專利名稱：用于保護氣化器表面免受腐蝕的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本文公開的主題涉及氣化器，并且更具體而言，涉及保護氣化器表面免受腐蝕。
背景技術：
氣化器將含碳材料轉化成一氧化碳和氫氣的混合物，其稱為合成氣體或合成氣。 例如，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)動力裝置包括使給料在高溫下與氧氣和/或蒸汽反應而產生合成氣的一個或多個氣化器，該合成氣在被用作燃料之前可被處理。氣化器中產生的熱氣可包含腐蝕性成分。在氣化器的典型的運行條件期間，腐蝕性成分可腐蝕氣化器的與熱氣接觸的表面。可維修或更換氣化器的被腐蝕部分。氣化器的與熱氣接觸的表面可由耐腐蝕合金制成，以減少腐蝕。但是，這些合金可為昂貴的，并且/或者難以鍍到較不耐腐蝕的殼體上。

發(fā)明內容
在下面對在范圍上與起初聲明的發(fā)明相當?shù)哪承嵤├M行了概述。這些實施例不意圖限制所聲明的發(fā)明的范圍，而是相反，這些實施例意在僅提供對本發(fā)明的可行形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可包括可類似于或不同于下面闡述的實施例的各種各樣的形式。在第一個實施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器，其包括由第一材料制成的、暴露于氣化器的內部的氣化區(qū)域的殼體；以及成型陽極層，其在氣化器的內部聯(lián)接到殼體上。成型陽極層由第二材料制成，并且該成型陽極層構造成保護殼體免受氣化區(qū)域中的冷凝熱氣腐蝕。在第二個實施例中，一種系統(tǒng)包括氣化構件，其包含暴露于冷凝腐蝕氣體流的第一材料；以及陽極層，其包含聯(lián)接到第一材料上的第二材料。陽極層構造成保護第一材料免受冷凝腐蝕氣體腐蝕。在第三個實施例中，一種系統(tǒng)包括活性陽極層，其構造成保護氣化構件的表面免受氣化產物氣體腐蝕；基準電極，其與氣化產物氣體接觸；以及控制器，其配置成響應于來自基準電極的反饋來調節(jié)通到活性陽極層的電流。


當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相似的標號在所有圖中表示相似的部件，其中
圖1是結合了根據(jù)一個實施例的氣化器的IGCC動力裝置的簡圖； 圖2是包括陽極層的、圖1的氣化器的一個實施例的截面?zhèn)纫晥D； 圖3是成型為柵格的、待聯(lián)接到氣化器上的陽極層的一個實施例的示意圖； 圖4是成型為具有非垂直交叉部件的柵格的、待聯(lián)接到氣化器上的陽極層的一個實施例的示意圖；圖5是成型為具有人字紋的柵格的、待聯(lián)接到氣化器上的陽極層的一個實施例的示意
圖6是成型為具有三角形的柵格的、待聯(lián)接到氣化器上的陽極層的一個實施例的示意
圖7是成型為金屬條帶的織物的、待聯(lián)接到氣化器上的陽極層的一個實施例的示意
圖8是成型為具有圓的、待聯(lián)接到氣化器上的穿孔箔片陽極層的一個實施例的示意
圖9是成型為具有人字紋的、待聯(lián)接到氣化器上的穿孔箔片陽極層的一個實施例的示意圖；以及
圖10是控制通到設置在氣化器中的成型陽極層的電流的系統(tǒng)的示意圖。
部件列表
100整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)102燃料源104給料準備單元106氣化器108渣料110氣體凈化器111硫112硫處理器113Trrt.114水處理單元116碳捕捉系統(tǒng)118燃氣輪機發(fā)動機120燃燒器122空氣分離單元(ASU)123補充空氣壓縮機124稀釋氮氣(DGAN)壓縮機128冷卻塔130渦輪131傳動軸132壓縮機134負載136蒸汽輪機發(fā)動機138熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)140第二負載142冷凝器150軸向軸線或方向152徑向軸線或方向154周向軸線或方向156外殼158第一端部部分160第二端部部分162中間部分164頂壁166底壁168側壁169陽極層170熱障172壁組件174外部176內部178氣化室180噴射器186縱向軸線187出口188距離190噴射軸線194箭頭196參考標號204出口軸線220成型為柵格的陽極系統(tǒng)221柵格222水平部件224豎直部件230互連點226第一距離228第二距離240成型為具有非垂直交叉部件的柵格的陽極系統(tǒng)241具有非垂直交叉部件的柵格242成角度的交叉部件244角250成型為具有人字紋的柵格的陽極系統(tǒng)251具有人字紋的柵格252人字紋260成型為具有三角形的柵格的陽極系統(tǒng)261具有三角形的柵格262三角形270成型為金屬條帶的織物的陽極系統(tǒng)272水平條帶274豎直條帶280具有成型有圓形形狀的穿孔的箔片的陽極系統(tǒng)282箔片284圓形形狀的穿孔286水平距離288豎直距離290厚度300具有成型有人字紋形狀的穿孔的箔片的陽極系統(tǒng)302人字紋形狀的穿孔310包括調節(jié)通到陽極層的電流的控制器的系統(tǒng)312功率源314變壓器整流器316第一連接部318第二連接部320基準電極。
