Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. JP2013028803 - SYSTEM AND METHOD FOR COOLING GASIFICATION REACTION FURNACE

Document

Description

Title of Invention ガス化反応炉を冷却するためのシステム CN 201110181439.5 20110630 20180606 C10J 3/00 中国特許出願公開第101665724(CN,A) 特表2010−521545(JP,A) 特開平6−122880(JP,A) 特開昭56−47489(JP,A) 中国特許出願公開第101245263(CN,A) 米国特許第4272255(US,A) 米国特許出願公開第2002/0157312(US,A1) 特表2003−532789(JP,A) 特表2010−516837(JP,A) 特開平6−136371(JP,A) 2013028803 20130207 20150624 2016014735 20161003 國島 明弘 川端 修 井上 能宏

Technical Field

0001  

Background Art

0002   0003  

Summary of Invention

Technical Problem

0004  

Technical Solution

0005   0006   0007   0008   0009   0010  

Brief Description of Drawings

0011  

Description of Embodiments

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045  

Reference Signs List

0046  

Claims

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

Drawings

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10    

Description

ガス化反応炉を冷却するためのシステム

CN 201110181439.5 20110630 20180606 C10J 3/00 patcit 1 : 中国特許出願公開第101665724(CN,A)
patcit 2 : 特表2010−521545(JP,A)
patcit 3 : 特開平6−122880(JP,A)
patcit 4 : 特開昭56−47489(JP,A)
patcit 5 : 中国特許出願公開第101245263(CN,A)
patcit 6 : 米国特許第4272255(US,A)
patcit 7 : 米国特許出願公開第2002/0157312(US,A1)
patcit 8 : 特表2003−532789(JP,A)
patcit 9 : 特表2010−516837(JP,A)
patcit 10 : 特開平6−136371(JP,A)
2013028803 20130207 20150624 2016014735 20161003 國島 明弘 川端 修 井上 能宏

Technical Field

[0001]
本発明の実施形態は、全体的に、統合型ガス化複合サイクル(IGCC)発電システムに関し、より詳細には、IGCCシステムのガス化反応炉又はガス化装置を冷却するシステム及び方法に関する。

Background Art

[0002]
少なくとも一部の公知のIGCCシステムは、少なくとも1つの発電タービンシステムと統合されたガス化システムを含む。ガス化システムは、燃料、空気、又は酸素、蒸気、及び/又は石灰石又は他の溶剤などの固体物の混合物を、「シンガス」及びスラグとも呼ばれる部分燃焼ガスの生成物に変換するためのガス化装置を含むことができる。ガス化装置において生じる燃焼プロセスは、大量の熱を発生する可能性がある。燃焼プロセス柱の温度は、1600〜1800℃を上回る場合がある。ガス化装置の壁を高温から保護し、ガス化装置の寿命を延ばすために、内部ライナを用いることができる。
[0003]
様々なタイプのライナが知られている。例えば、1つのタイプのライナは、ガス化装置の壁を高温から隔離する耐火ブロックが挙げられる。しかしながら、耐火ブロックを使用する1つの欠点は、ブロックは交換する必要があり、ガス化装置の運用コストが増大することである。加えて、耐火ブロックを利用するガス化装置の壁は、熱衝撃損傷を避けるために、ウォームアップ期間又はクールダウン期間を必要とする可能性がある。

