet. Das Stickstoff-Prozessgas kann auch andere Gase, wie beispielsweise Sauerstoff und/oder Argon, ohne darauf beschränkt zu sein, enthalten. Zum Beispiel enthält das Stickstoff-Prozessgas in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 95% und etwa 100% Stickstoff. Die Sauerstoffströmung wird zu dem Vergaser 56 geleitet, um zur Erzeugung teilweise verbrannter Gase, die hierin als „Synthesegas“ bezeichnet werden, verwendet zu werden, die zur Verwendung durch eine Gasturbine 10 als Brennstoff dienen, wie dies in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben ist. In einigen bekannten IGCC-Systemen 50 wird wenigstens ein Teil der Stickstoff-Prozessgasströmung, eines Nebenprodukts der Lufttrenneinheit 54, zu der Atmosphäre entlüftet. Außerdem wird in einigen bekannten IGCC-Systemen 50 ein Teil der Stickstoff-Prozessgasströmung in eine (nicht veranschaulichte) Verbrennungszone innerhalb der Gasturbinenbrennkammer 14 injiziert, um eine Steuerung von Emissionen der Anlage 10 zu ermöglichen und insbesondere eine Reduktion der Verbrennungstemperatur und eine Reduktion von Stickoxidemissionen aus der Anlage 10 zu ermöglichen. Das IGCC-System 50 kann einen Verdichter 60 zur Verdichtung der Stickstoff-Prozessgasströmung enthalten, bevor diese in die Verbrennungszone eingebracht wird.
Der Vergaser 56 wandelt ein Gemisch aus Brennstoff, dem durch die Lufttrenneinheit 54 gelieferten Sauerstoff, Dampf und/oder Kalkstein in ein Ausgangsprodukt eines Synthesegases zur Verwendung durch die Gasturbinenanlage 10 als Brennstoff um. Obwohl der Vergaser 56 jeden beliebigen Brennstoff verwenden kann, verwendet der Vergaser 56 in einigen bekannten IGCC-Systemen 50 Kohle, Petrolkoks, Restöl, Ölemulsionen, Teersand und/oder andere ähnliche Brennstoffe. In einigen bekannten IGCC-System 50 enthält das durch den Vergaser 56 erzeugte Synthesegas Kohlendioxid. Das durch den Vergaser 56 erzeugte Synthesegas kann in einer Reinigungsvorrichtung 62 gereinigt werden, bevor es zu seiner Verbrennung zu der Gasturbinenbrennkammer 14 geleitet wird. Während des Reinigungsvorgangs kann Kohlendioxid aus dem Synthesegas abgetrennt und in einigen bekannten IGCC-Systemen 50 zu der Atmosphäre entlüftet werden. Die Ausgangsleistung von der Gasturbine 10 treibt einen Generator 64 an, der elektrische Leistung einem (nicht veranschaulichten) Energieversorgungsnetz zuführt. Ein Abgas aus der Gasturbinenanlage 10 wird zu einem Abhitzedampferzeuger (HRSG) 66 geliefert, der Dampf zum Antreiben einer Dampfturbine 58 erzeugt. Durch die Dampfturbine 58 erzeugte Leistung treibt einen elektrischen Generator 68 an, der elektrische Leistung zu dem Energieversorgungsnetz liefert. In einigen bekannten IGCC-Systemen 50 wird Dampf von dem HRSG 66 zu dem Vergaser 56 geliefert, um das Synthesegas zu erzeugen.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Vergaser 56 eine Einspritzdüse 70, die sich durch den Vergaser 56 erstreckt. Die Einspritzdüse 70 enthält eine Düsenspitze 72 an einem distalen Ende 74 der Einspritzdüse 70. Die Einspritzdüse 70 enthält ferner eine (in 1 nicht veranschaulichte) Öffnung, die eingerichtet ist, um einen Fluidstrom nahe an der Düsenspitze 72 derart zu richten, dass der Fluidstrom eine Reduktion einer Temperatur wenigstens eines Teils der Düsenspitze 72 ermöglicht. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Einspritzdüse 70 eingerichtet, um einen Ammoniakstrom in die Nähe der Düsenspitze 72 derart zu richten, dass der Ammoniakstrom eine Reduktion einer Temperatur von wenigstens einem Abschnitt der Düsenspitze 72 ermöglicht.