具體實施例方式下面將對本發(fā)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(xiàn)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(fā)任何這種實際實現(xiàn)時，必須作出許多對實現(xiàn)而言專有的決定來實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，例如符合與系統(tǒng)有關及與商業(yè)有關的約束，開發(fā)人員的具體目標可在不同的實現(xiàn)中彼此有所不同。此外，應當理解，這種開發(fā)工作可能是復雜和耗時的，但盡管如此，對受益于本公開的普通技術人員來說，這種開發(fā)工作將是設計、生產和制造的例行任務。當介紹本發(fā)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。腐蝕可指的是與氧化劑(例如氧氣)反應的金屬的電化學氧化?？筛鼡Q或維修被腐蝕金屬構件，因為金屬氧化物可不具有與原來的金屬相同的屬性。氣化構件(例如IGCC 動力裝置的氣化器或氣體處理單元)的氣化區(qū)域中的條件可助長至少一種類型的腐蝕。水性電化學腐蝕可由與在水介質中的兩種不同的、電連接的金屬的電勢差相關聯(lián)的電化學反應所導致。這兩種不同的金屬可指的是活性金屬和貴金屬。貴金屬的離子比活性金屬的離子更堅固地結合到該貴金屬的表面上。另外，貴金屬和活性金屬可通過彼此物理接觸來電連接。此外，水介質(也大體稱為電解液)的實例可包括但不限于酸、堿或鹽的溶液、處于高溫的某些氣體、溶鹽或它們的組合。具體而言，在氣化構件的氣化區(qū)域中的熱氣可冷凝而在氣化構件的壁上以及在其它裝備上形成液體。在水腐蝕的電化學反應期間，來自活性金屬的離子被釋放且流過水介質，以與貴金屬結合。同時，電子通過電連接部從活性金屬或陽極流到貴金屬或陰極。通過釋放其離子，活性金屬可持續(xù)腐蝕，直到其完全被消耗為止。相反，貴金屬可或者不被影響或者可以以比活性金屬更慢的速率腐蝕。貴金屬的實例包括但不限于銀、鉬和金。此外，活性或堿金屬的實例包括但不限于鐵、鎳、鉛和鋅。在某些氣化器中，在存在水的情況下，水腐蝕可發(fā)生在兩種不同的金屬在存在鹽 (例如氯化銨(NH4Cl))的情況下彼此接觸時。NH4Cl可作為副產物而在氣化器中產生，并且水可通過將蒸汽噴射到氣化器中來弓I入。在其它氣化器中，可能不存在兩種不同的金屬，但是根據(jù)以下過程仍然可發(fā)生水腐蝕。可使氣化器的某些金屬表面鈍化，這指的是形成用作針對在對金屬而言專有的條件下的進一步腐蝕的阻隔物的薄金屬氧化物層。可經歷鈍化的金屬的實例包括但不限于鋁、不銹鋼、鈦或它們的組合。在鈍化膜破裂的金屬區(qū)域中存在水形式的情況下，當鹽(例如NH4Cl)淀積時，會產生活性-鈍性電池。在鈍化膜(其用作貴金屬或陰極)的較大區(qū)域和活性非鈍化金屬(其用作陽極)的較小區(qū)域之間產生電勢。因此，甚至單種金屬制成的氣化器都可能易于發(fā)生水腐蝕。在下面論述的特定實施例中，可使用陽極來幫助減少水腐蝕或可在氣化構件中發(fā)生的可能其它類型的腐蝕。例如，犧牲陽極層可放置成與待受保護不被腐蝕的金屬表面電接觸。具體而言，犧牲陽極層由比氣化器的殼體的金屬表面更具電化學活性的金屬制成?？墒褂媒饘俚牡燃夡w系(稱為電位序)來確定特定的金屬比另一種金屬具有更多還是更少的電化學活性。更貴的金屬可靠近電位序的一端，而更具活性的金屬可靠近電位序的另一端。 兩種金屬被浸入電解液中，同時被電連接，以針對電位序確定金屬的順序。較不貴的金屬將經歷電蝕。此外，金屬的貴金屬性的差異會影響電蝕的速率，該速率可作為電壓電勢差而被測量。因此，具有較大電壓電勢差的兩種金屬可在電位序中離得更遠。另外，電解液可影響電蝕的速率。因此，金屬在電位序中的順序可取決于電解液而不同。基于氣化器中的條件使用恰當?shù)碾娢恍?，從比用于氣化器殼體的金屬更具電化學活性的那些金屬中選擇用于犧牲陽極層的一種或多種不同的金屬。因此，犧牲陽極層將代替氣化器殼體的金屬優(yōu)先腐蝕。通過使用不止一種金屬用于犧牲陽極層，在第一電化學活性金屬消耗掉之后，氣化器可仍然被例如第二金屬保護。備選地，更具電化學活性的金屬可位于氣化器的更易于腐蝕的區(qū)域中?？捎糜跔奚枠O層的金屬的實例包括但不限于碳鋼、 鋁、混合金屬氧化物或它們的組合。混合金屬氧化物可指的是具有由鉬族金屬的混合物制成的、覆蓋由鈦制成的襯底的表面的犧牲陽極層。鉬族金屬的混合物是導電性的且會激活鈦，從而使得其用作犧牲陽極。另外，為了為將優(yōu)先腐蝕的犧牲陽極層提供足夠的驅動力， 兩種金屬之間的電壓電勢差可介于大約0. 1至1. 5伏特之間、0. 2至1. 0伏特之間或0. 3至 0.5伏特之間。換句話說，用于犧牲陽極層的金屬可比用于氣化器殼體的金屬多大約10%、 50%,500%或1500%的電化學活性。當恰當選擇時，離子和電子將在腐蝕性條件下以足夠的速率從犧牲陽極層流到用作陰極的氣化器殼體的金屬，直到犧牲陽極層被完全消耗掉為止。這時，安裝新的犧牲陽極層來繼續(xù)保護氣化器殼體不被腐蝕。在其它實施例中，可使用外加電流系統(tǒng)來主動地保護金屬不被腐蝕。與上面論述的犧牲陽極層相反，在保護氣化器殼體期間，外加電流系統(tǒng)的陽極層不被消耗或消耗非常慢。相反，陽極層連接到外部電功率源和變壓器整流器上，變壓器整流器在陽極層和待被保護的結構之間產生電勢差。