專利名稱：整體氣化聯(lián)合循環(huán)(igcc)功率裝置蒸汽回收系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及一種用于與整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)裝置一起使用的裝置 蒸汽系統(tǒng)，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)裝置利用各種煤石油焦、氣體或液體燃料范圍并考慮 合成氣冷卻器(SGC)的結垢特征，以改善安裝成本和性能。
背景技術：
在IGCC裝置中，清潔的合成氣由于固體或液體燃料的部分氧化而產(chǎn)生，以在為 了熱回收而與氣化島(gasification island)結合的聯(lián)合循環(huán)應用中產(chǎn)生功率。這些裝 置通常包括處理島(process island)，其負責合成氣產(chǎn)生、蒸汽發(fā)生、水處理、合成氣清潔 以及脫硫；和功率島(power island)，其包括一個或多個燃氣輪機和熱回收蒸汽發(fā)生器 (HRSG)、蒸汽輪機、冷卻塔以及按照典型聯(lián)合循環(huán)應用操作的冷凝器。熱結合(在其中， 蒸汽從處理島被輸出到功率島并且給水從功率島被輸出到處理島以改善成本和性能)是 IGCC裝置設計的關鍵標準。在氣化處理中，來自離開氣化器的熱合成氣(處于大約2000 T -2500 T )的熱量 由產(chǎn)生高壓飽和蒸汽的SGC回收。這種通過SGC的合成氣是含有灰燼微粒、氣態(tài)形式的硫、 氯化物以及一些痕量金屬(trace metal)的臟合成氣，其促成在SGC罩殼和傳熱表面上形 成使其傳熱能力惡化的結垢層。結垢通常隨著運轉時間而增加，并且損失的傳熱能力的相 當大的量可通過關停和重新起動氣化器(這致使敲落(knock off) 了附連在傳熱表面上的 厚微粒層)而恢復。結果是新的和清潔的操作模式，隨之結垢將再次開始。已發(fā)現(xiàn)可在氣 化器的熱重新起動時回收損失的傳熱的50-60% (也稱為可恢復的惡化)。來自SGC的高 壓、飽和蒸汽(其通常設計為大約2000-2500psig)被傳輸?shù)紿RSG，蒸汽在進入蒸汽輪機之 前在該HSRG中被過熱。傳統(tǒng)上，處理島和功率島之間的IGCC裝置熱結合已基于結垢的合成氣冷卻器的 傳熱能力并且未考慮相對新和清潔的表面增加的蒸汽發(fā)生能力、結垢率和/或可恢復的惡 化。在過去的實踐中，相對新和清潔的情況已描述了這樣一種操作模式，即，在其中，蒸汽被 排泄到大氣中或裝置在局部負荷條件下操作。此處，對于氣化器的每一次重新起動，當惡化 的傳熱能力恢復時，過量的蒸汽被排泄。這導致能量浪費和低效率。此外，已了解到IGCC裝置通常設計成處理單級煤、石油焦或油燃料的操作點火并 將設計成僅用于這種操作點火。過剩的熱量或蒸汽通常被排泄，從而降低了裝置的效率。對 于在IGCC中利用寬范圍燃料的靈活性的增長的需求導致各種各樣的蒸汽產(chǎn)量。由于結垢 和所使用的各種各樣的燃料特征，在起動和正常操作情況期間，處理島中的設備和系統(tǒng)的 處理需求和發(fā)生在單個循環(huán)上變化很大。目前的裝置設計中燃料的變化將導致所產(chǎn)生的熱 量的甚至更低效的使用，因為裝置對于在單個操作循環(huán)期間利用不同水平的熱量和蒸汽不 具有靈活性。重要的是，裝置能夠在單個循環(huán)中以連續(xù)的方式更好地利用在寬范圍的燃料 和操作狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量。

發(fā)明內容
