專利名稱：用于在高夾帶下操作驟冷洗滌器系統的控制系統和方法
技術領域：
本文公開的主題涉及用于在高夾帶下操作驟冷洗滌器系統的系統和方法。
背景技術：
大體上，整體煤氣化聯合循環(IGCC)動力裝置能夠從諸如煤的各種烴類給料中 相對清潔和高效地產生能量。IGCC技術可通過在氣化器中與蒸汽或水反應來將烴類給料轉 化成一氧化碳和氫氣的氣體混合物，即“合成氣”(合成煤氣)。可在傳統的聯合循環動力 裝置中將這些氣體清潔、處理和用作燃料。例如，可將合成氣供給到IGCC動力裝置的燃氣 渦輪的燃燒器中，且點燃該合成氣以對用于在發電時使用的燃氣渦輪供以動力。在某些應 用中，由氣化器產生的合成氣可用來生產化學制品，而不用于在IGCC動力裝置中使用。通 常，過量的水可夾帶在由氣化器產生的合成氣中。
發明內容
下面對在范圍方面與原本要求保護的發明相當的某些實施例進行概述。這些實施 例不意圖限制要求保護的發明的范圍，而是相反，這些實施例僅意圖提供本發明的可能形 式的簡要概述。實際上，本發明可包括可能類似于或異于下面所論述的實施例的各種形式。在第一個實施例中，一種系統包括氣化器。該氣化器包括構造成以便將烴類給料、 氧氣和蒸汽轉化成合成煤氣的反應室。該氣化器還包括構造成以便冷卻合成煤氣的驟冷 室。該系統還包括構造成以便從合成煤氣中移除雜質和水的氣體洗滌器。該系統進一步包 括從驟冷室到氣體洗滌器的合成煤氣輸送線路。合成煤氣輸送線路構造成以便將合成煤氣 從驟冷室輸送到氣體洗滌器。該系統還包括從氣體洗滌器的氣體洗滌器貯槽到驟冷室的驟 冷環的第一回水流動線路。該第一回水流動線路構造成以便將第一水流輸送到驟冷室的驟 冷環。該系統還包括從氣體洗滌器的氣體洗滌器貯槽到驟冷室的驟冷室貯槽的第二回水流 動線路。該第二回水流動線路構造成以便將從合成煤氣中移除的第二水流輸送到驟冷室的 驟冷室貯槽。在第二個實施例中，一種系統包括驟冷室和氣體洗滌器。該系統還包括從氣體洗 滌器的氣體洗滌器貯槽直接到驟冷室的驟冷室貯槽的第一流動線路。該系統進一步包括構 造成以便通過第一流動線路將第一水流從氣體洗滌器的氣體洗滌器貯槽直接泵送到驟冷 室的驟冷室貯槽的、在第一流動線路中的第一泵。在第三個實施例中，一種系統包括構造成以便通過第一供水線路將水從氣體洗滌 器的氣體洗滌器貯槽直接泵送到驟冷室的驟冷室貯槽的第一供水泵。
當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得 更好理解，在附圖中，同樣的符號在所有圖中表示同樣的部件，其中圖1是整體煤氣化聯合循環(IGCC)動力裝置的一個實施例的示意性簡圖2是圖1的氣化器和氣體洗滌器單元的一個示例性實施例的示意圖；圖3是使用了主回水線路和副回水線路兩者的圖1的氣化器和氣體洗滌器單元的 一個示例性實施例的示意圖；圖4是使用了主回水線路和副回水線路兩者以及主回水泵和副回水泵的圖1的氣 化器和氣體洗滌器單元的一個示例性實施例的示意圖；以及圖5A和5B示出了用于控制通過主回水線路的驟冷水以及通過副回水線路的補充 水的流率的一種示例性方法的流程圖。部件列表
10整體煤氣化聯合循環(IGCC)系統12燃料源14給料制備單元16氣化器18 爐·20氣體洗滌器單元22 硫24硫處理器26 鹽28水處理單元30氣體處理器32殘余氣體成分34燃燒器36燃氣渦輪發動機38空氣分離單元(ASU)40補充空氣壓縮機42稀釋氮氣(DGAN)壓縮機44 渦輪46傳動軸48壓縮機5O 負載52蒸汽渦輪發動機54熱回收蒸汽發生(HRSG)系統56第二負載58冷凝器60冷卻塔62反應室64驟冷室66耐火襯套68耐火襯套底端70高壓、高溫的臟合成氣的方向
72驟冷環74驟冷水入口76主回水線路78浸漬管 80驟冷室貯槽82合成氣出口84經冷卻的臟合成氣的方向86合成氣輸送線路88合成氣入口90氣體洗滌器單元貯槽92驟冷水出口94主回水泵96主流動控制閥98主流動控制傳感器100副回水線路102驟冷室貯槽入口104副流動控制閥106副流動控制傳感器108副回水泵110水旁路線路112氣體洗滌器單元貯槽入口114旁路控制閥116 方法118方法步驟120方法步驟122方法步驟124方法步驟126方法步驟128方法步驟130方法步驟132方法步驟134方法步驟136方法步驟138方法步驟140方法步驟
