專利名稱：：以部分負(fù)荷操作聯(lián)合氣化循環(huán)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及聯(lián)合氣化循環(huán)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的操作，具體地講，涉及當(dāng)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)以小于設(shè)計(jì)負(fù)荷操作時(shí)，用于操作燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離設(shè)備的方法。用先進(jìn)的聯(lián)合氣化循環(huán)壓力產(chǎn)生系統(tǒng)發(fā)電比用標(biāo)準(zhǔn)的煤力發(fā)電廠發(fā)電更具有降低的動(dòng)力成本和較低的環(huán)境影響的潛力。在所述先進(jìn)系統(tǒng)中，將煤或其他碳質(zhì)材料用氧氣氣化，凈化所產(chǎn)生的氣體，以得到低硫可燃?xì)怏w。利用這種可燃?xì)怏w在燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生系統(tǒng)中產(chǎn)生電力，具有降低的環(huán)境影響。用于聯(lián)合氣化循環(huán)(integratedgasificationcombinedcycle)(IGCC)系統(tǒng)的先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)、煤氣化工藝、和空氣分離系統(tǒng)的較高的效率和所證明的可靠性激起了人們近年來對(duì)聯(lián)合氣化循環(huán)(gasificationcombinedcycle)(GCC)技術(shù)的越來越大的興趣。IGCC系統(tǒng)的這三個(gè)主要組成部分的適當(dāng)聯(lián)合對(duì)實(shí)現(xiàn)最大操作效率和最小動(dòng)力成本是必要的。本領(lǐng)域?qū)CC和IGCC動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的一般性綜述由D.M.Todd在GETurbineState-of-the-ArtTechnology學(xué)術(shù)會(huì)議上以題為“CleanCoalTechnologiesforGasTurbines”的文章(1993年7月，P1-18)提出。A.K.Anand等人提供了涉及IGCC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因素的綜述，論文題為“NewTechnologyTrendsforImprovedIGCCSystemPerformance”，該論文在1995年6月5-8日在德克薩斯休斯頓舉辦的IntemationalGasTurbineandAeroengineCongressandExposition上發(fā)表。有關(guān)各種聯(lián)合技術(shù)及其對(duì)GCC經(jīng)濟(jì)的影響的綜述由A.D.Rao等人以題為“IntergationofTexacoTQGasificationwithElevatedPressureASU”的論文給出，該論文在1994年10月19-21日在CA舊金山舉行的第13屆EPRIConferenceonGasificationPowerPlants會(huì)議上發(fā)表。在于1994年10月19-21日在CA舊金山舉行的第13屆EPRIConferenceonGasificationPowerPlants會(huì)議上發(fā)表的題為“ImprovedIGCCPowerOutputandEconomicsIncorporatingaSupplementaryGasTurbine”的論文中，A.R.Smith等人綜述了燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離設(shè)備在IGCC工藝中的幾種聯(lián)合模式。在一種模式中，空氣分離設(shè)備進(jìn)料空氣是由分立的壓縮機(jī)提供的，而來自空氣分離設(shè)備的部分氮?dú)猱a(chǎn)品則被壓縮并引入到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中。這種聯(lián)合氮?dú)獾哪Ｊ娇梢栽试S在增加的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力輸出和降低的NOx形成的條件下操作IGCC系統(tǒng)。在另一種操作模式中，聯(lián)合氮?dú)馀c聯(lián)合空氣結(jié)合在一起，其中進(jìn)入到空氣分離設(shè)備中的部分進(jìn)料空氣由來自于燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的抽出的氣提供。該另一種模式，被定義為空氣和氮?dú)饴?lián)合，它可以有較大的操作彈性，并可以在以部分負(fù)荷和其他非設(shè)計(jì)條件下操作IGCC系統(tǒng)過程中有較高的最佳化程度?？諝夂偷?dú)饴?lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)描述于下述有代表性的美國專利中美國專利US3,731,495，4,019,314，4,224,045，4,557,735，4,697,415，5,081,845，5,386,686，5,406,786和5,410,869，和英國專利申請UK2067668A。包括IGCC系統(tǒng)的基于燃燒的動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)受制于低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量的各個(gè)操作時(shí)期，這是由于在環(huán)境空氣溫度和/或?qū)﹄娏Φ难h(huán)需求的變化所造成的。在這些操作時(shí)期中，所述系統(tǒng)以低于設(shè)計(jì)效率來操作。因而設(shè)備的選擇和對(duì)IGCC系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)必須要保證在設(shè)計(jì)容量下的穩(wěn)定狀態(tài)操作，以及在非設(shè)計(jì)條件、部分負(fù)荷、或關(guān)閉(turndown)條件下的操作。上述空氣和氮?dú)饴?lián)合IGCC系統(tǒng)是優(yōu)選的，因?yàn)樗鱿到y(tǒng)具有在最大總效率、特別是當(dāng)所述系統(tǒng)還必須在非設(shè)計(jì)、部分負(fù)荷、或關(guān)閉條件下操作時(shí)的操作的潛力。下面所公開的并由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明闡述了對(duì)操作先進(jìn)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的改進(jìn)方法的需求，并具體描述了對(duì)在部分負(fù)荷或關(guān)閉條件下對(duì)空氣和氮?dú)饴?lián)合燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離系統(tǒng)的改進(jìn)操作。本發(fā)明涉及以部分負(fù)荷操作聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)的方法，所述方法包含在燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)中壓縮空氣，使至少一部分所得壓縮空氣與燃料在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中燃燒，以形成熱燃燒產(chǎn)品，在燃?xì)廨啓C(jī)驟冷器中膨脹該熱燃燒產(chǎn)品，所述驟冷器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)并任選驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。