用于预热浆料的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于预热浆料的系统和方法。一种系统包括热交换器，热交换器包括具有合成气流径的第一通道和具有浆料流径的第二通道。当在运行时，热交换器使热从沿着合成气流径的合成气传递到沿着浆料流径的浆料。热传递使浆料从第一浆料温度加热到第二浆料温度，并且使合成气从第一合成气温度冷却到第二合成气温度。
【专利说明】用于预热浆料的系统和方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题涉及气化系统，并且更特别地，涉及用于预热气化器的浆料进料的系统和方法。
【背景技术】
[0002]整体气化联合循环(IGCC)功率装置能够用各种含碳给料(诸如煤或天然气)较清洁和高效地产生能量。IGCC功率装置大体包括气化系统，气化系统用来通过使含碳给料(例如，浆料进料)在气化器中与氧和蒸汽反应，来将含碳给料转换成一氧化碳(CO)和氢(H2)的气体混合物，即，合成气。不幸的是，含碳给料以低温进入气化系统，这可降低气化系统的效率。
【发明内容】
[0003]下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制声明的发明的范围，这些实施例而是仅意于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的各种形式。
[0004]在第一实施例中，一种系统包括热交换器，热交换器包括具有合成气流径的第一通道和具有浆料流径的第二通道。当在运行时，热交换器使热从沿着合成气流径的合成气传递到沿着浆料流径的浆料。热传递使浆料从第一浆料温度加热到第二浆料温度，并且使合成气从第一合成气温度冷却到第二合成气温度。
[0005]在第二实施例中，系统包括控制器，控制器具有处理器、存储器和存储在存储器上且可由处理器执行的指令。指令包括温度控制指令，用以控制在热交换器中的从沿着合成气流径的合成气到沿着浆料流径的浆料的热传递。指令还包括污染检测指令，用以检测合成气对浆料的浆料污染或浆料对合成气的合成气污染。
[0006]在第三实施例中，方法包括通过热交换器的第一入口接收处于第一温度的浆料。方法还包括通过热交换器的第二入口接收处于第二温度的合成气，其中，第二温度高于第一温度。方法还包括通过热交换器的壁将热从合成气交换到浆料，以将浆料加热到第三温度。
[0007]一种系统,包括:
热交换器，其包括具有合成气流径的第一通道；以及
具有浆料流径的第二通道，其中，当在运行时，所述热交换器使热从沿着所述合成气流径的合成气传递到沿着所述浆料流径的浆料，其中，所述热传递使所述浆料从第一浆料温度加热到第二浆料温度，而且使所述合成气从第一合成气温度冷却到第二合成气温度。
[0008]在一个实施例中，包括控制器，所述控制具有处理器、存储器和存储在所述存储器上且可由所述处理器执行的指令，其中，所述指令包括温度控制指令，用以控制从沿着所述合成气流径的合成气到沿着所述浆料流径的浆料的热传递。
[0009]在一个实施例中，所述指令包括气化监测指令，用以监测与接收来自所述热交换器的浆料的气化器相关联的传感器反馈，并且所述温度控制指令对与所述气化器相关联的传感器反馈作出响应。
[0010]在一个实施例中，所述指令包括污染检测指令，用以检测所述合成气对所述浆料的浆料污染或所述浆料对所述合成气的合成气污染。
[0011 ] 在一个实施例中，所述指令包括污染响应控制指令，用以响应于所述浆料污染或所述合成气污染而启动一个或多个控制动作。
[0012]在一个实施例中，包括污染检测系统，其包括联接到所述热交换器上，在所述热交换器上游的第一浆料流径中，在所述热交换器下游的第二浆料流径中，在所述热交换器上游的第一合成气路径中，在所述热交换器下游的第二合成气路径中，或者以它们的任何组合的方式定位的一个或多个传感器。
[0013]在一个实施例中，所述一个或多个传感器构造成获得指示所述浆料流径和所述合成气流径之间的泄漏状况的传感器输入。
[0014]在一个实施例中，所述一个或多个传感器包括温度传感器、压力传感器、流率传感器、气泡传感器、湿度传感器、气体成分传感器或它们的任何组合。
[0015]在一个实施例中，所述污染检测系统包括设置在所述热交换器中，在所述热交换器上游的第一浆料流径中，在所述热交换器下游的第二浆料流径中，在所述热交换器的上游的第一合成气路径中，在所述热交换器下游的第二合成气路径中，或者以它们的任何组合的方式设置的一个或多个阀。
[0016]在一个实施例中，包括气化器，所述气化器构造成产生处于所述第一合成气温度的合成气，以及接收来自所述第二通道的处于所述第二浆料温度的浆料。
[0017]在一个实施例中，包括构造成接收来自所述第一通道的处于所述第二合成气温度的合成气的洗涤器，其中，所述洗涤器构造成从所述合成气中分离出泄漏的浆料。
[0018]一种系统,包括:
控制器，其具有处理器、存储器和存储在所述存储器上且可由所述处理器执行的指令，其中，所述指令包括:
