[发明专利]用于整合气化组合循环动力系统的水煤气变换反应器系统

说明书

技术领域

本申请大体而言涉及整合气化组合循环(integrated gasificationcombined cycle，IGCC)动力系统(power generation system)，且更特定而言涉及一种IGCC动力系统，其具有用于它的改进的水煤气变换反应器系统(water gas shift reactor system)。

背景技术

已知的IGCC动力系统可包括与至少一个产生动力的涡轮系统整合的气化系统。举例而言，已知的气化器可将燃料、空气或氧气、蒸汽和其它添加剂的混合物转变成部分地燃烧的气体的输出，通常被称作“合成气”。这些热燃烧气体被供应到燃气涡轮发动机的燃烧器。而燃气涡轮发动机向发电机提供动力以发电或驱动另一类型的负载。来自燃气涡轮发动机的废气被供应到热回收蒸汽发生器(heat recoverysteam generator，HRSG)以便生成蒸汽用于蒸汽涡轮。由蒸汽涡轮生成的动力也可驱动发电机或另一类型的负载。类似类型的动力系统可为已知的。

气化过程可使用水煤气变换反应器。基本的水煤气变换反应如下：CO+H₂O<->CO₂+H₂。为了改进变换反应，高压蒸汽与进入水煤气变换反应器的原料合成气混合以便增加H₂O/CO比例。蒸汽源通常从底循环或者自在高温/低温气体冷却部段中冷却合成气得到。反应也是温度敏感的。

但是，对于给定水煤气变换反应器的高压蒸汽要求而言，利用CO₂捕获的总IGCC系统的效率会降低。具体而言，对于原料合成气饱和取得的高压蒸汽涉及性能损失，因为蒸汽不能用于蒸汽涡轮中的膨胀功。因此，分流可降低总系统效率，净输出和耗热率。

因此，需要改进的利用CO₂捕获的整合气体组合循环动力系统。这种系统优选地可维持充分的CO₂捕获同时增加总系统效率和性能。

发明内容

因此，本申请提供一种整合气化组合循环系统。该整合气化组合循环系统可包括水煤气变换反应器系统和热回收蒸汽发生器。水煤气变换反应器系统可包括再循环系统，其具有再循环热交换器以加热合成气流(flow of syngas)。热回收蒸汽发生器可包括与再循环热交换器连通(in communication with)的分流水流(diverted water flow)。

本申请还提供一种操作具有一个或多个水煤气变换反应器和热回收蒸汽发生器的整合组合循环气化系统的方法。该方法可包括以下步骤：提供与进来的合成气流连通的再循环水流；分流来自热回收蒸汽发生器的高压抽水(water extraction)；在高压抽水与再循环水流之间进行热交换；使合成气流向水煤气变换反应器；以及，增加合成气流的水分含量。

本申请还提供一种整合气化组合循环系统。该整合气化组合循环系统可包括水煤气变换反应器系统，其具有一个或多个水煤气变换反应器和热回收蒸汽发生器。水煤气变换反应器系统可包括再循环系统，其具有再循环热交换器以加热合成气流。热回收蒸汽发生器可包括与再循环热交换器连通的高压部段和分流的高压水流。

当结合附图和所附权利要求来理解时，通过阅读下文的详细描述，本申请的这些和其它特点和改进对于本领域技术人员而言将会变得明显。

附图说明

图1是利用CO₂捕获的IGCC动力系统的示意图。

图2是使用已知IGCC系统的HRSG的低温气体冷却部段的示意图。

图3是使用可如本文所述的HRSG的低温气体冷却部段的示意图。

部件列表：

100    IGCC动力系统

110    气化器

115    合成气冷却器

120    空气分离单元

130    水煤气变换反应器系统

140    酸气移除系统

150    燃气涡轮动力循环

151    煤制备

152    CO₂再循环压缩

153    CO₂压缩

154    带尾气处理单元的硫回收单元

155    合成气加热单元

160    热回收蒸汽发生器

165    废气

200    高压过热器

210    高压再热器

220    高压蒸发器