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CN102021040B - 用来使用蒸汽干燥固体进料的方法和装置 - Google Patents

用来使用蒸汽干燥固体进料的方法和装置 Download PDF

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CN102021040B CN201010290777.8A CN201010290777A CN102021040B CN 102021040 B CN102021040 B CN 102021040B CN 201010290777 A CN201010290777 A CN 201010290777A CN 102021040 B CN102021040 B CN 102021040B
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Abstract

本发明涉及用来使用蒸汽干燥固体进料的方法和装置，具体而言，蒸汽(12)可用来在将进料(16)输送至气化器(26)之间干燥进料(16)。蒸汽(12)供应可输送至诸如进料干燥器(18)的实施例。来自该蒸汽(12)的热量然后可传递到进料(16)中，并用来干燥该进料(16)。蒸汽(12)压力可包括从75磅每平方英寸直至并包括900磅每平方英寸的压力。

Description

用来使用蒸汽干燥固体进料的方法和装置
技术领域
本文公开的主题涉及原料处理。更具体地，本发明公开的实施例涉及通过使用来自各种设备部件的蒸汽干燥进料。
背景技术
化石燃料，诸如煤炭或石油，可进行气化以用在电力生产、化学、合成燃料或用于多种其它应用中。气化涉及含碳燃料与有限的氧气在非常高的温度下的不完全燃烧，以产生合成气(一种包含一氧化碳和氢气的燃料)，其使得与燃料处于其原始状态相比能够具有更高的效率和更清洁的排放。
不同的含碳燃料可以以变化的成功性来进行气化。就是说，较低的含水量值通常暗示着更容易燃烧且更高效地气化的燃料。材料的含水量值是材料中存在的水的量的测量值。例如，由石油裂解气产生的石油焦具有相对低的含水量，并且因而易于气化。相比之下，低等级的煤炭和生物质可具有高含水量，并且因而难于气化。在一些情况下，诸如玉米秆和柳枝稷的生物质可包含如此多的水分，以致其变得过于困难而不能气化该燃料。此外，燃料中的高水分降低了流动性并导致处理和输送期间频繁的堵塞。可能的烦扰包括袋滤室的污垢和喷嘴的分流(bridging)。必须去除足够的水分以便燃料可以可靠地传送至反应炉。燃料中的水分可通过加热去除。然而，用于加热燃料所需的能量可能是成本极高的。因此，开发用来更有效地干燥固体燃料(包括低等级煤炭和生物质)的方法和系统可能是期望的。
发明内容
以下概述了在范围上与最初要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制所要求保护的发明的范围，相反这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可包括可与以下详述的实施例相似或相异的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括热交换器，该热交换器可从之前理解为具有大约75到900磅每平方英寸压力的蒸汽将热量传递至位于气化器上游的固体进料。
在第二实施例中，一种系统包括进料干燥器，该进料干燥器将热量从蒸汽传递至位于气化器上游的固体进料。
在第三实施例中，一种方法包括从气化器部件接收蒸汽，并将热量从该蒸汽传递至进料。
附图说明
当参考附图阅读以下具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中贯穿附图，相似的标号代表相似的部件，其中：
图1图示了利用蒸汽来干燥固体燃料进料而无需使用中间流体的固体进料干燥系统的一个实施例的方块图；
图2图示了利用中等压力蒸汽来通过中间热传递介质(例如，气体)间接干燥固体燃料进料的固体进料干燥器的一个实施例的方块图；
图3描绘了利用中等压力蒸汽来干燥固体燃料进料的整体煤气化联合循环(IGCC)发电设备的一个实施例的方块图；
图4描绘了图3中所描绘的IGCC发电设备的固体进料处理部分的一个实施例的方块图，该固体进料处理部分包括硫回收单元和进料研磨机/干燥器；以及
图5描绘了图3中所描绘的IGCC发电设备的固体进料处理部分的一个实施例的方块图，该固体进料处理部分包括水煤气转换反应器和进料研磨机/干燥器。
部件列表
10    进料制备系统
12    中等压力蒸汽
14    整体煤气化联合循环(IGCC)部件
16    进料
18    进料干燥器
20    进料输送系统
22    热交换器
24    干燥进料传送器