電勢差通過在陽極層的表面處的化學氧化/還原反應將來自水介質的電子施加或轉移到氣化器殼體的表面上。因此，在恰當?shù)貥嬙斓南到y(tǒng)中，不消耗陽極層。因為不消耗外加電流系統(tǒng)的陽極層，所以該陽極層可小于犧牲陽極層。從陽極層對氣化器殼體添加電子或電流可通過幫助防止氣化器殼體的金屬釋放電子和被腐蝕來減少水腐蝕。但是，如果來自陽極層的電子流不夠，則仍然可發(fā)生氣化器殼體的腐蝕。備選地，如果電子流太高，則氣化器殼體可由于氫脆化而被損害。在某些條件下，存在于電解液中的氫離子可在陰極處還原成氫原子。氫原子可滲入某些金屬(例如高強度鋼)的粒狀結構，從而導致氫脆化。因此，一種確定從陽極層中轉移了適當?shù)碾娮恿鞯姆椒ㄊ窃跉饣髦邪惭b基準電極?；鶞孰姌O可用來監(jiān)測跨過氣化器殼體和基準電極的電勢，并且對控制器發(fā)送信號，以將跨過基準電極和氣化器殼體的電勢維持在可接受的范圍內。基準電極也可與犧牲陽極層一起使用，以指示何時更換犧牲陽極層。利用或者犧牲陽極層或者外加電流系統(tǒng)，可執(zhí)行若干個步驟來確定腐蝕保護系統(tǒng)的規(guī)范。首先，確定用于氣化器殼體的金屬在運行期間的適當?shù)谋Ｗo電勢。如果需要的保護電勢不可在實際運行期間被測量的話，可使用利用定電位儀(protentiostat)的實驗室測試來預測它。接下來，確定用于氣化器殼體的保護電流。保護電流隨著待保護的結構的表面積、電解液流率、運行溫度范圍和被保護的結構的幾何而變化。另外，基于被保護的結構的幾何和陽極分散能力(throwing power)來確定適當?shù)年枠O覆蓋方案和構造，陽極分散能力可指的是陽極保護結構的凹進區(qū)域或盲區(qū)的能力。接下來，確定陽極的適當?shù)谋砻娣e， 以獲得大于保護電流的陽極電流。陽極的表面積隨陽極表面區(qū)域和為陽極所選擇的材料而變化。最后，作為保護電流和適當?shù)姆諘r間的函數(shù)來確定陽極材料的質量。此最后步驟可能不適用于外加電流系統(tǒng)，因為陽極層典型地不被消耗掉。在了解這些規(guī)范的情況下，腐蝕保護系統(tǒng)可構造成幫助減少氣化器殼體的腐蝕。雖然分開來描述，但是上面所述的兩種系統(tǒng)可同時用于氣化器的某些實施例中。 例如，如果對于外加電流系統(tǒng)而言電流不可用，則犧牲陽極層可繼續(xù)保護氣化器殼體的表面。備選地，如果犧牲陽極層被完全消耗掉，則外加電流系統(tǒng)可繼續(xù)幫助減少腐蝕。在其它實施例中，犧牲陽極層或外加電流系統(tǒng)可單獨地安裝以降低復雜性和/或成本。最初，使用犧牲陽極層可與外加電流系統(tǒng)相比不那么昂貴且更簡單，因為沒有使用基準電極、功率源、 變壓器整流器和/或控制器。但是，當犧牲陽極層被消耗掉時會以基于定期的方式更換犧牲陽極層，從而導致不斷發(fā)展的更換成本和維護停機時間。犧牲陽極層和外加電流系統(tǒng)兩者會提供優(yōu)于其它腐蝕保護的方法的若干個優(yōu)點。 例如，這種系統(tǒng)可與使用昂貴的耐腐蝕合金相比不那么昂貴。另外，這種系統(tǒng)可使得氣化器能夠在效率較高的較高壓力和溫度下運行。較低的壓力和溫度可減少腐蝕，但是也會降低效率。最后，這種系統(tǒng)可使得在氣化器中能夠燃燒較低質量和/或不那么昂貴的燃料。較高質量的燃料可包含更少的腐蝕氣體，但是可比較低質量的燃料更昂貴?，F(xiàn)在轉到附圖，圖1是可產生和燃燒合成氣的IGCC系統(tǒng)100的一個實施例的簡圖。IGCC系統(tǒng)100可包括具有易于受腐蝕的、受到犧牲陽極層和/或外加電流系統(tǒng)的保護的表面的氣化構件的一個實施例。另外，其它氣體處理或氣體凈化構件、碳捕捉構件或IGCC 系統(tǒng)100的易受腐蝕的任何其它構件均可受到犧牲陽極層和/或外加電流系統(tǒng)的實施例的保護。IGCC系統(tǒng)100的其它元件可包括燃料源102，燃料源102可為可用作用于IGCC系統(tǒng)的能量源的固體或液體。燃料源102可包括煤、石油焦、油、生物質、木基材料、農業(yè)廢料、焦油、焦爐氣和浙青或其它含碳物。燃料源102的燃料可傳給給料準備單元104。給料準備單元104可通過對燃料源 102進行切、磨、破碎、粉化、壓塊或者碼垛堆集來(例如)重新設置燃料源102的大小或形狀，以產生給料。另外，水或其它適當?shù)囊后w可在給料準備單元104中添加到燃料源102中， 以產生漿料給料。在其它實施例中，不對燃料源添加液體，從而產生干的給料。在另外的實施例中，如果燃料源102是液體的話，可省略給料準備單元104。給料可從給料準備單元104傳給氣化器106。氣化器106的殼體的與熱的冷凝氣體或冷凝氣化產物氣體接觸的表面如以下描述的那樣可易于受到腐蝕，并且因此可受到犧牲陽極層和/或外加電流系統(tǒng)的保護。氣化器106可將給料轉化成合成氣，例如一氧化碳 (CO)與氫氣的組合。取決于所使用的氣化器106的類型，可通過使給料在升高的壓力(例如從大約20巴至85巴)和例如大約700攝氏度(°C )至1600度(°C )的溫度下經歷受控制的量的蒸汽和氧氣來實現(xiàn)這個轉化。氣化過程可包括使給料經受熱解過程，借此給料被加熱。取決于用來產生給料的燃料源102，在熱解過程期間，氣化器106內部的溫度的范圍可為大約150度(°C )至700度(°C )。在熱解過程期間加熱給料可產生固體(例如炭)和殘余氣體(例如CO、氫氣和氮氣)。通過熱解過程而從給料中剩余的炭可僅重達原來的給料的重量的大約30%。