固體給料器排出埠的製作方法
2023-05-30 15:55:16 2
固體給料器排出埠的製作方法
【專利摘要】本申請提供了與固體流和輸送流體流連通的固體給料器。該固體給料器可包括帶有在其中的固體流的出口通道和與出口通道連通的排出埠。排出埠還可包括與輸送流體流連通的入口和流動通道。流動通道可包括與入口相比關於出口通道的減小的截面區域。
【專利說明】固體給料器排出埠
【技術領域】
[0001]本申請大體上涉及氣動輸送系統，且更特定而言涉及用於固體給料器的改進的排出埠。帶有改進的排出埠的固體給料器在氣動輸送系統(諸如用於氣化系統等中的那些)中提供穩定的固體流。
【背景技術】
[0002]已知的集成氣化聯合循環(「IGCC」)發電系統可包括氣化系統，其集成有至少一個功率產生渦輪系統。例如，已知的氣化器可將燃料(例如煤)與空氣或氧氣、蒸汽和其它添加物的混合物轉化成部分燃燒氣體的輸出，通常稱為合成氣體或「合成氣」。這些熱的部分燃燒氣體通常使用常規技術洗滌以去除汙染物且然後供應到燃氣渦輪發動機的燃燒器。燃氣渦輪發動機繼而向發電機提供功率以用於發電或用以驅動另一類型的負載。來自燃氣渦輪發動機的排氣可供應至熱回收蒸汽發生器以便生成蒸汽渦輪用的蒸汽。由蒸汽渦輪生成的功率還可驅動發電機或另一類型的負載。類似類型的發電系統可為已知的。
[0003]這些已知的氣化系統一般需要輸送系統以將具有相對穩定的流率的煤遞送至氣化器以確保一致的性能。一種已知類型的輸送系統是氣動輸送系統，其中，精細磨碎的煤顆粒使用氣體流(例如氮氣、二氧化碳或天然氣)作為傳輸介質或載氣而被輸送通過管道到氣化器。然而，在氣動輸送系統中的煤或任何其它類型的輸送固體的流率一般可表現出隨時間變化的波動。這些固體流率波動可為在固體和載氣之間的流動分離的結果，流動分離可由氣動輸送系統本身的元件造成。例如，管道的截面區域的急劇彎曲或改變可導致固體移動相對於氣體移動的分裂(disruption)。這可引起載氣中富含固體的一些區域和缺乏固體的其它區域。在這樣的情形中，沿管道經過固定點的固體的流率對時間的曲線可採取不規則波形的形狀，其中波峰代表富含固體的載氣區域且波谷代表缺乏固體的氣體區域。流率波動還可由諸如固體加壓設備的氣動輸送系統的其它元件造成。這種設備就其本性而言可導致顆粒的聚集或團聚，其可引起加壓裝置下遊的固體濃度的脈動。如上所述，這種不穩定的流率可引起表現為較低碳轉化等的形式的不良的氣化器控制和因此不良的氣化器性倉泛。
[0004]因此，需要大體而言改進的氣動輸送系統和具體而言改進的固體給料器。這種改進的氣動輸送系統和固體給料器可提供具有相對穩定的流率的固體(例如煤)，其繼而可提供改進的整體氣化器性能和因此改進的功率設施性能。
【發明內容】
[0005]本申請因而提供了一種與固體流和輸送流體流連通的固體給料器。該固體給料器可包括其中帶有固體流的出口通道和與出口通道連通的排出埠。排出埠還可包括與輸送流體流連通的入口和流動通道。流動通道可包括與入口相比在出口通道周圍的減小的截面區域。
[0006]本申請還提供了一種使經由輸送氣體流離開固體給料器的固體流平穩的方法。該方法可包括以下步驟:提供輸送氣體流到固體給料器的排出埠 ；減小通過排出埠的流動通道的截面區域，以便增加輸送氣體流的速度；在流動通道中合併固體流和輸送氣體流；以及通過輸送氣體流的剪切作用來破碎固體流。
[0007]當結合若干附圖和所附權利要求來回顧以下詳細描述後，對本領域普通技術人員而言，本申請的這些和其它特徵及改進將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是可與氣化器等一起使用的氣動輸送系統的一部分的示意圖。
[0009]圖2是已知的固體給料器的透視圖。
[0010]圖3是可如本文中描述的帶有改進的排出埠的固體給料器的頂視剖面圖。
[0011]圖4是圖3的排出埠的側視剖面圖。
[0012]圖5是排出埠的備選實施例的側視剖面圖。