將空氣在低溫空氣分離設(shè)備中分離成富氮和富氧產(chǎn)品，其中，進(jìn)入到空氣分離設(shè)備中的進(jìn)料空氣是由主空氣壓縮機(jī)提供的，并任選由來自燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)的附加的壓縮空氣提供。聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)是以部分負(fù)荷操作的，以便(a)當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)以大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的給定操作壓力提供壓縮空氣時(shí)，空氣分離設(shè)備以與給定操作壓力基本相同的進(jìn)料壓力操作，并且進(jìn)料空氣由主空氣壓縮機(jī)與來自燃?xì)鉁u輪機(jī)空氣壓縮機(jī)的附加部分壓縮空氣提供到空氣分離設(shè)備；或(b)當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)以基本等于或小于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的給定操作壓力提供壓縮空氣時(shí)，空氣分離設(shè)備以基本上等于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的進(jìn)料壓力進(jìn)行操作，并且進(jìn)料到空氣分離設(shè)備中的進(jìn)料空氣由主空氣壓縮機(jī)提供，沒有來自燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)的附加壓縮空氣。最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力為80-500磅/平方英寸。主空氣壓縮機(jī)以兩種模式之一操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)以大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力操作時(shí)，主空氣壓縮機(jī)以大于其最小設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)進(jìn)行操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)以基本上等于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力操作時(shí)，主空氣壓縮機(jī)基本上以其最小設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)進(jìn)行操作。主空氣壓縮機(jī)的最小設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)主要在最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力時(shí)產(chǎn)生。主空氣壓縮機(jī)在排出壓力為80-600磅/平方英寸下操作。富氧產(chǎn)品在氧氣壓縮機(jī)中壓縮，該壓縮機(jī)以兩種模式中之任一種操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力下操作時(shí)，氧氣壓縮機(jī)在低于其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)，氧氣壓縮機(jī)基本上在其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作。氧氣壓縮機(jī)的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)發(fā)生在主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作的情形中。氧氣壓縮機(jī)在120-2000磅/平方英寸的排出壓力下操作。用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的可燃?xì)怏w可以在用于用來自空氣分離設(shè)備的被壓縮的富氧產(chǎn)品氣化碳質(zhì)原料的工藝中產(chǎn)生。至少部分富氮產(chǎn)品可以在氮?dú)鈮嚎s機(jī)中壓縮以用于氣化碳質(zhì)原料的工藝。該氮?dú)鈮嚎s機(jī)以兩種模式之任一種操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)在低于其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)基本上在其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作。氮?dú)鈮嚎s機(jī)的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)發(fā)生在主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)的情形中。氮?dú)鈮嚎s機(jī)在50-2000磅/平方英寸的排出壓力下操作。至少部分富氮產(chǎn)品可以在氮?dú)鈮嚎s機(jī)中被壓縮，并且被引入到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中。在此種選擇下，氮?dú)鈮嚎s機(jī)以兩種模式之任一種操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)在低于其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)基本上在其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；氮?dú)鈮嚎s機(jī)的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)發(fā)生在主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相同的排出壓力下操作的情形中。氮?dú)鈮嚎s機(jī)在排出壓力為120-2000磅/平方英寸下操作。通過按本發(fā)明所述方法設(shè)計(jì)空氣分離設(shè)備進(jìn)料和產(chǎn)品壓縮機(jī)，可以使燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)在部分負(fù)荷下操作，而僅對(duì)空氣分離設(shè)備的總動(dòng)力消耗有微小的不利影響。然而，因?yàn)橹骺諝鈮嚎s機(jī)、氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)、和氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成在相對(duì)窄范圍的壓縮比和吸入體積流動(dòng)下操作，因而在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)全負(fù)荷設(shè)計(jì)容量(此時(shí)系統(tǒng)絕大部分時(shí)間在操作)時(shí)的壓縮機(jī)效率最大，并且空氣分離設(shè)備的總動(dòng)力消耗最小。圖1是空氣和氮?dú)饴?lián)合的聯(lián)合氣化循環(huán)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的流程圖。圖2是在或低于設(shè)計(jì)容量下操作圖1的聯(lián)合氣化循環(huán)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的操作性能圖。圖3是按照常規(guī)實(shí)踐操作的壓縮機(jī)操作全過程的空氣分離主空氣壓縮機(jī)的壓縮機(jī)操作曲線。