Summary of Invention

Technical Problem

[0004]
従って、上述の欠点の少なくとも1つに対処するシステム及び方法を提供することが望ましい。

Technical Solution

[0005]
本明細書で開示される一実施形態によれば、ベッセル、第1の冷却装置、及び第2の冷却装置を含むガス化反応炉が提供される。ベッセルは、部分燃焼下で炭素含有燃料と酸素含有ガスとを受けて合成ガスを生成するよう構成された反応室を定める。ベッセルは、第1の上側領域と、第2の中間領域とを含む。第1の冷却装置は、第1の上側領域に取り付けられる。第2の冷却装置は、第2の中間領域に取り付けられる。
[0006]
本明細書で開示される別の実施形態によれば、ガス化反応炉を冷却するのに使用することができる冷却システムが提供される。冷却システムは、第1の冷却装置と、第2の冷却装置とを含む。第1の冷却装置は、ガス化反応炉の第1の上側領域に取り付けられる。第2の冷却装置は、ガス化反応炉の第2の中間領域に取り付けられる。第1の冷却装置及び第2の冷却装置は、第1の上側領域及び第2の中間領域それぞれに一致する形状を有するように構成される。
[0007]
本明細書で開示される別の実施形態によれば、ベッセル及び熱交換器を含むガス化反応炉が提供される。ベッセルは、炭素含有燃料及び酸素含有ガスが内部で部分燃焼する反応室を定める。ベッセルは、外側と内側とを有する。熱交換器は、ベッセルの外側の少なくとも一部に取り付けられる。熱交換器は、反応室からの熱を吸収するよう構成される。
[0008]
本明細書で開示される別の実施形態によれば、ガス化反応炉のベッセルの温度を調節する方法が提供される。本方法は、ガス化反応炉の第1の領域の周りの第1の温度ゾーンと、ガス化反応炉のベッセル本体の周りの第2の温度ゾーンとを少なくとも含む、ガス化反応炉の温度プロファイルを取得するステップと、第1の冷却方式を利用して、第1の領域に関連付けられた第1の冷却装置を用いることにより、ガス化反応炉の第1の領域の周りの取得した第1の温度ゾーンに応じてガス化反応炉の第1の領域を冷却するステップと、第2の冷却方式を利用して、第2の領域に関連付けられた第2の冷却装置を用いることにより、ガス化反応炉の第2の領域の周りの取得した第2の温度ゾーンに応じてガス化反応炉の第2の領域を冷却するステップと、を含む。
[0009]
本明細書で開示される別の実施形態によれば、統合型ガス化複合サイクル(IGCC)発電システムが提供される。IGCC発電システムは、ガス化装置と、ガスタービンとを含む。ガス化装置は、ベッセルと、冷却システムとを含む。ベッセルは、部分燃焼下で炭素含有燃料と酸素含有ガスとを内部に受けて合成ガスを生成するよう構成された反応室を定める。ベッセルは、第1の領域と、第2の領域とを含む。冷却システムは、第1の領域と関連付けられた第1の冷却装置と、第2の領域と関連付けられた第2の冷却装置と、を含む。ガスタービンは、ガス化装置に流れ連通して結合される。ガスタービンは、ガス化装置から受け取った合成ガスを燃焼するよう構成される。
[0010]
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。

Brief Description of Drawings

[0011]
[fig. 1] 本開示の例示的な実施形態によるガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 2] 本開示の別の例示的な実施形態によるガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 3] 本開示の更に別の例示的な実施形態によるガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 4] 本開示の例示的な実施形態によるガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 5] 本開示の例示的な実施形態によるガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 6] 本開示の例示的な実施形態による熱交換器に関連付けられたガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 7] 本開示の別の例示的な実施形態による熱交換器に関連付けられたガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 8] 本開示の更に別の例示的な実施形態による熱交換器に関連付けられたガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 9] 本開示の更に別の例示的な実施形態による熱交換器に関連付けられたガス化反応炉の部分切り欠き斜視図。
[fig. 10] 本開示の例示的な実施形態による統合型ガス化複合サイクル(IGCC)発電システムの概略図。