設置一種整體氣化聯(lián)合循環(huán)裝置中的系統(tǒng)，在其中，通過蒸汽回收系統(tǒng)實現(xiàn)成本 和性能的平衡，該蒸汽回收系統(tǒng)結合通過冷卻進入到功率發(fā)生系統(tǒng)中的合成氣而回收的能 量，從而允許系統(tǒng)在寬范圍的操作狀態(tài)下高效地操作。根據(jù)本發(fā)明的一方面，設置一種在整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置中的裝置蒸汽回收 系統(tǒng)。整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置包括用以向燃氣輪機提供燃料供應的氣化器和用于冷卻 離開氣化器的燃料供應的輻射式合成氣冷卻器，該合成氣冷卻器產(chǎn)生蒸汽并且以流體的方 式連接到高壓蒸汽鼓、低壓閃蒸鼓和中壓閃蒸鼓上。還設置一種用于檢測來自高壓蒸汽鼓 的過剩蒸汽的壓力傳送器。蒸汽集管(header)以流體的方式連接到高壓蒸汽鼓和中壓蒸 汽鼓上并且將過剩的蒸汽引導到中壓閃蒸鼓。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在整體氣化聯(lián)合循環(huán)裝置中的合成氣產(chǎn)生中回 收過剩蒸汽的方法。該方法包括在裝置的清潔操作模式期間回收高壓蒸汽、在結垢操作模 式期間回收低壓蒸汽以及在所述裝置的清潔操作模式期間檢測過剩蒸汽。一旦檢測到，就 將過剩蒸汽引導到中壓冷凝物收集鼓并且在裝置中進一步利用過剩蒸汽。本發(fā)明中的系統(tǒng)使通過合成氣冷卻器和LTGC從合成氣中回收的熱量的結合能夠 用于IGCC裝置的正常操作，其中，合成氣冷卻器處于結垢狀態(tài)，同時當SGC處于清潔狀態(tài)時 能實現(xiàn)從合成氣中回收的所有熱量的有效利用。該系統(tǒng)還提供操作的靈活性，從而專為特 定的煤、石油焦或油燃料設計的系統(tǒng)將具有當利用寬范圍的固體或液體燃料操作時在處理 島和電功率發(fā)生島中均有效地利用從合成氣中回收的熱量的能力。這些和其它優(yōu)點及特征將從以下結合附圖的描述中變得更加顯而易見。


在說明書的結尾處的權利要求書中特別指出并明確要求保護了視為本發(fā)明的主 題。根據(jù)以下結合附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點是顯而易見的，其中圖1是IGCC功率裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明的蒸汽回收系統(tǒng)的一方面的示意圖。詳細描述借助參照附圖的實例解釋了本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點和特征。部件清單2,4氣化器4,8合成氣冷卻器(SGC)11，12合成氣冷卻器高壓蒸汽鼓(SGC HP蒸汽鼓)84，86和88合成氣凈化系統(tǒng)26，28熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)62蒸汽輪機發(fā)電機單元42，44 HRSG LP 區(qū)段10 (IGCC)功率裝置2和6第一和第二氣化器系統(tǒng)66和68第一和第二燃氣輪機系統(tǒng)6和8氣化器
56中壓鼓
11，12蒸汽鼓
18SGC集管
70和72 閥
30和32HRSG 高壓鼓
42和44 鼓
46和48低壓過熱器
30和32高壓蒸發(fā)器和蒸汽鼓
34和36高壓過熱器
38和40再熱器
55回收系統(tǒng)
24和25 閥
92中壓集管
84合成氣凈化系統(tǒng)
76閥
94蒸汽集管
78閥
96第三處理蒸汽集管(或低壓蒸汽:
58低壓閃蒸鼓
86氣體凈化處理設備
88合成氣凈化設備
60SGC排污(blowdown)閃蒸鼓
82閥
64閃蒸鼓
96第二蒸汽集管
4,6冷卻器
20HP蒸汽集管
22壓力傳送器