圖4是按照常規(guī)實(shí)踐操作的壓縮機(jī)操作全過程的空氣分離產(chǎn)品氧氣壓縮機(jī)的壓縮機(jī)操作曲線。圖5是在本發(fā)明范圍內(nèi)操作的空氣分離主空氣壓縮機(jī)的壓縮機(jī)操作曲線。圖6是在本發(fā)明范圍內(nèi)操作的空氣分離產(chǎn)品氧氣壓縮機(jī)的壓縮機(jī)操作曲線。本發(fā)明涉及聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)，其中燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離設(shè)備是通過至少一個(gè)氣流的輸送管而將一個(gè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接起來的。例如，在一空氣聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)中，某些或所有的進(jìn)料到空氣分離設(shè)備中的壓縮空氣進(jìn)料是由燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)在至少部分系統(tǒng)操作時(shí)間期間內(nèi)提供的。在氮?dú)饴?lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)中，某些或所有來自空氣分離設(shè)備的氮?dú)猱a(chǎn)品在至少部分系統(tǒng)操作時(shí)間的期間內(nèi)被引入到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中。在許多應(yīng)用場合中，空氣和氮?dú)饴?lián)合優(yōu)選用于聯(lián)合氣化循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)中，這是因?yàn)槠渚哂性谧畲罂側(cè)萘肯虏僮鞯臐摿?，特別在系統(tǒng)在部分負(fù)荷或關(guān)閉條件下操作一定時(shí)間時(shí)尤為如此。空氣和氮?dú)饴?lián)合IGCC工藝在圖1中加以說明，其中將環(huán)境空氣1在燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)3中在600°F～900°F下從150磅/平方英寸壓縮到450磅/平方英寸，該燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)3是典型的軸流絕熱壓縮機(jī)。壓縮空氣5的一部分7與燃料9在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室11中燃燒，以得到燃燒產(chǎn)品物流13，一般所述燃燒在2000～2800°F下進(jìn)行。燃料9優(yōu)選為氣態(tài)燃料，例如合成氣或天然氣，盡管也可以使用液體燃料。燃燒產(chǎn)品物流13在燃?xì)廨啓C(jī)驟冷器15中膨脹，以產(chǎn)生軸動(dòng)力，該軸動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)3和發(fā)電機(jī)17。任選地，氣輪機(jī)排氣19在0.2-2磅/平方英寸和900～1100°F下用鍋爐給水21在熱回收區(qū)23處冷卻，以產(chǎn)生蒸汽25，該蒸汽25在蒸汽機(jī)27中膨脹，以驅(qū)動(dòng)附加的發(fā)電機(jī)29。發(fā)電機(jī)17和29可以在一個(gè)設(shè)備中聯(lián)合。最后排氣31被排放到大氣中。作為壓縮空氣5的剩余部分的抽出的氣33用氮?dú)馕锪?9(定義見下文)在熱交換區(qū)35被冷卻到300-900°F，并提供進(jìn)料空氣37至空氣分離設(shè)備39中。剩余的進(jìn)料空氣由在主空氣壓縮機(jī)43中的壓縮空氣41提供，以將進(jìn)料空氣45提供到空氣分離設(shè)備39中。主空氣壓縮機(jī)43是內(nèi)冷離心機(jī)，它在40-120°F和基本上在與冷卻的抽出的氣37相同的壓力下提供進(jìn)料空氣45。在通常的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，抽出的氣33的量作為全部空氣分離設(shè)備進(jìn)料需求的量的百分?jǐn)?shù)在給定的環(huán)境空氣溫度下是固定的。例如，術(shù)語50％抽出的氣是指抽出的氣33向空氣分離設(shè)備39提供全部進(jìn)料空氣的50％，而剩余的50％由主空氣壓縮機(jī)33提供。100％抽出的氣是指用于空氣分離設(shè)備39的所有進(jìn)料空氣由燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)3提供，而來自主空氣壓縮機(jī)43的空氣則不需要。抽出的氣37和進(jìn)料空氣45流向低溫空氣分離設(shè)備39，其中雜質(zhì)被從空氣中除去，空氣被冷卻，濃縮，并蒸餾得到氧氣產(chǎn)品47，該氧氣產(chǎn)品一般含有80-99.9％(體積)氧氣，并得到氮?dú)猱a(chǎn)品49，該氮?dú)猱a(chǎn)品49一般含有96-99.9％(體積)氮?dú)?。氧氣產(chǎn)品47在氧氣壓縮機(jī)51中被壓縮至200-1200磅/平方英寸，以向氣化系統(tǒng)53提供氧氣，該氣化系統(tǒng)53將碳質(zhì)原料55轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w57，該可燃?xì)怏w主要包含氫氣和一氧化碳。用于ICGG系統(tǒng)的低溫空氣分離工藝是公知的，代表性的工藝描述于美國專利US4,224,045、5,081,845和5,224,336中。用于這種應(yīng)用的市售氣化系統(tǒng)由Texaco，Shell，BG-Lurgi，Prenfio，HTW和Destec開發(fā)出。所述原料包括煤、焦炭、減壓渣油、和其他重質(zhì)烴類。氮?dú)猱a(chǎn)品49的一部分59在氮?dú)鈮嚎s機(jī)61中被壓縮至50-2000磅/平方英寸，以得到壓縮氮?dú)?3，該壓縮氮?dú)?3用于在氣化系統(tǒng)53中進(jìn)行清洗、煙灰吹除、和運(yùn)煤。本發(fā)明并不限于上述的IGCC系統(tǒng)，而是可以用于在低于設(shè)計(jì)容量下操作一定時(shí)間的任何空氣聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)。在另一種操作模式中，參見圖1，不使用氣化系統(tǒng)53，而壓縮氧氣產(chǎn)品52以用于外用的壓力提供。任選地，將氮?dú)?9在氮?dú)鈮嚎s機(jī)61中壓縮，以產(chǎn)生用于外用的產(chǎn)品氮?dú)?3。任選及優(yōu)選地，將氮?dú)?5與燃料57混合，并作為燃料-氮?dú)饣旌衔?引入燃燒室11中，或者在氮?dú)鈮嚎s機(jī)67中壓縮，并直接引入燃燒室11(未示出)中。燃料57由外源例如作為天燃?xì)馓峁?。任選地，不用發(fā)電機(jī)17和29，操作聯(lián)合系統(tǒng)僅為產(chǎn)生氧氣52和/或氮?dú)?3。此時(shí)，壓縮機(jī)3、燃燒室11、膨脹渦輪15、和蒸汽機(jī)27要進(jìn)行尺寸限定，以僅提供空氣分離系統(tǒng)所需的動(dòng)力。對(duì)于上述選擇之任一種，在以部分負(fù)荷或關(guān)閉條件下操作燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)時(shí)，空氣分離設(shè)備39將按上述方式操作?？扇?xì)怏w57提供壓力為200-600磅/平方英寸的、一般由氣化器53產(chǎn)生時(shí)熱值為150-450BTU/SCF或作為天燃?xì)馓峁r(shí)熱值為約1000BTU/SCF的燃料9。氮?dú)猱a(chǎn)品49的另一部分65在氮?dú)鈮嚎s機(jī)67中被壓縮至150-600磅/平方英寸，由抽出的氣33在熱交換區(qū)35中加熱，并與可燃?xì)怏w57混合，以產(chǎn)生用于引入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室11的燃料-氮?dú)饣旌衔?。