部分氧化供给系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明公开的主题涉及部分氧化供给系统并且，更具体地来说，涉及用于部分氧化供给系统的炉渣添加剂浆料供给系统。
【背景技术】
[0002]部分氧化系统可在含氧环境中部分氧化含碳化合物以产生各种产物。例如，气化器可将含碳材料转化成一氧化碳与氢气的混合物，称为合成气体或合成气。整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂包括一个或多个气化器，所述气化器使碳质原料在高温下与氧气和/或蒸汽反应以产生合成气。在含灰碳质原料的情况下，所得的合成气可包括不太需要的组分，如熔融灰或炉渣，所述不太需要的组分会连同产生的合成气一起离开气化器反应室。因此，在气化器反应室内产生的合成气和炉渣可引导到气化器急冷室中，在气化器急冷室内合成气和炉渣可直接与急冷水接触，以便将合成气冷却至合成气的饱和温度，使熔融炉渣固化并且从合成气中去除固化的炉渣。具有在特定范围之外的粘度的炉渣会对气化器的部件产生不利影响和/或可能难以从气化器去除。
【发明内容】
[0003]下文将概述在范围上与最初要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例并不意图限制本发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简述。实际上，本发明可涵盖可能与下文阐述的实施例类似或不同的各种形式。
[0004]在第一实施例中，本发明的系统包括炉渣添加剂浆料供给系统，所述炉渣添加剂楽料供给系统配置用于将楽.化剂(slurrying agent)、矿物炉澄添加剂和液体楽化介质进行组合/混合以产生稳定矿物浆料。所述浆化剂配置用于增加所述稳定矿物浆料的粘度。所述系统还包括配置用于将所述稳定矿物浆料、原料(feedstock)和氧气接收到气化器反应室中的部分氧化系统。所述部分氧化系统配置用于部分氧化所述原料以产生气体产物和固体产物。
[0005]在第二实施例中，本发明的系统包括炉渣添加剂浆料供给系统，所述炉渣添加剂浆料供给系统配置用于将浆化剂、矿物炉渣添加剂和液体浆化介质进行组合以产生稳定矿物浆料。所述浆化剂配置用于增加所述稳定矿物浆料的粘度。所述系统还包括配置用于将所述稳定矿物浆料、原料和氧气接收到气化室中的气化器。所述气化器配置用于使所述原料气化以产生合成气和炉渣。所述系统还包括配置用于接收表明目标炉渣特征的输入的炉渣添加剂浆料供给控制系统。所述炉渣添加剂浆料供给控制系统配置用于基于所述目标炉渣特征来控制所述炉渣添加剂浆料供给系统，以便调整构成所述稳定矿物浆料的所述浆化剂、所述矿物炉渣添加剂和所述液体浆化介质的相对比例。
[0006]在第三实施例中，本发明的方法包括使用炉渣添加剂浆料供给系统将浆化剂、矿物炉渣添加剂和液体浆化介质进行组合/混合以产生稳定矿物浆料。所述浆化剂配置用于增加所述稳定矿物浆料的粘度。所述方法还包括将所述稳定矿物浆料、原料和氧气接收到部分氧化系统中，并且部分氧化所述原料以产生气体产物和固体产物。
【附图说明】
[0007]在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中:
[0008]图1是部分氧化系统的实施例的方框图；
[0009]图2是结合炉渣添加剂浆料供给系统的一个实施例连同用于调节所述炉渣添加剂浆料供给系统的操作的控制系统的气化器的示意图；
[0010]图3是根据本发明的实施例的浆料固体沉降速度对浆化剂浓度的图表；
[0011]图4是根据本发明的实施例的浆料固体沉降速度对矿物浆料浓度的图表；以及
[0012]图5是根据本发明的实施例的炉渣添加剂浆料粘度对矿物浆料浓度的图表。
【具体实施方式】
[0013]下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可不在本说明书中描述实际实现方案的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实现方案时，必须做出与实现方案特定相关的各种决定来实现开发人员的特定目标，例如，符合与系统有关和与业务有关的限制，所述特定目标可随实现方案的变化而变化。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本发明的一般技术人员而言，此类开发工作仍是设计、加工和制造的常规任务。