Description of Embodiments

[0012]
本明細書で開示される実施形態は、ガス化装置のベッセルを冷却するため、ガス化反応炉又はガス化装置と関連して使用される冷却装置に関する。更に、一部の実施形態は、冷却装置を用いてガス化反応炉を冷却する方法に関する。更に、一部の実施形態では、能動的冷却装置を用いて、ガス化反応炉を冷却することができる。更に一部の実施形態では、熱交換器がガス化装置のベッセルの外側に装着され、ガス化反応炉のベッセルを冷却するか、又はベッセルに熱を供給する。
[0013]
特に規定されない限り、本明細書において用いられる技術的及び科学的用語は、一般に本開示が帰属する技術の当業者によって理解される意味と同じ意味を有する。本明細書で使用される用語「第1」、「第2」及び同様のものは、順序、数量、又は重要度を示すものではなく、むしろある要素を別の用途と区別するために使用される。また、「1つの」といった用語は、本明細書においては数量の限定を表しておらず、言及された品目の少なくとも1つが存在することを表している。本明細書における「含む」、「備える」、又は「有する」及びこれらの変形形態の使用は、その後に記載される要素及びその均等物並びに追加の要素を包含することを意味している。用語「接続」及び「結合」は、物理的又は機械的接続又は結合に限定されるものではなく、直接か又は間接かにかかわらず、電気的接続又は結合を含むことができる。
[0014]
図1は、本開示の例示的な実施形態によるガス化装置の部分切り取り斜視図である。例証の目的で、図1の実施形態では、ガス化装置56は、噴流床ガス化装置として図示されている。しかしながら、ガス化装置56は、以下でより詳細に検討する冷却装置及び方法の1つ又はそれ以上の態様を具現化することができる限り、限定ではないが、固定層式ガス化装置、又は流動層ガス化装置を含む、あらゆるタイプの他のガス化装置に適用することを企図することができる。
[0015]
図1を参照すると、噴流床ガス化装置56は、内部に反応室を定めるシェル又はベッセル120を含む。反応室122は、炭素含有燃料及び酸素含有ガスを内部で受けるよう定められる。炭素含有燃料及び酸素含有ガスは、ベッセル120の上部に配置されるインジェクタ(バーナーとも呼ばれる)124を介して反応室122に導入することができる。インジェクタ124は、種々の角度で及びベッセル120の種々の場所に配置できることは企図することができる。燃焼プロセスにおいて、インジェクタ124を介して反応室122に導入される炭素含有燃料及び酸素含有ガスは、利用されるガス化装置56のタイプに応じて、例えば、約20bar〜約85barの高圧で、例えば、約700℃〜約1800℃の温度で燃焼することができ、次いで、合成ガスが生成される。
[0016]
図1を更に参照すると、ベッセル120は、第1の上側領域132、第2の中間領域134、及び第3の下側領域136を含む。図1の実施形態では、第1の上側領域132は、ドーム形状を有するように形成され、第2の中間領域134は、円筒形状を有するように形成され、第3の下側領域136は、円錐形状を有するように形成される。図1の実施形態では、単に例証の目的で、第1の上側領域132、第2の中間領域134、及び第3の下側領域136は、一体的に形成されるように図示されている。別の実施形態では、3つの領域132、134、136は、別個に形成されて、溶接又は接着のような何らかの適切な手段で共に接合してもよい。
[0017]
図1の一実施形態では、燃焼プロセス中にベッセル120を高温から保護する目的でベッセル120の壁の冷却を行うために、第1の冷却装置142及び第2の冷却装置152が設けられる。第1の冷却装置142は、第1の上側領域132と関連付けられ、第1の上側領域132の壁を冷却し保護するのに使用される。第2の冷却装置152は、第2の中間領域134と関連付けられ、第2の中間領域134の壁を冷却し保護するようにする。
[0018]
より具体的には、第1の冷却装置142は、第1の上側領域132と一致する形状を有するよう構成される。例えば、第1の冷却装置142は、ドーム形状の第1の上側領域132と実質的に一致する円錐管体である。他の実施形態では、第1の冷却装置142は、第1の上側領域132と一致する他の形状で構成された管体を用いてもよい点は企図することができる。図1の実施形態では、第1の冷却装置142は、溶接又は接着などの何らかの適切な手段によって第1の上側領域132の内側に取り付けられる。他の実施形態では、第1の冷却装置142は、第1の上側領域132の外側に取り付けることができる。また、一部の実施形態では、第1の冷却装置142は、ベッセル120の第1の上側領域132の壁の内部に埋め込むことができる。更に一部の実施形態では、図1には図示されていないが、耐火ライナを更に設けることができ、耐火ライナと第1の上側領域132の内側との間に第1の冷却装置142を挟み込むことができる構成を有する。
