[发明专利]整体气化联合循环发电系统和气化反应器以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及整体煤气化联合循环发电(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)系统，特别涉及一种对IGCC系统中配置的气化反应器(gasification reactor或者gasifier)进行冷却的系统和方法。

背景技术

至少一些已知的IGCC系统包括一个气化系统以及至少一个与该气化系统相连接的涡轮发电系统。该气化系统可以包括一个气化反应器，以用于将燃料，空气或者氧气，蒸汽，以及固态物例如石灰岩等的混合物转换成部分燃烧的气体，通常称作“合成气”(syngas)。气化反应器内的混合物在燃烧的过程中，通常会产生大量的热量。例如，在一些燃烧过程中，气化反应器内的温度可能超过1600-1800摄氏度。为了保护高温作用下的气化反应器的炉壁，以及延长气化反应器的使用寿命，通常在气化反应器的内壁会设置一层耐高温的内衬材料。

公知的耐高温内衬材料有多种类型。其中一种内衬材料为耐火砖，其可以将气化反应器的内壁和炉内的高温环境隔绝开，从而起到保护炉壁的作用。然而，使用耐火砖的一个缺陷是耐火砖可能需要进行替换，由此会增加气化反应器的维护成本。此外，气化反应器的耐火砖一般需要预热和冷却时间以避免热冲击损坏。

因此，有必要提供一种改进的系统和方法以解决上述提及的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种气化反应器。该气化反应器包括炉体，第一冷却装置和第二冷却装置。该炉体内设有反应室，该反应室被设置成接纳含碳的燃料和含氧的物质的混合物。该混合物在该反应室内经过部分燃烧产生合成气。该炉体包括第一上部区域和第二中部区域。该第一冷却装置设置在该炉体的第一上部区域，该第一冷却装置至少部分转移该第一上部区域由于该混合物在反应室内部分燃烧所产生的热量。该第二冷却装置设置在该炉体的第二中部区域。该第二冷却装置至少部分转移该第二中部区域由于该混合物在反应室内部分燃烧所产生的热量。

本发明的另一个方面在于提供另一种气化反应器。该另一种气化反应器包括炉体和热交换装置。该炉体内部设置有供含碳燃料以及含氧物质发生部分燃烧反应并产生合成气的反应室，该炉体包括内侧和外侧。该热交换装置设置在该炉体的外侧的至少一部分区域；其中，该热交换装置用于吸收该反应室由于部分燃烧反应产生的热量。

本发明的再一个方面在于提供一种用于冷却气化反应器炉体的方法。该方法至少包括如下步骤：使用第一冷却装置冷却该炉体的第一区域；其中，该第一冷却装置被设置成具有至少一部分与该第一区域相匹配的形状；以及使用第二冷却装置冷却该炉体的第二区域；其中，该第二冷却装置被设置成具有至少一部分与该第二区域相匹配的形状。

本发明的再一个方面在于提供一种用于对气化反应器的炉体进行冷却的冷却系统。该冷却系统包括第一冷却装置和第二冷却装置。该第一冷却装置设置在该炉体的第一上部区域。该第二冷却装置设置在该炉体的第二中部区域。该第一冷却装置和该第二冷却装置均被设置成分别与该第一上部区域和该第二中部区域相匹配的形状。

本发明的再一个方面在于提供一种调节气化反应器的炉体温度的方法。该方法至少包括如下步骤：获取该气化反应器在进行内部燃烧过程中的炉体的温度轮廓，该温度轮廓至少包括与该炉体的第一区域相对应的第一温度区域以及与该炉体的第二区域相对应的第二温度区域；根据获取的该第一温度区域采用第一冷却策略对该炉体的第一区域进行冷却，该第一冷却策略使用与该第一区域相联系的第一冷却装置；以及根据获取的该第二温度区域采用第二冷却策略对该炉体的第二区域进行冷却，该第二冷却策略使用与该第二区域相联系的第二冷却装置。

本发明的再一个方面在于提供一种整体气化联合循环发电系统。该整体气化联合循环发电系统包括气化反应器和燃气轮机。该气化反应器包括炉体和冷却系统。该炉体内设有反应室，该反应室被设置成接纳含碳的燃料和含氧的物质的混合物，该混合物在该反应室内经过部分燃烧产生合成气，该炉体包括第一上部区域和第二中部区域。该冷却系统包括第一冷却装置和第二冷却装置，该第一冷却装置设置在该第一上部区域，该第二冷却装置设置在该第二中部区域。该燃气轮机与该气化反应器进行流体连接，该燃气轮机被配置成燃烧从该气化反应器输出的合成气。

本发明提供的气化反应器，冷却系统，冷却气化反应器炉体的方法，调节气化反应器的炉体温度的方法，整体气化联合循环发电系统，通过使用分别的冷却装置冷却炉体的不同部分，可以使得炉体得到更好的散热效果，延长炉体的使用寿命。

附图说明