[發明專利]整體氣化聯合循環發電系統和氣化反應器以及方法

有效

• 申請號: 201110181439.5
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102851080A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 胡立舜;陳衛;楊朝暉;佘銘鋼;趙香龍;R.A.德普伊;J.B.科里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/72;C10J3/74;F02C6/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及整體煤氣化聯合循環發電(Integrated?Gasification?Combined?Cycle，IGCC)系統，特別涉及一種對IGCC系統中配置的氣化反應器(gasification?reactor或者gasifier)進行冷卻的系統和方法。

背景技術

至少一些已知的IGCC系統包括一個氣化系統以及至少一個與該氣化系統相連接的渦輪發電系統。該氣化系統可以包括一個氣化反應器，以用于將燃料，空氣或者氧氣，蒸汽，以及固態物例如石灰巖等的混合物轉換成部分燃燒的氣體，通常稱作“合成氣”(syngas)。氣化反應器內的混合物在燃燒的過程中，通常會產生大量的熱量。例如，在一些燃燒過程中，氣化反應器內的溫度可能超過1600-1800攝氏度。為了保護高溫作用下的氣化反應器的爐壁，以及延長氣化反應器的使用壽命，通常在氣化反應器的內壁會設置一層耐高溫的內襯材料。

公知的耐高溫內襯材料有多種類型。其中一種內襯材料為耐火磚，其可以將氣化反應器的內壁和爐內的高溫環境隔絕開，從而起到保護爐壁的作用。然而，使用耐火磚的一個缺陷是耐火磚可能需要進行替換，由此會增加氣化反應器的維護成本。此外，氣化反應器的耐火磚一般需要預熱和冷卻時間以避免熱沖擊損壞。

因此，有必要提供一種改進的系統和方法以解決上述提及的至少一個問題。

發明內容

本發明的一個方面在于提供一種氣化反應器。該氣化反應器包括爐體，第一冷卻裝置和第二冷卻裝置。該爐體內設有反應室，該反應室被設置成接納含碳的燃料和含氧的物質的混合物。該混合物在該反應室內經過部分燃燒產生合成氣。該爐體包括第一上部區域和第二中部區域。該第一冷卻裝置設置在該爐體的第一上部區域，該第一冷卻裝置至少部分轉移該第一上部區域由于該混合物在反應室內部分燃燒所產生的熱量。該第二冷卻裝置設置在該爐體的第二中部區域。該第二冷卻裝置至少部分轉移該第二中部區域由于該混合物在反應室內部分燃燒所產生的熱量。

本發明的另一個方面在于提供另一種氣化反應器。該另一種氣化反應器包括爐體和熱交換裝置。該爐體內部設置有供含碳燃料以及含氧物質發生部分燃燒反應并產生合成氣的反應室，該爐體包括內側和外側。該熱交換裝置設置在該爐體的外側的至少一部分區域；其中，該熱交換裝置用于吸收該反應室由于部分燃燒反應產生的熱量。

本發明的再一個方面在于提供一種用于冷卻氣化反應器爐體的方法。該方法至少包括如下步驟：使用第一冷卻裝置冷卻該爐體的第一區域；其中，該第一冷卻裝置被設置成具有至少一部分與該第一區域相匹配的形狀；以及使用第二冷卻裝置冷卻該爐體的第二區域；其中，該第二冷卻裝置被設置成具有至少一部分與該第二區域相匹配的形狀。

本發明的再一個方面在于提供一種用于對氣化反應器的爐體進行冷卻的冷卻系統。該冷卻系統包括第一冷卻裝置和第二冷卻裝置。該第一冷卻裝置設置在該爐體的第一上部區域。該第二冷卻裝置設置在該爐體的第二中部區域。該第一冷卻裝置和該第二冷卻裝置均被設置成分別與該第一上部區域和該第二中部區域相匹配的形狀。

本發明的再一個方面在于提供一種調節氣化反應器的爐體溫度的方法。該方法至少包括如下步驟：獲取該氣化反應器在進行內部燃燒過程中的爐體的溫度輪廓，該溫度輪廓至少包括與該爐體的第一區域相對應的第一溫度區域以及與該爐體的第二區域相對應的第二溫度區域；根據獲取的該第一溫度區域采用第一冷卻策略對該爐體的第一區域進行冷卻，該第一冷卻策略使用與該第一區域相聯系的第一冷卻裝置；以及根據獲取的該第二溫度區域采用第二冷卻策略對該爐體的第二區域進行冷卻，該第二冷卻策略使用與該第二區域相聯系的第二冷卻裝置。

本發明的再一個方面在于提供一種整體氣化聯合循環發電系統。該整體氣化聯合循環發電系統包括氣化反應器和燃氣輪機。該氣化反應器包括爐體和冷卻系統。該爐體內設有反應室，該反應室被設置成接納含碳的燃料和含氧的物質的混合物，該混合物在該反應室內經過部分燃燒產生合成氣，該爐體包括第一上部區域和第二中部區域。該冷卻系統包括第一冷卻裝置和第二冷卻裝置，該第一冷卻裝置設置在該第一上部區域，該第二冷卻裝置設置在該第二中部區域。該燃氣輪機與該氣化反應器進行流體連接，該燃氣輪機被配置成燃燒從該氣化反應器輸出的合成氣。

本發明提供的氣化反應器，冷卻系統，冷卻氣化反應器爐體的方法，調節氣化反應器的爐體溫度的方法，整體氣化聯合循環發電系統，通過使用分別的冷卻裝置冷卻爐體的不同部分，可以使得爐體得到更好的散熱效果，延長爐體的使用壽命。

附圖說明