脉冲气化和热气净化装置和方法制造方法及图纸

气化器系统和方法包括与流体通道相通的脉冲燃烧装置，用于产生具有热值或燃料值的气流。在亚化学计量条件下操作脉冲燃烧装置，以使燃烧和蒸汽重整全都发生在流体通道中。脉冲燃烧装置也产生脉动燃烧产物流和声压波。声压波起到使燃烧气流中含有的颗粒附集，以容易去除的作用。在一个实施方案中，将硫俘获剂注入流体通道中，不仅用于从燃烧产物流中去除硫，也有助于粒子附集。最终，产生含有氢气的气流，该气流可用在各种工艺中，例如产生电能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
脉冲气化和热气净化装置和方法相关申请本申请是以2002年5月22日申请的临时专利申请60/382302为基础的，并要求该申请的优先权。专利技术背景在直接燃烧的常规能量产生系统和其它方法中，对某些燃料利用的主要关注是燃料燃烧产生的微粒。这些微粒残留在燃烧气流中。因为运行这样系统的气流可对设备的寿命产生不利的影响，所以气流中应该基本上没有这些微粒物质。尽管常规微粒去除装置(particulate removal device)可用于从燃烧气流去除一些较大的固体微粒物质，但是这些装置通常不能从气流中去除较小的微粒。类似的问题也存在于多种气流中，这些气流中微粒悬浮物质并非来源于燃烧。Mansour等人的美国专利5353721和Mansour等人的5197399描述了脉冲燃烧装置(pulsed combustion apparatus)和方法，在此为所有目的，将其引入作为参考；该脉冲燃烧装置和方法用于声附集(acoustically agglomerating)燃料燃烧产生的微粒，以便从燃烧流出气流中去除微粒。当从燃烧流出气流去除颗粒后，那么气流可用于各种工艺和系统中。例如，在一个实施方案中，使用流出气流旋转涡轮机来产生能量。已经以该方式在工艺发展单元(process development unit，PDU)中使用粉状烟煤和用于硫俘获(sulfur capture)的四种不同吸附剂进行了试验，试验结果如下：(1)燃烧效率超过99％；(2)硫俘获高至98％；(3)NOx排放在0.3-0.6lb/MMBtu范围内；以及(4)在旋风分离器出口废气处固体载量(solidsloading)(类似于涡轮机入口固体载量)低至23ppmw。固体载量结果极大地低于100-150ppmw的起初目标，以及足够好从而满足发电厂微粒排放的新资源性能标准(New Source Performance Standard，NSPS)(＜0.03lb/MMBtu)。然而，尽管燃烧或贫燃方式中的操作提供了令人满意和鼓舞人心的结果，但是该工艺在热力学上受到限制，并且呈现出与排放控制相关的各种-->问题。具体地，下述限制变得显而易见：●在氧化或贫燃条件下，硫保持量(sulfur retention)或钙利用随着操作温度升高而降低。例如，在高至约1000℃(1832°F)的温度下，要求95％硫俘获的Ca/S摩尔进料比是十分有利的，但是随着进一步升高温度而急剧上升。这限制了燃气涡轮机入口温度，以及反过来限制循环或电厂效率。●尽管脉冲燃烧器是固有的低NOx装置，但是操作的氧化方式、富燃氮气(fuel bound nitrogen)的存在以及高温全都有利于NOx形成。因此，需要进一步减少NOx，特别是在提高燃气涡轮机入口温度的要求的情况下。●附集室中更高的温度(＞1000℃或1832°F)有利于声附集，但不利于硫俘获。这易于限制旋风分离器出口废气中固体载量的减小程度。因此，目前存在改进附集装置和方法的需要。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，描述了用于气化原料(例如，煤、焦炭、其它固体燃料、重质液态烃、浆料等)的装置和方法，该装置和方法用原地热气净化产生清洁的中质(medium)气体。在一个特定的实施方案中，该方法使用结合了一个或两个气化阶段的脉冲气化装置。该方法促进微粒的声附集，从而有助于使用常规分离装置进行的微粒收集；以及便于合适吸附剂的利用，以在声波增强的环境中俘获气体污染物。该装置可用于各种不同的构造中，例如改变用于能量产生的燃料电池、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的组合而形成的联合循环构造，以及用于产生结合的热和电能、用于制氢、生产液体燃料的或直接还原铁的联合生产构造(cogeneration configuration)中。