[0013]圖6是排出埠的備選實施例的頂視剖面圖。
[0014]圖7是圖6的排出埠的側視剖面圖。
[0015]圖8是排出埠的備選實施例的頂視剖面圖。
[0016]圖9是圖8的排出埠的側視剖面圖。
[0017]圖10是圖2的出口通道密封氣體分配環的一部分的側視剖面圖。
[0018]圖11是圖2的排出埠密封氣體分配環的頂視剖面圖。
【具體實施方式】
[0019]現在參照附圖，其中，在所有若干圖中相似的標號指代相似的元件，圖1示出可如本文中描述的用於與氣化系統105等的至少一部分一起使用的氣動輸送系統100的一部分。氣動輸送系統100可包括其中有一定量的煤120的煤源110。煤源110可具有任何期望的尺寸或形狀。同樣，煤源110可包含任何類型的煤、石油焦炭、固體生物質、其它固體含碳燃料或者它們的混合物(它們均稱為「煤120」 )。煤120可在使用之前被磨碎或以其它方式製備，包括與其它磨碎的顆粒物混合，例如不含碳的礦物質，其可被添加以增強氣化器中煤的氣化特性。
[0020]氣動輸送系統100可包括定位在煤源110下遊且與其連通的固體給料器130。固體給料器130可為旋轉的、會聚式通道固體加壓和計量裝置，例如由紐約州斯卡奈塔第的通用電氣公司的GE能源部門提供的顆粒固體泵，Posimetric?給料器。其它類型的給料器、固體泵或者其它類型的輸送裝置可在本文中使用。在該實施例中，固體給料器130可由帶有速度控制器150的馬達140驅動。固體給料器130可將固體從給料器130的入口 125處的大氣壓加壓至給料器130的排出口 160處的遠高於1000 psig(約70 kg/cm2)的壓力。可在本文中使用其他構型。
[0021]固體給料器130的排出口 160可與輸送氣體流180連通，例如氮氣、二氧化碳、天然氣或者從下遊過程循環的氣體。還可使用其它氣體。輸送氣體180與來自固體給料器130的排出口 160的固體流170混合，並且經由管道200輸送固體給料器130下遊的固體170。固體給料器130還可與諸如氮氣的密封氣體流190連通，密封氣體流190以如下方式被噴入固體給料器130中，即以便防止任何輸送氣體180對抗固體流170向後移動通過給料器以及經由入口 125洩漏到大氣中。
[0022]氣動輸送系統100還可包括定位在固體給料器130的下遊的流量計210。流量計210可為適用於測量氣動輸送的固體的流率的常規設計，並且可包括流量元件220、流量傳感器230和/或其它構件。其它類型的流量測量裝置可在本文中使用。
[0023]流量計210的輸出可傳達至控制器240。控制器240可為任何類型的常規微處理器等。控制器240可與固體給料器130的速度控制器150以及一些流量控制閥250通信，流量控制閥250與輸送氣體流180和密封氣體流190連通。控制器240如可期望地那樣控制固體流170的速度。任何其它類型的控制裝置可用在本文中使用。
[0024]氣動輸送系統100還可包括氣化器260，僅僅示出其一部分。氣化器260可定位在流量計210的下遊。氣化器260可為常規設計且可包括燃料噴射器270或其它類型的吸入裝置。輸送至氣化器260的固體流170與氧氣、水和可能地其它反應物起反應，以經由公知的、受控化學反應生成合成氣產品。
[0025]圖2示出可如本文中描述的固體給料器300。一般而言，固體給料器300是對上述Posimetric?給料器的改進。固體給料器300包括給料器本體310。兩個或更多個圓盤320可安裝在輪轂(hub) 325上，輪轂325繼而安裝在給料器本體310內的旋轉軸330上。圓盤320、輪轂325和旋轉軸330可由帶有如上所述的速度控制器150的馬達140驅動。其它類型的驅動裝置可在本文中使用。本體310的內表面、輪轂325的外柱形表面以及兩個圓盤320的內表面限定流動路徑340供固體流170通過。具體而言，流動路徑340可從低壓入口通道350圍繞輪轂325的外表面延伸到高壓出口通道360。一些埠可定位在出口通道360的周圍。在該示例中，示出了用於洩漏氣體的一個或多個洩放埠 370和用於密封氣體(例如氮氣等)的一個或多個注入埠 380。其它類型和配置的固體給料器300可在本文中使用。