通過將氧氣引入到氣化器106，在熱解過程(也稱為脫揮發(fā)分)期間產生的揮發(fā)物可部分地燃燒。揮發(fā)物可與氧氣反應而在燃燒反應中形成(X)2和C0，燃燒反應為后來的氣化反應提供了熱。燃燒反應所產生的溫度的范圍可為大約700度(°C )至1600度(°C )。 接下來，在氣化步驟期間，蒸汽可被引入到氣化器106中。炭可與CO2和蒸汽在范圍為大約 800度(°C )至1100度(°C )的溫度下反應而產生CO和氫氣。本質上，氣化器使用蒸汽和氧氣，以允許一些給料“燃燒”而產生CO以及釋放能量，這會驅動將另外的給料轉化成氫氣和額外的CO2的第二反應。這樣，氣化器106就制造了所產生的氣體。這個所產生的氣體可包含大約85%的同樣比例的CO和氫，以及CH4、HCI、hf、COS、NH3、HCN和H2S(根據(jù)給料的硫含量)。這個所產生的氣體可稱為未經處理的合成氣，因為其包含例如H2s。氣化器106還可產生廢料，例如渣料108，其可為濕灰材料。此渣料108可被從氣化器106中移除以及例如作為路基或另一種建筑材料被處理掉。氣體凈化器110可用來清潔未經處理的合成氣。在一個實施例中，氣體凈化器110可為水氣變換反應器。氣體凈化器110可洗滌未經處理的合成氣，以從未經處理的合成氣中去除此1、冊、0)5、!《^和!125，這可包括在硫處理器112中分離硫111。 另外，氣體凈化器110可通過水處理單元114從未經處理的合成氣中分離出鹽113，水處理單元114可使用水凈化技術從未經處理的合成氣中產生可用的鹽113。隨后，來自氣體凈化器110的氣體可包含具有微量的其它化學物質(例如NH3 (氨)和CH4 (甲烷))的經處理的合成氣(例如已經從該合成氣中去除了硫111)。在一些實施例中，氣體處理器可用來從經處理的合成氣中去除額外的殘余氣體成分，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何殘余的化學物質。但是，從經處理的合成氣中去除殘余氣體成分是可選的，因為即使經處理的合成氣包含殘余氣體成分(例如尾氣)，該經處理的合成氣也可用作燃料。在這一點上，經處理的合成氣可包含大約3%的⑶，大約55%的H2和大約40%的(X)2且其基本被除掉了 H2S。
在一些實施例中，碳捕捉系統(tǒng)116可去除和處理包含在合成氣中的含碳氣體(例如以體積計純度為大約80-100%或90-100%的二氧化碳)。碳捕捉系統(tǒng)116還可包括壓縮機、凈化器、供應(X)2以用于螯合(sequestration)或強化采油的管道系統(tǒng)、CO2儲罐或它們的任何組合。捕捉到的二氧化碳可被轉移到二氧化碳膨脹器，膨脹器會降低二氧化碳的溫度(例如大約5-100度(°C )或大約20-30度CC ))，從而使得二氧化碳能夠用作用于該系統(tǒng)的適當?shù)睦鋮s劑。冷卻的二氧化碳(例如大約20-40度(°C )或大約30度CC ))可循環(huán)通過該系統(tǒng)，以滿足其制冷需要，或者膨脹通過后面的級，以達到甚至更低的溫度。已經經歷了去除其含硫成分和其二氧化碳的很大一部分的經處理的合成氣然后可作為可燃燃料被傳輸?shù)饺細廨啓C發(fā)動機118的燃燒器120 (例如燃燒室)。IGCC系統(tǒng)100可進一步包括空氣分離單元(ASU) 122。ASU122可操作來通過例如蒸餾技術將空氣分離成成分氣體。ASU122可從自補充空氣壓縮機123供應給其的空氣中分離出氧氣，而且ASU122可將分離出的氧氣輸送到氣化器106。另外，ASU122可將分離出的氮氣傳輸?shù)较♂尩獨?DGAN)壓縮機124。DGAN壓縮機IM可將從ASU122接收到的氮氣至少壓縮到等于燃燒器120中的那些的壓力水平，以便不干涉合成氣的恰當燃燒。因此，一旦DGAN壓縮機124已經將氮氣充分地壓縮到恰當水平，DGAN壓縮機IM就可將壓縮氮氣傳輸?shù)饺細廨啓C發(fā)動機118的燃燒器120。氮氣可用作稀釋劑，以有利于對例如排放的控制。如之前所描述的那樣，壓縮氮氣可從DGAN壓縮機IM傳輸?shù)饺細廨啓C發(fā)動機118 的燃燒器120。燃氣輪機發(fā)動機118可包括渦輪130、傳動軸131和壓縮機132，以及燃燒器 120。燃燒器120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IM的壓縮氮氣混合，并且在燃燒器120內燃燒。此燃燒可產生熱的加壓排氣。燃燒器120可引導排氣朝向渦輪130的排氣出口。當來自燃燒器120的排氣穿過渦輪130時，該排氣迫使渦輪130中的渦輪葉片使傳動軸131沿著燃氣輪機發(fā)動機118的軸線旋轉。如圖所示，傳動軸131連接到燃氣輪機發(fā)動機118的多種構件上，包括壓縮機132。傳動軸131可將渦輪130連接到壓縮機132上而形成轉子。壓縮機132可包括聯(lián)接到傳動軸131上的葉片。因此，渦輪葉片在渦輪130中旋轉可導致將渦輪130連接到壓縮機132上的傳動軸131使壓縮機132內的葉片旋轉。壓縮機132中的葉片的這個旋轉使壓縮機132壓縮通過壓縮機132中的進氣口接收到的空氣。壓縮空氣然后可供給到燃燒器 120且與燃料和壓縮氮氣混合，以允許實現(xiàn)效率更高的燃燒。傳動軸131還可連接到負載 134上，負載134可為例如在動力裝置中的固定負載，例如用于產生電功率的發(fā)電機。事實上，負載134可為由燃氣輪機發(fā)動機118的旋轉輸出提供動力的任何適當?shù)难b置。