具體實施例方式下面將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力于提供對這些實施 例的簡明描述，可能不會在說明書中對實際實現的所有特征進行描述。應當理解，當例如在任何工程或設計項目中開發任何這種實際實現時，必須作出許多對實現而言專有的決定來 實現開發者的具體目標，例如符合與系統有關及與商業有關的約束，開發人員的具體目標 可在一種實現與另一種實現之間彼此有所不同。此外，應當理解，這種開發工作可能是復 雜和耗時的，但盡管如此，對具有本公開的益處的普通技術人員來說，這種開發工作將是設 計、生產和制造的例行任務。當介紹本發明的各實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“該”和“所述”意圖表 示存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，且表示除了列 出的元件之外，可存在另外的元件。 所公開的實施例包括用于在高夾帶(例如捕獲在由氣化器產生的合成氣內的大 量的水)下操作氣化器驟冷洗滌器系統的系統和方法。該氣化器驟冷洗滌器系統可包括具 有反應室和驟冷室的氣化器，以及氣體洗滌器單元。大體上，可在氣化器的反應室內產生合 成氣。可在非常高的壓力和溫度處產生合成氣。這樣，在將合成氣引導到氣體洗滌器單元 (在此處，可移除雜質和夾帶的水)中之前，可使用氣化器的驟冷室來冷卻合成氣。驟冷室 大體可使用來自氣體洗滌器單元的驟冷水來冷卻合成氣。特別地，可將驟冷水引入驟冷室 的驟冷環中。不幸的是，在驟冷冷卻過程期間，一定量的驟冷水可以以蒸氣和液相的形式夾 帶在所產生的合成氣內。所公開的實施例可用于通過將水的一部分從氣體洗滌器單元直接 引導到驟冷室的貯槽中來降低合成氣內的過量的水夾帶的量。大體上，可通過副回水線路 將補充水引導到驟冷室的貯槽中，副回水線路可大體與用來將驟冷水從氣體洗滌器單元引 導到驟冷室的驟冷環中的主回水線路平行地延伸。通過將水的一部分從氣體洗滌器單元直 接引導到驟冷室的貯槽中而非引導到驟冷室的驟冷環中，氣化器驟冷洗滌器系統可能能夠 在對氣化器驟冷洗滌器系統的改變最小或無改變的情況下以更高的生產率進行操作。圖1是可由合成氣供以動力的整體煤氣化聯合循環(IGCC)系統10的一個實施例 的示意圖。IGCC系統10的構件可包括可用作用于IGCC系統10的能量源的燃料源12，例 如固體供料。燃料源12可包括煤、石油焦、生物量、木質材料、農業廢料、焦油、焦爐氣和浙 青，或其它含碳物。可將燃料源12的固體燃料傳送到給料制備單元14。給料制備單元14例如可通過 對燃料源12進行截斷、碾磨、切碎、粉化、壓塊或碼垛堆積來重新設定燃料源12的大小或者 重新設定燃料源12的形狀，以產生給料。另外，可將水或其它適當的液體添加到給料制備 單元14中的燃料源12，以產生漿料給料。在其它實施例中，不對燃料源12添加液體，因此 產生了干的給料。可將給料從給料制備單元14傳送到氣化器16。氣化器16可將給料轉化成合成氣， 例如一氧化碳和氫氣的組合。取決于所使用的氣化器16的類型，可通過使給料經受處于升 高的壓力(例如從約400psia至1300psia)和溫度(例如約2200° F至2700° F)的受控 制的量的蒸汽和氧氣來實現此轉化。給料在熱解過程期間的加熱可產生固體(例如炭)和 殘余氣體(例如一氧化碳、氫氣和氮氣)。由于熱解過程從給料中殘余的炭可僅重達原始給 料的重量的約30%。氣化器16中的燃燒反應可包括將氧氣引導到炭和殘余氣體。炭和殘余氣體可與 氧氣反應，以形成二氧化碳和一氧化碳，這對隨后的氣化反應提供熱。在燃燒過程期間的溫 度的范圍可為從約2200° F至約2700° F。另外，可將蒸汽和/或水引入氣化器16中。氣化器使用蒸汽和/或水和氧氣，以允許一些給料燃燒，以產生一氧化碳和能量，且驅動將另 外的給料轉換成氫氣和另外的二氧化碳的第二反應。