[0026]固體給料器300的出口通道360可通往可如本文中所述的排出埠 400。排出埠 400可用螺栓固定或以其它方式附連至給料器本體310。排出埠 400可與輸送氣體流180或其它類型的輸送介質連通，如下文將更詳細描述地。
[0027]圖3和圖4示出了排出埠 400的剖視圖。排出埠 400可經由入口凸緣410連接至輸送氣體流180且在出口凸緣420處連接至氣動輸送管線200。排出埠 400可具有流動通道430，其從入口凸緣410線性地延伸至出口凸緣420且與出口通道360相交，使得輸送氣體流180拾取從出口通道360出現的固體且經由氣動輸送管線200將它們傳輸到下遊。
[0028]排出埠 400的流動通道430可具有在入口凸緣410和出口凸緣420周圍的大體上圓形截面區域，圓形入口截面區域440和圓形出口截面區域445。圓形入口截面區域440和圓形出口截面區域445可等同或可不等同。流動通道430還可具有關於出口通道360的減小的截面區域450。在該示例中，減小的截面區域450可具有帶有倒圓邊緣的相對較窄的矩形形狀，但任何類型的減小的截面區域可在本文中使用。過渡截面區域可在矩形截面區域450的兩側上，以便連接圓形截面區域440和445與矩形截面區域450。示出了過渡入口截面區域460和過渡出口截面區域465。過渡入口截面區域460和過渡出口截面區域465可等同或可不等同。
[0029]當輸送氣體流180在入口凸緣410周圍進入排出埠 400通過圓形入口截面區域440時，輸送氣體180遇到過渡入口截面區域460和流動通道430的減小的截面區域450。減小的截面區域450比圓形入口截面區域440小得多，使得當輸送氣體180跨過出口通道360且拾取固體流170時，輸送氣體180的速度可顯著增加。輸送氣體180因此輸送固體流170通過出口凸緣420且進入輸送管線200中。
[0030]從出口通道360出現的煤120的任何團塊(agglomerate)可通過高速輸送氣體180與減小的截面區域450的剪切作用而破碎(解聚)，並且由也從出口通道360出現的更自由流動的固體攜帶出。由於流動通道430延伸通過過渡出口截面區域465且在出口凸緣420周圍進入圓形出口截面區域445中，截面區域中的增加產生了紊流旋渦。這種紊流可增強固體流170內的輸送氣體180和夾帶固體(更自由流動的固體和解聚固體兩者)的混合，以便最大限度減小通過排出埠 400的流率波動。
[0031]圖5示出了可如本文中描述的排出埠 470的又一實施例。排出埠 470可類似於上述的排出埠 400，但帶有可變地減小的截面區域480。可移動板490可定位在流動通道430的可變地減小的截面區域480內。其它類型的結構可在本文中使用以改變流動通道430的截面區域。可移動板490可定位在軸500或其它類型的結構上，以便改變可移動板490在流動通道430的可變地減小的截面區域480內的位置。可移動板490和軸500可經由馬達、其它類型的驅動裝置或者人工設定而定位。
[0032]當可移動板490下降到可變地減小的截面區域480中時，通過其的輸送氣體流180的速度可增加。相反，提升可移動板490可降低通過其的輸送氣體流180的速度。可移動板490因此可維持輸送氣體180的相對恆定的高速，即使在通過固體給料器300的流率例如在啟動期間等時候降低的情況下。其它配置可在本文中使用。
