用于聚集漿狀物中的固體燃料的系統和方法

專利名稱：用于聚集漿狀物中的固體燃料的系統和方法
技術領域：
本文公開的主體涉及用于在氣化之前聚集漿狀物中的固體燃料的系統和方法。
背景技術：
合成氣可通過諸如煤的給料的氣化生產，并且可例如在整體氣化聯合循環(IGCC) 發電設備中用作燃料。在氣化之前，給料可通過泵傳輸至氣化器。給料可包括漿狀物(即固體燃料在液體中的懸浮液)。如由漿狀物的粘度以及穩定性決定的泵送漿狀物的能力可決定并限制漿狀物的聚集。在泵送漿狀物之前，漿狀物中固體燃料的聚集可受表面活性劑添加的影響。然而，通過表面活性劑獲得的聚集也可能限于其中漿狀物對于泵送足夠穩定而黏性的情況下的聚集。因此，不能獲得漿狀物中固體燃料的更高聚集可能限制氣化期間的碳轉換以及冷氣體效率。

發明內容
以下概述了在范圍上與最初要求保護的發明相稱的某些實施例。這些實施例不意圖限制所要求保護的發明的范圍，相反這些實施例僅意圖提供本發明的可能形式的簡要概述。事實上，本發明可包括可與以下詳述的實施例相似或相異的多種形式。根據第一實施例，一種系統包括構造成從燃料漿狀物去除至少第一部分液體以增加燃料漿狀物中固體燃料的聚集。該系統還包括構造成從燃料漿狀物產生合成氣的氣化
ο根據第二實施例，一種系統包括構造成控制用于氣化的燃料漿狀物中固體燃料的聚集的漿狀物聚集控制器，其中該漿狀物聚集控制器構造成經由橫流式過濾器調節從燃料漿狀物去除液體。根據第三實施例，一種方法包括至少部分地通過經由橫流式過濾器調節從燃料漿狀物去除液體而控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集。該方法還包括氣化橫流式過濾器下游的氣化器中的燃料漿狀物。


當參考附圖閱讀以下具體實施方式
時，本發明的這些和其它特征、方面以及優點將變得更好理解，其中貫穿附圖，相似的標號代表相似的部件，其中圖1是利用過濾器來增加漿狀物中的固體燃料聚集的整體聯合循環(IGCC)發電設備的一個實施例的示意性方塊圖；圖2是氣化器上游所采用的過濾系統的一個實施例的示意性方塊圖；圖3是并聯采用多個過濾器的過濾系統的一個實施例的示意性方塊圖；圖4是串聯采用多個過濾器的過濾系統的一個實施例的示意性方塊圖；圖5是在過濾器內采用多個流通道的過濾系統的一個實施例的示意性方塊圖；圖6是采用會聚型過濾器的過濾系統的一個實施例的示意性方塊圖；以及
圖7是采用攪拌和加熱系統的過濾系統的一個實施例的示意性方塊圖。部件列表10過濾器12 泵14 閥16控制器100IGCC 系統102燃料源104漿狀物準備單元106氣化器107氣化器冷卻器108 熔漁110氣體清潔單元111 硫112硫處理器113 鹽114水處理單元116氣體處理器117殘余氣成分118燃氣渦輪發動機120燃燒器122空氣分離單元123空氣壓縮機124DGAN 壓縮機128冷卻塔130 渦輪131驅動軸132壓縮機134 負載136蒸汽渦輪發動機138熱回收蒸汽發生器140 負載142冷凝器152過濾系統154 箭頭156燃料漿狀物噴射器158漿狀物混合泵160 罩殼161 外壁
162過濾器介質163偏移距離164 穿孔166 箭頭167 長度168 長度170 寬度172控制系統174 閥176 箭頭186第一橫流式過濾器188第二橫流式過濾器190 箭頭192 箭頭194 閥196 閥198 箭頭200 箭頭201 閥202 閥204 閥206 閥208 閥210 閥212液體源222 閥224 閥226 路徑228 路徑230 閥232 閥234 閥236 閥238 閥240 閥242 閥244 閥246 閥256 閥
258 閥260漿狀物流徑262漿狀物流徑264漿狀物流徑265 Λ 口266 出口267 路徑274 箭頭276 寬度278 寬度280 箭頭282 Λ Π290攪拌系統292加熱系統294攪拌器296驅動器四8外表面300內容積302內表面304加熱器306加熱元件308熱交換器310外部熱源312熱交換器314設備部件316 閥318 閥
具體實施例方式以下將描述本發明的一個或多個特定實施例。為了提供對這些實施例的簡要描述，在本說明書中可能不描述實際實施方式的全部特征。應該理解的是，在任何此類實際實施方式的開發中，如在任何工程或設計項目中一樣，必須做出許多實施方式特定的決定來達成開發者的特定目標，例如遵循系統相關和業務相關的限制，這可能從一個實施方式到另一個實施方式而不同。而且，應該理解的是，此類開發努力可能是復雜而耗時的，但對于那些受惠于本發明公開的本領域技術人員仍將成為設計、制造以及生產中的日常工作。當介紹本發明的各種實施例的要件時，用詞“一”、“一個”、“該”以及“所述”意在指存在一個或多個要件。用詞“包括”、“包含”以及“具有”意在為包括性的，并且表示除了所列舉的要件之外可能還有另外的要件。