温度控制指令，其用以控制在热交换器中的从沿着合成气流径的合成气到沿着浆料流径的浆料的热传递；以及
污染检测指令，其用以检测所述合成气对所述浆料的浆料污染，或者所述浆料对所述合成气的合成气污染。
[0019]在一个实施例中，所述指令包括气化监测指令，用以监测与接收来自所述热交换器的浆料的气化器相关联的传感器反馈，并且所述温度控制指令对与所述气化器相关联的传感器反馈作出响应。
[0020]在一个实施例中，所述指令包括用以响应于所述浆料污染或所述合成气污染而启动一个或多个控制动作的污染响应控制指令。
[0021]在一个实施例中，包括污染检测系统，所述污染检测系统具有所述控制器和一个或多个传感器，所述传感器构造成获得指示所述热交换器中的浆料和合成气之间的泄漏状况的传感器输入。
[0022]在一个实施例中，包括所述热交换器、接收所述浆料且产生所述合成气的气化器、接收所述合成气且从所述合成气中移除泄漏的浆料的洗涤器，或者它们的组合。
[0023]一种方法，包括:
通过热交换器的第一入口接收处于第一温度的浆料；
通过热交换器的第二入口接收处于第二温度的合成气，其中，所述第二温度高于所述第一温度；以及
通过所述热交换器的壁，将热从所述合成气交换到所述浆料，以将所述浆料加热到第三温度。
在一个实施例中，包括基于通往所述第一入口的浆料的流率，基于通往气化器的浆料的流率，或者它们的组合，来控制所述浆料的第三温度。
[0024]在一个实施例中，包括检测所述合成气中的泄漏的浆料或所述浆料中的泄漏的合成气。
[0025]在一个实施例中，包括通过用控制器控制一个或多个阀，来冲洗掉所述热交换器的泄漏的浆料或泄漏的合成气。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变更更好理解，其中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中:
图1是结合了用于用热的过程流预热浆料进料的热交换器的整体气化联合循环(IGCC)功率装置的实施例的框图；
图2是结合了用于用原始合成气预热浆料进料的热交换器的图1的整体气化联合循环(IGCC)系统的实施例的框图；以及
图3是用于用原始合成气预热浆料进料的热交换器的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当意识到的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的，诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束，该具体目的可随不同的实现而改变。此外，应当意识到的是，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。
[0028]当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。
[0029]目前的实施例涉及在含碳给料(例如浆料进料)进入IGCC系统的气化系统(例如气化器)以进行各种部分氧化过程之前，预热含碳给料。在某些实施例中，使用热交换器来预热浆料进料，热交换器将热从IGCC系统内的热的过程流(例如原始合成气)传递到浆料进料。例如，热交换器可将热从排出自气化器的原始合成气传递到浆料进料。可为合乎需要的是，在浆料进料进入气化器之前预热浆料进料，以减少气化器在部分氧化过程期间的氧需求，以及从而减小空气分离单元(ASU)的大小。减小ASU的大小还可减小低温气体冷却(LTGC)系统的大小和负荷。实际上,减小ASU的大小可增加气化系统的成本好处。
[0030]特别地，某些实施例涉及IGCC系统的泄漏检测系统。例如，泄漏检测系统构造成检测热交换器内或IGCC系统的流管线内的泄漏。泄漏检测系统可包括沿着IGCC系统流管线或在热交换器内或围绕热交换器的一系列传感器，传感器构造成检测热交换器或流管线内的交叉污染(例如合成气中的泄漏的浆料或浆料中的泄漏的合成气)。当泄漏检测系统确定在IGCC系统或热交换器内已经发生泄漏(例如交叉污染)的情形时，操作者或控制器可手动或自动地冲洗掉IGCC系统或热交换器的交叉污染。在泄漏检测系统检测到泄漏的其它情形下，可用合成气洗涤器移除泄漏(例如交叉污染)。
[0031]考虑到以上，图1是结合了用于用热的过程流16预热浆料进料14的热交换器12的整体气化联合循环(IGCC)功率装置10(即，IGCC系统10)的实施例的框图。如下面详细论述的那样，在某些实施例中，热通过热交换器12从高温过程流16交换到低温浆料进料14。
[0032]IGCC系统10的元件可包括燃料源18，诸如固体进料，燃料源18可用作系统10的能量源。燃料源18可包括煤、石油焦、生物质量、基于木材的材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和浙青或者其它含碳物。燃料源18的固体燃料可传送到给料准备单元20。给料准备单元20例如可通过对燃料源18进行剁碎、研磨、切碎、粉碎、压块或造粒来重新设置燃料源18的大小或形状，以产生给料。另外，可在给料准备单元20中将水或其它适当的液体添加到燃料源18，以产生浆料进料14 (例如浆料给料)。在其它实施例中，未对燃料源添加液体，从而产生干给料。