另一種可選擇的方式是，可將熱的壓縮氮?dú)?1直接引入燃燒室11中，在燃?xì)廨啓C(jī)中使用熱的壓縮氮?dú)?1減少了在燃燒室11中形成氮氧化物，并增加了膨脹渦輪15的動(dòng)力輸出。設(shè)計(jì)使用上述工藝的商業(yè)用IGCC動(dòng)力廠是一個(gè)重復(fù)的過程，其涉及對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、空氣分離、和氣化系統(tǒng)的最佳選擇，以滿足產(chǎn)生動(dòng)力所需的操作需求。這些需求包括作為用于實(shí)際工廠位置的環(huán)境溫度、設(shè)計(jì)最大環(huán)境溫度、設(shè)計(jì)最大動(dòng)力輸出、最大燃?xì)廨啓C(jī)著火溫度、抽出的氣的量、每日和季節(jié)性動(dòng)力需求曲線、相對(duì)于項(xiàng)目操作成本的投資的相對(duì)重要性及其他需求。本發(fā)明的目的就是決定抽氣的適宜量、空氣分離設(shè)備的優(yōu)選操作模式、和用于空氣分離設(shè)備進(jìn)料和產(chǎn)品壓縮機(jī)所需的設(shè)計(jì)點(diǎn)，這使得作為較低動(dòng)力需求和/或環(huán)境空氣溫度變化的結(jié)果，在燃?xì)廨啓C(jī)輸出的變化過程中，有最佳的燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離設(shè)備操作。在本發(fā)明中，將在小于設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出的條件下操作燃?xì)廨啓C(jī)定義為部分負(fù)荷或關(guān)閉操作。在圖1的IGCC工藝中，兩個(gè)操作變量可以減少燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力輸出。上述變量中第一個(gè)是環(huán)境空氣溫度的增加，該溫度的增加降低進(jìn)料空氣1的密度，并反之減少壓縮空氣5的質(zhì)量流量和壓縮空氣33的量，其可用于向空氣分離設(shè)備39進(jìn)料。為了在低于燃?xì)廨啓C(jī)驟冷器15的最大溫度極限下操作，燃燒室11的加熱速度必須通過降低燃料9的流量來降低。這反過來又降低了燃燒產(chǎn)品13的質(zhì)量流量和驟冷器15的動(dòng)力輸出。結(jié)果，環(huán)境空氣溫度上升10℃可以使典型IGCC系統(tǒng)的動(dòng)力輸出降低4％。降低IGCC系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力輸出的第二個(gè)操作變量是動(dòng)力需求的下降，這發(fā)生于典型的每日動(dòng)力需求循環(huán)中。例如，對(duì)典型的IGCC工廠的夜間動(dòng)力需求可以是白天需求的50-75％。也可以發(fā)生動(dòng)力需求的季節(jié)性變化。在降低動(dòng)力需求期間，工廠必須通過降低燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的空氣和燃料流量進(jìn)行在部分負(fù)荷(即“關(guān)閉”)下操作。燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)3可以通過使用在壓縮機(jī)3入口處的導(dǎo)葉節(jié)流入口空氣1來關(guān)閉、或通過在壓縮機(jī)系統(tǒng)中再循環(huán)空氣來關(guān)閉。結(jié)果，壓縮機(jī)卸料5的質(zhì)量流量和壓力均降低，這降低了進(jìn)入空氣分離設(shè)備39的抽出的氣37的壓力。這反過來又需要主空氣壓縮機(jī)43必須在降低的排出壓力下操作，因此空氣分離設(shè)備39必須在較低壓力下操作，這降低了氧氣產(chǎn)品47和氮?dú)猱a(chǎn)品49的壓力。然而，氣化系統(tǒng)53一般在固定壓力下操作，所以氧氣壓縮機(jī)51和氮?dú)鈮嚎s機(jī)61必須在較高壓縮機(jī)和關(guān)閉條件下操作。因?yàn)樵陉P(guān)閉時(shí)需要較少的燃料57，所以氣化系統(tǒng)53需要較少的氧氣47，因而空氣分離設(shè)備39需要較少的進(jìn)料空氣。正如前面所陳述的那樣，目前的設(shè)計(jì)實(shí)踐是對(duì)于給定的環(huán)境空氣溫度和設(shè)計(jì)負(fù)荷固定抽氣速率。在關(guān)閉過程中，空氣分離設(shè)備39的進(jìn)料繼續(xù)由抽出的氣37和壓縮進(jìn)料空氣45提供。因此，主空氣壓縮機(jī)43必須設(shè)計(jì)成在寬范圍的氣流和壓縮比下操作，以便覆蓋在全設(shè)計(jì)容量至最大關(guān)閉之間的全部IGCC操作范圍。隨著空氣分離設(shè)備39的操作壓力在該寬范圍內(nèi)變化，氧氣和氮?dú)鈮嚎s機(jī)51、61和67的吸入壓力也變化；既然這些壓縮機(jī)的排出壓力基本上恒定，所以壓縮比大幅度變化。此外，隨著關(guān)閉的發(fā)生，由這些壓縮機(jī)控制的質(zhì)量流量降低。在某些低環(huán)境溫度和IGCC關(guān)閉的組合下的某些操作情況下，可能有必要關(guān)閉主空氣壓縮機(jī)43，并完全通過抽出的氣37對(duì)空氣分離設(shè)備進(jìn)料。圖2說明了對(duì)于在恒定環(huán)境溫度下典型IGCC操作的IGCC系統(tǒng)控制容量、在全負(fù)荷和部分負(fù)荷條件下燃?xì)廨啓C(jī)操作、和空氣分離設(shè)備操作之間的關(guān)系。在該操作性能圖中，將燃?xì)廨啓C(jī)(GT)設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w容量的％、燃?xì)廨啓C(jī)(GT)空氣壓縮機(jī)排出壓力和空氣分離設(shè)備(ASU)操作壓力對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)(GT)系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷的％作圖。這些操作線的斜率是特殊的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和環(huán)境條件的特征。在A點(diǎn)，其中A點(diǎn)代表設(shè)計(jì)IGCC系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力輸出，燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)3在排出壓力為190磅/平方英寸下操作，而空氣分離設(shè)備39在同樣壓力下操作，這意味著主空氣壓縮機(jī)43的排出壓力也為190磅/平方英寸。隨著燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)閉，和在圖2的上面圖中由B、C和D點(diǎn)所定義的依次降低的輸出下操作，燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)排出壓力將按中間圖的B、C和D點(diǎn)而降低，結(jié)果，空氣分離設(shè)備必須按在下面的圖中的點(diǎn)B、C和D點(diǎn)所示相同的降低的壓力水平下操作。既然抽氣速率是按照通常的設(shè)計(jì)實(shí)踐來確定的，并且既然進(jìn)入到空氣分離設(shè)備的全部空氣進(jìn)料因較低的氧氣需求而降低，所以通過主空氣壓縮機(jī)43的空氣的物料通過量和抽出的氣37的質(zhì)量流量將下降。因此，在全部燃?xì)廨啓C(jī)操作范圍內(nèi)改變壓力和抽出的氣33的流量的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐需要將與空氣分離設(shè)備39相關(guān)的壓縮機(jī)43、51、61和67設(shè)計(jì)成在相應(yīng)于圖2中的操作點(diǎn)A到D的體積流動(dòng)和壓縮比的寬范圍內(nèi)操作。