[0019]
一実施形態では、図1に示すように、第1の冷却装置142は、第2の冷却装置152とは独立して作動し、第1の上側領域132の局所的冷却を提供することができる。他の実施形態では、例えば、図3を参照して以下で説明するように、第1の冷却装置142を第2の冷却装置152と組み合わせて、第1の上側領域132及び第2の中間領域134の両方に冷却をもたらす単一の冷却システム140を形成することができる。図1の実施形態では、第1の冷却装置142は、能動的冷却装置であり、入口144と、出口146と、入口144及び出口146間に接続される増大する直径を有する中間管体148とを含む。
[0020]
第1の冷却装置142の作動において、水又は蒸気のような冷却材は、入口144を通って導入され、中間管体148を通じて循環することができる。次いで、熱を運ぶ冷却材が出口146から引き出され、又は排出される。能動的な第1の冷却装置142を作動させることにより、熱、特にベッセル120の第1の上側領域132の壁に隣接して発生する熱は、管体148を通って循環する冷却材により伝達されることは理解することができる。従って、第1の上側領域132の壁の温度は、所望の温度に維持することができる。第1の上側領域132の所望の温度は、熱伝達プロセスに関連する種々のパラメータを変えることにより調整できる点に留意されたい。例えば、第1の上側領域132の壁の温度が閾値を上回ると判定された場合には、所与の時間期間でより多くの熱を伝達し、第1の上側領域132により多くの冷却をもたらすように、管体148を循環する冷却材の速度又は流量を増大させることができる。第1の上側領域132の温度は、例えば、第1の上側領域132に取り付けられる熱センサを用いることによりリアルタイムで検出することができ、次いで、検出された温度は、第1の上側領域132を加熱又は冷却する必要があるかどうかを判定するのに用いられる。本明細書で使用される用語「冷却方式」とは、ベッセルの壁の所望の温度を調整するため熱伝達プロセスに関連する種々のパラメータを変える手段を簡潔に示すために定義することができる。
[0021]
図1を引き続き参照すると、図1の実施形態では、第2の冷却装置152はまた、円筒形状である第2の中間領域134と一致する全体形状を有するように構成される。第2の冷却装置152はまた、能動的冷却装置であり、入口154と、出口156と、入口154と出口156との間に接続された複数の垂直管体158とを一般に含む。図1の実施形態では、複数の管体158が、第2の中間領域134の長手方向軸線(又は上下方向)に沿って平行に延び、端部間が接続される。複数の管体158が円筒形の第2の中間領域134の内側に固定される。同様に、冷却材は、入口154を介して導入され、管体158を通って循環されて出口156から排出され、第2の中間領域134の壁が所望の温度に維持することができるようになる。
[0022]
図1を引き続き参照すると、図1の実施形態では、冷却方式は、第2の中間領域134において熱伝達プロセスに関連した種々のパラメータを変えることにより、第2の中間領域134にて実施することができる。更に、第1の冷却装置142及び第2の冷却装置152にて実施された冷却方式は、第1の上側領域132及び第2の中間領域134の温度を調節する際に協働させることができる。燃焼プロセスにおいて、所与のガス化条件では、ガス化装置56のベッセル120は、一般に、上下方向に沿った温度プロファイルを有する。例えば、ベッセル120の第1の上側領域132は、第2の中間領域134よりも低い温度を有することができる。この場合、一部の実施形態ではは、第1の冷却装置142の管体148を流れる冷却材は、第2の冷却装置152の管体158を流れる冷却材よりも小さい速度又は流量を有するように調整することができる。結果として、第1の上側領域132の壁及び第2の中間領域134の壁は、実質的に同じ温度に維持することができ、これにより2つの領域132及び134の壁の間の熱応力を低減し、ガス化装置56のベッセル120の寿命を延ばすことができる。
[0023]
図2は、本開示の別の例示的な実施形態によるガス化装置56の部分切り欠き斜視図である。図2の実施形態は、図1を参照して説明された実施形態と同様である。相違点は、ベッセル120に冷却を更にもたらすために、第3の冷却装置162がベッセル120の第3の下側領域136と関連付けられている点である。
[0024]
より具体的には、図2の実施形態では、第3の冷却装置162は、第3の下側領域136の内側に取り付けられ、円錐形状の第3の下側領域136と一致する円錐形状の管体を有するように構成される。第3の冷却装置162はまた、能動的冷却装置であり、入口164と、出口166と、入口164と出口166との間に相互接続された円錐管体168とを含む。円錐管体168は、単に例証に過ぎず、他の実施形態では、他の形状の管体を用いて第3の下側領域136と一致させることができる点は理解されたい。第3の冷却装置162の作動において、冷却材は、入口164を介して導入されて、管体168を循環して出口166から排出され、第3の下側領域136の壁を所望の温度に維持できるようにすることができる。