這樣，就可由氣化器16制造所產生的氣體。例如，所產生的氣體(合成氣)可包 括約85%的一氧化碳和氫氣，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3、HCN和H2S (基于給料的硫含量)。 但是，合成氣成分可在廣泛的范圍內變化，這取決于所使用的給料和/或具體的氣化應用。 這個所產生的氣體可被稱為“臟合成氣”。氣化器16還可產生廢料，例如爐渣18，其可為濕 灰材料。如在下面更加詳細地描述的那樣，可使用氣體洗滌器單元20來清潔臟合成氣。氣 體洗滌器單元20可洗滌臟合成氣，以從臟合成氣中移除HCl、HF、COS、HCN和H2S,這可包括 通過例如硫處理器24中的酸性氣體移除過程來在硫處理器24中分離硫22。另外，氣體洗 滌器單元20可通過水處理單元28使鹽26與臟合成氣分開，水處理單元28可使用水凈化 技術來從臟合成氣中產生可使用的鹽26。隨后，可從氣體洗滌器單元20中產生清潔的合成 氣。 可使用氣體處理器30來從清潔的合成氣中移除殘余氣體成分32，例如氨和甲烷， 以及甲醇或其它殘余化學制品。但是，從清潔的合成氣中移除殘余氣體成分32是可選的， 因為即便是在包含殘余氣體成分32 (例如廢氣)時，清潔的合成氣也可用作燃料。可將這 個清潔的合成氣作為可燃燃料引導到燃氣渦輪發動機36的燃燒器34 (例如燃燒室)中。IGCC系統10可進一步包括空氣分離單元(ASU) 38。ASU38可使用例如蒸餾技術將 空氣分離成成分氣體。ASU38可從由補充空氣壓縮機40供應給該ASU38的空氣中分離出 氧氣，且可將分離出來的氧氣輸送到氣化器16。另外，ASU38可將分離出來的氮氣引導到稀 釋氮氣(DGAN)壓縮機42。DGAN壓縮機42可將接收自ASU38的氮氣至少壓縮到與燃燒器 34中的壓力水平相等的壓力水平，以便不干涉合成氣的恰當燃燒。因此，一旦DGAN壓縮機 42已經將氮氣充分地壓縮到足夠的水平，DGAN壓縮機42就可將壓縮氮氣引導到燃氣渦輪 發動機36的燃燒器34。如上所述，可將壓縮氮氣從DGAN壓縮機42輸送到燃氣渦輪發動機36的燃燒器 34。燃氣渦輪發動機36可包括渦輪44、傳動軸46和壓縮機48以及燃燒器34。燃燒器34 可接收燃料，例如合成氣，可在壓力下從燃料噴嘴中噴射燃料。此燃料可與壓縮空氣以及來 自DGAN壓縮機42的壓縮氮氣混合，且在燃燒器34內燃燒。這個燃燒可產生熱的加壓排氣。
燃燒器34可朝向渦輪44的排氣口引導排氣。當來自燃燒器34的排氣穿過渦輪 44時，該排氣可強制渦輪44中的渦輪葉片使傳動軸46沿著燃氣渦輪發動機36的軸線旋 轉。如圖所示，傳動軸46可連接到燃氣渦輪發動機36的各種構件上，包括壓縮機48。傳動軸46可將渦輪44連接到壓縮機48上，以形成轉子。壓縮機48可包括聯接 到傳動軸46上的葉片。因此，渦輪44中的渦輪葉片的旋轉可導致將渦輪44聯接到壓縮機 48上的傳動軸46使壓縮機48內的葉片旋轉。壓縮機48中的葉片的旋轉導致壓縮機48壓 縮通過該壓縮機48中的進氣口接收到的空氣。然后可將壓縮空氣供給到燃燒器34且使其 與燃料和壓縮氮氣混合，以允許更高效率的燃燒。傳動軸46還可連接到負載50上，負載50 可為固定負載，例如用于在動力裝置中產生電功率的發電機。實際上，負載50可為由燃氣 渦輪發動機36的旋轉輸出供以動力的任何適當的裝置。IGCC系統10還可包括蒸汽渦輪發動機52和熱回收蒸汽發生(HRSG)系統54。蒸 汽渦輪發動機52可驅動第二負載56，例如用于產生電功率的發電機。但是，第一負載50和第二負載56兩者可為能夠分別由燃氣渦輪發動機36和蒸汽渦輪發動機52驅動的其它類 型的負載。另外，雖然燃氣渦輪發動機36和蒸汽渦輪發動機52可驅動單獨的負載50、56， 如所示意的實施例所示，但是燃氣渦輪發動機36和蒸汽渦輪發動機52也可串聯地使用，以 通過單個軸來驅動單個負載。蒸汽渦輪發動機52以及燃氣渦輪發動機36的具體構造可為 對實現而言專有的，且可包括任何區段組合。來自燃氣渦輪發動機36的經加熱的排氣可被引導到HRSG54中，且用來加熱水以 及產生用于對蒸汽渦輪發動機52供以動力的蒸汽。可將來自蒸汽渦輪發動機52的排氣引 導到冷凝器58中。冷凝器58可使用冷卻塔60來將經加熱的水交換成冷卻水。特別地，冷 卻塔60可對冷凝器58提供冷水，以協助使從蒸汽渦輪發動機52引導到冷凝器58中的蒸 汽冷凝。繼而可將來自冷凝器58的冷凝物引導到HRSG54中。再次，還可將來自燃氣渦輪 發動機36的排氣引導到HRSG54中，以加熱來自冷凝器58的水且產生蒸汽。