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält das IGCC-System 50 einen Synthesegaskondensatabscheider, der eingerichtet ist, um Kondensat von einem Synthesegasstrom aufzunehmen, der von dem Vergaser 56 ausgegeben wird. Das Kondensat enthält gewöhnlich eine Menge an in dem Kondensat gelöstem Ammoniak. Wenigstens ein Teil des gelösten Ammoniaks wird in dem Vergaser 56 aus einer Kombination von Stickstoffgas und Wasserstoff in dem Vergaser 56 erzeugt. Um das gelöste Ammoniak aus dem Kondensat zu entfernen, wird das Kondensat auf eine Temperatur gebracht, die ausreicht, um in dem Kondensat ein Sieden hervorzurufen. Das abgeschiedene Ammoniak wird aus dem Abscheider 76 ausgegeben und zu dem Vergaser 56 unter einem Druck zurückgeführt, der höher ist als der des Vergasers, damit es in dem eine relativ hohe Temperatur aufweisenden Bereich des Vergasers in der Nähe der Düsenspitze 72 zersetzt wird. Das Ammoniak wird derart injiziert, das der Ammoniakstrom in der Umgebung des Hochtemperaturbereiches in der Nähe der Düsenspitze 72 eine Kühlung der Düsenspitze 72 unterstützt.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des IGCC-Systems 50 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Vergaser 56 mit einem integralen Synthesegas-Strahlungskühler 202 und ein Shift-System 204 enthält. Obwohl er in 2 als ein integraler Synthesegas-Strahlungskühler veranschaulicht ist, kann der Kühler 202 in anderen Ausführungsformen in einem von dem Vergaser 56 gesonderten Gefäß angeordnet sein. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Synthesegasstrom zu dem Shift-System 204 durch eine Leitung 203 geleitet, die eine Shift-Abscheidetrommel 206 enthält, die eine Expansion des Synthesegases mit einem resultierenden Ausfall eines Kondensats ermöglicht, das in der Shift-Abscheidetrommel 206 gesammelt und unter Verwendung einer Pumpe 208 zurück in den Vergaser 56 gepumpt werden kann. Ein Synthesegasabstrom wird zu einem Wärmetauscher 210 geleitet, wo ein Strom eines kondensierten Hochdruckdampfes, der durch die Rohre des Wärmetauschers 210 strömt, einen Teil seines Wärmegehalts auf das abgeschiedene Synthesegas überträgt. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Temperatur des Synthesegases von etwa 232°C (etwa 450°F) auf etwa 288°C (etwa 550°F) erhöht. Das vorgeheizte Synthesegas wird zu einem zweistufigen Shift-Reaktor 212 geleitet, in dem eine exotherme katalytische Reaktion Kohlenmonoxid und Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff gemäß der Formel wandelt: CO + H₂O ⇔ CO + H₂ (1)
In der beispielhaften Ausführungsform wird an einem Zwischenpunkt zwischen den beiden Stufen des Shift-Reaktors 212 teilweise geshiftetes Gas zu wenigstens einem Wärmetauscher 214 geleitet, bevor es erneut in den Shift-Reaktor 212 eintritt, um der zweiten Shift-Reaktion unterzogen zu werden. Das geshiftete Synthesegas wird durch einen Vorwärmer 216 geleitet, der unter Verwendung der Wärme von dem geshifteten Synthesegas eine Vorerwärmung des Hochdruckdampf-Speisewassers ermöglicht. Hochdruckdampf wird in der Vergaserdampftrommel 218 gesammelt, um in dem gesamten System 50 genutzt zu werden.
Beim Start wird heißes Speisewasser von dem Synthesegaskühler 202 dazu verwendet, das Shift-Einspeisematerial vorzuheizen. Das heiße Shift-Abgas erzeugt in dem Wärmetauscher 214 Hochdruckdampf und heizt Speisewasser für den Synthesegaskühler 202 vor. Diese Konfiguration ermöglicht die Erzeugung von lediglich Hochdruckdampf ohne die Erzeugung von Mittel-und Niederdruckdampf und beseitigt die Notwendigkeit gesonderter Shift-Vorheizeinrichtungen für den Start. Sie liefert auch vollständig vorerwärmtes Kesselspeisewasser zu dem Synthesegaskühler für eine maximale Dampferzeugung.