[0033]圖6和圖7示出了可如本文中描述的排出埠 510的又一實施例。排出埠 510可大體上類似於上述排出埠 400，但額外地帶有定位在流動通道430的減小的截面區域450內的一個或更多攪拌器(agitator) 520。可使用任何數量的攪拌器520。攪拌器520可包括定位在軸540上以用於隨其旋轉的一些葉片530。可使用任何形狀或數量的葉片530。軸540可為由馬達驅動的和/或可由通過其的輸送氣體流180的速度驅動。攪拌器520的葉片530可連續地在流動通道430的減小的截面區域450內掃過。攪拌器520因此幫助通過其的固體流170內的任何團塊的破碎。葉片530與流動通道430的減小的截面區域450的壁之間的足夠間隙可確保傳送氣體流180可一直流過其而不被阻止。其它類型的攪拌裝置可在本文中使用。
[0034]排出埠 400、470或510在固體給料器300上的使用因此幫助當固體流170抵達排出通道360的端部且進入氣動輸送管線200時固體流170中任何團塊的破碎。因此使固體流170平穩且因此提供改進的固體流率控制。
[0035]圖8和圖9示出了可如本文中描述的排出埠 550的又一實施例。排出埠 550可大體上類似於上述的排出埠 400或其它排出埠。排出埠 550還可包括:下遊止回閥560，其定位在流動通道430的減小的截面區域450的下遊和出口凸緣420的上遊；以及上遊止回閥570，其定位在流動通道430的減小的截面區域450的上遊和入口凸緣410的下遊。其它位置可在本文中使用。
[0036]下遊止回閥560可為擋板閥580等。其它類型的閥可在本文中使用。在回流狀況的事件中，下遊止回閥560可下降以關閉流動通道430，且然後可通過回流的壓力保持在合適位置。下遊止回閥560因此可在尺寸上比一般定位在出口通道360周圍的已知的止回閥更小，使得止回閥必須接近在其中升起的固體流170的頂部。此外，在流動通道430的減小的截面區域450的恰好(just)下遊的下遊止回閥560的位置確保止回閥560在稀釋相流動狀況下操作，而不是必須在固體在出口通道360內壓緊的狀況下操作。同樣，給定該稀釋相，下遊止回閥560可更緊密地關閉，同時所有回流壓力可集中在更小的區域中。
[0037]上遊止回閥570可包括碟形止回閥590等。碟形止回閥590可為彈簧加載的。其它類型的閥可在本文中使用。上遊止回閥590因此防止固體流170進入輸送氣體流180的源中。
[0038]排出埠 550還可包括定位在出口凸緣420周圍的下遊截止閥600和定位在入口凸緣410周圍的上遊截止閥610。截止閥600、610可包括處於任何定向以便隔離排出埠550的球型閥、刀型閘閥和/或其它類型的閥。
[0039]再次參照圖2，固體給料器300大體包括定位在出口通道360周圍的一個或多個氮氣注入埠 380。一般而言，氮氣或其它類型的惰性氣體可注入其中，以便確保返回通過流動路徑340的任何氣體洩漏可為惰性的，而不是有毒或可燃的。一個選項是使用定位在出口通道360周圍的出口通道分配環620。如圖10中所示，出口通道分配環620可包括一些層，其包括帶有定位於其中的一些小直徑孔640的注入層630。注入孔640可沿固體流的方向成角度，以便最大限度地減小堵塞。注入孔640可通過雷射燒結技術或其它類型的製造技術製得。第二層可為燒結金屬多孔層650。燒結金屬多孔層650可為注入層630提供支承，同時還允許氮氣或其它氣體穿過。第三層可為開口分配通道層660。開口分配通道層660可傳輸來自注入埠 380的氮氣或其它氣體。其它配置可在本文中使用。
[0040]又一備選方案可為排出埠分配環670。排出埠分配環670可定位或合併到排出埠 400的底表面中。圖11示出排出埠分配環670的示例。排出埠分配環670可包括帶有定位於其中的一些孔690的注入層680。注入層680可由分配通道700圍繞。分配通道700可與注入埠 380連通。排出埠分配環670的使用可提供與出口通道分配環620相比更容易的接近。此外，根據注入孔690的尺寸和通過其的氮氣或其它氣體的流率，排出埠分配環670還可幫助破碎穿過排出埠 400的固體流170中的團塊。其它配置可在本文中使用。
[0041]應當顯而易見的是，前述內容僅涉及本申請的某些實施例，並且，在不脫離由所附權利要求及其等同物所限定的本發明的一般要旨和範圍的情況下，本領域的普通技術人員可在本文中做出許多改變和修改。