本公開涉及用于在氣化前聚集漿狀物(即懸浮在水或另一種液體中的固體燃料)CN 102533342 A中的固體燃料(例如煤)的系統和方法。泵經由漿狀物噴射器將漿狀物輸送給氣化器。由于漿狀物的特性，諸如粘性和穩定性，漿狀物內的固體燃料的聚集由泵送漿狀物的能力限制。泵送前影響漿狀物內固體燃料聚集的努力包括添加表面活性劑。然而，即使使用表面活性劑，可獲得的聚集也限于漿狀物依然穩定且粘性對于泵送足夠的情況。本公開的實施例提供了一種系統，該系統包括構造成在氣化之前從漿狀物去除液體(例如水)以聚集固體燃料的至少一個橫流式過濾器。例如，該系統可包括設置在燃料漿狀物泵下游且在燃料漿狀物噴射器上游的漿狀物流徑中的至少一個橫流式過濾器。該橫流式過濾器可包括沿著漿狀物的流徑沿下游方向會聚的過濾器介質。同樣，橫流式過濾器可包括多個漿狀物流徑。該系統可包括并聯和/或串聯設置的多個橫流式過濾器。此外， 該系統可包括攪拌系統、加熱系統和/或吹掃系統。附加的實施例包括控制系統，該控制系統包括配置成控制漿狀物中固體燃料的聚集的控制器。例如，控制器可通過調節從漿狀物去除的液體(例如水)的量控制漿狀物聚集。同樣，控制器可控制攪拌系統、加熱系統和/ 或吹掃系統以改善在過濾器中去除水。進一步的實施例包括一種用于通過橫流式過濾器在氣化過濾器下游的氣化器中的漿狀物之前控制燃料漿狀物中的固體燃料的聚集的方法。例如，控制可通過調節從漿狀物去除液體而發生。在每個所公開的實施例中，該系統和方法被設計成通過經由橫流式過濾器從漿狀物去除液體而使漿狀物中的固體燃料聚集。現在轉向附圖，圖1是利用過濾器10來增加上述漿狀物中的固體燃料聚集的整體聯合循環(IGCC)系統100的一個實施例的示意性方塊圖。過濾器10例如可為橫流式過濾器10。通過該橫流式過濾器10，漿狀物流切向通過過濾器10的表面或過濾器介質。該橫流式過濾器10可由高張力材料制成，諸如燒結金屬合金。該金屬合金可包括鎳、鉬、鉻和/或鎢，以及其它金屬和金屬氧化物。過濾器10的過濾器介質可包括直徑為大約1 μ m到10 μ m 或任何其它合適范圍的穿孔。當漿狀物以高速以及正壓力切向流過該橫流式過濾器10時， 液體(例如水)作為濾出液被迫通過該穿孔，而固體燃料保留在漿狀物內。漿狀物的流動防止顆粒在過濾器介質上堆積。盡管參考圖1中的IGCC系統100討論了該橫流式過濾器 10，但橫流式過濾器10的公開實施例可用于任何合適的應用(例如，化學物、肥料、替代天然氣、運輸燃料或氫氣的生產)。換言之，IGCC系統100的以下討論不意圖將所公開的實施例限于IGCC。IGCC系統100產生并燃燒合成氣體，即合成氣，以產生電力。IGCC系統100的元件可包括燃料源102，諸如固體給料或固體燃料，其可用作用于IGCC的能量源。燃料源102可包括煤炭、石油焦、生物質、木基材料、農業廢棄物、柏油、浙青，或其它含碳物品。燃料源102 的固體燃料可傳給漿狀物準備單元104。漿狀物準備單元104例如可通過切碎、研磨、打碎、 磨粉、壓塊或粒化燃料源102而使燃料源102重新設置尺寸或形狀，然后將燃料源102(例如煤)與液體溶劑(例如水)混合而產生燃料漿狀物(例如煤漿)。在圖示的實施例中，泵12將給料從漿狀物準備單元104輸送至過濾器10 (例如橫流式過濾器10)。過濾器10構造成從燃料漿狀物去除至少一部分液體，以如上所述增加燃料漿狀物中固體燃料的聚集。過濾器10聯接到一個或更多閥14上。閥14使得能夠控制要從漿狀物去除的液體的量。在某些實施例中，閥14可用于允許液體(例如水)的流進入過濾器10以吹掃或清潔過濾器10。閥14聯接到控制器16上(例如，漿狀物聚集控制器 16)。控制器16配置成經由過濾器10控制液體的去除，以調節燃料漿狀物中固體燃料的聚集。例如，控制器16配置成調節閥14，從而控制從漿狀物去除的液體的量。在一些實施例中，控制器16可配置成經由另一個閥14來控制吹掃系統，以清潔或吹掃過濾器10。在其它實施例中，控制器16也可配置成通過調節攪拌系統和/或加熱系統來控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集。漿狀物從過濾器10例如經由燃料漿狀物噴射器輸送至氣化器106。氣化器106將給料102轉換成合成氣，例如，一氧化碳和氫氣的組合。取決于采用的氣化器106的類型， 此轉換可通過將給料置于處于升高的壓力(例如，從大約20bar到85l3ar)和溫度(例如， 大約700°C到1600°C )下的受控量的蒸汽和氧氣中而達成。此氣化過程包括經歷熱解過程的給料，由此加熱給料。取決于用來產生給料的燃料源102，氣化器106內的溫度在熱解過程期間可以變化。在熱解過程期間給料的加熱可產生固體(例如，炭)和殘余氣(例如，一氧化碳、氫氣和氮氣)。由熱解過程從給料殘余的炭可僅重達原始給料的重量的大約30%。氣化器106中還發生部分氧化過程。氧化過程可包括將氧氣引向炭和殘余氣。