3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Teils des IGCC-System 50 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Vergaser 56 mit einem integralen Synthesegas-Strahlungskühler 202 und ein Shift-System 302 enthält. In anderen Ausführungsformen ist der Kühler 202 in einem gesonderten Gefäß angeordnet, das mit dem Vergaser 56 in Strömungsverbindung steht. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Synthesegasstrom zu der Shift-Abscheidetrommel 206 durch die Leitung 203 geleitet. Die Shift-Abscheidetrommel 206 ermöglicht eine Expansion der Synthesegasströmung mit einem resultierenden Ausfall an Kondensat, das in der Shift-Abscheidetrommel 206 gesammelt und unter Verwendung der Pumpe 208 zurück in den Vergaser 56 gepumpt wird. Ein Synthesegas-Abgas aus der Shift-Abscheidetrommel 206 wird zu dem Wärmetauscher 210 geleitet, indem eine Strömung von kondensiertem Hochdruckdampf oder Speisewasser aus beispielsweise dem HRSG 66, die durch die Rohre des Wärmetauschers 210 strömt, einen Teil ihres Wärmegehaltes auf das abgeschiedene Synthesegas überträgt. In der beispielhaften Ausführungsform wird die Temperatur des Synthesegases von etwa 232°C (etwa 450°F)auf etwa 288°C (etwa 550°F)erhöht. Das vorgeheizte Synthesegas wird durch die Leitung 306 zu dem Shift-Reaktor 304 geleitet, in dem eine exotherme katalytische Reaktion Kohlenmonoxid und Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff wandelt. Die Wärme aus der exothermen Reaktion erhöht die Temperatur desaustretenden Synthesegases von etwa 288°C (etwa 550°F)auf etwa 427°C (etwa 800°F).
In der beispielhaften Ausführungsform wird das geshiftete Synthesegas durch den Vorwärmer 216 geleitet, der ein Vorwärmen von Hochdruckdampf-Speisewasser mit der Wärme aus dem geshifteten Synthesegas und ein Kühlen des geshifteten Synthesegases auf etwa 149°C (etwa 300°F)bis etwa 204°C (etwa 400°F) ermöglicht. Das Synthesegas wird anschließend zur weiteren Verarbeitung zu einer (nicht veranschaulichten) Niedertemperatur-Gaskühleinheit geleitet. Das vorerwärmte Speisewasser wird durch die Leitung 308 zu der Trommel 218 gleitet.
Während des Starts wird heißes Shift-Abgas dazu verwendet, relativ kühles Speisewasser von dem HRSG von etwa 149°C (etwa 300°F) auf etwa 316°C (etwa 600°F)in dem Vorwärmer 216 vorzuheizen. Wenn der Startvorgang fortschreitet und die Speisewassertemperatur steigt, kann das Speisewasser durch die Leitung 310 unmittelbar zu der Trommel 218 geleitet werden.
Vorstehend sind beispielhafte Ausführungsformen von Vergasungssystemen und Verfahren zur Optimierung des Wärmeaustausches zwischen einem Vergaser, einem Synthesegaskühler und einem Shift-System in dem IGCC-System in Einzelheiten beschrieben. Die veranschaulichten Vergasungssystemkomponenten sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten jedes Systems unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten eingesetzt werden können. Zum Beispiel können die Vergasungssystemkomponenten, wie sie vorstehend beschrieben sind, in Verbindung mit anderen IGCC-Systemkomponenten oder gesondert von einer Gasturbinen-Kraftwerksanlage oder einem Kombizyklus-Kraftwerk eingesetzt werden.
Die vorstehend beschriebenen Vergasungssystem und Verfahren arbeiten kosteneffizient und höchst zuverlässig. Das Verfahren ermöglicht eine Optimierung der Wärmeübertragung zwischen einem Vergaser, einem Synthesegaskühler und einem Shift-System und ermöglicht die Erzeugung von nur Hochdruckdampf ohne die Erzeugung von Mittel-und Niederdruckdampf, und es beseitigt die Notwendigkeit von gesonderten Shift-Vorheizeinrichtungen für den Starvorgang. Demgemäß ermöglichen die hierin beschriebenen Vergasungssysteme und Verfahren einen Betrieb der Vergasungssysteme, wie beispielsweise Kombizyklus-Kraftwerksysteme mit integrierter Vergasung (IGCC), auf eine kosteneffiziente und zuverlässige Weise.
Während die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird erkannt, dass die Erfindung in dem Rahmen und Schutzumfang der Ansprüche mit Modifikationen ausgeführt werden kann.