在一个实施方案中，例如，气化器(gasfier)系统包括用于第一阶段气化的脉冲燃烧装置、用于除渣(slag)的U管布置、用于第二阶段气化的垂直夹带流动部分(vertical entrained flow section)、以及用于微粒俘获的主旋风分离器和副旋风分离器。氧气和蒸汽可用作气化剂，以提高产物气体热值以及反过来促进火焰稳定性和消除(turndown)部分氧化。例如，部分氧化可发生在第一阶段，而起支配作用的蒸汽重整过程可发生在第二阶段。-->在第二阶段中，将吸附剂颗粒注入强声场作用下的气流中。声场通过提高气膜和颗粒内的传质速率而起到改进吸附剂煅烧的作用。此外，吸附剂颗粒起到动态过滤中心(filter foci)的作用，从而提供了高密度的停滞附集中心，该停滞附集中心用于捕获更细的夹带飞灰部分。再生吸附剂可用于原地硫俘获，以及可包括硫回收单元来产生含硫副产物。该副产物可为，例如硫酸铵或者硫酸。在一个特定的实施方案，本专利技术的系统用于产生具有燃料或热值(heatvalue)的气流。该系统可包括流体通道(fluid channel)，该流体通道包括第一阶段部分(stage section)和第二阶段部分。流体通道可包括将第一阶段部分过渡(transition)至第二阶段部分的U形部分。脉冲燃烧装置包括与至少一个共振管(resonance tube)连接的脉冲燃烧器，脉冲燃烧装置可放置成与流体通道的第一阶段部分相通。脉冲燃烧装置可构造成燃烧固体或液体燃料，以及产生脉动燃烧气流(pulsating combustion stream)和声压波(acousticpressure wave)。流体通道可成形为将声压波从第一阶段部分传送至第二阶段部分。该系统可进一步包括硫俘获剂注入口(sulfur capturing agent injectionport)，该硫俘获剂注入口用于将硫俘获剂注入流体通道的第二阶段部分。硫俘获剂可构造成从脉动燃烧气流中去除含硫气体，以及与脉动燃烧气流中含有的任何颗粒进行声附集。微粒去除装置，例如低速旋风分离器以及高速旋风分离器，可从流体通道中接受燃烧气流。微粒去除装置可用于从气流中去除微粒。当从气流中去除微粒后，气流可用于各种过程中。例如，在一个实施方案中，气流可用于给燃气或蒸汽涡轮机提供动力或者可用于给燃料电池提供动力。除了产生气体的系统之外，本专利技术也涉及用于产生具有燃料或热值的气流的各种方法。在一个实施方案中，例如，该方法可包括在脉冲燃烧装置内燃烧固体或液体燃料以及产生脉动燃烧气流和声压波的步骤。可在亚化学计量(sub-stoichiometric)条件下操作脉冲燃烧装置。如此处所使用的，亚化学计量条件是指氧气的量不足以完全燃烧燃料源的燃烧条件。在本专利技术中，例如，脉冲燃烧装置可操作在约30％至约60％的化学计量程度上。此外，不仅连同氧气源而且连同蒸汽一起可将固体或液体燃料供应至脉冲燃烧装置。该蒸汽可用于控制化学计量程度、控制温度以及以供蒸汽重整。-->在形成脉动燃烧气流和声压波后，可经过流体通道引导它们。流体通道的至少一部分可在还原条件(reducing condition)下运行，以促进蒸汽气化(steam gasification)。在蒸汽气化过程中，发生吸热反应，在吸热反应中烃化合物裂解，并生成氢气。氢气和较低分子量烃气体是有用的能源。根据本专利技术的方法，可将硫俘获剂注入流体通道中。硫俘获本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生具有燃料或热值的气流的系统，其包括：包括第一阶段部分和第二阶段部分的流体通道，该流体通道包括将第一阶段部分过渡至第二阶段部分的Ｕ形部分；与流体通道的第一阶段部分相通的脉冲燃烧装置，该脉冲燃烧装置包括与至少一个共振管连 接的脉冲燃烧器，脉冲燃烧装置构造成燃烧固体或液体燃料以及产生脉动燃烧气流和声压波，流体通道成形为将声压波从第一阶段部分传送至第二阶段部分；用于将硫俘获剂注入流体通道的第二阶段部分中的硫俘获剂注入口，硫俘获剂构造成从脉动燃烧气流中去除 含硫气体，以及与脉动燃烧气流中含有的任何颗粒进行声附集；以及与流体通道相通的微粒去除装置，其用于接受燃烧气流且去除气流中含有的微粒。

【技术特征摘要】