炭和殘余氣與氧氣反應以形成二氧化碳和一氧化碳，其為后續的氣化反應提供熱量。部分氧化過程期間的溫度可從大約700攝氏度到大約1600攝氏度而變化。在氣化期間可將蒸汽引入氣化器106。在從大約800°C到1100°C之間變化的溫度下，炭可與二氧化碳以及蒸汽反應以產生一氧化碳和氫氣。本質上，氣化器利用蒸汽和氧氣來允許其中一些給料被“燃燒” 以產生一氧化碳并釋放能量，其驅動將更多的給料轉換成氫氣和另外的二氧化碳的第二反應。以這種方式，通過氣化器106制造合成的氣體。此合成的氣體可包括大約85%的等比例的CO和氫氣，以及CH4, HCl，HF, COS, NH3, HCN和H2S (基于給料的硫含量)。此合成的氣體可稱為未處理合成氣、原料合成氣或高硫合成氣，因為其包含例如&S。氣化器106 還可產生廢棄物，諸如熔渣108，其可為潮濕的灰燼材料。此熔渣108可從氣化器106去除， 并例如作為路基或另一種建筑材料而處置。在清潔原料合成氣之前，可利用合成氣冷卻器 107來冷卻熱的合成氣。合成氣的冷卻可產生高壓蒸汽，其可用來如以下所述產生電功率。 在冷卻原料合成氣后，可利用氣體清潔單元110來清潔該原料合成氣。氣體清潔單元110 可洗滌原料合成氣，以從原料合成氣中去除HC1，HF, COS, HCN和H2S,其可通過例如硫處理器112中的酸性氣體去除過程而在硫處理器112中包括硫111的分離。此外，氣體清潔單元110可從原料合成氣通過水處理單元114分離鹽113，水分離單元可利用水凈化技術從原料合成氣產生可用的鹽113。隨后，來自氣體清潔單元110的氣體可包括處理的、清潔的和/或凈化的合成氣(例如，已經從該合成氣去除硫111)，以及痕量的其它化學物，例如， NH3(氨)和CH4(甲烷)。可利用氣體處理器116來從處理的合成氣去除殘余氣成分117，例如氨和甲烷，以及甲醇或其它殘余化學物。然而，從處理的合成氣去除殘余氣成分117是可選的，因為處理的合成氣即便包含殘余氣成分117時(例如尾氣)也可用作燃料。在這一點上，處理的合成氣可包括大約40%的C0，大約40%的H2,以及大約20%的CO2,并且可大體上去除了 H2S。 此處理的合成氣可被作為可燃燒燃料傳輸至氣體渦輪發動機118的燃燒器120(例如，燃燒室)。備選地，可在傳輸至燃氣渦輪發動機118之前從處理的合成氣去除C02。IGCC系統100還可包括空氣分離單元(ASU) 122。ASU 122可操作以例如通過蒸餾技術將空氣分離成成分氣體。ASU 122可從由補充空氣壓縮機123供應給其的空氣中分離出氧氣，并且ASU 122可將分離的氧氣傳輸給氣化器106。此外，ASU 122可將分離的氮氣傳輸至稀釋劑氮氣(DGAN)壓縮機124。DGAN壓縮機IM可將從ASU 122接收的氮氣壓縮至至少等于燃燒器120中的那些氮氣的壓力水平，以便不干擾合成氣的適當燃燒。因此，一旦DGAN壓縮機124已經充分地將氮氣壓縮至適當的水平，DGAN壓縮機IM就可將壓縮的氮氣傳輸至燃氣渦輪發動機118 的燃燒器120。氮氣可用作稀釋劑以例如促進控制排放物。如之前所述，可將壓縮的氮氣從DGAN壓縮機IM傳送至燃氣渦輪發動機118的燃燒器120。燃氣渦輪發動機118可包括渦輪130、驅動軸131和壓縮機132，以及燃燒器120。 燃燒器120可接收諸如合成氣的燃料，其可在壓力下從燃料噴嘴噴入。此燃料可與壓縮空氣以及來自DGAN壓縮機124的壓縮氮氣混合，并在燃燒器120內燃燒。此燃燒可產生熱的增壓排放氣體。燃燒器120可將排放氣體引向渦輪130的排放出口。隨著排放氣體從燃燒器120 通過渦輪130，該排放氣體推動渦輪130中的渦輪葉片，以使驅動軸131沿著燃氣渦輪發動機118的軸線旋轉。如圖所示，驅動軸131連接到燃氣渦輪發動機118的各種部件上，包括壓縮機132。驅動軸131可將渦輪130連接到壓縮機132上以形成轉子。壓縮機132可包括聯接到驅動軸131上的葉片。因此，渦輪130中渦輪葉片的旋轉可導致將渦輪130連接到壓縮機132上的驅動軸131使壓縮機132內的葉片旋轉。壓縮機132中的葉片的此旋轉導致壓縮機132壓縮經由壓縮機132中的空氣進口接收的空氣。壓縮的空氣然后可輸送至壓縮機120并與燃料以及壓縮的氮氣混合，以允許更高效率的燃燒。驅動軸131還可連接到負載 134上，其可為靜止負載，諸如發電機，以例如在動力設備中產生電功率。實際上，負載134 可為任何合適的裝置，該裝置由燃氣渦輪發動機118的旋轉輸出提供動力。IGCC系統100還可包括蒸汽渦輪發動機136以及熱回收蒸汽發生(HRSG)系統 138。蒸汽渦輪發動機136可驅動第二負載140。該第二負載140也可為用于產生電功率的發電機。然而，第一負載130和第二負載140兩者均可為能夠由燃氣渦輪發動機118以及蒸汽渦輪發動機136驅動的其它類型的負載。