[0014]在介绍本发明的各个实施例的元件时，冠词“一(a)”、“一个(an)”、“所述(the)”和“所述(said) ”意图表示存在一个或多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性含义，并且表示除了所列元件之外，可能还有其他元件。
[0015]如下文详细论述，本发明的实施例包括涉及部分氧化的系统。例如，部分氧化系统可将碳质(carbonaceous)原料(例如，具有微粒固体的浆料、具有微粒固体的气动输送蒸汽、液体、气体或其任何组合)、氧化剂如高纯度氧气以及(在一些情况下)额外的水接收到部分氧化系统的反应室中，在所述反应室内，原料、氧化剂以及(在一些情况下)额外的水被部分氧化成产物。部分氧化系统的实例包括天然气部分氧化装置、油气化器、生物质(b1mass)气化器、煤气化器、石油焦气化器等等。在某些实施例中，所述部分氧化反应室可产生气体产物和熔融灰或炉渣产物。例如，气化器可接收所述原料和氧气以及水以产生合成气体，或合成气，以及炉渣。在某些实施例中，气化器还可从炉渣添加剂浆料供给系统接收可供给至气化器的稳定矿物浆料。具体来说，炉渣添加剂浆料供给系统可将矿物炉渣添加剂、液体浆化介质和浆化剂进行组合以产生稳定矿物浆料，所述稳定矿物浆料与不包括浆化剂的矿物浆料相比可不太容易沉降或者不太会使矿物炉渣添加剂从浆料中分离。在某些实施例中，浆化剂增加矿物浆料的粘度，这会降低浆料的沉降速率，从而使浆料成为稳定矿物浆料。因此，可通过使用稳定矿物浆料来避免可能对将不包括浆化剂的浆料运输至气化器造成干扰/干涉(interfere)的沉降问题(settling problems)。当引进气化器中时，稳定矿物浆料可对炉渣产生所需的影响。例如，使用稳定矿物浆料可使得能够控制炉渣的粘度，这可促进气化器反应室中炉渣的去除，或者这可使炉渣与气化器反应室的耐火炉衬(refractory lining)之间的有害的相互作用最小化。
[0016]为了确保气化器的可靠操作，炉渣的粘度必须维持在特定粘度范围内。如果炉渣的粘度过高，即，高于可接受粘度范围的上限，那么炉渣可能无法自由地穿过在气化器反应室底部处通向急冷室的出口通道。在最坏的情况下，高粘度的炉渣可能堆积在所述出口通道中，阻断合成气的流动并且迫使气化器关闭。如果炉渣的粘度过低，即，低于可接受粘度范围的下限，那么它可轻而易举就能渗透气化器耐火炉衬的孔隙和接缝，导致耐火材料(refractory)的加速老化，这反过来可迫使气化器提早关闭以修理或替换损坏的耐火材料。在许多情况下，将炉渣粘度维持在所述可接受范围内仅需要根据给定条件组的需要，向上(以减小炉渣粘度并且减少阻塞出口通道的可能性)、或向下(以增加炉渣粘度并且减少对耐火炉衬的渗透)调整气化器操作温度。然而，在其他情况下，调整气化器操作温度可能不足以得到在所述可接受范围内的炉渣粘度。例如，气化器操作温度存在上限，超过所述上限时，会缩短气化器耐火材料操作寿命。并且气化器操作温度存在下限，低于所述下限时，会对碳质原料至合成气的转化产生不利影响。在这类单独调整气化器操作温度不足以将炉渣粘度维持在可接受粘度范围的情况下，可能有必要使用炉渣添加剂改变炉渣的粘度。炉渣添加剂是具有一种组成成分的矿物或矿物混合物，以使得当气化器在可接受的气化器操作温度范围内操作时，在炉渣添加剂与含灰原料的灰渣(ash)共混时，来自原料的灰渣与矿物添加剂的所得的熔融混合物具有落在可接受粘度范围内的粘度。在含灰原料以水性浆料(aqueous slurry)形式供给至气化器的情况下，炉澄添加剂可在楽料制备过程期间与原料混合。在使用气动输送系统将原料作为干燥微粒物质供给至气化器的情况下，炉渣添加剂也可作为干燥颗粒矿物质输送至气化器。在其他情况下，炉渣添加剂可与液体浆化介质混合以制造浆料；并且炉渣添加剂浆料可与含灰的干燥微粒原料分开地供给至气化器。在这类情况下，必须产生稳定的可泵送的炉渣添加剂浆料，以便确保浆料能够稳定且可靠地供给至气化器。稳定的浆料是不会经受因沉降所致的微粒矿物质与液体浆化介质的明显分离的浆料。可泵送浆料是粘度落在通过可商购的浆料泵能够容易地处理的粘度的范围内的浆料。此外，炉渣添加剂浆料必须具有足