[0033]在某些实施例中，浆料进料14可通过未加热流管线24从给料准备单元20直接传送到气化器22。特别地，浆料进料14可在大约45°C和70°C之间的温度下进入气化器22。气化器22可将浆料进料14转换成合成气，例如一氧化碳和氢的组合。可通过使浆料进料14在升高的压力(例如大约2000 kPa至8500 kPa)和(例如大约700°C至1600°C )温度下经受受控制的量的蒸汽和氧来实现这个转换，压力和温度取决于所利用的气化器22的类型。气化过程可包括经历热解过程的浆料进料14，由此浆料进料14的温度提高。气化器22内部的温度的范围在热解过程期间可为大约150°C至700°C，这取决于用来产生浆料进料14的燃料源18。在热解过程期间加热浆料进料14可产生固体(例如焦炭)和残余气体(例如一氧化碳、氢和氮)。在热解过程中给料留下的木炭可仅重达原来的浆料进料14的重量的大约30%。
[0034]然后可在气化器22中进行部分氧化过程。部分氧化可包括将氧引入到木炭和残余气体。木炭和残余气体可与氧反应而形成二氧化碳和一氧化碳，这对后来的气化反应提供热。部分氧化过程期间的温度的范围可为大约700°C至1600°C。接下来，在气化步骤期间，可将蒸汽21引入到气化器22。木炭可在大约800°C至1100°C的温度下与二氧化碳和蒸汽21反应，以产生一氧化碳和氢。实质上，气化器22利用蒸汽21和氧44，以允许一些浆料进料14转换成一氧化碳和能量，该能量驱动第二反应，第二反应将浆料进料14进一步转换成氢和额外的二氧化碳。照这样，气化器22制造出最终气体(例如原始合成气23)和废产物(例如渣料26)。
[0035]特别地，由气化器22产生的最终气体可被称为原始合成气23。原始合成气23可包括大约85%的等比例的一氧化碳和氢、以及CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基于浆料进料14的硫含量)。在一些实施例中，原始合成气23可在骤冷部分28内冷却和饱和。骤冷部分28如显示的那样可为气化器22的组成部分，或者骤冷部分28可为独立单元。通过使冷却流体(诸如水)蒸发，骤冷部分28可使合成气冷却成饱和温度，冷却到饱和温度或接近饱和温度，从而使不那么合意的成分固化。在其它实施例中，原始合成气23可离开气化器22，而不在骤冷部分28内被冷却和饱和。在这样的实施例中，离开气化器22的原始合成气23可保持处于较高的温度(例如大约200°C至250°C )。
[0036]由气化器22产生的最终废产物可被称为渣料26。渣料26例如通过重力可以规则的间隔时间从气化器22的骤冷部分28流到加压闸斗仓30中。在某些实施例中，可在闸斗仓30内从渣料26中移除液体，诸如水，并且使液体回到气化器22。然后可从闸斗仓30中移除渣料26，并且将渣料26引导到渣料处理系统32，在那里，可筛选渣料26，以降低湿度，然后将渣料26引导到现场以外的处置设施。例如，渣料26可用作路基或另一种建筑材料。
[0037]在某些实施例中，原始合成气23从气化器22流到合成气洗涤器34。合成气洗涤器34例如通过使用水骤冷(如图2中进一步描绘的那样)来减少包含在原始合成气23中的杂质量(例如颗粒和氯化物)。实际上，从原始合成气23中移除其它杂质，诸如硫化物或二氧化碳。移除方法可包括化学或物理吸收、吸附、低温、膜、陶瓷、微生物或海藻系统，或者它们的任何组合。经洗涤的合成气36离开合成气洗涤器34，并且流向下游的合成气使用装置。在某些实施例中，下游系统可包括用以产生功率的整体气化联合循环(IGCC)功率装置
10、用以产生甲醇的化学装置，或者其它系统。在示出的实施例中，下游系统包括低温气体冷却(LTGC)系统38。
[0038]IGCC系统10可进一步包括空气分离单元(ASU) 40。特别地，气化器22使由给料准备单元20提供的浆料进料14与来自ASU 40的氧44和蒸汽21反应。ASU 40可运行来例如通过使用低温蒸馏技术将空气分成组成气体。ASU 40可从辅助空气压缩机42对其供应的空气中分离出氧和氮，并且ASU 40可将分离出的氧44传递到气化器22。可通过燃料喷射器系统将浆料进料14、氧44和蒸汽21引入到气化器22。