IGCC系統(tǒng)100還可包括蒸汽輪機發(fā)動機136和熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)138。 蒸汽輪機發(fā)動機136可驅動第二負載140。第二負載140也可為用于產生電功率的發(fā)電機。 但是，第一負載130和第二負載140兩者均可為能夠被燃氣輪機發(fā)動機118和蒸汽輪機發(fā)動機136驅動的其它類型的負載。另外，雖然燃氣輪機發(fā)動機118和蒸汽輪機發(fā)動機136 可驅動單獨的負載134和140，但是如示出的實施例中顯示的那樣，也可串聯(lián)地使用燃氣輪機發(fā)動機118和蒸汽輪機發(fā)動機136，以通過單個軸驅動單個負載。蒸汽輪機發(fā)動機136以及燃氣輪機發(fā)動機118的具體構造可為對實現(xiàn)而言專有的且可包括區(qū)段的任何組合。
系統(tǒng)100還可包括HRSG138。來自燃氣輪機發(fā)動機118的經加熱的排氣可傳送到 HRSG138中，并且用來加熱水以及產生用以對蒸汽輪機發(fā)動機136提供動力的蒸汽?？蓪碜岳缯羝啓C發(fā)動機136的低壓區(qū)段的排氣引導到冷凝器142中。冷凝器142可使用冷卻塔1 來將被加熱的水交換成冷凍的水。冷卻塔1 用來對冷凝器142提供冷卻水，以協(xié)助使從蒸汽輪機發(fā)動機136傳輸?shù)嚼淠?42的蒸汽冷凝。來自冷凝器142的冷凝物繼而可被引導到HRSG138中。再次，來自燃氣輪機發(fā)動機118的排氣也可被引導到HRSG138 中，以加熱來自冷凝器142的水，并且產生蒸汽。在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)一例如IGCC系統(tǒng)100中，熱排氣可從燃氣輪機發(fā)動機118中流出且傳到HRSG138，在HRSG138中，熱排氣可用來產生高壓高溫蒸汽。HRSG138所產生的蒸汽然后可穿過蒸汽輪機發(fā)動機136以產生功率。另外，產生的蒸汽也可供應給其中可使用蒸汽的任何其它過程，例如供應給氣化器106。燃氣輪機發(fā)動機118的發(fā)生循環(huán)通常被稱為 “頂層循環(huán)”，而蒸汽輪機發(fā)動機136的發(fā)生循環(huán)通常被稱為“底層循環(huán)”。通過如圖1所示結合這兩個循環(huán)，IGCC系統(tǒng)100可在兩個循環(huán)中產生更大的效率。特別地，可捕捉到來自頂層循環(huán)的排氣熱且其用來產生用于在底層循環(huán)中使用的蒸汽。圖2是用于圖1的IGCC系統(tǒng)100的具有陽極層169的氣化器106的一個實施例的截面?zhèn)纫晥D。氣化器106可具有軸向軸線或方向150、徑向軸線或方向152和周向軸線或方向154。氣化器106包括外殼156，也稱為殼體，外殼156用作氣化器106的外套或外罩。 外殼156包括第一端部部分158和第二端部部分160。中間部分162由外殼156的沿軸向位于第一端部部分158和第二端部部分160之間的區(qū)段限定。第一端部部分158和第二端部部分160分別包括穹形頂壁164和三角形(例如圓錐形)底壁166。與軸線150平行的側壁168(例如環(huán)形側壁)設置在頂壁164和底壁166之間的中間部分162中。由于頂壁 164、底壁166和側壁168全部都可與冷凝熱氣發(fā)生接觸，所以這些壁的表面可受到犧牲陽極層和/或外加電流系統(tǒng)的保護。在示出的實施例中，陽極層169聯(lián)接到外殼156上。如上所述，陽極層169可包括犧牲陽極層、用于外加電流系統(tǒng)的陽極層或它們的組合。另外，陽極層169由不同于外殼 156的金屬制成。此外，陽極層169可構造成層而非單獨的陽極塊，因為電解液可作為覆蓋外殼156的內表面的薄層而存在。電解液的薄層可阻礙離子傳送，并且因此，阻礙陽極的分散能力。將陽極層169構造成層使分散能力分布在較大的均勻區(qū)域內，這可幫助克服受阻礙的離子傳送通過電解液層。另外，陽極層169可附連到氣化器106的外殼156的整個內表面上或其一部分上。例如，陽極層169可僅安裝在外殼156的最易受腐蝕的內表面上。另外，針對陽極層169所選擇的厚度和/或材料可根據(jù)外殼156內的位置而有所改變。此外， 一個或多個陽極層169可在彼此的頂部上聯(lián)接，以對陽極結構提供額外的強度和/或耐用性。下面對陽極層169的具體實施例進行詳細論述。將陽極層169附連到外殼156上的方法可取決于陽極層169的特定構造而有所改變。但是，在所有方法中，陽極層169均與外殼156的金屬電接觸。例如，陽極層169可構造成可通過諸如但不限于焊接、栓接或用于以機械的方式固定兩個金屬結構的其它適當?shù)募夹g的方法附連到外殼156上的金屬網、柵格或箔片。備選地，陽極層169可為復合材料。例如，諸如但不限于灰漿、陶瓷或硅酸鹽基體或它們的組合的絕緣基體層可施用到外殼156的表面上。通過將陽極層168壓入灰漿來將陽極層169聯(lián)接到外殼156上?；覞{層的厚度與陽極層169的厚度相同或比其小，以使得陽極層169能夠接觸外殼156以及暴露于腐蝕氣體。在另外的實例中，可通過將成型涂層持續(xù)地粘附到外殼156上來形成陽極層169。涂層方法的實例包括但不限于印刷、噴涂、 刷涂、電化學淀積、浸漬、光蝕刻、濺射或它們的組合。