此外，盡管如圖示實施例中所示燃氣渦輪發動機118和蒸汽渦輪發動機136可驅動分離的負載134和140，但燃氣渦輪發動機118和蒸汽渦輪發動機136也可串聯使用來通過單個軸驅動單個負載。蒸汽渦輪發動機136以及燃氣渦輪發動機118的具體構造可以是實施方式特定的，并且可包括多個部分的任何組合。IGCC系統100還可包括HRSG 138。高壓蒸汽可從合成氣冷卻器107傳輸到HSRG 138中。同樣，可將來自燃氣渦輪發動機118的加熱的排氣運送到HRSG 138中，并用來加熱水，且產生用來驅動蒸汽渦輪發動機136的蒸汽。例如，來自蒸汽渦輪發動機136的低壓段的排氣可被引入冷凝器142。冷凝器142可利用冷卻塔1 來用加熱的水交換冷卻的水。 冷卻塔1 起作用以向冷凝器142提供冷水，從而協助冷凝從蒸汽渦輪發動機136傳送到冷凝器142的蒸汽。來自冷凝器142的冷凝物又可被引入HRSG 138。再一次，來自燃氣渦輪發動機118的排氣也可被引入HRSG 138，以加熱來自冷凝器142的水并產生蒸汽。在諸如IGCC系統100的聯合循環系統中，熱排氣可與由合成氣冷卻器107產生的蒸汽一起從燃氣渦輪發動機118流動并通向HRSG138，在此處其可用來產生高壓、高溫蒸汽。由HRSG 138產生的蒸汽然后可通過蒸汽渦輪發動機136用于動力發生。此外，所產生的蒸汽還可供應給其中可使用蒸汽的任何其它過程，諸如氣化器106。燃氣渦輪發動機118 產生循環常稱作“至頂循環”，而蒸汽渦輪發動機136產生循環常稱作“及底循環”。通過如圖1中所圖示的組合這兩個循環，IGCC系統100可在兩個循環中導致更高的效率。特別是， 來自至頂循環的排放熱量可被捕獲并用來產生在及底循環中使用的蒸汽。
圖2-7圖示了與過濾器10相關聯的過濾系統的各種實施例。圖2是氣化器106 上游所采用的過濾系統152的一個實施例的示意性方塊圖。過濾系統152被設計成在氣化前但在燃料漿狀物的泵送之后增加燃料漿狀物內的固體燃料的聚集。過濾系統152包括設置在總體由箭頭1 指示的漿狀物流徑中的過濾器10，位于燃料漿狀物泵12的下游。過濾器10還設置在燃料漿狀物噴射器156的上游。過濾器10可為如上所述的橫流式過濾器 12。在漿狀物泵12的上游，漿狀物混合罐158構造成通過將固體燃料與液體(例如水)混合以產生懸浮液來準備燃料漿狀物。漿狀物混合罐158構造成將燃料漿狀物輸送至漿狀物泵12。漿狀物泵12構造成沿具有橫流式過濾器10的漿狀物流徑IM泵送燃料漿狀物。漿狀物流徑1 延伸通過橫流式過濾器10的罩殼160。此外，漿狀物流徑154由過濾器介質 162包圍。例如，過濾器介質162可為中空圓柱形(例如環形)過濾器介質，其可從罩殼160 的外壁161偏離一偏離距離163。過濾器介質162可焊接至罩殼160。過濾器介質162包括如上所述的穿孔164。橫流式過濾器10構造成從燃料漿狀物去除至少一部分液體，以增加燃料漿狀物中固體燃料的聚集。當燃料漿狀物沿著漿狀物流徑1 切向流動并通過橫流式過濾器10時，液體的一部分由于高速度和正壓力而作為濾出液被強制通過過濾器介質162 的穿孔164，如箭頭166總體所示。高速度和正壓力還將固體燃料保持在燃料漿狀物內，以及使固體燃料沿漿狀物流徑1 移動，從而增加了燃料漿狀物內固體燃料的聚集。燃料漿狀物的流動還清潔了過濾器介質162，從而導致過濾器10的自我清潔。過濾器10可從燃料漿狀物去除任何量的液體。例如，過濾器10可從燃料漿狀物去除百分之1到20、1到10、或 1到5的液體。
過濾器10內的壓力可從400psi到1400psi變化。例如，壓力可為400，500，600， 700，800，900，1000，1100，1200，1300和1400，或兩者之間的任何壓力。除了壓力，可調節影響燃料漿狀物的流動的過濾器10的其它因素。泵12和氣化器106之間的長度167(例如對于管道)可從大約100英尺到300英尺而變化。例如，長度167可為大約100，125，150， 175，200，225，250，275或300英尺，或者兩者之間的任何距離。過濾器10的長度168可從大約6英尺到50英尺或任何其它合適的長度而變化。例如，過濾器長度168可為大約6，10， 20，30，40或50英尺，或兩者之間的任何距離。過濾器10內的過濾器介質162的寬度170 可從大約4英寸到8英寸變化，或任何其它合適的寬度。例如，寬度170可為大約4，5，6，7 或8英寸，或兩者之間的任何距離。過濾器10的長度168和過濾器介質162的寬度170的調節可允許控制過濾器10內的流速和壓力兩者。
在流過過濾器10后，漿狀物燃料由漿狀物噴射器156接收。漿狀物噴射器156構造成接收燃料漿狀物并將其噴入氣化器106。氣化器106構造成如上所述由燃料漿狀物產生合成氣。增加泵送后燃料漿狀物中固體燃料的聚集可改善燃料漿狀物的氣化中的碳轉化和冷氣體效率，同時防止與泵送高聚集漿狀物相關的問題。