26    气化器
28    控制器
30    进料制备系统
32    气体
34    热交换器
36    热交换器
50    IGCC系统
52    燃料源
54    进料准备单元
56    熔渣
58    水煤气转换反应器
60    气体清洁单元
62    硫
64    硫回收单元(SRU)
66    热交换器
68    空气分离单元(ASU)
70    盐
72    水处理单元
74    气体处理器
76    气体成分
78    燃烧器
80    燃气涡轮发动机
82    补充空气压缩机
84    稀释氮气压缩机(DGAN)
86    涡轮
88    驱动轴
90    压缩机
92    负载
94    蒸汽涡轮发动机
96    热回收蒸汽发生(HRSG)系统
98    第二负载
100   冷凝器
102   冷却塔
110   部分
114   给水
116   研磨机
118   冷凝器
120   分离(KO)鼓
130   部分
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在本说明书中可能不描述实际实施方式的全部特征。应该理解的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施方式特定的决定来达成开发者的特定目标，例如遵循系统相关和业务相关的限制，这可能从一个实施方式到另一个实施方式而不同。而且，应该理解的是，此类开发努力可能是复杂而耗时的，但对于那些受惠于本发明公开的本领域技术人员仍将成为设计、制造以及生产中的日常工作。
当介绍本发明的各种实施例的要件时，用词“一”、“一个”、“该”以及“所述”意在指存在一个或多个要件。用词“包括”、“包含”以及“具有”意在为包括性的，并且表示除了所列举的要件之外可能还有另外的要件。
所公开的实施例包括用于干燥固体燃料进料的系统和方法，包括诸如生物质和低等级煤炭的高含水量进料。固体燃料进料可将其水分通过施加热量经过蒸发而去除。不幸的是，根据固体进料流率以及所需要的干燥量，固体燃料进料的干燥可使用大约50-100百万btu/hr。此外，高含水量进料的干燥使用额外的能量，因为能量输入与所需的干燥量成比例。所公开的实施例可用来通过重复使用来自现有设备部件的能量源来更有效地干燥进料，包括高含水量进料。总体而言，蒸汽可从IGCC设备的现有部件(例如，硫回收单元和水煤气转换反应器)重新使用，并且可重新引导以提供用于干燥进料的热量。中等压力蒸汽对于用在进料干燥操作中可能是理想的，因为该蒸汽包含用于干燥的足够的热能，并且热能否则将被浪费掉。例如，大多数现有中等压力蒸汽源(例如硫回收单元和水煤气转换反应器)否则将使中等压力蒸汽下降成低压力蒸汽(例如，处于75PSIG以下的蒸汽)以用在其它设备部件中。
这些示例设备部件(例如，水煤气反应器，硫回收单元)需要在产生中等压力(MP)蒸汽的温度下的运行，同时燃料干燥过程可以在相同的温度下运行。所产生的MP蒸汽具有直接产生动力的可能性，然而，有限的量使得这成本极高。在燃料干燥中，使用较高的温度(例如，高压力蒸汽)可能是昂贵的，因为能量可在其它地方更好地使用，而使用较低的温度(例如，低压力蒸汽)会由于例如热交换器上的热夹效应而需要超大的设备。此外，低温度不能引起燃料干燥至期望的水平。所以，前述蒸汽产生部件的一体化可导致更高的整体设备效率。本发明的实施例可将中等压力蒸汽转化成低压力蒸汽，但是可使用在转换期间否则将已经损失的能量并将该能量应用于进料的干燥。通过重新引导而不是排出中等压力蒸汽，IGCC设备能够以更高的能量效率以对现有设备部件最小的改变而运行。
图1描绘了固体进料制备系统10的一个示范性实施例的方块图，该系统可直接使用来自IGCC部件14的中等压力蒸汽12来干燥固体进料干燥器18中的固体进料16。IGCC部件14可包括产生中等压力蒸汽12的任何设备部件，例如，硫回收单元64或水煤气转换反应器58。在某些实施例中，来自IGCC部件14的中等压力蒸汽12可具有大约320℉到534℉的温度和大约75PSIG到900PSIG的压力。例如，中等压力蒸汽12可具有大约450℉到520℉的温度和大约400PSIG到800PSIG的压力，或者大约489℉/600PSIG的平均值。在某些实施例中，中等压力蒸汽可具有在由IGCC部件所产生的蒸汽的压力的40％-100％之间的压力。固体进料16可包括高等级煤炭、石油焦、低等级煤炭、生物质(例如，玉米秆、玉米棒、米糠、甘蔗渣、柳枝稷)等。固体进料16中的含水量可至少大于大约百分之20，百分之30，百分之40，百分之50，百分之60，百分之70，百分之80，或百分之90。