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1，現(xiàn)將描述氣化過程的概況。在氣化過程中，臟合成氣以大約2000下 至2500 溫度從氣化器2，4中排出且其需在凈化過程之前被冷卻到大約100下。合成 氣冷卻在三個階段中完成(1)通過在合成氣冷卻器高壓蒸汽鼓(SGC HP蒸汽鼓)11，12中 產(chǎn)生高壓(HP)飽和蒸汽而在合成氣冷卻器(SGC)4，8中進行高溫冷卻，(2)通過與水直接 接觸而進行用于冷卻和微粒去除的驟冷(quenching)和洗滌，以及(3)通過在合成氣凈化 系統(tǒng)84，86和88中產(chǎn)生低壓(LP)飽和蒸汽而進行低溫氣體冷卻(LTGC)。由合成氣冷卻 器4，8產(chǎn)生的HP飽和蒸汽被供應給聯(lián)合循環(huán)功率發(fā)生設備，在其中，HP飽和蒸汽通過熱回 收蒸汽發(fā)生器(HRSG)26，28而過熱并進入產(chǎn)生電功率的蒸汽輪機發(fā)電機單元62的高壓段。 由LTGC系統(tǒng)所產(chǎn)生的LP蒸汽主要用于合成氣凈化過程中并且過剩的蒸汽進入HRSG LP段42，44，在其中，蒸汽被過熱并進入蒸汽輪機62的LP段?，F(xiàn)在參照圖1和圖2，在其中，同樣的標號表示同樣的特征，圖1示出多個單元的、 整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)功率裝置10。IGCC功率裝置10包括第一氣化器系統(tǒng)2和第二 氣化器系統(tǒng)6，其可接收寬范圍的固體或液體燃料，從而通過部分氧化將合成的氣態(tài)(合成 氣)燃料供應(在其在合成氣冷卻器4和8中冷卻且在低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)84，86和 88中進一步冷卻和凈化后)提供給第一燃氣輪機系統(tǒng)66和第二燃氣輪機系統(tǒng)68。合成氣冷卻器4和8產(chǎn)生范圍在約2000psig至2500psig以及約2000psig的高 壓飽和蒸汽，同時執(zhí)行高溫階段合成氣冷卻。在新的和/或清潔的氣化循環(huán)期間，通常在氣 化器6和8的熱重新起動之后，SGC蒸汽產(chǎn)量可超過蒸汽輪機的HP段的容量。SGC蒸汽供 應給中壓鼓56。在該時段期間的SGC蒸汽源自SGC HP蒸汽鼓11，12和SGC集管18，SCG蒸 汽自該SGC集管18起通過閥70和72配送給HRSG高壓鼓30和32。此外，IGCC裝置10包括燃氣輪機66和68。各燃氣輪機系統(tǒng)包括燃燒系統(tǒng)和燃氣 渦輪。燃氣輪機與發(fā)電機聯(lián)接并驅動發(fā)電機以發(fā)電。功率裝置10還包括也驅動產(chǎn)生附加 的電功率的發(fā)電機的蒸汽輪機系統(tǒng)62。來自燃氣輪機66和68的排氣被輸送到熱回收蒸汽發(fā)生器26和28。HRSG是具有 容納傳熱管的傳熱管道的逆流式熱交換器(counter heat exchanger)。給水通過傳熱管 并由離開燃氣輪機66和68的熱燃氣輪機排氣加熱。熱回收蒸汽發(fā)生器26，28包括低壓蒸 發(fā)器和蒸汽鼓42和44、低壓過熱器46和48、高壓蒸發(fā)器和蒸汽鼓30和32、高壓過熱器34 和36以及再熱器38和40。高壓蒸發(fā)器30，32從SGC蒸汽集管18中接收通過合成氣冷卻 器4和8以及SGC蒸汽鼓11和12產(chǎn)生的蒸汽。在操作期間，第一氣化器系統(tǒng)2和第二氣化器系統(tǒng)6產(chǎn)生用于第一燃氣輪機系統(tǒng) 66和第二燃氣輪機系統(tǒng)68的合成氣燃料。從氣化器2和6中排出的氣體的溫度在約2000 °F 至2500 T的范圍內。