過濾系統152還包括構造成經由橫流式過濾器10控制液體(例如水)的去除的控制系統172，以調節燃料漿狀物中固體燃料的聚集。控制系統172包括控制器16 (例如漿狀物聚集控制器16)。控制器16配置成控制用于氣化的燃料漿狀物中的固體燃料的聚集。 具體地，控制器16配置成經由橫流式過濾器10調節從燃料漿狀物去除液體。在某些實施例中，閥174將從燃料漿狀物去除的液體的流率保持在恒定速率以控制聚集。在其它實施例中，可控制閥174以基于給料提供可變流率。去除的液體或濾出液被再循環至漿狀物混合罐158，如由箭頭176總體所示，以便與固體燃料混合來形成更多燃料漿狀物。控制器16 聯接到閥174上。控制器16決定由調節閥174去除的液體的流率。例如，閥174可關閉以防止從燃料漿狀物去除液體。備選地，閥174可打開至變化的程度從而決定去除的液體的流率。控制器16對于用戶輸入和反饋做出響應以調節流率。例如，控制器16可響應于來自系統部件的與燃料漿狀物中的固體燃料的聚集相關的反饋。作為進一步的示例，反饋可來自位于各種系統部件處的變換器，諸如漿狀物混合罐158，漿狀物泵，閥174，和/或漿狀物噴射器156。反饋也可間接與燃料漿狀物中的固體濃度的聚集相關。例如，變換器可位于氣化器106處，以提供關于氣化器106的性能或燃料漿狀物的發熱量的反饋，其可為燃料漿狀物中固體燃料的聚集的間接指標。反饋可包括燃料漿狀物中固體燃料的聚集的實際測量值。同樣，反饋可包括與燃料漿狀物中的固體燃料的聚集間接相關的其它參數的測量值，諸如溫度、壓力和/或其它參數。由該反饋，可經由橫流式過濾器10控制燃料漿狀物中的固體燃料的聚集。
過濾系統152的實施例可包括多個過濾器10。圖3是并聯采用多個過濾器10的過濾系統152的一個實施例的示意性方塊圖。如上所述，過濾系統152被設計成在氣化前但在燃料漿狀物的泵送之后增加燃料漿狀物內的固體燃料的聚集。過濾系統152包括分別沿總體由箭頭190和192指示的第一和第二漿狀物流徑并聯設置的第一橫流式過濾器186 和第二橫流式過濾器188兩者，它們位于燃料漿狀物泵12的下游。在其它實施例中，過濾系統152可包括并聯的多于2個過濾器10。例如，過濾系統152可包括3到5個或更多過濾器10。漿狀物泵12聯接在設置于泵12的上游的漿狀物混合罐158上。漿狀物混合罐158 和漿狀物泵12如上所述。橫流式過濾器186和188也設置在燃料漿狀物噴射器156的上游。燃料漿狀物噴射器156聯接到設置在燃料漿狀物噴射器156的下游的氣化器106上。 燃料漿狀物噴射器156和氣化器106如上所述。
各橫流式過濾器186和188如上所述單獨操作。第一橫流式過濾器186構造成從燃料漿狀物去除至少第一部分液體，而第二橫流式過濾器構造成從燃料漿狀物去除至少第二部分液體。橫流式過濾器186和188可由控制系統172單獨操作或同時操作。具體地， 控制器16如上所述控制每個橫流式過濾器186和188。例如，控制器16分別聯接至過濾器 186和188的閥194和196，并且配置成控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集。從燃料漿狀物去除的液體被再循環至漿狀物混合罐158，如由箭頭198和200總體所示。控制器16還可分別聯接至設置在第一和第二漿狀物流徑190和192中的閥201和202，位于漿狀物泵12 和過濾器186及188之間。通過打開和關閉閥201和202，控制器16確定在過濾系統152 中是使用橫流式過濾器186和188的一個還是兩個。例如，控制器16可打開閥201從而允許使用第一橫流式過濾器186，同時關閉閥202從而防止使用第二橫流式過濾器188，且反之亦然。備選地，控制器16可打開閥200和202兩者以允許使用兩個過濾器186和188。 當使用過濾器186和188兩者時，控制器16可調節閥201和202以允許燃料漿狀物的相同和/或不同流量。此外，當兩個過濾器同時使用時，控制器16可調節閥194和196以允許在相應漿狀物流道190和192中從燃料漿狀物去除液體的相同和/或不同速率。
此外，控制器16控制過濾器186和188的吹掃或清潔。控制器16分別聯接至設置在第一和第二漿狀物流道190和192中的閥204和206，位于過濾器186及188下游及燃料漿狀物噴射器156上游。閥204和206的打開允許聚集的燃料漿狀物流向燃料漿狀物噴射器156，且然后流向氣化器106，如上所述。此外，控制器16聯接至閥208和210。控制器16控制閥208和210的打開和關閉，以允許來自液體源212(例如沖洗水)的液體(例如水)流沖洗過濾器186和188。例如，控制器16可關閉閥194，196，201，202，204和206， 并打開閥194，196，208和210，以允許通過沖洗液體清潔過濾器186和188的各過濾器介質 162。