Claims

Vergasungssystem, das aufweist: einen Vergaser (56), der einen Synthesegaskühler (202) aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone des Vergasers (56) auf eine Fluidströmung durch den Synthesegaskühler (202) zu übertragen; eine Shift-Abscheidetrommel (206), die unmittelbar mit dem Vergaser (56) verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, Kondensat aus dem abgeschiedenen Synthesegas zu entfernen, ein erster Wärmetauscher (210), der unmittelbar mit der Shift-Abscheidetrommel (206) verbunden ist, wobei der erste Wärmetauscher (210) angeordnet ist, um eine Fluidströmung zu erhalten, die von der Shift-Abscheidetrommel (206) abgegeben wird, wobei der erste Wärmetauscher (210) wenigstens ein Rohr aufweist, durch das ein Hochdruckdampf strömt, wobei der erste Wärmetauscher (210) die Temperatur der hindurchgehenden Fluidströmung erhöht, indem er einen Teil der Wärme des Hochdruckdampfes auf die Fluidströmung überträgt, ein Reaktionsgefäß (212), das mit dem ersten Wärmetauscher (210) in Strömungsverbindung steht, wobei das Reaktionsgefäß (212) eingerichtet ist, um die Fluidströmung aufzunehmen und in einer exothermen Shift-Reaktion Wärme zu erzeugen; und einen zweiten Wärmetauscher (214), der mit dem Reaktionsgefäß (212) stromabwärts in Strömungsverbindung steht, wobei der zweite Wärmetauscher (214) eingerichtet ist, um den Hochdruckdampf zu erzeugen; und eine Vergaserdampftrommel (218), die in Strömungsverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher (214) steht und dazu eingerichtet ist, den Hochdruckdampf vom zweiten Wärmetauscher (214) zu erhalten.
Vergasungssystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Wärmetauscher (214) einen Speisewasserkreislauf, der eingerichtet ist, um eine Speisewasserströmung durch den zweiten Wärmetauscher (214) zu leiten, und einen Synthesegaskreislauf aufweist, der eingerichtet ist, um eine Synthesegasströmung durch den Wärmetauscher zu leiten, wobei der zweite Wärmetauscher (214) eingerichtet ist, um Wärme von dem Synthesegasströmungskreislauf auf die Speisewasserströmung im Speisewasserkreislauf zu übertragen.
Vergasersystem nach Anspruch 1, das ferner einen Vorwärmer (216) aufweist, der dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der Strömung eines geshifteten Synthesegases eine Speisewasserströmung vorzuwärmen.
Vergasersystem nach Anspruch 1, wobei das Reaktionsgefäß (212) einen zweistufigen Shift-Reaktor (212) aufweist.
Vergasersystem nach Anspruch 4, das ferner einen zweiten Shift-Reaktor aufweist.
Vergasungssystem, das aufweist: ein Druckgefäß, das einen internen Synthesegaskühler (202) aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme aus einer Reaktionszone im Druckgefäß auf ein durch den internen Synthesegaskühler (202) strömendes Synthesegas zu übertragen; eine Shift-Abscheidetrommel (206), die unmittelbar mit dem Druckgefäß verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, Kondensat aus dem Synthesegas zu entfernen, einen ersten Wärmetauscher (210), der unmittelbar mit der Shift-Abscheidetrommel (206) verbunden ist, wobei der erster Wärmetauscher (210) angeordnet ist, um die Strömung des Synthesegases zu erhalten, die von der Shift-Abscheidetrommel (206) abgegeben wird, wobei der erste Wärmetauscher (210) wenigstens ein Rohr aufweist, durch das ein Hochdruckdampf strömt, wobei der erste Wärmetauscher (210) die Temperatur der Synthesegasströmung erhöht, indem er einen Teil der Wärme des Hockdruckdampfes auf die Synthesegasströmung überträgt, einen Shift-Reaktor (212) in Strömungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher (210), wobei der Shift-Reaktor (212) dazu eingerichtet ist, die erwärmte Synthesegasströmung vom ersten Wärmetauscher (210) zu erhalten und der Shift-Reaktor (212) außerdem dazu eingerichtet ist, eine exotherme Shift-Reaktion der Synthesegasströmung vom ersten Wärmetauscher (210) zu ermöglichen, um die Temperatur der erwärmten Synthesegasströmung weiter zu erhöhen; und einen zweiten Wärmetauscher (214), wobei der zweite Wärmetauscher (214) mit dem Shift-Reaktor (212) in Strömungsverbindung steht, wobei der zweite Wärmetauscher (214) dazu eingerichtet ist, die erwärmte Synthesegasströmung vom Shift-Reaktor (212) zu erhalten, um den Hochdruckdampf zu erzeugen.
Vergasungssystem nach Anspruch 6, außerdem aufweisend einen Vorwärmer (216), der dazu eingerichtet ist, das Hochdruckdampf-Speisewasser zu erwärmen unter der Verwendung von Wärme des Synthesegases, das durch die exotherme Shift-Reaktion erwärmt wurde.
Vergasungssystem nach Anspruch 7, wobei der Vorwärmer (216) außerdem dazu eingerichtet ist, das durch die exotherme Shift-Reaktion erwärmte Synthesegas zu kühlen.
Vergasungssystem nach Anspruch 7, das ferner eine Trommel (218) in Strömungsverbindung mit dem Vorwärmer (216) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das erwärmte Hochdruckdampf-Speisewasser vom Vorwärmer (216) zu erhalten.