初始階段的合成氣冷卻由合成氣冷卻器4和8完成，該合成氣冷卻器 4和8使從蒸汽鼓11和12中供應的飽和水的一部分蒸發(fā)并且使水/蒸汽混合物返回蒸汽 鼓，在其中，蒸汽與水分離，從而產(chǎn)生上文所提及的處于約2000psig至2500psig的范圍內 的飽和蒸汽。來自SGC鼓11和12的蒸汽被供應給SGC集管18。此后，蒸汽供應給中壓蒸汽鼓 56并通過閥70和72供應給HRSG HP蒸汽鼓30和32，該閥70和72通?？刂芐GC集管18 中的蒸汽壓力并且以與各HRSG的容量成正比的方式將蒸汽配送給各HRSG鼓30，32以使 SGC蒸汽過熱和再熱。通過HRSG HP過熱器34和36使蒸汽過熱并將蒸汽供應給HP過熱蒸
汽集管20。HP蒸汽從過熱蒸汽集管20供應給驅動發(fā)電機以產(chǎn)生電功率的蒸汽輪機62的HP 區(qū)段。蒸汽從蒸汽輪機62的HP區(qū)段排放并被傳輸?shù)紿RSG再熱器38和40。再熱器38，40 將蒸汽加熱到大約與過熱蒸汽溫度相同的溫度。蒸汽返回蒸汽輪機62的中壓區(qū)段。在通過合成氣冷卻器4和8引起的初始冷卻之后，合成氣被輸送到低溫氣體冷卻 和凈化系統(tǒng)84，86和88以用于進一步冷卻和凈化。從合成氣中回收的熱量產(chǎn)生低壓蒸汽， 該低壓蒸汽主要用于凈化過程，并且過剩的低壓蒸汽進入HRSG LP蒸汽鼓42和44。參考圖1并且現(xiàn)在參考圖2，中壓熱回收系統(tǒng)55將來自SGC蒸汽鼓11和12的蒸 汽供應給中壓冷凝物收集鼓56，該蒸汽通過閥24和25減壓到約500psig至900psig的范圍。如文中將進一步描述的那樣，該中壓蒸汽隨后可在功率島上被配送，從而改進IGCC裝 置10的整體效率。來自中壓冷凝物收集鼓56的蒸汽被供應給中壓集管92，該中壓集管92將蒸汽分 配給合成氣凈化系統(tǒng)84，供應蒸汽通過閥76到在約85psig至約IlOpsig的范圍中操作的 第二處理蒸汽集管94，并且供應蒸汽通過閥78到在約50psig至SOpsig的范圍中操作的第 三處理蒸汽集管(或低壓蒸汽集管)96。來自中壓閃蒸鼓56的冷凝物被排放到低壓閃蒸鼓 58。低壓閃蒸鼓58收集來自氣體冷卻和凈化系統(tǒng)的中壓熱回收系統(tǒng)55中的熱交換器 和設備的冷凝物并接收來自中壓閃蒸鼓56的冷凝物。從在低壓閃蒸鼓58中收集的冷凝物
中閃蒸的蒸汽被供應給第二蒸汽集管94。蒸汽從第二蒸汽集管94中分配給氣體凈化處理設備86，該氣體凈化處理設備86 在與第二蒸汽集管94 一致的壓力下操作，且其收集來自產(chǎn)生蒸汽的處理設備和來自低壓 閃蒸鼓58的蒸汽。如果通過合成氣冷卻和凈化設備而引起的蒸汽發(fā)生不足以滿足此集管 上的蒸汽使用者的需求，則通過閥76從中壓蒸汽集管92供應補充蒸汽。如果蒸汽發(fā)生超 過此集管上的蒸汽使用設備的需求，則使過剩的蒸汽通過閥80和82前行到HRSG LP蒸汽 鼓42和44。在50psig至SOpsig的范圍中操作的第三蒸汽集管96將蒸汽分配給合成氣凈化 設備88，該合成氣凈化設備88在一致的壓力下操作且其從產(chǎn)生蒸汽的合成氣冷卻和凈化 設備以及從SGC排污閃蒸鼓60中收集蒸汽。如果通過合成氣冷卻和凈化設備88引起的蒸 汽發(fā)生不足以滿足此集管上的蒸汽使用者的需求，則通過閥78從中壓集管92中供應補充 蒸汽。如果蒸汽發(fā)生超過此集管92上的蒸汽使用設備的需求，則使過剩的蒸汽通過閥82 排放到HRSG LP蒸汽鼓42和44。另一閃蒸鼓64設置成收集來自低壓閃蒸鼓58以及第三蒸汽集管94和第二蒸汽 集管96上的設備的冷凝物。閃蒸鼓64在約IOpsig至約40psig的范圍中操作。從閃蒸鼓 64中閃蒸的壓力和蒸汽被供應給裝置脫氣器。從閃蒸鼓64排放的冷凝物被泵送到打磨脫 礦質器(polishing demineralizer)以便在允許其進入裝置脫氣器之前進行凈化。