在一个实施例中，潮湿的固体进料16可通过使用由控制器28控制的潮湿进料输送系统20输送至固体进料干燥器18。潮湿进料输送系统20可进行优化以输送潮湿进料，例如，通过使用波斯美崔克泵、传送带、泵、升降机、螺旋喂送器等。某些实施例可由固体进料干燥器18使用来干燥固体进料16。在一个实施例中，进料干燥器18可由控制器28控制并包括封闭的容器，诸如干燥室、研磨机、泵、封闭的通道、管组、中空壁、以及旋转干燥器等。干燥器18也可包括设计成允许蒸汽将热量传递至固体进料的一个或多个通道，以及用来在从固体进料去除水分后排放蒸汽的排放口。干燥器18可包括联接到热交换器22上的入口，其允许蒸汽流入干燥器18。还可将出口联接到干燥器18上，以允许蒸汽离开干燥器。在一些实施例中，离开干燥器18的蒸汽被重新循环并重新使用，例如通过将蒸汽发送回干燥器18和/或热交换器22中。在其它实施例中，可将蒸汽发送至其它IGCC部件14。
固体进料16在干燥前或干燥期间可经历若干处理，例如，固体进料16可被撕碎、研磨和/或粉碎。控制器28可通过将中等压力蒸汽12的供应引入热交换器22(例如，鳍片和管式热交换器)而控制干燥过程。来自热交换器22的热量可将热能从中等压力蒸汽12传入包围固体进料16的封闭容器中，例如，通过将蒸汽发送至环绕封闭容器的散热管。热能然后可传入固体进料16中的水分，从而将水分从固体进料16蒸发走。
在另一个实施例中，固体进料干燥器18还可包括诸如大桶的开口容器，或料仓等。围绕固体进料16的开口容器可从由控制器28控制的中等压力蒸汽12的供应收集热能。围绕固体进料16的开口容器可将热能传入固体进料16，并使用类似的蒸发方法来从固体进料16去除水分。在又另一个实施例中，固体进料干燥器18可包括开口和封闭容器的组合，其可用来封入和/或包围固体进料16以进行干燥。可使用能够使用蒸汽中的热能来干燥固体的任何实施例。此外，机械混合/研磨装置可协助传递热量。可通过使MP蒸汽在混合硬件内通过或通过加热气动地使燃料通气的介质气体来间接地传递热量。
在一个实施例中，控制器28可调整(例如，增加或降低)传递给进料干燥器18的热量、干燥进料传送器24(例如，气体夹带固体传送器)的速度、以及气化器26的运行特性。例如，控制器28可增加或降低中等压力蒸汽12通过热交换器22的流率，选择性地在产生不同中等压力蒸汽(例如，不同的温度)的两个或更多个不同的IGCC部件14之间改变，增加或减少固体进料16在进料干燥器18中的驻留时间，以及调整固体进料16的研磨来改变气化器26的上游的进料16的水分水平。控制器28可接收与IGCC部件14、中等压力蒸汽12、固体进料16、进料干燥器18、干燥进料传送器24以及气化器26有关的各种传感器反馈。例如，传感器反馈可包括温度、压力、含水量以及进料16的其它特性，以及气化器26的运行特性(例如，温度和压力)。如果含水量不是处在令人满意的水平，则控制器28可调整一个或多个参数来增加或降低固体进料16的含水量。不同的气化器类型能够使用包含不同水分水平的燃料，例如，某些向上排气的气化器能够使用具有小于大约百分之5，百分之10，百分之20，百分之30，百分之40，百分之50，或百分之60的含水量的燃料。因此，取决于气化器26的类型，固体进料16可在不同的水分水平下被认为是干燥的并且准备好进行传输。
在一个实施例中，中等压力蒸汽12中的大部分热能可由热交换器22传递并用来干燥固体进料16。冷凝的蒸汽可进一步重新使用(例如，作为用于另一个设备部件的给水或者作为高压冷却介质)。带有蒸发的水分的传输气体可在水分被去除后重新使用。在另一个实施例中，中等压力蒸汽12中的仅一些热能可被热交换器22传递并用来干燥固体进料16，产生可包含用来用于其它系统部件中的热能的低压蒸汽。所产生的低压蒸汽在例如LP闪蒸槽的使用之后，可进一步引向其它设备部件(例如，作为由低压涡轮使用的蒸汽)。
转到图2，该图图示了固体进料制备系统30的一个示范性实施例，该系统可间接使用来自IGCC部件14的中等压力蒸汽12来干燥固体进料干燥器18中的固体进料16。在此实施例中，中等压力蒸汽12的供应可由控制28控制来加热同样由控制器28控制的中间热传递介质的供应(例如，气体32)。气体32可包括任何合适的气体，例如氮气、空气或任何另一种惰性气体。如意识到的，氮气和空气可容易地在IGCC中得到，并因而对于系统30尤其有用。
气体32可通过使用热交换器34加热至中等压力蒸汽12的温度(例如，310℉到524℉之间)的大约5到20℉之内(例如10℉)。得到的热气体32然后可由进料干燥器18用来干燥固体进料16并将进料16传送给气化器26。将热气体32用作中间热能介质可能是有利的，因为热气体32可基本上没有水分，并且因而可使用更简单且廉价的实施例来干燥固体进料16。例如，系统30可直接使气体32流过和/或环绕带有或没有热交换器的进料干燥器18。换句话说，热交换可直接从热气体32到潮湿的进料16而发生，或者直接发生在进料干燥器18的壳体上。在一个实施例中，热气体32可主要包括氮气，氮气可由固体进料干燥器18直接发送到固体进料16上以便干燥该固体进料16。在另一个实施例中，热气体32可主要包括干燥且氧气量大大减少的空气(即，大约89％的氮气和11％的氧气)，其可由固体进料干燥器18直接发送到固体进料16上以便干燥该固体进料16。