【權利要求】
1.一種與固體流和輸送流體流連通的固體給料器，包括: 帶有在其中的固體流的出口通道；以及 與所述出口通道連通的排出埠； 所述排出埠還包括與所述輸送流體流連通的入口和流動通道；以及 其中，所述流動通道包括與所述入口相比關於所述出口通道的減小的截面區域。
2.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述入口包括圓形入口截面區域，且其中，所述圓形入口截面區域比所述減小的截面區域更大。
3.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述排出埠包括與輸送管線連通的出口。
4.根據權利要求3所述的固體給料器，其特徵在於，所述出口包括圓形出口截面區域，且其中，所述圓形出口截面區域比所述減小的截面區域更大。
5.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述流動通道的減小的截面區域包括矩形截面區域。
6.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述流動通道包括過渡入口截面區域和過渡出口截面區域。
7.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述流動通道包括可變地減小的截面區域。
8.根據權利要求7所述的固體給料器，其特徵在於，所述流動通道在其中包括可移動板。
9.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述流動通道在其中包括一個或多個攪拌器。
10.根據權利要求9所述的固體給料器，其特徵在於，所述一個或多個攪拌器包括多個葉片。
11.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，還包括定位在所述流動通道的下遊的下遊止回閥和定位在所述流動通道的上遊的上遊止回閥。
12.根據權利要求11所述的固體給料器，其特徵在於，所述下遊止回閥包括擋板止回閥。
13.根據權利要求11所述的固體給料器，其特徵在於，所述上遊止回閥包括碟形止回閥。
14.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，還包括定位在所述排出埠周圍的一個或多個截止閥。
15.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述出口通道包括分配環。
16.根據權利要求15所述的固體給料器，其特徵在於，所述分配環包括注入層、多孔層和開口分配通道層。
17.根據權利要求1所述的固體給料器，其特徵在於，所述排出埠包括分配環。
18.根據權利要求17所述的固體給料器，其特徵在於，所述分配環包括注入層和分配通道。
19.一種使經由輸送氣體流離開固體給料器的固體流平穩的方法，包括: 提供所述輸送氣體流到所述固體給料器的排出埠；減小通過所述排出埠的流動通道的截面區域，以便增加所述輸送氣體流的速度； 在所述流動通道中合併所述固體流和所述輸送氣體流；以及 通過所述輸送氣體流的剪切作用而破碎所述固體流。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，還包括增加所述流動通道下遊的排出埠的截面區域以形成湍流渦旋，以增強所述固體流和所述輸送氣體流的進一步混合以及使所述固體流平穩。`
【文檔編號】F23N1/00GK103492808SQ201180052960
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年8月26日 優先權日:2010年10月29日
【發明者】T.F.萊寧格爾 申請人:通用電氣公司