本發(fā)明減少了蒸汽輪機發(fā)電機單元62的成本并且提高了其在主要操作時段的性 能，同時能夠實現(xiàn)當利用帶有不同蒸汽發(fā)生特征的燃料或利用處于新的或清潔的操作狀態(tài) 下的合成氣冷卻器4，8操作時利用由合成氣冷卻器4，6和低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)84，86 和88產(chǎn)生的蒸汽。蒸汽輪機容量是對于主要燃料和利用結垢的合成氣冷卻器4，8操作所 需的容量并且性能設計成用于此操作狀態(tài)。蒸汽輪機62HP區(qū)段的蒸汽流量能力被帶有清 潔的傳熱表面或帶有具有增加通過合成氣冷卻器4和8引起的蒸汽發(fā)生的特征的燃料的合 成氣冷卻器4和8的更高的蒸汽發(fā)生超過。蒸汽回收系統(tǒng)，并且特別是中壓熱回收系統(tǒng)55 能夠使由合成氣冷卻器4和8產(chǎn)生的過剩蒸汽用于氣體冷卻和凈化處理84、86和88以及 蒸汽輪機62的LP區(qū)段。另外，當利用主要燃料操作并處于結垢狀態(tài)時，熱回收蒸汽發(fā)生器26和28的更低 成本的操作通過將HP過熱器34和36以及再熱器38和40的容量設為與合成氣冷卻器4 和8的HP蒸汽發(fā)生容量一致的容量來實現(xiàn)。當檢測到通過合成氣冷卻器4和8引起的蒸 汽發(fā)生超過熱回收蒸汽發(fā)生器26和28的過熱和再熱容量時，蒸汽回收系統(tǒng)且特別是中壓熱回收系統(tǒng)55使過剩蒸汽能夠用于低溫氣體冷卻和凈化處理84，86和88以及蒸汽輪機62 的LP區(qū)段。本發(fā)明還具有當通過低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)84，86和88產(chǎn)生的蒸汽減少時 (比如當合成氣冷卻器在新的和/或清潔的狀態(tài)下操作時)有效利用蒸汽輪機62的LP區(qū) 段的容量的能力。應該理解的是，當合成氣冷卻器4，8是新的或清潔時低溫氣體冷卻蒸汽 產(chǎn)量減少，因為從合成氣中回收的增加的熱量減少了低溫氣體冷卻可獲得的用于產(chǎn)生LP 蒸汽的熱量。中壓熱回收系統(tǒng)55實現(xiàn)來自SGC蒸汽集管18的過剩蒸汽的傳遞以用于低溫 氣體冷卻和凈化系統(tǒng)84，86和88的使用并用于完全加載蒸汽輪機62的LP區(qū)段。在操作中，蒸汽輪機62利用HP蒸汽集管20中的滑動壓力操作。在此模式中，蒸 汽輪機62在其HP蒸汽控制閥(未示出)完全打開的情況下操作，從而蒸汽集管壓力由蒸 汽輪機第一級噴嘴(也未示出)的流動阻力被動控制，從而壓力與HP蒸汽流量直接成比例 地變化。此操作模式使實現(xiàn)通過由壓力傳送器22感測過熱蒸汽集管20中的蒸汽壓力而檢 測在通過HP區(qū)段的最大蒸汽流量下的蒸汽輪機操作。壓力傳送器22檢測到蒸汽輪機62HP區(qū)段的蒸汽流量何時高于其流量能力。此后， HP過熱蒸汽集管壓力的控制被傳遞到控制通向中壓鼓56的流量的閥24和25。閥24和25 通過使來自SGC蒸汽集管18的過剩蒸汽流前行到中壓蒸汽鼓56 (否則該過剩蒸汽流將通 過HRSG過熱器34和36被傳輸?shù)竭^熱蒸汽集管20)而控制過熱蒸汽集管壓力。同時，中壓 蒸汽集管92中的蒸汽壓力的控制被傳遞至使過剩蒸汽流前行到第三蒸汽集管96的閥78。 由于當由合成氣冷卻器4和8產(chǎn)生增加的HP蒸汽時低溫氣體冷卻LP蒸汽發(fā)生減少，所以 來自中壓集管92的增加的蒸汽可為低溫氣體冷卻系統(tǒng)所需。但是，如果通向集管96的增 加的蒸汽流超過低溫氣體冷卻需求并導致此集管中的蒸汽壓力增加，則使過剩的蒸汽通過 控制集管96中的蒸汽壓力的閥82前行到HRSG LP蒸汽鼓42和44。