供風管的排風控制設備的製作方法
2023-10-31 20:22:22 3
專利名稱：供風管的排風控制設備的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種可靠的高壓幹法供煤系統。
本發明尤其是與一種設備有關，它能使粉碎的固體顆粒和氣體的混合物在高溫、高壓下以均勻的質量流速排入接受反應器。更具體地說，本發明能在煤氣生產過程中為煤氣發生器輸送煤粉。
常規的依靠重力輸送固體的供煤系統(如燒煤鍋爐的供煤系統)可承受較大的煤的質量流速及懸浮密度的波動。
已經製造出了各種輸送設備，例如輸送穀物和煤的設備。它們都趨於利用重力的作用而使所運送的固體顆粒更容易流動。而美國專利3，289，396、3，367，724、4，529，336、3，424，352和4，067，623所揭示出的一些設備，都是關於提供粉狀物質由儲料倉中「有效出料」，以及為了避免搭橋和出料不完全。但是，這些設備不能保持以均勻的質量流速向接受反應器均勻地輸送粉碎固體顆粒和氣體的混合物。
本發明就是要解決這種工藝中的此類問題。
本發明提供了一套設備，它可使粉碎固體顆粒和氣體的混合物以均勻的質量流速從貯藏設施流入接受反應器。它的特點是具有一個使上述混合物導入的一個容器，該容器呈上下收斂形，在頂端形成至少一個上述混合物的分料口;一個通風裝置設置在上述容器內，為上述粉碎固體顆粒供風;而且設有從上述容器內排出粉碎固體顆粒的設備。
現在參考附圖，用實例對本發明進行更詳細地說明
圖1.展示了一個採用本發明的一個具體實施方案煤氣化系統;
圖2.是圖1中的Ⅱ-Ⅱ剖面圖;
圖3.是本發明的供風裝置的第一個最佳實施方案的等比例視圖;
圖4.是本發明的第二個最佳實施方案的等比例視圖;
圖5.是本發明的另一個最佳實施方案的等比例視圖。
在煤氣化反應器(下文均稱為煤氣發生器)內，在1000～3000℃的相對高溫範圍內，在大約1～70巴的壓力下，以及有氧或含氧氣體存在下，碳素燃料(如煤)的不完全燃燒即可產生煤氣。如需要，可用氮氣或其它惰性氣體稀釋水蒸汽、一氧化碳，二氧化碳及含氧氣體(包括空氣及富氧空氣)。
在本發明中，燃料和氣體的混合物從一個最好具有多個非出口的供料容器中排出。每一個排出口都和至少一個與煤氣發生器的燃燒器連通。一般，煤氣發生器的燃燒器是按照直徑方向相對布置。但這不是本發明所需要的。一般來講，燃燒器都有一個排放末端，它設在便於將火焰和燃燒介質導入煤氣發生器的位置。
在生產煤氣過程中，尤為重要的是以均勻的方式將粉碎固體燃料送入煤氣發生器內的燃燒器。給煤氣發生器內燃燒器供煤的質量流速的波動，是影響煤氣發生器工作的決定因素。例如這種波動能引起煤氣發生器內燃料的不良燃燒，造成燃燒器表面受熱不均，從而在燃燒器表面產生內應力。如果粉碎固體顆粒燃料的質量流率波動，將使煤氣發生器內出現過熱區域和溫度較低區域。結果溫度較低區域的燃料未能完全汽化，而過熱區的燃料將轉化成無價值的產品即二氧化碳和水蒸汽。另外，煤氣發生器內的局部高溫將破壞一般設在煤氣發生器內表面的耐火層。
因為煤在反應器的反應區的停留時間約為5秒鐘或短一些，所以煤的質量流速在這一數量級的時間範圍內或短一些的時間內最好為恆定，以保證恆定的區域條件。
很多因素都對燃燒器供煤質量流速有很大影響。供料罐的出料和由罐到煤氣發生器的管道輸送，對燃料輸往煤氣發生器的質量流率尤其有影響。
特定情況下，密度約50～800kg/m3的燃料與氣體的混合物通過直徑為150mm左右的管子輸送，將產生較大的壓降。這是多種原因綜合影響的結果。如管道摩阻損失、節流和彎曲等等。