[0025]
引き続き図2を参照して、図2の実施形態では、冷却方式は、第3の冷却装置162の作動により熱伝達プロセスに関連する種々のパラメータを変えることによって、第3の下側領域136にて実施することができる。更に、第3の冷却装置162を用いて実施された冷却方式は、第2の冷却装置152と協働させて、第2の中間領域134の壁及び第3の下側領域136の壁を同じ温度に維持することができ、これにより、2つの領域134及び136の壁の間の熱応力を低減し、ガス化装置56のベッセル120の寿命を延ばすことができる。
[0026]
図3は、本開示の別の例示的な実施形態によるガス化装置56の部分切り欠き斜視図である。図3の実施形態では、第1の上側領域132及び第2の中間領域134を冷却するために図1及び図2に示すような独立した冷却装置142及び152を用いる代わりに、単一の冷却システム140が設けられる。図3の実施形態では、冷却システム140は、第1の冷却装置142と第2の冷却装置152を共に接続することにより形成される。図1及び図2を参照して説明したものと同様に、第1の冷却装置142は、第1の上側領域132と一致する円錐管体を有し、第2の冷却装置152は、第2の中間領域134と一致する垂直管体を有する。冷却システム140は、入口146、出口156、円錐管体148、及び垂直管体158を含む。
[0027]
図3に示す冷却システム140の作動において、冷却材が入口146を介して導入され、順次的に円錐管体148及び垂直管体158を通って循環して出口156から排出され、第1の上側領域132及び第2の中間領域134の壁を所望の温度に維持できるようにする。
[0028]
図4は、本開示の更に別の例示的な実施形態によるガス化装置56の部分切り欠き斜視図である。図4の実施形態では、第2の中間領域134及び第3の下側領域136を冷却するために、図2に示すような独立した冷却装置152及び162を用いるのではなく、別の単一の冷却システム150が設けられる。図4の実施形態では、冷却システム150は、第2の冷却装置152と第3の冷却装置162を共に接続することにより形成される。図1及び図2に関して説明したものと同様に、第2の冷却装置152は、第2の中間領域134と一致する垂直管体を有し、第3の冷却装置162は、第3の下側領域136と一致する円錐管体を有する。冷却システム150は、入口154と、出口166と、垂直管体158と、及び円錐管体164とを含む。
[0029]
図4に示す冷却システム140の作動において、冷却材が入口154を介して導入され、順次的に垂直管体158及び円錐管体174を通って循環して出口166から排出され、第2の中間領域134及び第3の下側領域136の壁を所望の温度に維持することができるようにする。
[0030]
図5は、本開示の更に別の例示的な実施形態によるガス化装置56の部分切り欠き斜視図である。図5の実施形態では、第1の冷却装置142、第2の冷却装置152、及び第3の冷却装置162が共に接続されて、別の冷却システム160を形成する。入口146を介して冷却材を導入し、円錐管体148、垂直管体158、及び円錐管体164を通って循環させて出口166から排出させることにより、第1の上側領域132、第2の中間領域134、及び第3の下側領域136の壁を所望の温度に維持することができる。
[0031]
図6は、本開示の例示的な実施形態によるガス化装置56の概略斜視図である。ガス化装置56は、ベッセル210の外側に取り付けられた熱交換器220を含む。一般に、熱交換器220は、冷却モード及び加熱モードで作動するよう構成することができる。
[0032]
冷却モードでは、熱交換器220は、ベッセル210により定められる反応室内の内部燃焼から生じる熱を運び出すことによってベッセル210の壁を冷却するよう作動することができる。ガス化装置56のベッセル210の内側に耐火性ライニング(図示)を設けることができ、よって、熱交換器220を用いてベッセル210に冷却をもたらすことにより、ベッセル内部の耐火性の要件を軽減することができる。更に、熱交換器220を用いてベッセル210を冷却することにより、ベッセル210内部にスラグが蓄積するようになり、犠牲的且つ自己補修の耐火層として働くようにすることができる。以下で検討する一部の実施形態では、熱交換器220は、ベッセル210上のゾーンの位置に応じて冷却が異なることができるような、複数のゾーンを備えて設計することができる。
[0033]