進入HRSG LP鼓42和44的蒸汽在LP過熱器46和48中被過熱并進入蒸汽輪機 62的LP區(qū)段，從而利用通過合成氣冷卻器4和8引起的過剩蒸汽發(fā)生來完全加載蒸汽輪 機62的LP區(qū)段。因此，本發(fā)明中的蒸汽回收系統(tǒng)平衡了低溫氣體冷卻的蒸汽需求并能實 現(xiàn)LP蒸汽輪機容量的利用，該LP蒸汽輪機容量否則將由于通過低溫氣體冷卻而引起的減 少的LP蒸汽發(fā)生而未被充分利用。合成氣冷卻器4和8的蒸汽發(fā)生容量有可能超過使由合成氣冷卻器4和8產(chǎn)生的 飽和蒸汽過熱和再熱的HRSG HP過熱器34和36以及再熱器38和40的容量。使蒸汽過熱 和再熱的HRSG 34或36的容量由控制系統(tǒng)(未示出)基于從第一燃氣輪機66和第二燃氣 輪機68中接收的、用于使來自合成氣冷卻器4和8的蒸汽過熱和再熱的能量的量計算。當通過壓力傳送器22感測到來自合成氣冷卻器4和8的蒸汽流量超過使SGC蒸 汽過熱和再熱的熱回收蒸汽發(fā)生器34，36的容量時，蒸汽流量配送閥70和72將限制通向 HRSG鼓30和32的流量。SGC蒸汽集管18中的壓力的控制然后從閥70和72被傳遞到閥 24和25，該閥24和25將蒸汽引導到中壓蒸汽鼓56以控制SGC蒸汽集管18中的蒸汽壓力。 此后，進入中壓冷凝物收集鼓56的HP蒸汽的有效利用以上文所述方式限制了通向HRSG HP 過熱器38和40的蒸汽流量。按照以上描述，設置了一種在整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置10中的裝置蒸汽回收 系統(tǒng)。該系統(tǒng)使低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)84，86和88與合成氣冷卻器4，8、熱回收蒸汽發(fā)生器26，28以及蒸汽輪機62結合以實現(xiàn)低成本IGCC功率裝置10從而在一定操作狀態(tài)范 圍內并利用一定范圍的燃料特征高效操作。具體而言，中壓蒸汽鼓56和中壓蒸汽集管92、 兩個低壓蒸汽集管94，96、低壓蒸汽鼓58、低壓冷凝物閃蒸鼓64、與合成氣冷卻器4，8以流 體的方式聯(lián)接且結合的互相連接的管道、控制閥和控制系統(tǒng)、低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)84， 86，88、熱回收蒸汽發(fā)生器26，28以及蒸汽輪機62允許整體氣化功率裝置10中的蒸汽的經(jīng) 濟結合。裝置10保持在其最主要的操作狀態(tài)下(結垢)并利用預選燃料操作的能力，同時 當狀態(tài)或燃料使能夠由合成氣冷卻器產(chǎn)生附加的蒸汽時仍然能使裝置10能夠有效并高效 地操作?？衫斫獾氖牵撓到y(tǒng)預期使用控制系統(tǒng)和控制邏輯，以及用于檢測通過合成氣冷 卻器4，8而引起的過剩蒸汽產(chǎn)量大于蒸汽輪機62的高壓區(qū)段的容量的壓力傳送器22。此 類系統(tǒng)將包括傳感器、控制系統(tǒng)以及用于計算使從合成氣冷卻器中接收的飽和蒸汽過熱和 再熱的熱回收蒸汽發(fā)生器的容量的邏輯。這種計算基于從燃氣輪機中接收的能量的量和品 質以及熱回收蒸汽發(fā)生器操作狀態(tài)。控制系統(tǒng)將控制來自合成氣冷卻器的蒸汽的傳遞、與 低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)的結合以及過剩蒸汽流向蒸汽輪機的低壓區(qū)段的方向，以在寬范 圍的操作狀態(tài)內實現(xiàn)蒸汽輪機功率發(fā)生而無需排出蒸汽或以別的方式浪費能量。雖然已結合僅有限數(shù)量的實施例詳細地描述了本發(fā)明，但應當容易理解的是，本 發(fā)明并不局限于這些公開的實施例。相反而言，可對本發(fā)明進行修改以結合非此前所述但 與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、改型、替換或等同布置。此外，雖然已描述 了本發(fā)明的各種實施例，但是應理解的是，本發(fā)明的方面可僅包括所描述的實施例中的一 些。因此，本發(fā)明不應視為由前述描述所限制，而僅由所附權利要求的范圍所限制。