這樣，在諸如IGCC系統10的聯合循環系統中，熱排氣可從燃氣渦輪發動機36流 到HRSG54，在HRSG54中，可使用該熱排氣來產生高壓、高溫蒸汽。由HRSG54產生的蒸汽然 后可穿過蒸汽渦輪發動機52，以產生功率。另外，還可將所產生的蒸汽供應到其中可使用 蒸汽的任何其它過程，例如供應到氣化器16。燃氣渦輪發動機36發生循環通常指的是“頂 循環(topping cycle)”，而蒸汽渦輪發動機52發生循環通常指的是“底循環(bottoming cycle) ”。通過如圖1所示的那樣結合這兩個循環，IGCC系統10可在兩個循環中產生更大 的效率。特別地，來自頂循環的排氣熱可被捕獲且用來產生蒸汽，以便于在底循環中使用。 應當注意，也可在非IGCC氣化過程中使用公開的實施例，例如甲醇、氨或其它合成氣有關 的過程。如上所述，氣體洗滌器單元20可確保在將清潔的合成氣引導到燃氣渦輪發動機 36的燃燒器34中之前清潔來自氣化器16的臟合成氣，在燃燒器34中，清潔的合成氣可與 壓縮空氣和氮氣混合且燃燒。圖2是圖1的氣化器16和氣體洗滌器單元20的一個示例性 實施例的示意圖。如圖所示，在某些實施例中，氣化器16可包括反應室62和驟冷室64。反 應室62可由耐火襯套66限定。如上所述，可將來自給料制備單元14的給料(例如煤漿) 以及分別來自ASU38和HRSG54的氧氣和蒸汽引入氣化器16的反應室62中，在反應室62 中，給料、氧氣和蒸汽可轉化成臟合成氣。臟合成氣可包含爐渣和其它雜質。如上所述，在氣化器16的反應室62內產生的臟合成氣可處于升高的壓力和溫 度處。例如，所產生的臟合成氣的壓力和溫度分別可為約400psia至1300psia以及約 2200° F至2700° F，這取決于所使用的氣化器16的類型。高壓、高溫的臟合成氣可通過 耐火襯套66的底端68進入驟冷室64，如由箭頭70所示。大體上，可使用驟冷室64來降 低臟合成氣的溫度。在某些實施例中，驟冷環72可位于耐火襯套66的底端68附近。如圖 所示，可通過通入驟冷室64中的驟冷水入口 74從主回水線路76接收驟冷水。大體上，驟 冷水可流過驟冷環72，且沿著浸漬管78進入驟冷室貯槽80中。這樣，驟冷水就可冷卻臟 合成氣，隨后臟合成氣可在冷卻之后通過合成氣出口 82離開驟冷室64，如由箭頭84所示。 合成氣出口 82可大體定位成與驟冷室貯槽80分開且位于驟冷室貯槽80上方，且該合成氣 出口 82可連接到合成氣輸送線路86上，合成氣輸送線路86可用來通過合成氣入口 88將 臟合成氣輸送到氣體洗滌器單元20中。如上所述，可使用氣體洗滌器單元20來清潔臟合成氣，以產生清潔的合成氣，清潔的合成氣最后可被引導到圖1的燃氣渦輪發動機36的燃燒器34中。更具體地，氣體洗 滌器單元20可洗滌臟合成氣，以移除細小的固體顆粒和其它雜質。另外，如上所述，臟合成 氣可包含一定量的夾帶水。還可使用氣體洗滌器單元20來從臟合成氣中移除大部分的剩 余的夾帶水。被移除的水可收集在氣體洗滌器單元20的氣體洗滌器單元貯槽90中。在某些實施例中，收集在氣體洗滌器單元貯槽90中的水以及進入氣體洗滌器單 元20中的補償水可在氣化器16的驟冷室64內用作驟冷水。特別地，可通過主回水泵94 從氣體洗滌器單元20的驟冷水出口 92中泵送出來自氣體洗滌器單元20的驟冷水。在某 些實施例中，可使用主流動控制閥96來控制通過主回水線路76進入驟冷水入口 74中的驟 冷水流。另外，可使用諸如流量計的主流動控制傳感器98來提供用于控制主流動控制閥96 的反饋。類似于合成氣出口 82，驟冷水入口 74大體可定位成與氣化器16的驟冷室貯槽80 分開且在該驟冷室貯槽80的上方，且如上所述，驟冷水入口 74可將驟冷水流弓I導到驟冷環 72中。