沖洗液體向上游流過過濾器186和188，并隨后流過路徑198和200到達漿狀物混合罐158，以將液體與固體燃料混合，從而形成更多燃料漿狀物。相反，閥208和210可關閉，并且其他閥打開以使得能夠控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集。然而，通過打開閥194，196， 208和210，控制器16配置成允許在過濾器186和188兩者中同時或單獨進行吹掃。此外， 控制器16配置成使得能夠控制一個過濾器186或188中固體燃料的聚集，而同時允許另一個過濾器186或188中的吹掃。并聯使用多個過濾器10可允許比單個過濾器10從燃料漿狀物中去除更多濕氣。此外，具有并聯的多個過濾器10允許當其他過濾器10不能使用時 (例如需要維修)一個過濾器10的操作。
除了并聯的過濾器10，過濾系統152還可包括串聯的過濾器10。圖4是串聯采用多個過濾器10的過濾系統152的一個實施例的示意性方塊圖。如上所述，過濾系統152被設計成在氣化前但在固體燃料漿狀物的泵送之后增加燃料漿狀物內的固體燃料的聚集。過濾系統152包括沿燃料漿狀物泵12下游的漿狀物流道154串聯設置的第一橫流式過濾器 186和第二橫流式過濾器188兩者，此處過濾器186和188配置成分別從燃料漿狀物去除至少第一和第二部分液體。在其它實施例中，過濾系統152可包括串聯的多于2個過濾器 10。例如，過濾系統可包括3到5個或更多過濾器10。如上所述，漿狀物混合罐158設置在過濾器186和188的上游，而漿狀物燃料噴射器156和氣化器106設置在過濾器186和 188的下游。
如上所述，橫流式過濾器186可經由控制系統172單獨操作或同時操作。控制器 16如上所述控制每個橫流式過濾器186和188。例如，控制器16分別聯接至過濾器186和 188的閥222和224，并且配置成經由從燃料漿狀物去除液體而控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集。如上所述，控制器16可調節閥222和224以允許在相同的漿狀物流道154中從燃料漿狀物去除液體的相同和/或不同速率。去除的液體被經由路徑2 和2 再循環回到混合罐以如上所述產生更多燃料漿狀物。同樣，如上所述，控制器16聯接到閥230和232 以允許從沖洗液體源212用液體(例如水)沖洗過濾器186和188。
控制器16聯接到閥234和236以控制燃料漿狀物流進出第一橫流式過濾器186。 控制器16還聯接到閥238和MO以控制燃料漿狀物流進出第二橫流式過濾器188。此外， 控制器16聯接到閥240和242上以允許當閥240和242打開且閥234和236關閉時繞過第一橫流式過濾器186。控制器16聯接到閥244和246上以允許當閥244和246打開且閥 238和240關閉時繞過第二橫流式過濾器188。控制器16到所有這些閥的聯接允許控制器 16順序或單獨使用過濾器186和188控制從燃料漿狀物去除水。順序使用過濾器186和188可允許固體燃料在燃料漿狀物中比單獨使用過濾器186或188聚集到更大的程度。此外，控制器16配置成控制過濾器186和188的同時或獨立吹掃。此外，控制器16配置成使得能夠使用過濾器186或188控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集，而同時吹掃另一個過濾器186或188。如上所述，控制器16響應于關于流率的用戶輸入以及響應于來自系統部件的涉及燃料漿狀物中固體燃料的聚集的反饋。例如，反饋可來自位于不同系統部件處的變換器，例如混合罐158，漿狀物噴射器156和/或氣化器106。如上所述，反饋可為涉及燃料漿狀物中固體燃料聚集的直接或間接測量值。
除了包括多個過濾器10，過濾系統152可包括以不同實施例幫助聚集燃料漿狀物中的固體燃料的過濾器10。圖5是在過濾器10內采用多個流通道的過濾系統152的一個實施例的示意性方塊圖。如上所述，漿狀物混合罐158和漿狀物泵12設置在橫流式過濾器 10的上游。漿狀物噴射器156設置在過濾器10的下游。同樣，如上所述，控制器16控制分別經由閥256和258從過濾器10去除液體和吹掃。圖示的橫流式過濾器10包括罩殼160 和延伸穿過該罩殼160的多個漿狀物流徑沈0、262和沈4。各漿狀物流徑沈0、262和264 由過濾器介質162包圍(例如環狀過濾器介質)。燃料漿狀物由過濾器10在過濾器10的入口 265附近接收，之后燃料漿狀物在漿狀物流徑260、262和264之間分配。如上所述，然后當漿狀物切向流過各漿狀物流徑260、262和264的各過濾器介質162時從燃料漿狀物去除液體(例如水)。去除的液體或濾出液被經由路徑267再循環回到漿狀物混合罐，以用來準備更多的燃料漿狀物。在流過各過濾器介質162之后，聚集的漿狀物在出口 266處離開過濾器至漿狀物噴射器156用于噴射至氣化器106。多個流通道的使用可增加可從漿狀物去除的液體的量，從而在氣化之前聚集燃料漿狀物內的固體燃料。結果，可改善燃料漿狀物的氣化中的碳轉化以及冷氣體效率。