權利要求
1.一種整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置(10)中的蒸汽回收系統(tǒng)(55)，所述整體氣化聯(lián)合 循環(huán)功率裝置(10)將與低溫合成氣冷卻和凈化系統(tǒng)相關的蒸汽分配和收集系統(tǒng)與所述整 體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置(10)的合成氣冷卻器(4，8)、多壓力熱回收蒸汽發(fā)生器(26，28) 以及蒸汽輪機(62)結合使得可對于主要操作狀態(tài)(結垢的合成氣冷卻器傳熱表面)和特 定的氣化器燃料特征在成本和性能方面對所述蒸汽輪機和熱回收蒸汽發(fā)生器(26，28)進 行優(yōu)化，并且當通過所述合成氣冷卻器而引起的蒸汽發(fā)生比用于優(yōu)化的裝置的蒸汽發(fā)生高 時，例如，當所述合成氣冷卻器是清潔的或當可替代的氣化器燃料特征增加對于合成氣冷 卻器可用的能量時，所述整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置(10)使有效的功率發(fā)生最大化，所述 整體氣化聯(lián)合循環(huán)功率裝置包括至少一個氣化器(2，4)，所述至少一個氣化器(2，4)使固體或液體燃料部分氧化以將 燃料供應提供給燃氣輪機(66，68)，所述燃氣輪機(66，68)驅動至少一個發(fā)電機(62)以用 于電功率發(fā)生目的，且所述燃氣輪機(66，68)還將熱排氣供應給產(chǎn)生高壓蒸汽的至少一個 高壓蒸汽鼓(11，12)；用于冷卻離開所述至少一個氣化器的所述合成氣燃料供應的至少一個合成氣冷卻器 (4，8)，所述合成氣冷卻器產(chǎn)生蒸汽并且與產(chǎn)生高壓蒸汽的高壓蒸汽鼓(30，32)以流體的 方式連接；帶有蒸汽收集和分配系統(tǒng)的至少一個低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)(84)，所述蒸汽收集和 分配系統(tǒng)收集通過所述低溫合成氣冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽和從所述合成氣冷卻器中減壓的 蒸汽、將蒸汽分配給合成氣凈化系統(tǒng)(84，86，88)中的蒸汽消耗構件和同樣熱回收蒸汽發(fā) 生器低壓蒸汽鼓(11，12)；至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(26，28)，所述至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(26，28)接收 來自所述至少一個燃氣輪機(66，68)的熱排氣，所述至少一個熱回收蒸汽發(fā)生器(26，28) 產(chǎn)生高壓過熱蒸汽和低壓過熱蒸汽，使從所述合成氣冷卻器(4，8)中接收的飽和蒸汽過熱 和再熱，并且使從所述低溫氣體冷卻和凈化系統(tǒng)(84，46，88)中接收的飽和蒸汽過熱，對于 主要的合成氣冷卻器操作狀態(tài)和氣化器燃料特征在成本和性能方面對所述熱回收蒸汽發(fā) 生器進行優(yōu)化；至少一個蒸汽輪機(62)，所述至少一個蒸汽輪機(62)利用來自所述至少一個熱回收 蒸汽發(fā)生器(26，28)的所述蒸汽來驅動發(fā)電機(62)以用于產(chǎn)生電功率的目的，對于主要合 