但是，在圖2中示出的實施例并不是沒有某些缺點。例如，通過蒸發(例如來自合 成氣驟冷)和夾帶(例如被離開驟冷室64的臟合成氣帶走的液體水)而損失的水可 通過 驟冷環72返回，驟冷環72通過水膜將水輸送到浸漬管78。由于夾帶的原因，在操作期間在 驟冷室64中使用的驟冷水的量可超過飽和和冷卻所需的理論量。另外，可通過驟冷環72 供應的驟冷水的量在范圍方面受到限制。例如，通過驟冷環72的驟冷水流的量的增加可伴 隨著與驟冷水流率的量的平方成比例的壓降。例如，如果驟冷水流率增大50% (例如1.5 倍)，則越過驟冷環的壓降可提高125% (例如1.5X1.5 = 2.25倍)。由于操作可變性和 操作約束的原因，在臟合成氣內的水夾帶的量可增大到足夠高的水平，以至于IGCC系統10 可經歷強制停機。因此，在某些實施例中，可使用副回水線路。例如，圖3是使用了主回水線路76和 副回水線路100兩者的圖1的氣化器16和氣體洗滌器單元20的一個示例性實施例的示意 圖。如圖所示，與通過定位成與驟冷室貯槽80分開且在該驟冷室貯槽80的上方的驟冷水 入口 74相反，副回水線路100可通過驟冷室貯槽入口 102將補充水直接引導到驟冷室貯槽 80中。在某些實施例中，可使用副流動控制閥104來控制通過副回水線路100進入驟冷室 貯槽入口 102中的補充水流。另外，可使用諸如流量計的副流動控制傳感器106來提供用于 控制副流動控制閥104的反饋。特別地，流動控制傳感器98和106確保適當的水從主回水 泵94流入驟冷室64中，剩余的水通過水旁路線路110被送回氣體洗滌器單元20的氣體洗 滌器單元貯槽90。更具體地，在某些實施例中，可共同控制主控制閥96和副控制閥104，以 確保適當量的水在主回水線路76和副回水線路100之間分別被分成驟冷水和補充水。大 體上，當通過驟冷環72的驟冷水的量達到預定閾值量時，可通過副回水線路100將多余的 補充水直接送到驟冷室貯槽80中。但是，在圖3中示出的實施例也不是沒有某些缺點的。例如，大體上，由于使用僅 一個主回水泵94來從氣體洗滌器單元20的氣體洗滌器單元貯槽90中泵送出驟冷水，所以 在某些實施例中，主控制閥96和副控制閥104對于控制主回水線路76和副回水線路100 之間的水流來說可能是必要的。但是，可證明在不使用流動控制閥的情況下控制主回水線 路76和副回水線路100之間的水流的能力是有益的。圖4是使用了主回水線路76和副回水線路100兩者以及主回水泵94和副回水泵108的圖1的氣化器16和氣體洗滌器單元20的一個示例性實施例的示意圖。在某些實施例 中，如圖所示，可從氣體洗滌器單元20的第二驟冷水出口 93對副回水線路100進行供給。 如圖所示，主回水線路76和副回水線路100兩者可與相應的回水泵94、108相關聯。在某 些實施例中，主回水泵94和副回水泵108可為變速泵，從而使得可直接控制由各個回水泵 94、108產生的水流率，或者使得主回水泵94和副回水泵108可如需要的那樣在具有流動控 制(例如通過流動控制傳感器98和106以及相關聯的流動控制器)和主動旁路(例如通 過水旁路線路110)的情況下以恒定的速度操作。但是，在其它實施例中，主回水線路76和 副回水線路100兩者可裝備有獨立的閥和/或控制閥，以幫助隔開回水線路76、100中的一 個或兩者，以及/或者控制通過回水線路76、100的水的流率。在不對驟冷室64進行重大修改的情況下，在圖3和4中示出的實施例通過允許來 自氣化器16的合成氣的更高的生產量來提供提高的裝置操作柔性。在操作中，在啟動IGCC 系統10之前，可在吹掃序列結束時對副回水線路100填充相對清潔的水。這可確保副回水 線路100上的副回水泵108預先準備好且總是準備好進行操作。在某些實施例中，主回水 線路76和相關聯的主回水泵94將在正常的操作條件期間操作，而副回水線路100和相關 聯的副回水泵108將僅在進入驟冷環72中的驟冷水的流率達到預定閾值量時才操作。 大體上，主回水線路76和驟冷環72可大小設置成以便在啟動時、在低負載(例如 減速)和可包括適度的水夾帶(例如低于約20%的水-合成氣比率)的正常操作條件期 間提供充分的操作。