備選地，過濾系統152可包括會聚的過濾器10。例如，圖6是采用會聚型過濾器 10的過濾系統152的一個實施例的示意性方塊圖。過濾系統152和其它部件如圖5中所述，除了過濾器設計。圖示的橫流式過濾器10包括罩殼160。橫流式過濾器10包括延伸穿過罩殼160由箭頭274總體指示的漿狀物流徑。漿狀物流徑274由過濾器介質162包圍。過濾器介質162在下游方向上沿漿狀物流徑274從橫流式過濾器10的入口沈5向出口 266會聚。例如，過濾器介質162可為中空錐形過濾器介質162。當燃料漿狀物在入口 265處進入時，過濾器介質162具有寬度276。當燃料漿狀物在出口 266處離開時，過濾器介質162具有寬度278。在某些實施例中，寬度276可從比寬度276大大約2到10倍而變化。例如，寬度276可為比寬度278大大約2，4，6，8或10倍。會聚的過濾器介質152在漿狀物向下游流動時沿其表面產生更多剪力。增加的剪力會導致由過濾器介質162從燃料漿狀物去除更多液體，如箭頭280總體所示。去除更多的液體可允許在氣化之前燃料漿狀物中固體燃料的更高聚集。如上所述，去除的液體或濾出液經由路徑267被再循環到漿狀物混合罐158。在圖示的實施例中，到液體去除路徑沈7的入口 282定位成更加朝向過濾器 10的出口沈4，因為更大部分的去除液體可以定位成朝向過濾器10的該部分。在其它實施例中，到路徑沈7的入口 282可沿過濾器10的其他部分設置。
如之前提及的，過濾系統152可包括用于幫助聚集燃料漿狀物中的固體燃料的其它系統。圖7是采用攪拌和加熱系統的過濾系統152的一個實施例的示意性方塊圖。如上所述，過濾系統152包括設置在漿狀物流徑154中的過濾器10，位于燃料漿狀物泵12的下游且位于燃料漿狀物噴射器156的上游。如上所述，橫流式過濾器10包括罩殼160和過濾器介質162。過濾器10可如上所述從燃料漿狀物去除液體。除了過濾器10，過濾系統152 還包括聯接到橫流式過濾器10上的攪拌系統290和加熱系統四2。攪拌系統290包括聯接到驅動器296上的攪拌器四4。驅動器296構造成使得攪拌器294攪拌。攪拌器294構造成攪拌該橫流式過濾器10。如圖所示，攪拌器294設置在罩殼160的外表面298上。在某些實施例中，攪拌器294設置在過濾器10的內容及300內。例如，攪拌器294可定位在罩殼160的內表面302上或直接定位在過濾器介質162上。橫流式過濾器10的攪拌或振動去除可能粘附在過濾器介質162上的任何可能的濾后沉淀或顆粒。這保持過濾器10清潔， 并允許從燃料漿狀物恒定地去除液體以使得漿狀物中的固體燃料聚集。
如上所述，過濾系統152包括加熱系統四2。加熱系統292包括構造成加熱橫流式過濾器10的至少一個加熱器304。橫流式過濾器10的加熱允許從燃料漿狀物去除更多液體，從而進一步聚集燃料漿狀物中的固體燃料。加熱器304可包括加熱元件306和熱交換器308。如圖所示，加熱元件306和熱交換器308設置在過濾器10的內容及300內，在罩殼160的內表面302上。在其它實施例中，加熱元件306和/或熱交換器308可直接設置在過濾器介質162上。備選地，加熱元件306和/或熱交換器308可設置在罩殼160的外表面四8上。
熱量經由外部熱源310提供給加熱元件306。熱源310可包括蒸汽、燃燒排氣(例如來自燃氣渦輪機、鍋爐或高爐)、加熱的工藝用水或廢熱。例如，可從各種設備部件獲得廢熱，諸如熱處理單元、壓縮機、發動機或整體氣化聯合循環系統(IGCC)的部件。熱交換器 312可從各種設備部件314或外部熱源向熱交換器308傳遞熱量，且然后熱交換器308可將熱量直接傳遞至橫流式過濾器10或通過熱傳遞介質間接傳遞。例如，熱交換器308可將熱量傳遞至罩殼160、過濾器10的內容積300或過濾器介質162。
控制器16 (例如漿狀物聚集控制器16)被聯接到攪拌系統290和加熱系統292兩者上。控制器16配置成控制攪拌系統四0以攪拌橫流式過濾器10。控制器16可如上所述響應于反饋以控制攪拌系統四0。同樣，控制器16配置成控制加熱系統四2以加熱橫流式過濾器10。例如，控制器16被聯接到熱源310上以控制提供給加熱元件306的熱量。此外，控制器16被聯接到閥316和318上，以控制從設備部件314到熱交換器312的熱交換， 以及熱量從熱交換器312到熱交換器308的傳遞，且然后至橫流式過濾器10。控制器16可如上所述響應于反饋以控制加熱系統四2。攪拌系統290和加熱系統四2的控制以及如上所述的液體去除允許控制器16確定從燃料漿狀物去除的液體的量，以聚集燃料漿狀物中的固體燃料。