成氣冷卻器(48)操作狀態(tài)和氣化器燃料特征在成本和性能方面對所述蒸汽輪機(62)進行 優(yōu)化，并且所述蒸汽輪機(62)在這樣的模式下操作，即，使得所述高壓蒸汽壓力與所述高 壓蒸汽流量成比例地變化；蒸汽輪機高壓蒸汽供應集管(94)上的壓力傳送器(22)，所述壓力傳送器(22)檢測蒸 汽流量超過這樣的蒸汽流量，即，對于該蒸汽流量對所述蒸汽輪機進行優(yōu)化，過剩蒸汽來自 所述高壓蒸汽鼓；以及蒸汽集管(94)，所述蒸汽集管(94)以流體的方式連接到所述合成氣冷卻器高壓蒸汽 鼓(30，32)和所述中壓冷凝物收集鼓(56)上并且將所述過剩蒸汽引導到所述中壓冷凝物 收集鼓(56)。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置蒸汽回收系統(tǒng)包 括低壓閃蒸鼓(58)。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述低壓閃蒸鼓(58)在約 IOpsig至約40psig的范圍內操作。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置蒸汽回收系統(tǒng)包 括以流體的方式連接到脫氣器上的處理冷凝物凈化系統(tǒng)(84)。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述裝置蒸汽回收系統(tǒng)包 括以流體的方式連接到所述中壓蒸汽鼓(56)上的中壓集管(92)和以流體的方式連接到所 述中壓集管(92)上的低壓集管。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓蒸汽鼓(11，12)在 約2000psig至約2500psig的范圍中操作。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓蒸汽鼓(11，12)在 約2000psig的范圍中操作。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述中壓冷凝物閃蒸鼓 (56)在約500psig至約900psig的范圍中操作。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述中壓冷凝物閃蒸鼓 (56)在約600psig的范圍中操作。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置蒸汽回收系統(tǒng)，其特征在于，所述低壓閃蒸鼓(56)在約 50psig至約80psig的范圍中操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)功率裝置蒸汽回收系統(tǒng)，具體而言，在整體氣化功率裝置(10)中設置有蒸汽回收系統(tǒng)(26，28)。該系統(tǒng)使得為主要燃料和操作狀態(tài)所設計的功率發(fā)生設備在傳熱表面狀態(tài)或燃料特征能實現(xiàn)附加的蒸汽發(fā)生時高效利用通過合成氣冷卻器(4，8)而引起的附加的蒸汽發(fā)生。該系統(tǒng)可檢測過剩蒸汽發(fā)生，將其與合成氣凈化處理(84，86，88)結合并且將其傳輸?shù)焦β拾l(fā)生設備。該系統(tǒng)造成能夠利用寬范圍的燃料和寬范圍的操作狀態(tài)高效地操作的低成本功率發(fā)生系統(tǒng)。
文檔編號C10J3/82GK101994528SQ20101025838
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權日2009年8月13日
發(fā)明者C·M·瓊斯, D·G·柯奇霍夫, D·K·霍蘭, J·M·斯托里, L·O·湯林森, S·K·博馬雷迪 申請人:通用電氣公司