[0039]在某些实施例中，可为合乎需要的是在浆料进料14引入到气化器22之前预热浆料进料14。如上面描述的那样，气化过程可通过发热过程将浆料进料14转换成合成气。可在升高的压力和温度(例如，700°C至1600°C)下以及在存在氧的情况下进行发热过程。一旦浆料进料14进入气化器22且在进行气化过程之前，可提高进入气化器22的浆料进料14的温度(可典型地在大约45°C和70°C之间)。为了在进行气化过程之前提高气化器22内的浆料进料14的温度，从ASU40提供额外的氧44。因而，预热浆料进料14可为合乎需要的，因为这会减少用来在气化器22内进行气化过程之前加热浆料进料14所需的氧44 (例如来自ASU 40)。在这样的实施例中，浆料进料14可不通过未加热流管线24从给料准备单元20直接传送到气化器22。在这样的实施例中，浆料进料14而是可通过浆料流管线46传送到热交换器12中，使得热可从热的过程流16交换到浆料进料14。热的过程流16可通过热过程流流管线48流到热交换器12中。热的过程流16可为在高温下流过系统10的任何过程流，诸如例如、氮、CO2、蒸汽、排气(例如来自燃气涡轮发动机、炉、锅炉或另一个燃烧系统)或原始合成气23，或者它们的任何组合。
[0040]热交换器12可为任何类型的间接热交换器，诸如壳管式热交换器、板式热交换器、板壳式热交换器、板翅式热交换器、枕板式热交换器、再生式热交换器、绝热轮式热交换器、流体热交换器、废热回收单元、动态碎表面(scrapped surface)式热交换器,或者相变热交换器。在示出的实施例中，提供壳管式热交换器12，以将热从热的过程流16交换到浆料进料14。特别地，浆料进料14通过浆料流管线46在低的接近温度(例如大约45°C至700C )下流到热交换器12的管侧中。另外，热的过程流16通过热过程流流管线48在高的接近温度(例如大约150°C至250°C )下流到热交换器12的壳侧中。因而，使用一个或多个特定管道、壳体或壁来使热的过程流16和浆料进料14彼此隔开，使得热通过一个或多个壁(例如管系)从流16传递到浆料进料14。换句话说，热交换器12是间接热交换器，因为热的过程流16和浆料进料14彼此不直接混合。在某些实施例中，热的过程流16可为具有高的接近温度的原始合成气23，该接近温度大约等于原始合成气23离开气化器22时所处的温度。在传送通过热交换器12的壳之后，热的过程流16流出热交换器12，以进行进一步的下游处理50。下游处理50中的热的过程流16可比进入热交换器12的热的过程流16处于更低的温度。此外，离开热交换器12的浆料进料14可被热的过程流16预热到大约130°C至170°C之间的温度。浆料进料14的温度升高可降低气化器22的氧44的需求。
[0041]在示出的实施例中，气化系统10包括用来监测在气化系统10中的气体/液体流的各种参数(例如温度、压力、流率、气体成分或浓度等)的一个或多个传感器52。传感器52可包括温度传感器、压力传感器、流率传感器、气泡传感器、湿度传感器、气体成分传感器或它们的任何组合。如示出的那样，传感器52可位于热交换器12、给料准备单元20、LTGC38、合成气洗涤器34、气化器22、原始合成气23 (例如沿着合成气管道13和/或在合成气管道13中)、浆料进料14和/或骤冷部分28的内部。在一些实施例中，传感器52可位于两个区段之间的一个或多个流管线中(例如流管线24、46、47、62、64或66)。控制器56可用处理器58和存储器60 处理接收自传感器52的传感器反馈，并且可基于传感器反馈，将控制信号发送到气化系统10的各种阀54(或促动器)。由于阀54的位置，控制器56能够控制气化系统10的各个区段之间的流。照这样，控制器56可在气化器22和热交换器12两者运行的期间，支配的气化系统10的运行。
[0042]此外，系统10还可包括泄漏检测系统70，如下面在图2中描述的那样，泄漏检测系统70构造成检测热交换器12、浆料流管线46、经加热流管线47、热过程流流管线48、经冷却热过程流流管线49、未加热流管线24内的泄漏，或者它们的组合。特别地，泄漏检测系统70可包括沿着流管线(例如流管线24、46、47、49、62、64或66)或在热交换器12内或围绕热交换器12的一系列传感器52，传感器52可检测热交换器12或流管线(例如流管线24、46、47、49、62、64或66)内的交叉污染。如下面在图2中描述的那样，泄漏检测系统70可与控制器56、一个或多个处理器58、存储器60、一个或多个输入装置61、存储在非暂时性计算机可读介质上的泄漏监测指令和显示器57 —起工作。
[0043]图2是结合了用于用原始合成气23预热浆料进料14的热交换器12的图1的整体气化联合循环(IGCC)系统10的实施例的框图。如上面描述的那样，在一些实施例中，图1的热的过程流16可为原始合成气23，原始合成气23通过流管线25离开气化器22。此外，在这样的实施例中，在进入合成气洗涤器34之前，原始合成气23的高的离开温度可在热交换器12内用来预热浆料进料14。例如，浆料进料14可通过浆料流管线46传送到热交换器12中，以在进入气化器22之前，在热方面与原始合成气23相互作用。在其它实施例中，浆料进料14可绕过热交换器12，并且可通过未加热流管线24直接流到气化器22中。
[0044]对于楽;料进料14进入热交换器12的实施例,原始合成气23还通过原始合成气流管线62传送到热交换器12中，以在进入合成气洗涤器34之前，在热方面与浆料进料14相互作用。原始合成气23可离开气化器22，而不被冷却和饱和，并且因而，可保持处于较高的温度(例如大约200°C至250°C )。在其它实施例中，原始合成气23可被气化器22的骤冷部分28冷却，并且仍然可处于较高的温度(例如大约150°C至200°C )。在其它实施例中，原始合成气23可通过原始合成气旁通流管线64绕过热交换器12，并且可直接进入合成气洗涤器34。