這在圖3中進(jìn)行了說明，圖3給出了在相應(yīng)于圖2所述A至D點(diǎn)的聯(lián)合IGCC系統(tǒng)操作的流量和壓縮比的全范圍內(nèi)下操作的主空氣壓縮機(jī)43的壓縮機(jī)操作曲線。在本發(fā)明說明書和所附權(quán)利要求書中，如果兩個(gè)壓力之差在5磅/平方英寸之內(nèi)，則認(rèn)為它們基本上相等，并且如果壓力變化按絕對(duì)壓力為準(zhǔn)計(jì)小于約1％，則認(rèn)為該壓力基本上恒定。術(shù)語“相對(duì)壓縮比”意指在任何操作點(diǎn)的壓縮機(jī)的壓縮比除以在所選擇設(shè)計(jì)點(diǎn)的壓縮比。術(shù)語“相對(duì)吸入體積流動(dòng)”定義為在任何操作點(diǎn)的在壓縮機(jī)入口處的實(shí)際體積流動(dòng)除以在所選擇的設(shè)計(jì)點(diǎn)在壓縮機(jī)入口處的實(shí)際體積流動(dòng)。對(duì)于恒定環(huán)境溫度的圖3-6的壓縮機(jī)操作曲線是指恒定相對(duì)效率線，而恒定相對(duì)效率被定義作實(shí)際壓縮效率除以在固定參比條件下的效率，n/nref。效率曲線在較高壓縮比時(shí)受壓縮脈沖曲線的約束，如圖所示。在低的相對(duì)吸入體積流動(dòng)時(shí)，效率曲線受最小流動(dòng)曲線的約束，最小流動(dòng)曲線代表在壓縮機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉到盡可能最大程度時(shí)的壓縮機(jī)操作。在較高的相對(duì)吸入體積流動(dòng)時(shí)，效率曲線受最大流動(dòng)曲線約束，該最大流動(dòng)曲線代表當(dāng)導(dǎo)葉在最大流動(dòng)物構(gòu)型時(shí)反轉(zhuǎn)時(shí)的壓縮機(jī)操作性能。如圖所示的中性(neutral)導(dǎo)葉打開曲線通過參比點(diǎn)，在該點(diǎn)相對(duì)吸入體積流動(dòng)與總相對(duì)壓縮比之比為1.0。再參見圖3，在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)操作容量處，主空氣壓縮機(jī)43在A點(diǎn)在最大物料通過量且入口導(dǎo)葉處于最大流動(dòng)位置處操作。A點(diǎn)的相對(duì)壓縮機(jī)效率為約0.985。隨著IGCC系統(tǒng)在因降低的動(dòng)力需求而下降的容量下操作時(shí)，空氣壓縮機(jī)操作隨如前所述的相對(duì)吸入體積流動(dòng)和總相對(duì)壓縮比的下降而移至B點(diǎn)。隨著進(jìn)一步關(guān)閉的發(fā)生，壓縮機(jī)操作條件移至C點(diǎn)，并最終移至D點(diǎn)，這是壓縮機(jī)最小操作容量，其中壓縮機(jī)導(dǎo)葉盡機(jī)械上最大可能關(guān)閉。因此，壓縮機(jī)效率在A點(diǎn)所代表的最大容量時(shí)是高的，而在C和D點(diǎn)所代表的極限關(guān)閉關(guān)件下是低的。圖4給出了在相對(duì)應(yīng)于上面圖3所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)操作范圍的流動(dòng)和壓縮比的全范圍內(nèi)操作時(shí)的氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51的壓縮機(jī)操作曲線。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)操作容量，氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)在A點(diǎn)操作。隨著關(guān)閉增加，氧氣壓縮機(jī)操作依次從B點(diǎn)移至C點(diǎn)，并最終在最大關(guān)閉時(shí)移至D點(diǎn)，在該點(diǎn)壓縮機(jī)在最大體積物料通過量下操作，其中壓縮機(jī)導(dǎo)葉在最大流動(dòng)位置。為了使壓縮機(jī)在全部關(guān)閉范圍內(nèi)具有可操作性，壓縮機(jī)必須在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作容量在低的相對(duì)效率區(qū)域內(nèi)在A點(diǎn)操作。作為該所需的寬設(shè)計(jì)范圍的結(jié)果，氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51在高效率在最大關(guān)閉下操作，及在低效率在正常系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量下操作。這是一種所不希望的操作情況，因?yàn)閴嚎s機(jī)將在低效率下運(yùn)行相當(dāng)一段部分的連續(xù)開工期限。類似的問題也存在于氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)61和67，其具有與圖3類似的操作曲線。本發(fā)明通過限制抽出的氣的使用在圖2的A點(diǎn)(燃?xì)廨啓C(jī)容量或全負(fù)荷)與B點(diǎn)之間所定義的關(guān)閉區(qū)域的部分內(nèi)、以及僅通過在B點(diǎn)之下的燃?xì)廨啓C(jī)操作負(fù)荷的主空氣壓縮機(jī)43將空氣提供給空氣分離設(shè)備來闡述這種所不希望的操作情況?？諝夥蛛x設(shè)備在B點(diǎn)之下的關(guān)閉區(qū)域中在相對(duì)恒定的壓力下操作，例如在所示的160～165磅/平方英寸范圍內(nèi)操作，而對(duì)于空氣分離設(shè)備進(jìn)料不使用抽出的氣。因?yàn)樵谶@種操作模式中來自燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓空縮機(jī)3的所有空氣將通過燃燒室11，所以加熱溫度(firingtemperature)可能降低，因?yàn)樵陉P(guān)閉時(shí)有少量燃料9被燃燒；然而，通過燃?xì)廨啓C(jī)15的質(zhì)量流量可能較高，并且膨脹渦輪的效率可能不受明顯影響。因此，在本發(fā)明中，空氣分離設(shè)備在圖2下面的圖中的A與B點(diǎn)之間、在降低的壓力下、在進(jìn)料空氣由主空氣壓縮機(jī)排出物45和抽出的氣37所提供的情況下操作。在B點(diǎn)D*(最大關(guān)閉)點(diǎn)之間，空氣分離設(shè)備39和主空氣壓縮機(jī)43在基本上恒定的壓力下操作。燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)3仍然在圖2中間圖的A與D點(diǎn)之間操作，但在B與D點(diǎn)之間，抽出的氣37的流量為0，并且所有壓縮空氣5將流過燃燒室11。B點(diǎn)表示空氣分離設(shè)備39的優(yōu)選最小操作壓力，對(duì)于圖2的實(shí)例而言為160-165磅/平方英寸。該最小壓力隨燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離設(shè)備設(shè)計(jì)需要而改變，一般為120～260磅/平方英寸。在關(guān)閉期間，通過在或高于所選擇的最小操作壓力下操作空氣分離設(shè)備，可使本發(fā)明氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品47和49的壓力高于B與D點(diǎn)(圖2)之間典型操作實(shí)踐的壓力。在本發(fā)明B、C*與D*點(diǎn)(圖2)操作期間，氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品壓力及空氣分離進(jìn)料壓力基本上恒定，這與在典型操作實(shí)踐中B、C與D操作點(diǎn)之間壓力逐漸降低正相反。本發(fā)明的該特征允許在很窄的壓縮比范圍內(nèi)操作主空氣壓縮機(jī)43和產(chǎn)品壓縮機(jī)51、61和67。這反過來又使壓縮機(jī)的操作效率更高，正如下面所述的那樣。