[发明专利]用于干燥进料系统的用合成气冷却来加热干燥气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过将来自于合成气流的热量传递至用作燃气涡轮发动机燃烧器的主要进料的固体燃料来改善煤发电设备的总效率的方法。

背景技术

固体原料的气化和来自于该原料的烃成分随后在燃气涡轮发动机中的燃烧是公知的。在用煤作为原料的情况下，由于难以传送潮湿的固体以及在煤原料中存在水分相关的固有效率损失，故大多数气化工艺需要相对较干(水分含量低)的煤。由于几乎所有市售煤都含有一定量的水，故需要在气化之前以有效方式对煤进行干燥。在使用通常含有大约20％至大约65％按重量计的水的次烟煤、褐煤或棕色煤原料时，这种需求甚至愈发重要。

干燥供给气化器的固体燃料原料的公知方法涉及使很热的气体扫掠通过固体磨碎机。在此类系统中，干燥气体的温度在系统工作压力下必须保持在远高于水的沸点温度，一般在300℉至900℉之间，以便有效地蒸发过多的水分。以前已采用了各种方式来产生干燥气体介质，该介质可用于除去固体煤原料中过多的水。然而，公知的固体原料的加热和干燥源所具有的缺陷在于总是会降低设备的总效率。例如，许多系统包括在热交换器中使用过热蒸汽和燃气涡轮机抽取空气，或直接燃烧热交换器或间接燃烧热交换器中的燃料，如天然气或丙烷。在直接燃烧构造中，使用空气和燃料成分的混合物来产生热燃烧气体。因为天然气或丙烷是辅助流，其一般不会现场存在。直接燃烧这些燃料会形成污染物排放源，且因此它们通常并非用以经济地干燥固体原料的可接受方法。其它现有方法在间接燃烧热交换器中使用来自于单独的发电设备的过程蒸汽或已加热的气体。同样，需要单独的发电设备设施来提供所需的热力发动机通常并非经济的备选方案。

干燥固体的另一公知方法涉及燃烧通过气化所产生的一部分清洁合成气体，且在碎煤输送至粉末料仓或料斗中时使燃烧气体通过碎煤。磨碎和干燥设备由于它们消耗一部分气体燃料，故而会降低发电设备的总效率。另一现有方法通过燃烧一部分碎煤来获得干燥能量，从而加热在干燥设备中循环的进料。然而，发电设备的净效率必然也会下降。此外，在以此方式获得干燥能量时，来自于发电设备的诸如硫的排放物也会增加。因此，尽管存在各种常规方法用于干燥煤原料，但仍然需要显著降低在公知工艺中固有的热无效性。

发明内容

本发明包括一种通过将热量从合成气流传递至用作供给气化器的主要进料的固体燃料来改善煤发电设备总体热效率的方法。一个示例性实施例包括如下步骤：首先通过将热量传递至供送给进料制备装备的补充气体进料来冷却原始合成气排气，同时将固体燃料成分(例如，次烟煤)与部分传送/干燥气流(例如，惰性气体)一起供送到用于固体原料的磨碎机构(例如，磨碎机)中，形成包括碎原料颗粒和传送/干燥气体的两相固体/气体流，同时加热和干燥碎固体原料颗粒用以除去水和提高原料温度，分离和除去在加热和干燥步骤中所形成的大致所有水蒸气，以及将已加热和干燥的固体流供送至气化器。本发明还构思出一种新型合成气冷却器设计，用于将热量传递给在使用各种新型合成气冷却器设计的工艺和相关系统中所使用的补充气流。

附图说明

图1为根据本发明的工艺的第一实施例的示例性工艺流程图，由此，热合成气的冷却用作加热和干燥供给气化器的固体原料的主要手段；

图2为根据本发明的工艺的第二实施例的示例性工艺流程图，再次将热合成气中所除去的热量用作干燥固体煤原料的主要手段；

图3为根据本发明的工艺的第三实施例的示例性工艺流程图，大致如第一、第二实施例中所述那样使用合成气冷却；

图4为根据本发明的工艺的第四实施例的示例性工艺流程图，也大致如第一、第二、第三实施例中所反映的那样使用合成气冷却；

图5A示出了根据本发明的工艺中使用的示例性合成气冷却器(热交换器)，用于加热所用气流，以便干燥供给气化器的固体进料，在此情况下，合成气冷却器具有设置在内壁与容器壳体之间的环形空间中的垂直定向的连续盘管；

图5B提供了设置在由图5A中实施例的内壁与容器壳体所限定的环形空间中的垂直定向的连续盘管的前正视图；

图6A绘出了作为根据本发明的工艺的一部分的备选示例性合成气冷却器设计，其使用设置在内壁与容器壳体之间的环形空间中的水平定向的连续盘管；

图6B提供了在图6A中实施例的内壁与容器壳体之间的环形空间中的水平设置的连续盘管的前正视图；

图7绘出了根据本发明的另一备选示例性合成气冷却器设计，其具有定位在正常工作期间收容高温骤冷水的合成气冷却器壳体下部中的水平定向的连续加热盘管；