[发明专利]用于优化化工循环工艺的控制系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请根据U.S.C.§119(e)35，要求2010年1月29日提交的共同未决的美国临时专利申请No. 61/299,590的优先权，其公开通过引用而以其整体结合在本文中。

政府特许权利

本发明是根据美国能源部授予的合同DE-FC26-07NT43095在政府的支持下完成的。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本公开大体涉及用于控制和优化功率发生和气化工艺的系统和方法，并且更具体而言，涉及用于控制和优化在功率发生和气化装置内采用的化工循环工艺的系统和方法。

发明背景

可在功率发生装置(例如，发电装置或蒸汽发生装置)中使用化工循环(CL)，功率发生装置燃烧燃料，诸如例如煤、石油、生物燃料、生物质量和其它燃料。采用CL的典型的系统利用高温工艺，其中，诸如例如钙基或金属基化合物的固体在第一反应器(其被称为氧化器)和第二反应器(其被称为还原器)之间“循环”。在氧化器中发生的氧化反应中，喷射到氧化器中的空气中的氧被引入到氧化器的固体捕捉。捕捉的氧然后被经氧化固体携带到还原器，在其中，氧用于燃烧和/或气化上面提到的燃料中的一个(诸如例如煤)。在还原器中的还原反应之后，固体释放捕捉的氧，并且回到氧化器以再次氧化，从而形成循环且重复该循环。

在许多发生系统中，多个CL循环相互作用。CL工艺以及特别是多循环CL工艺的控制和优化可为复杂的。不仅固体的传输会使控制和优化复杂，而且化学反应和热反应会引入变量，诸如例如由于固体的传输以及燃烧和气化工艺中的化学反应速率而引起的时间延迟，这大体在控制和优化系统中得到了处理。

概述

根据本文示出的各方面，提供一种用于优化化工循环系统的控制系统，其包括用于测量化工循环中的一个或多个参数的一个或多个传感器。传感器设置在定位在化工循环中的管道上。传感器产生表示管道中的固体的量的一个或多个数据信号。控制系统包括与传感器通信的数据采集系统。控制系统还包括与数据采集系统通信的控制器，诸如(但不限于)计算机。数据采集系统接收数据信号，并且控制器产生控制信号。控制器与定位在化工循环中的一个或多个阀通信。阀构造成调整通过化工循环的固体流。

根据本文公开的其它方面，数据信号表示管道中的固体的高度、体积和/或质量。

根据本文公开的其它方面，数据信号表示跨过化工循环的一部分而测得的压差、化工循环的一部分中的质量流率和/或化工循环的一部分中的空气流率。

根据本文公开的其它方面，传感器定位在其上的管道是基本竖向的，并且定位在分离器和另一个阀之间，并且与该分离器和该另一个阀处于流体连通。分离器和另一个阀两者定位在管道中。分离器在氧化器和还原器中的至少一个的下游设置在化工循环中。

根据本文公开的其它方面，化工循环系统包括与第二化工循环处于流体连通的第一化工循环。控制信号中的一个或多个与定位在第一化工循环中的一个或多个第一阀和定位在第二化工循环中的一个或多个第二阀通信。第二阀构造成调整通过第二化工循环和/或在第一化工循环和第二化工循环之间的固体流。

根据本文公开的其它方面，公开一种用于控制和优化化工循环的方法。提供氧化器，其具有与氧化器的内部区域处于流体连通的第一管道。还提供分离器，其与第一管道处于流体连通，并且具有联接到其上的第二管道。第二管道的一部分基本沿竖向定位。控制阀定位在第二管道中，并且一个或多个传感器在分离器和控制阀之间定位在第二管道的基本竖向部分中。还提供了控制系统。传感器与控制系统通信。传感器产生表示第二管道中的固体的量的一个或多个数据信号。数据信号由控制系统接收。用控制信号来控制控制阀，以调整通过化工循环的固体流。

附图简述

现在参照附图，附图是示例性实施例，并且其中，相同元件以相同的方式编号：

图1是功率发生装置的CL系统的简化框图；以及

图2是功率发生装置的互相连接的多循环CL系统的简化框图。

优选实施例的详细描述