加熱モードでは、熱交換器220は、ガス化装置56のベッセル210の壁に熱を供給するよう作動することができる。加熱モードにおいては、熱交換器220を作動させることが有用である。例えば、始動プロセスにおいて、熱交換器220は、ベッセル210の壁を暖めて熱衝撃損傷を避けるようにするため、ベッセル210を加熱するよう作動することができる。以下で検討する一部の実施形態では、熱交換器220は、ベッセル210上のゾーンの位置に応じて加熱を異なるようにすることができるような複数のゾーンを備えて設計することができる。
[0034]
図6の実施形態では、熱交換器220は、ベッセル210の長手方向軸線(破線232で示される)に垂直に配列された複数の円形管体124を含む能動的冷却装置である。図6の実施形態では、複数の管体214は、長手方向軸線232に沿って均等に分散され、例えば、隣接する2つの管体が距離Dだけ間隔をおいて配置される。一実施形態では、複数の管体214の各々は、冷却材を導入し冷却材を排出するためのそれぞれ入口及び出口を備えることができ、よって、冷却装置220は、独立して冷却材を供給し冷却材を排出するための複数の入口及び複数の出口を備えて形成される。別の実施形態では、複数の管体214は、共に接続されて単一の入口と単一の出口を有し、それぞれ冷却材の導入と冷却材の排出を行うようにすることができる。管体214の寸法は例証の目的に過ぎず、特定の実施形態ではは、管体214の寸法は特定の用途に応じて変わる可能性がある点に留意されたい。
[0035]
図7は、本開示の別の例示的な実施形態によるガス化装置56の概略斜視図である。図7の実施形態では、ガス化装置56は、ベッセル210の外側に同様に取り付けられる熱交換器230を備える。熱交換器230の機能は、図6を参照して説明された熱交換器220と同様である。相違点は、熱交換器230が冷却材を導入し冷却材を排出するために螺旋形の管体238を有している点である。
[0036]
図8は、本開示の別の例示的な実施形態によるガス化装置56の概略斜視図である。図8の実施形態では、ガス化装置56は、ベッセル210の外側に同様に取り付けられる熱交換器240を備える。熱交換器240の機能は、図6を参照して説明された熱交換器220と同様である。図8の実施形態では、熱交換器240は、第1の円形管体242、第2の円形管体244、及び複数の垂直管体246を含む。第1の円形管体242及び第2の円形管体244は、ベッセル210の長手方向軸線232に垂直であるように配列される。複数の垂直管体246の各々は、第1の円形管体242に接続された一方の端部と、第2の円形管体244に接続された他方の端部とを有する。複数の垂直管体246は、互いから間隔をおいて配置される。図8の図示の実施形態では、複数の垂直管体246は、均等に分散されているが、これに限定されるべきではなく、当業者には不均一に分散された垂直管体246も企図することができる。
[0037]
図9は、本開示の別の例示的な実施形態によるガス化装置56の概略斜視図である。図8の実施形態では、ガス化装置56は、ベッセル210の外側に同様に取り付けられる熱交換器250を備える。熱交換器250の機能は、図6を参照して説明された熱交換器220と同様である。図9の実施形態では、熱交換器250は、ベッセル210の異なるゾーンに配列された3つの管組立体262、264、266を有するように示されている。3つの管組立体262、264、266は、ベッセル210の異なるゾーンに異なる冷却をもたらすように独立して作動することができる。一部の実施形態では、3つの管組立体262、264、266は、ベッセル210の異なるゾーンを同じ温度に維持するように協働することができる。管組立体の数は実施可能な用途に応じて3よりも少ないか、3つよりも多く設定できる点は理解されたい。
[0038]
より具体的には、図9の実施形態では、第1の管組立体262は、ベッセル210の上側領域に近接した第1のゾーン272に配列され、第2の管組立体264は、ベッセル210の中間領域に近接した第2のゾーン274に配列され、第3の管組立体266は、ベッセル210の下側領域に近接した第3のゾーン276に配列される。第1の管組立体262は、複数の円形管体282及び複数の垂直管体284を含み、これらはマトリックス又は網状の管体配列を形成するよう交差している。円形管体282は、ベッセル210の長手方向軸線232に垂直であるように配列される。同様に、第2の管組立体264は、マトリックス又は網状の管体配列を形成するよう交差した、複数の円形管体263及び複数の垂直管体265を含む。円形管体263は、ベッセル210の長手方向軸線232に垂直であるように配列される。第3の管組立体266は、マトリックス又は網状の管体配列を形成するよう交差した、複数の円形管体267及び複数の垂直管体269を含む。円形管体267は、ベッセル210の長手方向軸線232に垂直であるように配列される。
[0039]