在某些實施例中，主回水線路76可在控制回路中操作，這可包括監測 通過氣體洗滌器單元20的補償水(例如用來補充通向及來自氣化器16和氣體洗滌器單元 20的水流的另外的水)。實際上，當補償水流降低到氣體洗滌器單元20的設計點以下時就 可表明存在過量的水夾帶。當補償水流率降低到設計點以下時，通過主回水線路76的驟冷 水流率可提高，從而使得通過氣體洗滌器單元20的補償水流率朝向設計點提高。但是，如果出現過量的水夾帶，可在通過氣體洗滌器單元20的補償水流率達到設 計點之前就達到主回水線路76的容量。當出現這種情況時，可打開副回水線路100上的副 回水泵108。最初，可將所有的水夾帶流從主回水線路76逐步輸送到副回水線路100。在 此序列結束時，主回水線路76可在正常操作條件下操作，且可通過副回水線路100供應所 有的水夾帶。副回水線路100的水夾帶容量可大體高于主回水線路76的水夾帶容量。另外，可通過提高通過副回水線路100的驟冷水的流率直到通過氣體洗滌器單元 20的補償水的流率重新建立到設計點為止來進一步補償合成氣中的水夾帶的量。在水夾帶 超過副回水線路100的容量的情況下，可由主回水泵94將另外的水夾帶送過驟冷環72。另外，在某些實施例中，如圖3和4中所示的那樣，水旁路線路100可從副回水線 路100延伸回到氣體洗滌器單元20的氣體洗滌器單元貯槽90。特別地，可通過氣體洗滌 器單元貯槽入口 112將輸送通過副回水線路100的水的一部分引導回氣體洗滌器單元貯槽 90中。大體上，可使用水旁路線路110來實現對從氣體洗滌器單元貯槽90輸送到驟冷室貯 槽80的水的量的更高程度的控制。例如，在某些實施例中，可使用旁路控制閥114基于通 向驟冷室貯槽80的水的當前流率來控制從副回水線路100旁路的水的量。另外，雖然沒有示出，但是圖2至4中示出的所有控制閥和變速泵可由過程控制器 控制，以操縱通過主回水線路76的驟冷水的流率以及通過副回水線路100的補充水的流 率。在某些實施例中，過程控制器可為特別地構造成以便獲得(例如接收)來自回水線路76、100中的傳感器(例如流量傳感器、壓力傳感器等)的測量值的物理計算裝置，其可幫助 控制分別通過主回水線路76和副回水線路100的驟冷水和補充水的流率。更具體地，過程 控制器可包括用于接收傳感器測量值的輸入/輸出(I/O)裝置。另外，該過程控制器可包 括存儲裝置和其上編碼有用于確定通過主回水線路76的驟冷水以及通過副回水線路100 的補充水的流率何時應當提高、降低或保持的指令的機器可讀的介質。由過程控制器(或與控制閥或變速泵相關聯的內部邏輯電路)執行的過程步驟可 大體相同。例如，圖5A和5B示出了用于控制通過主回水線路76的驟冷水以及通過副回水 線路100的補充水的流率的一種示例性方法116 (例如計算機實現的方法)的流程圖。在 步驟118處，可對副回水線路100填充水。如上所述，在圖4中示出的實施例中，填充副回 水線路100可確保副回水線路100上的副回水泵108預先準備好且準備好進行操作。在步 驟120處，可使用主回水泵94來將驟冷水泵送通過主回水線路76。 在步驟122處，可監測進入氣體洗滌器單元20中的補償水的流率。在步驟124處， 可對補償水流率是否已經降低到設計點以下進行確定。如果在步驟124處，確定補償流率 在設計點以上，方法116就可繼續回到步驟122，此處，可繼續監測進入氣體洗滌器單元20 中的補償水的流率。但是如果在步驟124處，確定補償水流率在設計點以下，方法116就可 繼續到步驟126，此處，可提高通過主回水線路76的驟冷水流率。例如，在圖3中示出的實 施例中，主控制閥96可打開一定量。但是，在圖4中示出的實施例中，可提高變速主回水泵 94的速度，或者在某些實施例中，主回水泵94和副回水泵108可如需要的那樣在具有流動 控制(例如通過流動控制傳感器98和106以及相關聯的流動控制器)和主動旁路(例如 通過水旁路線路110)的情況下以恒定的速度操作。在步驟128處，可對是否已經達到主回水線路76的最大容量進行確定。