因此，通過使用諸如上述那些的方法， 陽極層169的分散能力可均勻地分布在外殼156的受保護表面上。示出的實施例還包括居中設置在外殼156內部的熱障170。熱障170、陽極層169 和外殼156形成壁組件172，壁組件172使氣化器106的外部174與氣化器106的內部176 隔開。從而，陽極層169設置在氣化器106的殼體和熱障170之間。內部176包括氣化室 178，在氣化室178中可發(fā)生熱解、燃燒、氣化或它們的組合，如之前結合圖1所描述的那樣。 壁組件172構造成在氣化期間阻止熱從內部176傳遞到外部174以及阻止氣態(tài)成分從內部 176泄漏到外部174。另外，熱障170可構造成將外殼156的表面溫度保持在期望的溫度范圍內。因此，熱障170可包括被動隔絕、主動冷卻或它們的組合。例如，在其中熱障170 是被動隔熱屏的實施例中，熱障170可由能夠經受住高達或高于大約500度(°C ),1000度 (°C ),1500度(°C )或甚至2000度(°C )的溫度的各種各樣的耐火材料(例如磚)制成。 也就是說，熱障170或耐火絕緣襯套可由在暴露于這種高溫之后還能保持其預定的物理和化學特性的任何材料制成。用于用作熱障170的適當?shù)哪突鸩牧峡砂ㄌ沾?例如粘土或礦物)、金屬(例如鈦、鎢)、金屬陶瓷(即陶瓷和金屬的合成物)或其它耐火材料(例如硅石、氧化鋁)。使用例如耐火灰漿涂層，可將耐火材料附連到陽極層169上。對于另外的實例，某些實施例可采用主動的熱冷卻系統(tǒng)作為熱障170的構件。在這種實施例中，冷卻管可用來達到降溫目的。也就是說，冷卻劑(例如冷凍的水)可循環(huán)通過一個或多個管，以降低外殼156的表面溫度。冷卻管也可能易受腐蝕，并且因此，可通過延伸陽極層169和/或用單獨的陽極層來保護冷卻管。在圖2中示出的實施例中，噴射器180設置在外殼156的第一端部部分158的頂壁164中。噴射器180沿縱向從出口 187偏移距離188，并且包括噴射軸線190，噴射軸線 190確定源自噴射器180的流的大體定向。噴射器180可構造成將燃料、氧氣(例如空氣) 或燃料與氧氣的混合物噴射到氣化室178中。例如，噴射器180可噴射諸如煤、石油或生物質的含碳材料形式的燃料。實際上，噴射器180可噴射適用于通過氣化而產生合成氣的任何材料(例如有機材料，諸如木料或塑料廢料)。對于另外的實例，噴射器180可或者單獨噴射受控制的量的氧氣和/或蒸汽，或者結合適當?shù)娜剂蟻韲娚涫芸刂频牧康难鯕夂?或蒸汽。在示出的實施例中，噴射軸線190與軸線150平行且與氣化器106的徑向軸線152 垂直。換句話說，噴射軸線190與縱向軸線186平行。這種特征具有這樣的作用在使用期間，沿如由箭頭194所指示的大體向下的方向(例如下游流向)引導從噴射器180中出來的流體流通過氣化室178。在某些實施例中，噴射軸線190可被引導成以介于大約0至45、 0至30、0至20或0至10度之間的角遠離縱向軸線186。另外，噴射器180的某些實施例可提供發(fā)散噴射，例如，源自噴射器180的流體流可沿如由參考標號196所指示的大體向下的方向(例如下游流向)向外朝向側壁168發(fā)散。在氣化器106的示出的實施例中，所產生的合成氣沿著大體由出口軸線204限定的路徑，通過出口 187從氣化器106中出來。也就是說，合成氣通過氣化器106的底壁166中的位置離開氣化器106。但是，應當注意到，本文公開的氣化器設計可用于其中出口不設置在底壁中的各種各樣的其它氣化系統(tǒng)。例如，公開的實施例可與夾帶流氣化器結合起來使用。在這種實施例中，通過氣化室178的流向可為向上通過氣化器106，即沿與箭頭194 相反的方向。在這些系統(tǒng)中，所產生的合成氣可離開位于氣化器106的頂壁164上或附近的出口，而熔化的渣料可通過底壁166離開。對于另外的實例，公開的實施例可用于流化床氣化器中。同樣，這種裝置中的出口可位于氣化器106的頂壁164附近，因為流向是大體向上的?，F(xiàn)在轉到各種型式的陽極層，圖3顯示了成型為柵格221的陽極系統(tǒng)220的一個實施例的示意圖，柵格221包括成垂直布置的水平部件222和豎直部件224。水平部件222 和豎直部件2M可包括但不限于金屬絲、桿、棒、塊、帶、條或比其寬度更長的任何其它金屬件。雖然在圖3中顯示為直的，但是在其它實施例中，水平部件222和豎直部件2 例如可為彎曲的、弓形的、扭曲的、彎轉的、卷曲的或構造成其它形狀。另外，水平部件222和豎直部件2M在點230處互連，這在整個系統(tǒng)220中提供了電連續(xù)性。用于產生互連點230的方法包括但不限于焊接、栓接或用于以機械的方式固定兩個金屬結構的其它適當?shù)募夹g。豎直部件224隔開第一距離226，而水平部件222隔開第二距離228。在各種實施例中，距離 226和2 可為相同的或不同的。另外，雖然顯示了規(guī)則的水平和豎直間距，但是在另外的實施例中，水平部件222和豎直部件2M可隔開不同的間隔或不規(guī)則的間隔。陽極系統(tǒng)220 布置成柵格221可為陽極層169提供均勻的分散能力。在某些實施例中，陽極系統(tǒng)220可構造成犧牲陽極層，該犧牲陽極層可在如上所述的氣化器106的運行期間消耗掉。發(fā)生這種情況是因為用于陽極層169的金屬在電化學上比用于氣化器106的金屬更具活性。因此，陽極層169優(yōu)先腐蝕，以保護氣化器106。