系统30还可重新使用从进料干燥器18去除的水汽中的一些。例如，所收集的水可由IGCC部件14用作给水，或者所收集的水可重新加热以与热交换器34一起使用。在任一种情况下，中等压力蒸汽12都将热量传入中间热传递介质，例如气体32。
热交换器36还可用来从热气体32传递热能以用来干燥固体进料16。例如，热交换器36可包括鳍片和管式热交换器，或者围绕进料干燥器18或穿过进料干燥器18延伸的管道，或者用于使气体32围绕进料干燥器18的等候区流动的中空壁。在一个实施例中，进料干燥器18可由控制器28控制并包括封闭的容器，诸如干燥室、研磨机、泵、通道、以及旋转干燥器等。干燥器18也可包括设计成允许蒸汽12或气体32将热量传送至固体进料的一个或多个通道，以及用来在从固体进料去除水分后排放蒸汽12或气体32的排放口。干燥器18可包括联接到热交换器36上的入口，其允许蒸汽12或气体32流入干燥器18。还可将出口联接到干燥器18上，以允许蒸汽12或气体32离开干燥器。在一些实施例中，离开干燥器18的蒸汽12或气体32可被重新循环并重新使用，例如通过将蒸汽12或气体32发送回干燥器18和/或热交换器34，36中。在其它实施例中，蒸汽12或气体32可被发送给其它设备部件。控制器28例如可打开旋转干燥器以干燥固体进料16。来自热交换器36的热量可从中等压力蒸汽12将热能传递至封入固体进料16的封闭的容器。热能然后可传入固体进料16中的水，从而将水从固体进料16蒸发走。
在另一个实施例中，固体进料干燥器18还可包括诸如大桶的开口容器，或料仓等。开口容器可环绕固体进料16，固体进料16可从中等压力蒸汽12接收热能，并可使用类似的蒸发方法来从固体进料16去除水分。在又另一个实施例中，固体进料干燥器18可包括开口和封闭容器的组合，其可用来封入和/或包围固体进料16以进行干燥。可使用能够使用蒸汽中的热能来干燥固体的任何实施例。
在一个实施例中，控制器28可调整(例如，增加或降低)传递给热交换器36的热量、干燥进料传送器24的速度、以及气化器26的运行特性。例如，控制器28可增加或降低中等压力蒸汽12通过热交换器34的流率，增加或降低通过热交换器34和36的气体32的流率，选择性地在产生不同中等压力蒸汽(例如，不同的温度)的两个或更多个不同的IGCC部件14之间改变，增加或减少固体进料16在进料干燥器18中的驻留时间，以及调整固体进料16的研磨来改变气化器26的上游的进料16的水分水平。控制器28可接收与IGCC部件14、中等压力蒸汽12、热气体32、固体进料16、进料干燥器18以及气化器26有关的各种传感器反馈。例如，传感器反馈可包括温度、压力、含水量以及进料16的其它特性，以及气化器26的运行特性(例如，温度和压力)。如果含水量不是处在令人满意的水平，则控制器28可调整一个或多个参数来增加或降低固体进料16的含水量。不同的气化器类型能够使用包含不同水分水平的燃料，例如，某些向上排气的气化器能够使用具有小于大约百分之5，百分之10，百分之20，百分之30，百分之40，百分之50，或百分之60的含水量的燃料。因此，取决于气化器26的类型，固体进料16可在不同的水分水平下被认为是干燥的并且准备好进行传输。
在一个实施例中，中等压力蒸汽12中的大部分热能可由热交换器22传递并用来干燥固体进料16。蒸汽冷凝可进一步重新使用(例如，作为用于另一个设备部件的给水)。带有蒸发的水分的传输气体可在水分被去除和/或排出后重新使用。在另一个实施例中，中等压力蒸汽12中的仅一些热能可被热交换器36传递并用来干燥固体进料16，产生可包含一些热能的低压蒸汽。该低压蒸汽可进一步引导至其它的设备部件(例如，作为由低压涡轮使用的蒸汽)。
图3是整体煤气化联合循环(IGCC)系统50的一个实施例的方块图，该系统具有产生用于干燥燃料源52的中等压力蒸汽12的部件。燃料源52可包括如图1和2中所示的固体进料16，或受益于在气化器26的上游干燥或预热的任何其它合适的燃料源。因此，燃料源52可包括固体进料(例如，16)、液体燃料或它们的一些组合。燃料源52可包括煤炭、石油焦、生物质、木基材料、农业废弃物、柏油、焦炉煤气和沥青，或其它含碳物品。
燃料源52可传给进料准备单元54。进料准备单元54可包括如上参考图1和2讨论的进料干燥器(例如18)。因此，在某些实施例中，进料准备单元54可使用来自中等压力蒸汽12的热量来干燥和/或预热燃料源52，中等压力蒸汽12源于IGCC系统50中的一个或更多部件。由进料准备单元54准备的进料可传给气化器26。气化器26可将进料转换成合成气，例如，一氧化碳和氢气的组合。根据所采用的气化器26的类型，此转换可通过将进料置于处于升高的压力(例如，从大约600PSIG到1200PSIG)和温度(例如，大约2200℉到2700℉)下的受控量的任何缓和剂和氧气中而达成。在热解过程期间进料的加热可产生固体(例如，炭)和残余气(例如，一氧化碳、氢气和氮气)。由热解过程从进料残余的炭可仅重达原始进料的重量的大约30％。