圖5給出了設(shè)計(jì)成按照本發(fā)明操作的主空氣壓縮機(jī)43的壓縮機(jī)操作曲線。在全設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)操作容量下，壓縮機(jī)在A點(diǎn)操作，同時(shí)隨著關(guān)閉的發(fā)生，壓縮機(jī)在A與B點(diǎn)之間操作(這些點(diǎn)相應(yīng)于圖2中的A點(diǎn)和B點(diǎn))。在B、C*與D*點(diǎn)之間，壓縮機(jī)以恒定的排出壓力和壓縮比操作。最小設(shè)計(jì)總壓縮比定義為當(dāng)壓縮機(jī)在B、C*與D*點(diǎn)之間操作時(shí)的壓縮比。最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入壓力由B點(diǎn)表示。圖6給出了設(shè)計(jì)成按本發(fā)明操作的氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51的壓縮機(jī)操作曲線。在全設(shè)計(jì)IGCC操作容量下，壓縮機(jī)在A點(diǎn)操作，并且當(dāng)關(guān)閉進(jìn)行時(shí)，壓縮機(jī)在A點(diǎn)與B點(diǎn)之間操作(這些點(diǎn)相應(yīng)于圖2中的A和B點(diǎn))。在B、C*與D*點(diǎn)之間，壓縮機(jī)以恒定的排出壓力和壓縮比操作。最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比定義為在B、C*與D*點(diǎn)之間操作時(shí)的比率。B點(diǎn)表示最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)。本發(fā)明的A點(diǎn)的相對(duì)操作效率(存在于絕大部分IGCC操作時(shí)間內(nèi))約為0.99。相反，在圖4中相應(yīng)的A點(diǎn)的相對(duì)效率僅約為0.85，該A點(diǎn)描述了不使用本發(fā)明時(shí)在設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)容量下的典型操作。因此，本發(fā)明方法可以在較窄的總相對(duì)壓縮比和相對(duì)吸入體積流動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)和操作氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)，這反過來又使得壓縮機(jī)的整個(gè)操作效率更高。當(dāng)按照通常實(shí)踐，在燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離系統(tǒng)關(guān)閉的整個(gè)范圍內(nèi)采用抽氣時(shí)，氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)61和67將具有與圖4所示氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51的操作特性相類似的操作特性。當(dāng)空氣分離設(shè)備39按本發(fā)明進(jìn)行操作時(shí)，氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)61和67可以按照與圖6所示氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51相同的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作。因此，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)容量下操作時(shí)，按照本發(fā)明可以對(duì)所有三個(gè)產(chǎn)品壓縮機(jī)51、61和67實(shí)現(xiàn)較高的操作效率。對(duì)于氮?dú)鈮嚎s機(jī)61和67的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)的定義與上面對(duì)氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51所給出的定義相同。改善IGCC系統(tǒng)中的燃?xì)廨啓C(jī)和空氣分離設(shè)備的效率的先有技術(shù)方法有很多，但是人們沒有認(rèn)識(shí)到，在關(guān)閉期間限制從燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)到空氣分離設(shè)備的抽氣、和增加空氣分離設(shè)備主空氣壓縮機(jī)的作用可以改善總效率和降低電的成本。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這是一種預(yù)料不到的結(jié)論，因?yàn)榘凑毡景l(fā)明，在關(guān)閉期間，燃?xì)廨啓C(jī)可能操作效率不高(抽出的氣可以被排空，或者可能發(fā)生較低的燃燒室加熱溫度)，并且獨(dú)立空氣分離壓縮機(jī)必須具有更大的負(fù)荷。按照本發(fā)明，空氣分離設(shè)備產(chǎn)品壓縮機(jī)的操作卻不那么嚴(yán)格；因?yàn)殛P(guān)閉操作決定著壓縮機(jī)的選擇，所以這些壓縮機(jī)可以設(shè)計(jì)成更有效率的全負(fù)荷操作。實(shí)施例模仿圖1的IGCC系統(tǒng)，用以比較按照(1)現(xiàn)有實(shí)踐的空氣分離工廠操作的總效率，其中進(jìn)入到空氣分離設(shè)備39中的進(jìn)料包括在整個(gè)空氣分離設(shè)備操作范圍內(nèi)某些抽出的氣37，和用以比較按照(2)本發(fā)明的操作的總效率，其中抽氣僅在高于147磅/平方英寸的空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力時(shí)才使用。在該實(shí)施例中，因?yàn)榄h(huán)境溫度的變化，關(guān)閉存在于絕大多數(shù)情況中，正如下為將看到的那樣。在設(shè)計(jì)容量(類似于圖3-6的A點(diǎn))下，平均實(shí)際壓縮比如下對(duì)于氧氣燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)3為13.0，對(duì)于主空氣壓縮機(jī)43為13.0；對(duì)于氧氣壓縮機(jī)51為10.0，及對(duì)于回流氮?dú)鈮嚎s機(jī)67為5.0。與圖2中D點(diǎn)類似，在最大關(guān)閉或最小流動(dòng)時(shí)，平均實(shí)際壓縮比如下對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)3為9.0；對(duì)主空氣壓縮機(jī)43為9.0，對(duì)氧氣壓縮機(jī)51為18.0，對(duì)回流氮?dú)鈮嚎s機(jī)67為6.5。這些壓縮比是“F”技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)的代表性壓縮比。對(duì)空氣分離設(shè)備39限定尺寸以產(chǎn)生對(duì)IGCC系統(tǒng)所需的氧氣和氮?dú)?，而不流出產(chǎn)品氧或氮。IGCC系統(tǒng)在環(huán)境溫度為23、41、59、75和95°F下操作，對(duì)主空氣壓縮機(jī)43、氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)51和回流氮?dú)鈮嚎s機(jī)67在每一上述溫度下在全負(fù)荷下和對(duì)所選擇的溫度在部分負(fù)荷下計(jì)算壓縮機(jī)效率。表1中給出了按照現(xiàn)有實(shí)踐操作(在整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)操作范圍內(nèi)向空氣分離設(shè)備抽氣)的計(jì)算結(jié)果，表2給出了按照本發(fā)明操作(僅在高于147磅/平方英寸的空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力時(shí)向空氣分離設(shè)備抽氣)的計(jì)算結(jié)果。