[0045]如上面描述的那样，热交换器12可为任何类型或任何数量的热交换器。在示出的实施例中，提供具有一个或多个通道的单个壳管式热交换器12，以将热从原始合成气23交换到浆料进料14。在其它实施例中，可利用任何数量和任何组合的不同类型的热交换器12来将热从原始合成气23交换到浆料进料14。例如，可在气化系统10内提供两个、三个、四个、五个、六个或更多个热交换器12。此外，热交换器12可在大小上设置成满足气化系统10的需要。特别地，使用一个或多个特定管道、壳体或壁将原始合成气23和浆料进料14彼此隔开，使得热通过一个或多个壁(例如管系)从原始合成气23传递到浆料进料14。换句话说，热交换器12是间接热交换器，因为原始合成气23和浆料进料14彼此不直接混合。
[0046]特别地，通过浆料流管线46的浆料进料14在低的接近温度(例如，大约45°C至700C )下流过热交换器12的管(例如壳管式热交换器12的第一通道或管)。另外，原始合成气23 (例如原始合成气流管线62)在较高的接近温度下(例如大约150°C至250°C )流过热交换器12的壳(例如壳管式热交换器12的第二通道或壳)。实际上，在某些实施例中，原始合成气23进入热交换器12的接近温度可大约等于原始合成气23离开气化器22时所处的温度。在某些实施例中，未预热的浆料进料14可通过未加热流管线24在大约45°C和70°C之间的温度下直接进入气化器22。在浆料进料14传送通过热交换器12的实施例中，浆料进料14预热到大约130°C至170°C之间的温度。在具有其它类型的热交换器12的其它实施例中，原始合成气23和浆料进料14的布置可改变。
[0047]在传送通过热交换器12之后，原始合成气23通过经冷却原始合成气流管线66流出热交换器12，以在合成气洗涤器34内进行进一步处理。特别地，经冷却原始合成气流管线66中的原始合成气23的温度可低于原始合成气流管线62中的原始合成气23的温度。类似地，在传送通过热交换器12之后，浆料进料14通过经加热流管线47流出热交换器12，以在气化器22内进行进一步处理。未加热流管线24可传送绕过热交换器12的浆料进料14。特别地，流过流管线(例如未加热流管线24、浆料流管线46、经加热流管线47、原始合成气流管线62、原始合成气旁通流管线64或经冷却原始合成气流管线66)的浆料进料14和原始合成气23可以大约恒定的速度流动，以最大程度地减少原始合成气23或浆料进料14的成分分离。例如，浆料进料14的大约恒定的流率可减少使浆料进料14脱水(即，分开浆料进料14的水和固体成分)。实际上，减少气化系统10内的流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)的弯管和回转部可提供较恒定的流率。
[0048]在示出的实施例中，气化系统10还可包括泄漏检测系统70，它构造成检测热交换器12、浆料流管线46、经加热流管线47、原始合成气流管线62、经冷却原始合成气流管线66、未加热流管线24，或者它们的组合内的泄漏。泄漏检测系统70可包括沿着流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)或者在热交换器12内或者围绕热交换器12的一系列传感器52。在某些实施例中，泄漏检测系统70可检测热交换器12或流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)内的交叉污染。例如，泄漏检测系统70可检测来自浆料流管线46的浆料进料14对原始合成气23的经冷却原始合成气流管线66的交叉污染。作为另一个示例，泄漏检测系统70可检测来自原始合成气流管线62的原始合成气23对浆料进料14的经加热流管线47的交叉污染。此外，泄漏检测系统70可检测流过壳管式热交换器12的管侧的浆料进料14对流过壳管式热交换器12的壳侧的原始合成气23的交叉污染。如下面进一步描述的那样，沿着流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)或在热交换器12内的一系列传感器52可对控制器56提供传感器反馈，以确定浆料进料14和/或原始合成气23的交叉污染的性质。例如，在某些实施例中，传感器52可基于温度差或压差来检测浆料进料14对流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)内的原始合成气23的交叉污染。在其它实施例中，传感器52可基于其它感测变量，诸如例如流管线内的湿度含量、气泡、气穴作用或它们的组合，来检测流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)内的交叉污染。在另外的其它实施例中，传感器52可检测流率变化、压力的快速或逐渐损失、温度的快速或逐渐损失、进入或离开气化器的输出的减少，或者它们的组合。