气化器26中的燃烧反应可包括将氧气引向炭和残余气。炭和残余气可与氧气反应以形成二氧化碳和一氧化碳，其为后续的气化反应提供热量。燃烧过程中的温度可在大约2200℉到大约2700℉的范围内。此外，可将蒸汽引入气化器26。气化器26利用蒸汽和有限的氧气来允许其中一些进料燃烧并产生一氧化碳和能量，其可驱动将更多的进料转换成氢气和另外的二氧化碳的第二反应。
以这种方式，可通过气化器26制造合成的气体。合成的气体可包括大约85％的一氧化碳和氢气，以及CH4，HCl，HF，COS，NH3，HCN和H2S(基于进料的硫含量)。此合成的气体可称为“原料合成气”。气化器26还可产生废弃物，诸如熔渣56，其可为潮湿的灰烬材料。
在某些实施例中，脏的合成气可前进至水煤气转换(WGS)反应器58，以获得高的氢气产量。WGS反应器58可执行水煤气转换反应，其中一氧化碳与水(例如蒸汽)反应，以形成二氧化碳和氢气。此过程可将原料合成气中氢气与一氧化碳的比率从大约1比1调整至大约3比1，用于进一步的气体处理。此外，WGS反应器58可产生中等压力蒸汽12，该蒸汽可用来通过进料准备单元54干燥固体进料，如以下关于图5更详细地所述。应该指出WGS反应器58可为酸性WGS反应器，就是说，在水煤气转换反应期间供给到WGS反应器58中的原料合成气中可能存在硫。
可利用气体清洁单元60来清洁原料合成气。气体清洁单元60可洗涤原料合成气，以从原料合成气中去除HCl，HF，COS，HCN和H2S，其可通过酸性气体去除过程而包括H2S的分离。元素硫62可通过硫回收单元64从H2S中回收。如以下关于图4更详细地描述的，硫回收单元64可在元素硫62的回收期间将中等压力蒸汽12重新导入热交换器66。热交换器66可加热源自空气分离单元(ASU)68的氮气，并使用氮气来干燥和/或预热进料准备单元54中的燃料源52。用在进料准备单元54中的氮气然后可重新使用并重新引导至DGAN 84。此外，气体清洁单元60可从原料合成气通过水处理单元72分离盐70，水处理单元72可利用水净化技术从原料合成气产生可用的盐70。随后，可从气体清洁单元60产生清洁的合成气。
可利用气体处理器74来从清洁的合成气去除残余气成分76，例如氨和甲烷，以及甲醇或其它残余化学物。然而，从清洁的合成气去除残余气成分76是可选的，因为清洁的合成气即便包含残余气成分76时(例如尾气)也可用作燃料。在这一点上，清洁的合成气可包括大约3％-40％的CO，大约多达60％的H2，以及大约10％-40％的CO2，并且可大体上去除了H2S。此清洁的合成气可被作为可燃烧燃料引入燃气涡轮发动机80的燃烧器78(例如，燃烧室)。
IGCC系统50可包括ASU 68来使用例如低温蒸馏技术将空气分离成成分气体。ASU 68可从由补充空气压缩机82供应给其的空气中分离出氧气，并可将分离的氧气传递给气化器26。此外，ASU 68可将分离的氮气引导至稀释氮气(DGAN)压缩机84。DGAN压缩机84可将从ASU 68接收的氮气压缩至至少等于燃烧器78中的那些氮气的压力水平，使得能够喷射进燃烧室。因此，一旦DGAN压缩机84已经充分地将氮气压缩至足够的水平，DGAN压缩机84就可将压缩的氮气引导至燃气涡轮发动机80的燃烧器78。
如以上所述，可将压缩的氮气从DGAN压缩机84传递至燃气涡轮发动机80的燃烧器78。燃气涡轮发动机80可包括涡轮86、驱动轴88和压缩机90，以及燃烧器78。燃烧器78可接收诸如合成气的燃料，其可在压力下从燃料喷嘴喷入。此燃料可与压缩空气以及来自DGAN压缩机84的压缩氮气混合，并在燃烧器78内燃烧。此燃烧可产生热的增压排放气体。
燃烧器78可将排放气体引向涡轮86的排放出口。随着排放气体从燃烧器78通过涡轮86，该排放气体可推动涡轮86中的涡轮叶片，以使驱动轴88沿着燃气涡轮发动机80的轴线旋转。如图所示，驱动轴88可连接到燃气涡轮发动机80的各种部件上，包括压缩机90。
驱动轴88可将涡轮86连接到压缩机90上以形成转子。压缩机90可包括联接到驱动轴88上的叶片。因此，涡轮86中涡轮叶片的旋转可导致将涡轮86连接到压缩机90上的驱动轴88使压缩机90内的叶片旋转。压缩机90中的叶片的旋转导致压缩机90压缩经由压缩机90中的空气进口接收的空气。压缩的空气然后可输送至燃烧器78并与燃料以及压缩的氮气混合，以允许更高效率的燃烧。驱动轴88还可连接到负载92上，该负载92可为静止负载，诸如发电机，以在动力设备中产生电功率。实际上，负载92可为任何合适的装置，该装置由燃气涡轮发动机80的旋转输出提供动力。