US 2002-5-22 60/382,3021.用于产生具有燃料或热值的气流的系统，其包括：包括第一阶段部分和第二阶段部分的流体通道，该流体通道包括将第一阶段部分过渡至第二阶段部分的U形部分；与流体通道的第一阶段部分相通的脉冲燃烧装置，该脉冲燃烧装置包括与至少一个共振管连接的脉冲燃烧器，脉冲燃烧装置构造成燃烧固体或液体燃料以及产生脉动燃烧气流和声压波，流体通道成形为将声压波从第一阶段部分传送至第二阶段部分；用于将硫俘获剂注入流体通道的第二阶段部分中的硫俘获剂注入口，硫俘获剂构造成从脉动燃烧气流中去除含硫气体，以及与脉动燃烧气流中含有的任何颗粒进行声附集；以及与流体通道相通的微粒去除装置，其用于接受燃烧气流且去除气流中含有的微粒。2.权利要求1所定义的系统，进一步包括固体或液体燃料注入口，布置该固体或液体燃料注入口，以便将固体或液体燃料注入流体通道的第二阶段部分中。3.权利要求1所定义的系统，其中硫俘获剂注入口是在U形部分上或附近布置的。4.权利要求1所定义的系统，其中硫俘获剂注入口是沿着第二阶段部分的中间区域布置的。5.权利要求1所定义的系统，进一步包括喷嘴，该喷嘴用于将水注入流体通道的第二阶段部分中。6.权利要求1所定义的系统，进一步包括用于将蒸汽和氧气注入脉冲燃烧装置中的蒸汽端口和氧气端口。7.权利要求1所定义的系统，进一步包括除渣端口，该除渣端口是沿着流体通道的U形部分布置的。8.权利要求1所定义的系统，其中脉冲燃烧装置构造成产生频率在约20至约250赫兹的声压波。9.权利要求1所定义的系统，其中微粒去除装置包括第一旋风分离器和第二旋风分离器，第一旋风分离器包括用于去除附集物的低速旋风分离器，第二旋风分离器包括用于去除细粉的高效旋风分离器。10.权利要求1所定义的系统，其中构造与脉冲燃烧装置连接的流体通道，以使流体通道的第一阶段部分在第一出口温度下运行以及第二阶段部分在第二出口温度下运行，第一出口温度大于第二出口温度，第二出口温度低于约1700°F。11.权利要求1所定义的系统，进一步包括拔顶燃烧器，布置该拔顶燃烧器以接受从微粒去除装置流出的燃烧气流，拔顶燃烧器包括用于燃烧燃烧气流的燃烧器。12.权利要求1所定义的系统，进一步包括硫酸化器，该硫酸化器接受由微粒去除装置收集的微粒，硫酸化器包括与气体端口相通的加热流化床，该气体端口构造成将流态化气体注入流化床中，流态化气体包括氧气，硫酸化器构造成硫酸化被硫俘获剂俘获的任何硫。13.权利要求12所定义的系统，其中该系统进一步包括拔顶燃烧器，布置该拔顶燃烧器，以接受来自微粒去除装置的燃烧气流，拔顶燃烧器包括构造成燃烧燃烧气流的燃烧器，以及其中硫酸化器预热供应至拔顶燃烧器的燃烧器的空气气流。14.权利要求1所定义的系统，进一步包括用于产生电能的发电装置，其构造成接受从微粒去除装置流出的燃烧气流。15.权利要求14所定义的系统，其中发电装置包括燃气涡轮机或蒸汽涡轮机。16.权利要求14所定义的系统，其中发电装置包括燃料电池。17.用于产生具有燃料或热值的气流的系统，其包括：包括第一阶段部分和第二阶段部分的流体通道；与流体通道的第一阶段部分相通的脉冲燃烧装置，脉冲燃烧装置包括与至少一个共振管相连的脉冲燃烧器，脉冲燃烧装置构造成燃烧固体或液体燃料以及产生脉动燃烧气流和声压波，流体通道成形为将声压波从第一阶段部分传送至第二阶段部分；用于将硫俘获剂注入流体通道的第二阶段部分中的硫俘获剂注入口，硫俘获剂构造成从脉动燃烧气流中去除含硫气体，以及与脉动燃烧气流中含有的任何颗粒进行声附集；与流体通道相通的微粒去除装置，其用于接受燃烧气流且去除气流中含有的微粒；与微粒去除装置相通的拔顶燃烧器，其用于接受燃烧气流，拔顶燃烧器包括构造成燃烧燃烧气流的燃烧器；以及硫酸化器，该硫酸化器用于接受由微粒去除装置收集的微粒，硫酸化器包括与流化气体端口相通的加热流化床，通过该气体端口将含有氧气的流态化气体注入流化床中，硫酸化器构造成硫酸化被硫俘获剂俘获的任何硫。18.权利要求17所定义的系统，进一步包括发电装置，其用于接受来自拔顶燃烧器的加热过的燃烧气流以及产生电能。19.权利要求17所定义的系统，其中发电装置包括燃气涡轮机或蒸汽涡轮机。20.权利要求17所定义的系统，进一步包括固体或液体燃料注入口，布置该固体或液体燃料注入口，以便将固体或液体燃料注入流体通道的第二阶段部分中。21.权利要求17所定义的系统，进一步包括喷嘴，该喷嘴用于将水注入流体通道的第二阶段部分中。22.权利要求17所定义的系统，进一步包括用于将蒸汽和氧气注入脉冲燃烧装置的蒸汽端口和氧气端口。23.权利要求17所定义的系统，其中脉冲燃烧装置构造成产生频率在约20至约250赫兹之间的声压波。24.权利要求17所定义的系统，其中微粒去除装置包括第一旋风分离器和第二旋风分离器，第一旋风分离器包括用于去除附集物的低速旋风分离器，第二旋风分离器包括用于去除细粉的...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉维钱德兰，莫姆塔兹N曼索，
申请(专利权)人：制造及技术转化国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]