上述の種々の例示的なガス化装置の実施形態は、統合型ガス化複合サイクル(IGCC)発電システムにおいて統合することができる。図10は、例示的なIGCCシステム50の概略図である。IGCCシステム50は一般に、空気圧縮機52と、該空気圧縮機52に流れ連通して結合された空気分離ユニット54と、該空気分離ユニット54に流れ連通して結合されたガス化装置56と、該ガス化装置56に流れ連通して結合されたガスタービン10と、蒸気タービン58とを含む。
[0040]
作動時には、空気圧縮機52は、周囲空気を圧縮し、これが空気分離ユニット54に送られる。一部の実施形態では、空気圧縮機52に加えて、或いは代替として、ガスタービン圧縮機12からの加圧空気が空気分離ユニット54に供給される。空気分離ユニット54は、加圧空気を用いてガス化装置56が使用するための酸素を生成する。より具体的には、空気分離ユニット54は、加圧空気を酸素(O2)とガス副生成物(「プロセスガス」と呼ばれることもある)との別個の流れに分離する。空気分離ユニット54によって生成されたプロセスガスは、窒素を含み、本明細書では「窒素プロセスガス(NPG)」と呼ばれる。NPGはまた、限定ではないが、酸素及び/又はアルゴンなどの田のガスを含むこともできる。例えば、一部の実施形態では、NPGは、約95%〜約100の窒素を含む。O2流は、ガス化装置56に運ばれ、本明細書では「シンガス」と呼ばれる部分燃焼ガスを生成する際に使用され、該シンガスは、以下でより詳細に説明するようにガスタービン10が燃料として使用する。一部のIGCCシステム50において、NGP流の少なくとも一部は、空気分離ユニット54から大気に放出される。更に、一部のIGCCシステム50において、NPG流の一部は、ガスタービン燃焼器14内の燃焼ゾーン(図示せず)に注入され、ガスタービン10のエミッション制御を促進し、より具体的には燃焼温度の低減及びガスタービン10からの窒素酸化物エミッションの低減を促進する。例示的な実施形態では、IGCCシステム50は、窒素プロセスガス流を燃焼ゾーンに注入される前に加圧するための圧縮機60を含む。
[0041]
ガス化装置56は、燃料、空気分離ユニット54により供給されるO2、蒸気、及び/又は溶剤の混合物をシンガスの生成物に変換し、ガスタービン10が燃料として使用する。ガス化装置56は、あらゆる燃料を用いることができるが、一部のIGCCシステム50においては、ガス化装置56は、石炭、石油コークス、残留オイル、オイルエマルジョン、タールサンド、及び/又は田の同様の燃料を用いる。一部のIGCCシステム50においては、ガス化装置56によって生成されるシンガスは二酸化炭素を含む。例示的な実施形態では、ガス化装置56によって生成されるシンガスは、ガスタービン燃焼器14に送られて燃焼する前に、浄化装置62において清浄にされる。二酸化炭素(CO2)は、浄化中にシンガスから分離することができ、一部のIGCCシステム50においては、大気に放出することができる。ガスタービン10は、電力網(図示せず)に電力を供給する発電機64を駆動する。ガスタービン10からの排出ガスは、排熱回収ボイラ66に送られ、これが蒸気を発生して蒸気タービン58を駆動する。蒸気タービン58によって生成される出力は、電力網に電力を供給する発電機68を駆動する。一部のIGCCシステム50においては、排熱回収ボイラ66からの蒸気は、ガス化装置56に供給されてシンガスを生成する。
[0042]
更に、例示的な実施形態では、システム50は、ボイラー給水72を出力ブロックから、ガス化装置56に接続された放射形シンガス冷却器(図示せず)に供給し、ガス化装置56から流れるシンガスの冷却を促進するポンプ70を含む。ボイラー給水72は、放射形シンガス冷却器を通って送られ、ここでボイラー給水72が蒸気に変換される。次いで、蒸気74は、排熱回収ボイラ66に戻され、ガス化装置56又は蒸気タービン58において使用する。
[0043]
例示的な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ且つ本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することを意図している。
[0044]
上記で説明した全てのこのような目的又は利点が特定の実施形態によって必ずしも達成できる訳ではない点を理解されたい。従って、例えば、本明細書で説明したシステム及び技法は、本明細書で教示又は提案することができる他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示された1つの利点又は利点のグループを達成又は最適化する様態で具現化又は実施できることは当業者には理解されるであろう。
[0045]
更に、当業者であれば、様々な実施形態による種々の特徴部が互換性があるとは理解されるであろう。当業者には、説明した様々な特徴部並びに各特徴部における他の公知の均等物を組み合わせ且つ適合させて、本発明の原理に従った付加的なシステム及び方法を構成することができる。