在其它實施例中，可使用外加電流系統(tǒng)，而且陽極層169通過與水介質進行的氧化/還原反應從水介質中提供電子，以幫助在不消耗陽極層169本身的情況下減少氣化器106的腐蝕。另外，如上所述，陽極層169的部分可在點230處電連接，以使得單個變壓器整流器能夠對陽極層169的所有連接的部分施加電流。例如，變壓器整流器的負極可連接到系統(tǒng)220的柵格221的僅一部分上。用于外加電流系統(tǒng)的變壓器整流器的正極可連接到氣化器106的外殼156的表面上。從而，電子可在陽極層169的表面處從水介質中流出，通過電解液，并且到達氣化器106。圖4是成型為具有非垂直交叉部件242的柵格241的陽極系統(tǒng)240的一個實施例的示意圖。圖4中的元件與圖3中顯示的那些共同地標有相同的參考標號。在示出的實施例中，非垂直交叉部件242提供不同的使豎直部件2M互連且支承豎直部件2M的方法。特別地，成角度的交叉部件242類似于圖3的水平部件222，但是不與豎直部件2 垂直。換句話說，交叉部件242和豎直部件2 之間的角244或者大于大約90度或者小于大約90 度。系統(tǒng)MO的其它方面類似于圖3的系統(tǒng)220的那些。圖5是成型為具有人字紋252或V形部件的柵格251的陽極系統(tǒng)250的一個實施例的示意圖。圖5中的元件與圖3中顯示的那些共同地標有相同的參考標號。在示出的實施例中，人字紋252使豎直部件2 互連且支承豎直部件224。系統(tǒng)250的這種構造可幫助引導任何冷凝的液體遠離外殼156的壁且朝向如圖2所示的氣化器106的出口 187。減少對冷凝的液體的暴露可幫助減少外殼156的壁的腐蝕量。
圖6顯示了成型為具有三角形沈2的柵格261的陽極系統(tǒng)沈0的一個實施例的示意圖。圖6中的元件與圖3中顯示的那些共同地標有相同的參考標號。示出的實施例中的三角形沈2由交替的成角度的交叉部件242形成。如同之前的系統(tǒng)一樣，柵格261可為系統(tǒng)260提供更加均勻地分布的分散能力。系統(tǒng)沈0的其它方面類似于上述系統(tǒng)的那些。圖7顯示了成型為金屬條帶的織物的陽極系統(tǒng)270的一個實施例的示意圖，該織物包括成垂直布置的水平條帶272和豎直條帶274。備選地，條帶272和274可彼此不垂直。圖7中的元件與圖3中顯示的那些共同標有相同的參考標號。水平條帶272和豎直條帶274可包括但不限于金屬條、帶、帶狀物、帶索、帶條或任何其它長的狹窄的薄金屬件。雖然在圖7中顯示為直的，但是在其它實施例中，水平條帶272和豎直條帶274例如可為彎曲的、弓形的、扭曲的、彎轉的、卷曲的或構造成其它形狀。另外，水平條帶272和豎直條帶274 在點230處互連，這在整個系統(tǒng)270中提供了電連續(xù)性。用于產生互連點230的方法包括但不限于焊接、栓接或用于以機械的方式固定兩個金屬結構的其它適當?shù)募夹g。豎直條帶 274隔開距離226，而水平條帶272隔開距離228。在各種實施例中，距離2 和2 可為相同的或不同的。另外，雖然顯示了規(guī)則的水平和豎直間距，但是在另外的實施例中，水平條帶272和豎直條帶274可隔開不同的間隔或不規(guī)則的間隔。陽極系統(tǒng)270布置成條帶的織物可為陽極層169提供均勻的分散能力。圖8顯示了具有成型有圓形形狀的穿孔觀4的箔片觀2的陽極系統(tǒng)觀0的一個實施例的示意圖，穿孔284沖成一直貫穿箔片觀2。箔片282可比上述柵格更容易處理或安裝，并且可為陽極層169提供均勻的分散能力。另外，提供圓形形狀的穿孔284可減少用來覆蓋外殼156的表面的箔片282的量。圓形之外的形狀可用于穿孔觀4，例如但不限于橢圓形、三角形、正方形、長方形、菱形、多邊形和不規(guī)則的形狀。雖然是以排和列顯示的，但是圓形形狀的穿孔284在另外的實施例中可布置成其它型式或不規(guī)則的型式。例如，圓形形狀的穿孔284可布置成圓形型式。另外，水平距離286和豎直距離288可分開圓形形狀的穿孔觀4。水平和豎直距離286和288可為相同的或不同的，并且可為均勻的或不均勻的。另外，箔片282具有厚度四0，厚度290可介于大約0. 01至5mm、0. 03至Imm或0. 05至0. 5mm 之間。針對具體應用所選擇的特定厚度290可取決于使用上述方法而確定的陽極材料的質量。圖9顯示了具有成型有人字紋形狀的穿孔302的箔片觀2的陽極系統(tǒng)300的一個實施例的示意圖，穿孔302沖成一直貫穿箔片觀2。圖9中的元件與圖8中顯示的那些共同地標有相同的參考標號。人字紋形狀的穿孔302的這種構造可幫助引導任何冷凝的液體離開外殼156的壁且朝向如圖2所示的氣化器106的出口 187。減少對冷凝的液體的暴露可幫助減少外殼156的壁的腐蝕量。系統(tǒng)300的其它方面與圖8中顯示的系統(tǒng)觀0的那些類似。圖10顯示了包括用以調節(jié)通到陽極層169的電流的控制器的系統(tǒng)310的一個實施例的示意圖。在外加電流系統(tǒng)的示出的實施例中，功率源312將相對恒定的電流源(例如交流電(AC))提供給變壓器整流器314。例如，功率源312可將高電壓3相AC提供給變壓器整流器314，變壓器整流器314可將電壓“降壓”到更低的電壓，并且將AC轉換成直流電(DC)。通過在第一連接部316處將變壓器整流器314的正端子連接到陽極層169上以及在第二連接部318處將負端子連接到氣化器106的壁168上，變壓器整流器314跨過陽極層169和氣化器106提供電勢差。