IGCC系统50还可包括蒸汽涡轮发动机94以及热回收蒸汽发生(HRSG)系统96。蒸汽涡轮发动机94可驱动第二负载98，诸如用来产生电功率的发电机。然而，第一负载92和第二负载98两者均可为能够由燃气涡轮发动机80以及蒸汽涡轮发动机94分别驱动的其它类型的负载。此外，尽管如图示实施例中所示燃气涡轮发动机80和蒸汽涡轮发动机94可驱动分离的负载92，98，但燃气涡轮发动机80和蒸汽涡轮发动机94也可串联使用来通过单个轴驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机94以及燃气涡轮发动机80的具体构造可以是实施方式特定的，并且可包括多个部分的任何组合。
可将来自燃气涡轮发动机80的加热的排气引入HRSG 96，并用来加热水，且产生用来驱动蒸汽涡轮发动机94的蒸汽。来自蒸汽涡轮发动机94的蒸汽可引入冷凝器100。冷凝器100可利用冷却塔102来完全冷凝来自蒸汽涡轮机94排放的蒸汽。特别是，冷却塔102可向冷凝器100提供冷水，来协助冷凝从蒸汽涡轮发动机94引入冷凝器100的蒸汽。来自冷凝器100的冷凝物又可被引入HRSG 96。再一次，来自燃气涡轮发动机80的排气也可被引入HRSG 96，以加热来自冷凝器100的水并产生蒸汽。
这样，在诸如IGCC系统50的联合循环系统中，热排气可从燃气涡轮发动机80流向HRSG 96，在此处其可用来产生高压、高温蒸汽。由HRSG 96产生的蒸汽然后可通过蒸汽涡轮发动机94用于动力发生。此外，在IGCC系统50中产生的蒸汽还可供应至任何其它过程，其中蒸汽可用来例如给进料准备单元54以干燥和/或预热燃料源52。
如以上关于图1，2和3所提及的，各种IGCC系统50部件(如WGS反应器58和硫回收单元64)可用来供应用于干燥和/或预热燃料源52(例如，固体进料16)的中等压力蒸汽12。图4图示了图3中描绘的IGCC系统50的一个实施例的部分110，其显示了作为中等压力蒸汽12的源泉的硫回收单元64，该中等压力蒸汽12可用来干燥固体进料16。更具体地，图4图示了系统的一个实施例，该系统首先使用干燥的固体作为气化器26中的燃料，气化器26然后可产生原料合成气。原料合成气然后可供应到合成气清洁单元60中，该合成气清洁单元60可冷却原料合成气、通过酸去除过程去除H2S、以及产生清洁的合成气。然后可将H2S发送至硫回收单元64，以将H2S转化成元素硫。硫回收单元64通过使用例如锅炉给水(BFW)114作为到克劳斯单元和/或尾气单元的水供应而产生中等压力蒸汽12。诸如克劳斯反应的硫回收反应是发热的，并且可非常适合于从硫回收单元64产生一系列中等压力蒸汽12(例如，在大约450℉到520℉且具有大约400PSIG到800PSIG的压力的蒸汽)。因此，硫回收单元64可包括一系列热交换器来将热量从硫回收反应传递至锅炉给水114，从而产生中等压力蒸汽12。
硫回收单元65所产生的中等压力蒸汽12然后可引向热交换器66，以用于干燥和/或预热固体进料16。如可理解的，中等压力蒸汽12可如图2和4中所示的用来通过中间热传递介质(例如，气体32)将热量间接地传递给固体进料16，或者如图1中所示的更直接地通过与固体进料16直接接触的热交换器(例如22)传递。在图4的图示实施例中，来自热交换器66的热气体32可供入固体进料干燥器部件(例如，研磨机116)，其可用来研磨固体进料16以及从固体进料16去除水分。热气体32可包括由空气分离单元68(图3中所示)产生的氮气、空气、二氧化碳(CO2)，或过热的蒸汽等。
热气体32可进入研磨机116并可通过直接接触或通过热传递介质将热能传入固体进料16。例如，在某些实施例中，研磨机116可使得热气体32能够直接在固体进料16上流动，并且直接将水分从固体进料16蒸发到热气体32中。作为另外的示例，研磨机116可包括直接穿过或围绕研磨室的一个或多个封闭的通道(例如，腔室、泵、管、中空壁等)，从而将气体32与固体进料16隔离开，同时使得热量能够穿过封闭的通道的壁传递。在这样的实施例中，热气体32不从固体进料16收集水分，而是将热量传递至固体进料16，引起水分的蒸发，以分离去除。例如，单独的气流(例如空气流)可将水分从研磨机116驱走，并因而从固体进料16驱走水分。
随着热气体32直接或间接地将热量传递给固体进料16，气体32冷却并从研磨机116离开，而冷却的气体32用于回收或排向大气。如果冷却的气体32要进行回收，则可使用冷凝器118来冷凝已经聚集在气体32中的水分，并可使用分离(KO)鼓120来从气体32收集冷凝的水分。然后可将冷却的气体32反向循环以由热交换器66使用。当中等压力蒸汽12将热量传递给热交换器66中的气体32时，蒸汽12中的水分可冷凝以产生冷凝物。冷凝物和/或低压力蒸汽可发送至其它的IGCC系统50部件，诸如锅炉、HRSG 96、或蒸汽涡轮机94。从干燥过程获得的干燥的固体进料16然后可由干燥固体传送器24传递到气化器26中，以用作气化燃料。