對(duì)上兩種情況和三種壓縮機(jī)的相對(duì)壓縮機(jī)效率在全負(fù)荷在41、59和95°F下進(jìn)行比較，結(jié)果歸納于表3中?？梢钥闯觯骺諝鈮嚎s機(jī)的相對(duì)效率在本發(fā)明中比在現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)踐中稍低些，但是氧氣和氮?dú)鈮嚎s機(jī)的相對(duì)效率在本發(fā)明中卻比在現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)踐中明顯高。對(duì)于每個(gè)壓縮機(jī)在全負(fù)荷下的相對(duì)效率在環(huán)境溫度為41、59和95°F時(shí)進(jìn)行平均，用這些平均效率計(jì)算每一壓縮機(jī)的平均效率比。該平均效率比被定義為本發(fā)明方法的平均相對(duì)效率除以現(xiàn)有實(shí)踐的平均相對(duì)效率。對(duì)于其中壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成按照在整個(gè)IGCC操作范圍內(nèi)向空氣分離設(shè)備抽氣的現(xiàn)有實(shí)踐操作的情況，計(jì)算三種空氣分離設(shè)備壓縮機(jī)之每一種的總功率消耗，將結(jié)果歸一化以得到每種壓縮機(jī)的相對(duì)功率消耗。其次，用上述確定的平均效率比與相對(duì)功率消耗一起計(jì)算按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的每一壓縮機(jī)的相對(duì)功率消耗。結(jié)果在表4中給出，這些結(jié)果表明，在全負(fù)荷IGCC設(shè)計(jì)容量時(shí)，本發(fā)明空氣分離設(shè)備所消耗的總功率為3.3％，低于按照現(xiàn)有實(shí)踐操作的設(shè)備的相應(yīng)的功率消耗。<p>表2本發(fā)明的壓縮機(jī)操作數(shù)據(jù)表3在IGCC全負(fù)荷時(shí)吹離設(shè)備相對(duì)總功率消耗<tablesid="table3"num="003"><tablewidth="1052">壓縮機(jī)(圖1)相對(duì)總功率，現(xiàn)有實(shí)踐(％)平均效率比相對(duì)總功率，本發(fā)明(％)主空氣壓縮機(jī)(43)37.61.00637.8氧氣產(chǎn)品壓縮機(jī)(51)15.60.87813.7氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)(67)46.80.96645.2總數(shù)10096.7</table></tables>相對(duì)總功率＝相對(duì)總功率×平均效率比(本發(fā)明)(現(xiàn)有實(shí)踐)正如從表1的相對(duì)效率可以看出的那樣，采用本發(fā)明方法時(shí)總功率消耗在部分負(fù)荷條件下稍高，但是由于部分負(fù)荷存在于少部分時(shí)間內(nèi)，所以在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)全負(fù)荷所經(jīng)歷的效率較高。在上述實(shí)施例中，用本發(fā)明操作的IGCC系統(tǒng)與現(xiàn)有實(shí)踐相比，在全負(fù)荷條件下空氣分離功率下降3.3％。對(duì)于其中空氣分離設(shè)備消耗50MW的400MW發(fā)電廠，空氣分離工廠功率下降3.3％為1.65MW，這在能量成本為$0.05/KWH時(shí)相當(dāng)于每年節(jié)省$723,000。因此，與按現(xiàn)有實(shí)踐操作相比，本發(fā)明使得IGCC動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)的空氣分離設(shè)備以更有效的方式操作。因?yàn)榭諝夥蛛x設(shè)備壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成在較窄的壓縮比范圍操作，所以實(shí)現(xiàn)更有效的總操作主要是因?yàn)楫?dāng)IGCC系統(tǒng)在全設(shè)計(jì)負(fù)荷下操作時(shí)，氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)以高效率操作。當(dāng)產(chǎn)品壓縮機(jī)必須設(shè)計(jì)成在寬的壓縮比范內(nèi)操作時(shí)，即當(dāng)在整個(gè)IGCC操作范圍內(nèi)利用抽出的氣時(shí)的情況，當(dāng)IGCC系統(tǒng)在全負(fù)荷下操作時(shí)，這些壓縮機(jī)以明顯較低的效率操作。此外，通過在IGCC負(fù)荷的全部范圍內(nèi)連續(xù)操作空氣分離設(shè)備，可以避免與空氣分離設(shè)備的主空氣壓縮機(jī)的起動(dòng)和關(guān)閉有關(guān)的低效率。在前面的公開內(nèi)容中充分描述了本發(fā)明的基本特性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解本發(fā)明，并且作出各種改良，而不偏離本發(fā)明的基本精神實(shí)質(zhì)，和不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和相同物。權(quán)利要求1.一種在部分負(fù)荷下操作聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)的方法，該方法包含在燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)中壓縮空氣，使至少一部分所得壓縮空氣與燃料在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中燃燒，以形成熱燃燒產(chǎn)品，在燃?xì)廨啓C(jī)驟冷器中膨脹該熱燃燒產(chǎn)品，所述驟冷器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)并任選驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將空氣在低溫空氣分離設(shè)備中分離成富氮和富氧產(chǎn)品，其中，進(jìn)入到空氣分離設(shè)備中的進(jìn)料空氣是由主空氣壓縮機(jī)提供的，并任選由來自燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)的附加部分壓縮空氣提供的，其中聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)是以部分負(fù)荷操作的，以便(a)當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)以大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的給定操作壓力提供壓縮空氣時(shí)，空氣分離設(shè)備以與給定操作壓力基本相同的進(jìn)料壓力操作，并且進(jìn)料空氣由主空氣壓縮機(jī)與來自燃?xì)鉁u輪機(jī)空氣壓縮機(jī)的附加部分壓縮空氣提供到空氣分離設(shè)備；或(b)當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)以基本上等于或小于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的給定操作壓力提供壓縮空氣時(shí)，空氣分離設(shè)備以基本上等于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的進(jìn)料壓力進(jìn)行操作，并且進(jìn)料到空氣分離設(shè)備中的進(jìn)料空氣由主空氣壓縮機(jī)提供，沒有來自燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)的附加壓縮空氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力為80～500磅/平方英寸。