[0049]在某些实施例中，控制器56可包括工业控制器56，诸如具有2、3个或更多个处理器58的双重或三重冗余控制器。例如，处理器58可包括通用处理器或特定用途微处理器。特别地，在一些实施例中，控制器56可包括任何适当的计算装置，诸如台式计算机或服务器。同样，存储器60可包括易失性和/或非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器、硬盘驱动器(HDD)、可移动的盘驱动器和/或可移动盘(例如CD、DVD、蓝光盘、USB笔驱动器等)或者它们的任何组合。另外，在某些实施例中，系统10可包括显示器57。在一些实施例中，显示器57可集成到控制器56中(例如移动装置屏幕)，或者与控制器56分开(例如，不同的监测显示器)。如下面论述的那样，可使用显示器57来对用户呈现使得用户能够使用图形用户接口来选择各种对象的信息。另外，系统10可包括一个或多个输入装置61， 输入装置61接收一系列来自一个或多个用户的选择。在某些实施例中，输入装置61可包括鼠标、键盘、触敏屏、轨迹板，或者用于将输入接收到控制器56的其它输入装置。
[0050]在泄漏检测系统70和控制器56确定气化系统10内有泄漏(例如浆料进料14和原始合成气23之间的交叉污染)的情形中，操作者可通过分别将浆料流管线46中的浆料进料14和原始合成气流管线62中的原始合成气改向到未加热流管线24和原始合成气旁通流管线64中，来绕过热交换器12。在这样的实施例中，操作者可手动地控制流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)的阀54，或者操作者可接合控制器56，以控制阀54。在另一个实施例中，控制器56可自动绕过热交换器12，以及控制流管线的阀54。通过绕过热交换器12，操作者可冲洗掉热交换器12和流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)的交叉污染，以使得能够修理热交换器12和/或流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)。例如，操作者(或控制器56)可控制阀54，以便以平稳的方式绕过热交换器12，使得浆料大致恒定地流到气化器22。在其它实施例中，气化系统10可包括由控制器56控制的自动冲洗系统，自动冲洗系统在自动冲洗(即，清洁)掉热交换器12和流管线(例如流管线24、
46、47、62、64或66)的交叉污染之前，自动地使原始合成气23和浆料进料14改向。另外，在某些实施例中，未加热流管线24和原始合成气旁通流管线64 (例如，旁通流管线)可由控制器56用来调节浆料进料14的预热量。例如，提高通往未加热流管线24的浆料进料14的量可降低为气化器22预热的浆料进料14的量。另外，浆料进料14与合成气洗涤器34是相容的，所以不必立刻检测交叉污染。
[0051]在其它实施例中，可在合成气洗涤器34内进行下游处理的期间，移除原始合成气23和浆料进料14之间的交叉污染。如上面论述的那样，合成气洗涤器34例如通过使用由水供应74供应水的水骤冷装置72来减少包含在原始合成气23中的杂质76 (例如颗粒和氯化物)的量。实际上，还从原始合成气23中移除其它杂质76，诸如硫化物或二氧化碳。特别地，合成气洗涤器34可将交叉污染产物(例如交叉污染到经冷却原始合成气流管线66中的浆料进料14)作为杂质76移除。杂质76可离开合成气洗涤器34，以及进入合成气洗涤器循环泵78。在某些实施例中，杂质76可先进入合成气洗涤器循环泵78，然后再次通过合成气洗涤器喷嘴80经由流管线82进入合成气洗涤器34。在其它实施例中，控制器56可确定杂质76包含可在气化器22内使用的大量浆料进料14。在这样的实施例中，合成气洗涤器循环泵78可将由杂质76聚集而成的浆料进料14从流管线84传递到未加热流管线24中。在另外的其它实施例中，合成气洗涤器循环泵78可将杂质76传递到骤冷水过滤器86，骤冷水过滤器86从杂质76中移除骤冷水，以供应到水骤冷装置72的骤冷环供应88。骤冷环供应88。
[0052]如上面描述的那样，气化系统10包括用来监测气化系统10中的流的各种参数(例如温度、压力、流率、气体成分或浓度等)的多个传感器52。特别地，传感器52可由泄漏检测系统70用来监测气化系统10的交叉污染的各种指示。例如，泄漏检测系统70的传感器52可监测各种流管线(例如流管线24、46、62、64或66)的温度，以确定温度是在期望范围内，还是在期望范围之外。作为另外的示例，泄漏检测系统70的传感器52可监测压力变化、湿度含量、气泡的浓度、气穴现象、流率变化、进入/离开气化器22的流管线的输入或输出，或者它们的组合。 如不出的那样，传感器52可位于热交换器12、合成气洗漆器34、气化器22、原始合成气23或浆料进料14的内部。在一些实施例中，传感器52可位于两个区段之间的一个或多个流管线(例如流管线24、46、62、64或66)中。