通過水介質中的電接觸和離子接觸來連接氣化器106和陽極層169會接通電化學電路。從而，電子在陽極層169的表面處從水介質中流出，通過電解液，并且到達氣化器106。但是，按照常規(guī)傳統(tǒng)，認為電化學電流是沿相反的方向流動的。另外，基準電極320可連接到系統(tǒng)310的變壓器整流器314上?；鶞孰姌O320可表示固定電勢，氣化器106的被測電勢可與該固定電勢比較。另外，變壓器整流器314可用作控制器，以跨過基準電極320和氣化器106保持恰當?shù)谋Ｗo電勢?？筛鶕?jù)實驗室測試或如上所述的實際的運行測量來確定保護電勢。例如，在某些實施例中，基準電極320可通過對變壓器整流器314(或控制器)的反饋來指示跨過基準電極320和氣化器106的被測電勢小于恰當?shù)谋Ｗo電勢。變壓器整流器314然后可提高在陽極層169和氣化器106之間的電勢差，從而使得從陽極層169到氣化器106的電流增大。因此，通過使用基準電極320和變壓器整流器314，系統(tǒng)310可持續(xù)地調節(jié)以響應于變化的條件，以及幫助減少氣化器106 的腐蝕。另外，雖然系統(tǒng)310表示外加電流系統(tǒng)，但是犧牲陽極可聯(lián)接到氣化器106上，以用作如上所述的備用的腐蝕保護方法。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權利要求書限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有不異于權利要求書的字面語言的結構元素，或者如果它們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，則這樣的其它實例意圖處于權利要求書的范圍之內。
權利要求
1.一種系統(tǒng)，包括氣化器(106)，包括由第一材料制成的、暴露于所述氣化器(106)的內部的氣化區(qū)域的殼體(156)；以及成型陽極層(169)，在所述氣化器(106)的內部聯(lián)接到所述殼體(156)上，其中，所述成型陽極層(169)由第二材料制成，并且所述成型陽極層(169)構造成保護所述殼體(156) 免受所述氣化區(qū)域中的冷凝熱氣的腐蝕。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述成型陽極層(169)構造成保護所述殼體(156)免受水性電化學腐蝕。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括設置在所述殼體(156)的內部的耐火絕緣襯套(170)，其中，所述成型陽極層(169)設置在所述殼體(156)和所述耐火絕緣襯套(170)之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述成型陽極層(169)包含具有設置在絕緣基體中的金屬陽極型式的復合材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述成型陽極層(169)包括聯(lián)接到所述殼體(156)上的金屬絲網。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述成型陽極層(169)包括連續(xù)地粘附到所述殼體(156)上的成型涂層。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括功率源(312)，其將功率供應給聯(lián)接到所述成型陽極層(169)上的變壓器整流器(314)，其中，所述變壓器整流器 (314)構造成施加通過所述成型陽極層(169)的電流，以主動保護所述第一材料免受所述冷凝熱氣腐蝕。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括基準電極(320)和控制器 (314)，所述控制器(314)配置成響應于來自所述基準電極(320)的反饋來調節(jié)通到所述成型陽極層(169)的電流。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二材料在電化學上比所述第一材料更具活性，并且所述第二材料構造成優(yōu)先腐蝕，以保護所述第一材料免受所述冷凝熱氣腐蝕。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述成型陽極層(169)包含在電化學上比所述第一材料和所述第二材料更具活性的第三材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于保護氣化器表面免受腐蝕的系統(tǒng)。根據(jù)多個實施例，一種系統(tǒng)包括氣化器(106)，其包括由第一材料制成的、暴露于氣化器(106)的內部的氣化區(qū)域的殼體(156)；以及在氣化器(106)的內部聯(lián)接到殼體(156)上的成型陽極層(169)。成型陽極層(169)由第二材料制成，并且成型陽極層(169)構造成保護殼體(156)不被氣化區(qū)域中的冷凝熱氣腐蝕。
文檔編號C10J3/74GK102250648SQ20111013086
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月21日
發(fā)明者G.A.戈勒, P.S.迪馬斯西奧, R.E.赫夫納 申請人:通用電氣公司