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中主空氣壓縮機(jī)以兩種模式之一操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)以大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力操作時(shí)，主空氣壓縮機(jī)以大于其最小設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)進(jìn)行操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)以基本上等于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力操作時(shí)，主空氣壓縮機(jī)基本上以其最小設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)進(jìn)行操作；其中主空氣壓縮機(jī)的最小設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)主要在最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力時(shí)產(chǎn)生。4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中主空氣壓縮機(jī)在排出壓力為80～600磅/平方英寸下操作。5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法進(jìn)一步包含將富氧產(chǎn)品在氧氣壓縮機(jī)中壓縮，該壓縮機(jī)以兩種模式中之任一種操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力下操作時(shí)，氧氣壓縮機(jī)在低于其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)，氧氣壓縮機(jī)基本上在其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；其中氧氣壓縮機(jī)的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)發(fā)生在主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作的情形中。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中氧氣壓縮機(jī)在排出壓力為120～2000磅/平方英寸下操作。7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，該方法進(jìn)一步包含通過用來自空氣分離設(shè)備的被壓縮的富氧產(chǎn)品氣化碳質(zhì)原料來產(chǎn)生用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃料。8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，該方法進(jìn)一步包含將至少部分富氮產(chǎn)品在氮?dú)鈮嚎s機(jī)中壓縮，以用于氣化碳質(zhì)原料的工藝中。9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該氮?dú)鈮嚎s機(jī)以兩種模式之任一種操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)在低于其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)基本上在其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；其中氮?dú)鈮嚎s機(jī)的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)發(fā)生在主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)的情形中。10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中氮?dú)鈮嚎s機(jī)在排出壓力為50～2000磅/平方英寸下操作。11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法進(jìn)一步包含將至少部分富氮產(chǎn)品在氮?dú)鈮嚎s機(jī)中壓縮，并將所得被壓縮的氮?dú)庖氲饺細(xì)廨啓C(jī)燃燒室中。12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中氮?dú)鈮嚎s機(jī)以兩種模式之任一種操作，以便(a)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在大于最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)在低于其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；或(b)當(dāng)主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相等的排出壓力下操作時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)基本上在其最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和在或低于其最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)下操作；其中氮?dú)鈮嚎s機(jī)的最大設(shè)計(jì)總相對(duì)壓縮比和最大設(shè)計(jì)相對(duì)吸入體積流動(dòng)發(fā)生在主空氣壓縮機(jī)在基本上與最小空氣分離設(shè)備進(jìn)料壓力相同的排出壓力下操作的情形中。13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中氮?dú)鈮嚎s機(jī)在排出壓力為120～2000磅/平方英寸下操作。全文摘要聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)/空氣分離系統(tǒng)是在或低于全系統(tǒng)負(fù)荷下通過用來自專用的空氣進(jìn)料壓縮機(jī)的空氣并且任選來自燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)的抽出的氣對(duì)空氣分離設(shè)備進(jìn)料。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)排出物在部分負(fù)荷條件下降到低于所選壓力時(shí)，進(jìn)入到空氣分離設(shè)備中的抽出的氣的流量不連續(xù)，并且空氣分離設(shè)備在僅由空氣進(jìn)料壓縮機(jī)提供的恒定的壓力下操作。這種操作模式在聯(lián)合氣化循環(huán)(IGCC)動(dòng)力產(chǎn)生系統(tǒng)中尤其有用，并可設(shè)計(jì)氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮機(jī)，所以所述壓縮機(jī)在全負(fù)荷IGCC操作中，以高效率操作。文檔編號(hào)F02C3/00GK1155619SQ9611207公開日1997年7月30日申請日期1996年11月4日優(yōu)先權(quán)日1996年11月4日發(fā)明者A·R·史密夫,R·W·伍華德申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司