[0053]图3是用于用原始合成气23预热浆料进料14的热交换器12的实施例的示意图。如上面描述的那样，热交换器12可包括任何数量(例如两个、三个、四个、五个、六个或更多个)的单独的热交换器，而且可包含任何形式的热交换器(例如板式热交换器、板壳式热交换器、板翅式热交换器、枕板式热交换器、再生式热交换器、绝热轮式热交换器、流体热交换器、废热回收单元、动态碎表面式热交换器、相变热交换器或它们的组合)。在示出的实施例中，热交换器12是具有壳90和一个或多个管92的壳管式热交换器。特别地，浆料进料14可流过一个或多个管92，并且原始合成气23可流过壳90，使得热通过壁管92从原始合成气23传递到浆料进料14。在其它实施例中，原始合成气23可流过一个或多个管92，并且浆料进料14可流过壳90。在另外的其它实施例中，热可通过壳式热交换器12从原始合成气23传递到浆料进料14。
[0054]在示出的实施例中，浆料进料14通过浆料流管线46在管入口 94处进入热交换器12的一个或多个管92。浆料进料14在低的接近温度(例如大约45°C至70°C )下流过热交换器12的一个或多个管92。另外，原始合成气23通过原始合成气流管线62在壳入口96处进入热交换器12的壳。原始合成气23在高的接近温度(例如大约150°C至250°C )下进入热交换器12。在某些实施例中，热交换器12可包括一个或多个挡板98，挡板98在热交换器12的壳90内提供分隔壁(例如间隔件)。挡板98构造成以一个或多个“U形”构造、迂回构造、Z字形构造或大体任何可变路径构造引导壳90内的流体流,使得壳90内的流体流不以最短的可能路线到达壳出口 100。例如，在示出的实施例中，在原始合成气23在壳出口 100处离开壳90之前，挡板98以两个“U形”构造(即，原始合成气路线101)传送原始合成气23。特别地，通过壳90的较长的原始合成气路线101会增加原始合成气23与流过一个或多个管92的浆料进料14进行热接触的时间量。随着浆料进料14移动通过一个或多个管92(例如，方向线102)，浆料进料14预热到大约130°C至170°C之间的温度。当与管入口 94处的浆料进料14相比时，浆料进料14在管104处以更高的温度离开，并且继续沿着未加热流管线47到达气化器22。同样，原始合成气23在壳出口 100处以较低的温度离开，并且继续向下游沿着经冷却原始合成气流管线66到达合成气洗涤器34。在具有其它类型的热交换器12的其它实施例中，原始合成气23和浆料进料14的布置可改变。
[0055]在示出的实施例中，热交换器12还可包括泄漏检测系统70，泄漏检测系统70构造成检测热交换器12、流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)，或者它们的组合内的泄漏。泄漏检测系统70可包括沿着流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)或在热交换器12内或者围绕热交换器12的多个传感器52。例如，热交换器12可包括沿着一个或多个管92或在壳90内的传感器52。在某些实施例中，泄漏检测系统70可检测热交换器12或流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)内的交叉污染。例如，泄漏检测系统70可用传感器52检测从管92泄漏到壳90中的浆料进料14的交叉污染。另外，泄漏检测系统70可检测在经冷却原始合成气流管线66内的从壳出口 100离开且流到合成气洗涤器34中的浆料进料14的交叉污染。
[0056]如上面描述的那样，气化系统10包括多个传感器52，用来监测气化系统10中的气体流的各种参数(例如温度 、压力、流率、温度变化、压力、或流率、气体成分或浓度、气泡的浓度、湿度水平、气穴现象、流管线的输入或输出等)。特别地，传感器52可由泄漏检测系统70用来监测关于气化系统10的热交换器12内有交叉污染的各种指示。如示出的那样，传感器52可在热交换器12内部沿着管92定位或位于壳90内。传感器52还可沿着流管线(例如流管线24、46、47，62、64或66)在热交换器12的外部。控制器56可用处理器58和存储器60处理接收自传感器52的传感器反馈，而且可基于传感器反馈，将控制信号发送到气化系统10的各种阀54 (或促动器)。在其它实施例中，控制器56包括存储在非暂时性的计算机可读介质上的泄漏监测指令。例如，泄漏监测(例如泄漏检测)指令存储在存储器60中，并且配置成由处理器58执行。指令可使控制器56控制一个或多个传感器52，以及接收来自一个或多个传感器52的指示泄漏状况(例如，浆料流管线46和原始合成气流管线62之间的泄漏)的反馈信号。指令可进一步使控制器56控制一个或多个阀54(或促动器)，以自动冲洗掉热交换器12或流管线(例如流管线24、46、47、62、64或66)的交叉污染。在某些实施例中，指令可控制围绕热交换器12的流管线的旁通，将流管线改向到热交换器12中，或进行它们两者。