图5是图3中描绘的IGCC系统50的一个实施例的部分130的图解，图示了作为中等压力蒸汽12的源的WGS反应器58，该中等压力蒸汽12可用来干燥和/或预热燃料(例如，固体进料16)。如图5中所示，气化器26接收并气化固体进料16，以产生原料合成气。原料合成气流入WGS反应器58，该反应器可将合成气中氢气和一氧化碳的比率调整至大约3∶1的比率，以获得更高的氢气产量。水煤气转换反应是发热反应，其使一氧化碳(CO)和水(例如蒸汽)反应，以形成二氧化碳(CO2)和氢气。原料合成气然后流入气体清洁单元60，其冷却原料合成气，并分离二氧化碳和硫化氢(H2S)以产生清洁的合成气。在某些实施例中，分离的二氧化碳可用于二氧化碳螯合、增强的油回收或其它应用。硫化氢通向硫回收单元64，以回收元素硫62。
在图示的实施例中，水煤气转化反应是发热反应，其尤其非常适合于产生一系列中等压力蒸汽12(例如在大约450℉到520℉并具有大约400PSIG到800PSIG的压力的蒸汽)。因此，随着热量从水煤气转换反应传递至给水114用于冷却目的，图示的WGS反应器58可从给水(例如锅炉给水114)产生中等压力蒸汽12。在某些实施例中，锅炉给水114通过WGS反应器58内的热交换器(例如，冷却盘管)。然而，可使用任何合适的热传输介质来将热量从水煤气转换反应传递至给水114，以冷却WGS反应器58并产生中等压力蒸汽12。
WGS反应器58所产生的中等压力蒸汽12然后可引向热交换器66，以用于干燥和/或预热固体进料16。如可理解的，中等压力蒸汽12可如图2，4和5中所示的用来通过中间热传递介质(例如，气体32)将热量间接地传递给固体进料16，或者如图1中所示的更直接地通过与固体进料16直接接触的热交换器(例如22)传递。在图示的实施例中，来自热交换器66的热气体32可供入固体进料干燥器部件(例如，研磨机116)，其可用来研磨固体进料16以及从固体进料16去除水分。热气体32可包括由空气分离单元68(图3中所示)产生的氮气、空气、二氧化碳(CO2)，或过热的蒸汽等。
热气体32可进入研磨机116并可通过直接接触或通过热传递介质将热能传入固体进料16。例如，在某些实施例中，研磨机116可使得热气体32能够直接在固体进料16上流动，并且直接将水分从固体进料16蒸发到热气体32中。作为另外的示例，研磨机116可包括直接穿过或围绕研磨室的一个或多个封闭的通道(例如，管、中空壁等)，从而将气体32与固体进料16隔离开，同时使得热量能够穿过封闭的通道的壁传递。在这样的实施例中，热气体32不从固体进料16收集水分，而是将热量传递至固体进料16，引起水分的蒸发，以从热气体32分离去除。例如，单独的气流(例如空气流)可将水分从研磨机116驱走，并因而从固体进料16驱走水分。
随着热气体32直接或间接地将热量传递给固体进料16，气体32冷却并从研磨机116离开，而冷却的气体32用于回收或排向大气。如果冷却的气体32要进行回收，则可使用冷凝器118来冷凝已经聚集在气体32中的水分，并可使用分离(KO)罐120来从气体32收集冷凝的水分。然后可将冷却的气体32反向循环以由热交换器66使用。当中等压力蒸汽12将热量传递给热交换器66中的气体32时，蒸汽12中的水分可冷凝以产生冷凝物和/或低压蒸汽。冷凝物和/或低压力蒸汽可发送至其它的IGCC系统50部件，诸如锅炉、HRSG 96、或蒸汽涡轮机94。从干燥过程获得的干燥的固体进料16然后可由干燥固体传送器24传递到气化器26中，以用作气化燃料。
应该理解的是从图5的WGS反应器58出来的中等压力蒸汽12供应管线和从图4的硫回收单元64出来的中等压力蒸汽12供应管线可连接以形成单个中等压力蒸汽12供应管线。类似地，产生中等压力蒸汽12的其它IGCC系统部件可具有添加并连接到单个中等压力蒸汽12供应管线中的中等压力蒸汽12供应管线。此单个中等压力蒸汽12供应管线然后可由上述实施例使用，以干燥和/或预热燃料源52(例如，固体进料16)。还应该理解的是中等压力蒸汽12的源可为可独立选择的，以提供不同的中等压力蒸汽(例如，处在不同压力和温度下的蒸汽)。例如，由图5的WGS反应器58提供的中等压力蒸汽12可处在与由硫回收单元64提供的中等压力蒸汽12不同的压力和温度下。两个中等压力蒸汽12源58，64以及其它中等压力蒸汽12源然后可独立地提供中等压力蒸汽12。