例如，在正 常的操作條件下，通過主回水線路76進入驟冷環72中的驟冷水的流率的范圍可在約每分 鐘800加侖(gpm)至約1800gpm之間。取決于所使用的氣化器16的類型，可修改此范圍。 但是，主回水線路76的最大容量的范圍可在約IlOOgpm至約2500gpm之間。再次，取決于所 使用的氣化器16的類型，可修改此范圍。如果在步驟128處，確定還沒有達到主回水線路 76的容量，方法116就可繼續回到步驟122，此處，可繼續監測進入氣體洗滌器單元20中的 補償水的流率。但是，如果在步驟128處，確定已經達到主回水線路76的容量，該方法就可 繼續到步驟130，此處，可開始將補充水泵送通過副回水線路100，同時通過主回水線路76 的驟冷水的流率可返回到正常操作條件。例如，在圖3中示出的實施例中，副控制閥104可 打開一定量，以及/或者主控制閥96可關閉一定量。但是，在圖4中示出的實施例中，可打 開變速副回水泵108，以及/或者可降低變速主回水泵94的速度。另外，在某些實施例中， 主回水泵94和副回水泵108可如需要的那樣在具有流動控制(例如通過流動控制傳感器 98和106以及相關聯的流動控制器)和主動旁路(例如通過水旁路線路110)的情況下以 恒定的速度操作。在步驟132處，可再次監測進入氣體洗滌器單元20中的補償水的流率。在步驟 134處，可對補償水流率是否已經提高到設計點以上進行確定。如果在步驟134處，確定補 償流率已經提高到設計點以上，方法116就可繼續到步驟136，此處，可降低通過副回水線 路100的補充水的流率。例如，在圖3中示出的實施例中，副控制閥104可關閉一定量，以 及/或者主控制閥96可打開一定量。但是，在圖4中示出的實施例中，可降低變速副回水泵108的速度，以及/或者可提高變速主回水泵94的速度。方法116可從步驟136繼續回 到步驟132，此處，可繼續監測進入氣體洗滌器單元20中的補償水的流率。但是，如果在步驟134處，確定補償流率仍然在設計點以下，方法116就可繼續到 步驟138，此處，可提高通過副回水線路100的補充水的流率。例如，在圖3中示出的實施例 中，副控制閥104可打開一定量，以及/或者主控制閥96可關閉一定量。但是，在圖4中示 出的實施例中，可提高變速副回水泵108的速度，以及/或者可降低變速主回水泵94的速 度。在步驟140處，如果通過副回水線路100的補充水的流率已經降低到零，方法116就可 繼續回到步驟122，此處，可繼續監測進入氣體洗滌器單元20中的補償水的流率。否則，方 法116可繼續回到步驟132，此處可進行相同的操作。所公開的實施例的技術效果包括提供用于在高夾帶下操作氣化器驟冷洗滌器系 統的系統和方法。特別地，如上所述，可通過副回水線路100將補充水從氣體洗滌器單元20 直接泵送到氣化器16的驟冷室貯槽80中。通過將補充水直接引導到驟冷室貯槽80中，氣 化器16可能能夠在對氣化器16的反應室62或驟冷室64、主回水線路76或主回水泵94改 變最小或無改變的情況下 以更高的合成氣生產率進行操作。特別地，公開的實施例允許有 進入氣化器16的驟冷室64中的提高的水流率。換句話說，公開的實施例提供另外的夾帶 控制能力和特征，以響應變化的和出乎意料地高的夾帶水平。另外，公開的實施例在驟冷室 貯槽80中提供了另外的水來保護其不受過量蒸發的影響。公開的實施例可為新裝置的一 部分，或者，備選地，所公開的實施例可實現為對正經歷高夾帶水平的現有氣化器驟冷洗滌 器系統的改型添加物。另外，公開的實施例可應用于使用水浴來驟冷和/或洗滌氣體流的 任何其它應用。應當注意，本文描述的特定實施例不意在為限制性的。例如，公開的實施例也可應 用于不在氣化器正下方的驟冷區以及可位于輻射式合成氣冷卻器下方的驟冷區。代替驟冷 環或除了驟冷環之外，公開的實施例還可應用于其中結合了噴霧噴嘴的驟冷區。另外，公開 的實施例可包括附連到驟冷區上的、具有如所描述的那樣的類似的水控制的多個洗滌器。本書面描述使用實例來公開本發明，包括最佳模式，且還使本領域任何技術人員 能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統，以及執行任何結合的方法。本發明的可 授予專利的范圍由權利要求書限定，且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這種 其它實例具有不異于權利要求書的字面語言的結構元素，或者如果這種其它實例包括與權 利要求書的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這種其它實例意圖處于權利要求書 的范圍之內。