[0057]特别地，指令可包括温度控制指令，用以控制在热交换器12中从沿着原始合成气流管线62的原始合成气23到沿着浆料流管线46的浆料进料14的热传递。在某些实施例中，指令还可包括气化监测指令，用以监测与接收来自热交换器12的浆料进料14的气化器22相关联的传感器反馈，并且温度控制指令对与气化器22相关联的传感器反馈作出响应。在一些实施例中，指令还可包括污染检测指令，用以检测浆料污染或合成气污染。例如，指令检测原始合成气23对浆料进料14的浆料污染，或者浆料进料14对原始合成气23的合成气污染。在一些实施例中，指令还可包括用以响应于浆料进料14的污染或原始合成气23的污染来启动一个或多个控制动作的污染响应控制指令。
[0058]本发明的技术效果包括在浆料进料14进入气化器22以进行各种燃烧过程之前预热浆料进料14。在某些实施例中，使用热交换器12来预热浆料进料14，热交换器12将热从IGCC系统内的热的过程流16传递到浆料进料14。例如，热交换器12可将热从排出自气化器22的原始合成气23传递到浆料进料14。特别地，某些实施例涉及泄漏检测系统70。例如，泄漏检测系统70构造成检测热交换器12或系统10的流管线(例如流管线24、46、
47、62、64或66)内的泄漏。泄漏检测系统70可包括沿着IGCC系统10的流管线或在热交换器12内或围绕热交换器12的多个传感器52，传感器52构造成检测热交换器12或流管线内的交叉污染(例如原始合成气23中的泄漏的浆料进料14或浆料进料14中的泄漏的原始合成气23)。
[0059]本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 热交换器，其包括 具有合成气流径的第一通道；以及 具有浆料流径的第二通道，其中，当在运行时，所述热交换器使热从沿着所述合成气流径的合成气传递到沿着所述浆料流径的浆料，其中，所述热传递使所述浆料从第一浆料温度加热到第二浆料温度，而且使所述合成气从第一合成气温度冷却到第二合成气温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括控制器，所述控制具有处理器、存储器和存储在所述存储器上且可由所述处理器执行的指令，其中，所述指令包括温度控制指令，用以控制从沿着所述合成气流径的合成气到沿着所述浆料流径的浆料的热传递。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述指令包括气化监测指令，用以监测与接收来自所述热交换器的浆料的气化器相关联的传感器反馈，并且所述温度控制指令对与所述气化器相关联的传感器反馈作出响应。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述指令包括污染检测指令，用以检测所述合成气对所述浆料的浆料污染或所述浆料对所述合成气的合成气污染。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述指令包括污染响应控制指令，用以响应于所述浆料污染或所述合成气污染而启动一个或多个控制动作。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括污染检测系统，其包括联接到所述热交换器上，在所述 热交换器上游的第一浆料流径中，在所述热交换器下游的第二浆料流径中，在所述热交换器上游的第一合成气路径中，在所述热交换器下游的第二合成气路径中，或者以它们的任何组合的方式定位的一个或多个传感器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述一个或多个传感器构造成获得指示所述浆料流径和所述合成气流径之间的泄漏状况的传感器输入。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述一个或多个传感器包括温度传感器、压力传感器、流率传感器、气泡传感器、湿度传感器、气体成分传感器或它们的任何组合。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述污染检测系统包括设置在所述热交换器中，在所述热交换器上游的第一浆料流径中，在所述热交换器下游的第二浆料流径中，在所述热交换器的上游的第一合成气路径中，在所述热交换器下游的第二合成气路径中，或者以它们的任何组合的方式设置的一个或多个阀。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括气化器，所述气化器构造成产生处于所述第一合成气温度的合成气，以及接收来自所述第二通道的处于所述第二浆料温度的浆料。
【文档编号】C10J3/50GK104046394SQ201410094206
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】F.S.拉斯, H.N.鲁帕尼, D.K.霍兰德, M.D.卡特, A.E.杰克逊 申请人:通用电气公司