图4和图5还描绘了控制器28，其可提供来增加或减少到燃料源52(例如固体进料16)的热传递。控制器28可包括硬件和/或编码在机器可读取介质或存储器、处理器等上的逻辑。控制器28可调整(例如增加或减少)从中等压力蒸汽12到气体32的热传递，从气体32到固体进料16的热传递，干燥进料传送器24(例如，气体夹带固体传送器)的速度，以及气化器26的运行特性。特别是，控制器28可增加或降低中等压力蒸汽12和气体32通过热交换器66的流率，选择性地在产生不同中等压力蒸汽的两个或更多个不同的IGCC部件14之间改变，增加或减少固体进料16在研磨机116中的驻留时间，以及调整固体进料16的研磨来改变气化器26的上游的进料16的水分水平。控制器28可接收与IGCC部件(例如，WGS反应器58或硫回收单元64)、中等压力蒸汽12、固体进料16、研磨机116以及气化器26有关的多种传感器反馈。例如，传感器反馈可包括温度、压力、含水量以及进料16的其它特性，以及气化器26的运行特性(例如，温度和压力)。如果含水量不是处在令人满意的水平，则控制器28可调整一个或多个参数来增加或降低固体进料16的含水量。
本发明的技术效果包括提供用来通过重新使用来自现有设备部件的能量干燥固体进料的系统和方法。特别是，如上所描述的，中等压力蒸汽可从现有设备部件(诸如水煤气转换反应器和/或硫回收单元)重新引导，并用来干燥固体进料。所公开的实施例可为新的设施的一部分，或者备选地，可实施为现有固体燃料制备系统的改型添加物。此外，所公开的实施例可应用于使用蒸汽来干燥固体进料的任何其它应用。
本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域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，并执行任何结合的方法。本发明可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有无异于权利要求书的字面语言的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质性区别的等价结构性元件，则此类其它示例意在处在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括： 
固体进料供应(54)； 
气化器(26)，其构造成接收来自所述固体进料供应(54)的固体进料(16)； 
设备部件，其构造成产生蒸汽； 
第一热交换器(22，34，36，66)，所述热交换器通过管道联接到所述设备部件，其构造成在所述固体进料被所述气化器(26)接收前从蒸汽(12)将热量传递至所述固体进料，其中所述蒸汽(12)具有大约75到900磅每平方英寸的压力； 
控制器，所述控制器联接到所述设备部件并通过将所述蒸汽的供应引入所述第一热交换器而控制所述固体进料的干燥过程。 
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽(12)具有大约320到534华氏度的温度。 
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蒸汽(12)具有大约400到800磅每平方英寸的压力和大约450到520华氏度的温度。 
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体进料供应(54)包括固体进料研磨机(116)，以及构造成从蒸汽(12)将热量传送至所述固体进料研磨机(116)的所述第一热交换器(66)。 
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热交换器(34)构造成从所述蒸汽(12)将热量传递至气体(32)；其中所述气体(32) 配置成将热量传递至所述固体进料(16)。 
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成从所述气体(32)将热量传递至所述固体进料(16)的第二热交换器(36)。 
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成生成所述蒸汽的整体煤气化联合循环部件(58，64)。 
8.一种方法，包括： 
控制器控制来自气化器下游组件的中等压力蒸汽的供应，所述在所述组件中的蒸汽具有大约320到534华氏度的温度；以及 
从所述蒸汽(12)将热量传递至位于所述气化器上游的固体燃料进料(16)。 
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，传递热量包括从所述蒸汽(12)将热量传递至气体(32)，且随后将热量从所述气体(32)传递至所述燃料进料(16)。 
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括在从所述气体(32)将热量传递至所述燃料进料(16)之后再循环所述气体(32)，其中再循环包括用所述蒸汽(12)再加热所述气体，以及随后从所述气体(32)将热量传递至所述燃料进料(16)。 
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