Reference Signs List

[0046]
56 ガス化装置
120 ベッセル
122 反応室
124 インジェクタ(バーナー)
132 第1の上側領域
134 第2の中間領域
136 第3の下側領域
142 第1の冷却装置
144 入口
146 出口
148 中間管体
152 第2の冷却装置
154 入口
156 出口
158 垂直管体

Claims

[1]
ガス化反応炉であって、
部分燃焼下で炭素含有燃料と酸素含有ガスとを内部に受けて合成ガスを生成するよう構成された反応室を定めるベッセルを備え、
該ベッセルが、
熱センサを備える、ドーム形状の第1の上側領域と、
円筒形状の第2の中間領域と、
円錐形状の第3の下側領域と、
を含み、前記ガス化反応炉が更に、
前記第1の上側領域に取り付けられ、前記第1の上側領域と一致する形状を有し、第1の入口と第1の出口を備える第1の冷却装置と、
前記第2の中間領域に取り付けられ、前記第2の中間領域と一致する形状を有し、前記第2の中間領域の長手方向軸線に沿って実質的に平行に延びる複数の管体を含み、第2の入口と第2の出口を備える 冷却モード及び加熱モードで作動する熱交換器と、
前記第3の下側領域に取り付けられた第3の冷却装置と、
を備え、
前記第1の冷却装置と前記 冷却モード及び加熱モードで作動する熱交換器とは独立して作動し、前記第1の冷却装置は、前記熱センサにより制御される、ガス化反応炉。
[2]
前記第1の冷却装置が、前記ドーム形状の第1の上側領域の内側に取り付けられた円錐管体を含み、該円錐管体が、冷却材を導入するための入口と、該冷却材を引き出すための出口とを含む、請求項1記載のガス化反応炉。
[3]
前記第2の冷却装置が、前記第2の中間領域の内側に取り付けられる、請求項1または2に記載のガス化反応炉。
[4]
前記複数の管体が、単一の管体を形成するよう順次的に接続され、該単一の管体が、冷却材を導入するための前記第2の入口と、該冷却材を引き出すための前記第2の出口とを含む、請求項3記載のガス化反応炉。
[5]
前記第3の冷却装置が、前記円錐形状の第3の下側領域の内側表面に取り付けられた円錐管体を含み、該円錐管体が、冷却材を導入するための入口と、該冷却材を引き出すための出口とを含む、請求項1乃至4のいずれか記載のガス化反応炉。
[6]
炭素含有燃料及び酸素含有ガスが内部で部分燃焼するための反応室を定め、外側と内側とを有するベッセルであって、該ベッセルが、熱センサを備える、ドーム形状の第1の上側領域と、円筒形状の第2の中間領域と、円錐形状の第3の下側領域とを有している、前記ベッセルと、
前記ベッセルの外側の少なくとも一部に取り付けられ 熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器は、前記第1の上側領域に少なくとも部分的に取り付けられ、前記第1の上側領域と一致する形状を有し、第1の入口と第1の出口を備える 、前記反応室から熱を吸収するよう構成された第1の熱交換器と、前記第2の中間領域に少なくとも部分的に取り付けられ、前記第2の中間領域と一致する形状を有し、前記円筒形状の長手方向軸線に沿って伸びる複数の管体を含み、第2の入口と第2の出口を備える 、前記反応室から熱を吸収し、前記第2の中間領域に熱を供給するよう構成された第2の熱交換器と、前記第3の下側領域に取り付けられ 、前記反応室から熱を吸収するよう構成された第3の 熱交換器とを備え、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器とは独立して作動し、前記第1の熱交換器は、前記熱センサにより制御され 、ガス化反応炉。
[7]
前記熱交換器が、
第1の円形管体と、
第2の円形管体と、
前記第1の円形管体と前記第2の円形管体との間に結合された複数の垂直管体と、
を含む、請求項6に記載のガス化反応炉。
[8]
前記熱交換器が、
互いに相互接続された複数の円形管体及び複数の垂直管体を含む第1の管組立体と、
互いに相互接続された複数の円形管体及び複数の垂直管体を含む第2の管組立体と、
を含み、前記第1の管組立体及び前記第2の管組立体が所定距離だけ互いから離隔されている、請求項6または7に記載のガス化反応炉。
[9]
統合型ガス化複合サイクル発電システムであって、
ガス化装置を備え、該ガス化装置が、
部分燃焼下で炭素含有燃料と酸素含有ガスとを内部に受けて合成ガスを生成するよう構成された反応室を定めるベッセルを含み、
該ベッセルが、熱センサを備える、ドーム形状の第1の領域、円筒形状の第2の領域及び、円錐形状の第3の下側領域とを含み、
前記ガス化装置が更に、
前記第1の領域と関連付けられ、前記第1の上側領域と一致する形状を有し、第1の入口と第1の出口を備える第1の冷却装置と、前記第2の領域と関連付けられ、前記第2の中間領域と一致する形状を有し、前記第2の中間領域の長手方向軸線に沿って実質的に平行に延びる複数の管体を含み、第2の入口と第2の出口を備える 冷却モード及び加熱モードで作動する熱交換器と、前記第3の下側領域に取り付けられた第3の冷却装置と を含み、
前記統合型ガス化複合サイクル発電システムが更に、
前記ガス化装置に流れ連通して結合されて、前記ガス化装置から受け取った合成ガスを燃焼するよう構成されたガスタービンを備え、
前記第1の冷却装置と前記 冷却モード及び加熱モードで作動する熱交換器とは独立して作動し、前記第1の冷却装置は、前記熱センサにより制御される、統合型ガス化複合サイクル発電システム。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6]

[ Fig. 7]

[ Fig. 8]

[ Fig. 9]

[ Fig. 10]