在某些實施例中，一種方法可包括經由橫流式過濾聚集燃料漿狀物并氣化聚集的燃料漿狀物。例如，該方法可包括至少部分地通過如上所述經由橫流式過濾器10調節從燃料漿狀物去除液體而控制燃料漿狀物中固體燃料的聚集。控制聚集可包括如上所述控制橫流式過濾器10的攪拌。同樣，控制聚集可包括如上所述控制橫流式過濾器10的加熱。此外，該方法還可包括氣化橫流式過濾器10下游的氣化器106中的燃料漿狀物。
所公開的實施例的技術效果包括在燃料漿狀物泵12下游以及燃料漿狀物噴射器 156上游采用燃料漿狀物的橫流式過濾。將橫流式過濾器10設置在泵12和噴射器156之間允許從燃料漿狀物去除液體，從而獲得泵送后漿狀物中更高的固體燃料的聚集。增加泵送后燃料漿狀物中可獲得的固體燃料的聚集水平避免了與泵送較高聚集漿狀物相關的問題，并且還可改善燃料漿狀物的氣化中的碳轉換和冷氣體效率。期望的聚集也可經由控制系統172進行調節。
本書面說明書使用示例來公開本發明，包括最佳模式，并且還使得本領域技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統，并執行任何結合的方法。本發明可授予專利的范圍由權利要求書限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有無異于權利要求書的字面語言的結構性元件，或者如果它們包括與權利要求書的字面語言并無實質性區別的等價結構性元件，則此類其它示例意在處在權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種系統，包括第一橫流式過濾器(10，186)，其構造成從燃料漿狀物去除至少第一部分液體，從而增加所述燃料漿狀物中固體燃料的聚集；以及氣化器(106)，其構造成從所述燃料漿狀物產生合成氣。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括燃料漿狀物噴射器(156)，所述燃料漿狀物噴射器(156)構造成接納所述燃料漿狀物并將所述燃料漿狀物噴入所述氣化器(106)。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括燃料漿狀物泵(12)，所述燃料漿狀物泵(1 構造成沿具有所述第一橫流式過濾器(10，186)的漿狀物流徑(154)泵送所述燃料漿狀物。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述第一橫流式過濾器(10，186)在所述燃料漿狀物泵(1 下游設置在漿狀物流徑(1 )中。
5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括聯接到所述第一橫流式過濾器(10，186)上的攪拌系統090)，其中所述攪拌系統(四0)包括構造成攪拌所述第一橫流式過濾器(10,186)的攪拌器(294) 0
6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括聯接到所述第一橫流式過濾器(10，186)上的加熱系統092)，其中所述加熱系統( 包括構造成加熱所述第一橫流式過濾器(10，186)的至少一個加熱器(304)。
7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括構造成經由所述第一橫流式過濾器(10，186)控制液體的去除的控制系統(172)，以調節所述燃料漿狀物中所述固體燃料的聚集。
8.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括構造成從所述燃料漿狀物去除至少第二部分液體的第二橫流式過濾器(10，188)。
9.如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述第一橫流式過濾器(10，186)和第二橫流式過濾器(10，186)分別沿第一漿狀物流徑(190)和第二漿狀物流徑(19 并聯設置。
10.如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述第一橫流式過濾器(10，186)和第二橫流式過濾器(10，188)沿漿狀物流徑(IM)串聯設置。
全文摘要
本發明涉及用于聚集漿狀物中的固體燃料的系統和方法，具體而言，根據各種實施例，一種系統包括第一橫流式過濾器(10，186)，其構造成從燃料漿狀物去除至少第一部分液體，從而增加所述燃料漿狀物中固體燃料的聚集。該系統還包括構造成從燃料漿狀物產生合成氣的氣化器(106)。
文檔編號C10J3/46GK102533342SQ20111036529
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者A·馬宗達, P·S·薩克 申請人:通用電氣公司