權利要求
一種系統，包括驟冷室(64)、氣體洗滌器(20)、從所述氣體洗滌器(20)的氣體洗滌器貯槽(90)直接到所述驟冷室(64)的驟冷室貯槽(80)的第一流動線路(100)，以及構造成以便通過所述第一流動線路(100)將第一水流從所述氣體洗滌器(20)的氣體洗滌器貯槽(90)直接泵送到所述驟冷室(64)的驟冷室貯槽(80)的、在所述第一流動線路(100)中的第一泵(94，108)。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括從所述氣體洗滌器(20)的 氣體洗滌器貯槽(90)到所述驟冷室(64)的驟冷環(72)的第二流動線路(76)。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述第一泵(94)構造成以便通過所述第 二流動線路(76)將第二水流從所述氣體洗滌器(20)的氣體洗滌器貯槽(90)泵送到所述 驟冷室(64)的驟冷環(72)。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述系統包括用來控制所述第一水流的、 在所述第一流動線路(100)中的第一控制閥(104)，以及用來控制所述第二水流的、在所述 第二流動線路(76)中的第二控制閥(96)。
5.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述系統包括構造成以便通過所述第二 流動線路(76)將第二水流從所述氣體洗滌器(20)的氣體洗滌器貯槽(90)泵送到所述驟 冷室(64)的驟冷環(72)的、在所述第二流動線路(76)中的第二泵(94)。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述第一泵和第二泵(94，108)是變速泵， 或者所述第一泵和第二泵(94，108)是帶有流動控制器(98，106)和主動旁路(110，114)的 恒速泵。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述系統包括配置成以便分別基于所述 第一流和第二流的第一流率和第二流率來調節所述第一泵和第二泵(94，108)的速度的控 制器。
8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括從所述驟冷室(64)到所述 氣體洗滌器(20)的合成煤氣輸送線路(86)。
9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括從所述第一流動線路(100) 到所述氣體洗滌器(20)的氣體洗滌器貯槽(90)的旁路線路(110)。
10.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括具有所述驟冷室(64)和所 述驟冷室貯槽(80)的氣化器(16)。
全文摘要
本發明涉及用于在高夾帶下操作驟冷洗滌器系統的控制系統和方法。在某些實施例中，一種系統包括構造成以便通過第一供水線路(100)將水從氣體洗滌器(20)的氣體洗滌器貯槽(90)直接泵送到驟冷室(64)的驟冷室貯槽(80)的第一供水泵(94，108)。
文檔編號C10K1/10GK101967406SQ20101024644
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月27日 優先權日2009年7月27日
發明者A·J·希門尼斯-許克, C·迪努, D·M·里科, G·古爾科, J·B·科里, R·L·趙 申請人:通用電氣公司