本發明使用了一臺下部向下收縮的容器。比容器在底部至少有一個出料口，並具有向收縮部分中的固體供風的裝置，以保證氣體和固體的混合物以均勻的質量流速排送到煤氣發生器。供風的壓力和流率以能夠保持粉狀固體和氣體混合物以均勻的質量流速排往煤氣發出器為準。再者，供風裝置作為流態化控制閥門使用，為各種條件下的生產操作提供了很大的靈活性。如不同類型的煤、不同的煤的溼度等等。
維持粉狀固體和氣體的混合物以均勻的質量流率排往煤氣發生器，從而防止了煤氣發生器內過熱區和溫度較低區的產生，這是本發明的優點之一。
由於防止了過熱區和溫度過低區的出現，從而使煤氣發生器的耐火襯裡得到了保護，這也是本發明的一個優點。
本發明的另一個優點是能在煤氣的生產中更有效地利用燃料。
本發本發明的優點還包括可在儲罐和煤氣發生器間的輸送管線中保持較高的懸浮密度(大於200kg/m3)。這可降低供風消耗和供煤的用氣量。避免了煤氣發生器產出的煤氣被稀釋，從而避免了產品價值降低。
儘管下面文中主要是用粉狀煤來描述本發明，對可反應固體和其它可部分燃燒的精細區分的固體燃料，依據本發明的方法和設備同樣也是適用的。如對褐煤、無煙煤、煙煤、碳黑、石油焦及類似的燃料。就固體含碳燃料的粒度而言，較有利的情況是90%(燃料重量)的顆粒粒度小於100目(ASTM-美國材料試驗標準)。
另外，本發明對粒狀或粉狀固體都能使用，例如，樹脂、催化劑、飛灰和布袋收塵室及靜電濾塵器中收下來的細微粉塵。
上文描述了本發明的方法和設備以及它的各種優點。下面將根據附圖作更詳細的描述。然而，附圖是流程類型的，未表示出輔助設備如泵、壓縮機及清潔設備等，它的全部價值僅是作為示例或計算之用。
參見圖1，一臺用於保持粉狀固體和氣體的混合物以均勻的質量流速從儲罐中排出的設備。圖中的供料罐11即為儲罐，在1～70巴的壓力下操作。混合物通過管40進入接受反應器如煤氣發生器9。這臺設備一般包括將混合物導入供料罐11的裝置，如進料口10。供料罐11一般使物料進入漏鬥形的接收裝置(7所示)，這將在圖2和圖3中作專門描述。
參見圖2和圖3，6所示的供風裝置位於圖1中所示煤氣化系統的接受裝置7中。供風裝置6有一根中空的軸或管子14，它支撐著一個固定在它的上端的固定法蘭16，一個使14保持在中心位置的支撐裝置27固定在14大約中點的位置。固定法蘭16有孔28，個數為複數，靠它固定在供料罐11上。法蘭16由支撐板29支撐在供風軸14上，29可與16和14焊接。管32從法蘭16的外緣33伸到軸14，與軸內空間連通。軸14的下部有出氣孔34，數目為複數，這使軸14與流過接受裝置7的煤混合物連通。氣體混合物在壓力下被強制流進管32的口35。因管14的頂端36是封閉的，因此氣流向下流過管14，自孔34流出，為接受裝置7中的煤混合物供風。支撐裝置27可和管14焊接。它的外緣上有複數個間隔塊，使供風設備6保持在接受裝置7的中心。注意通過供風管為煤(固體)供風，不應只限於使用孔，也可使用多孔塞甚至金屬陶瓷製成的供風管。熟悉這種工藝的人都明白，材料的選擇取決於工藝過程和機械需要。
在最簡單的實施方案中，定心裝置27可由支撐盤42和間隔塊37構成。在圖2和圖3的實施例中，定心裝置27可以是中空的上小下大的錐形體，錐面41為打孔面，但底盤42無孔，圓錐角小於等於120°。供風管24中部分氣體直接進入錐體27，並從錐面41上的孔排出，為接受裝置7中的混合物供風。這一裝置(標為27)不僅僅是一個定心裝置，料鬥出料過程中，定心裝置可認為是用作促進流動的設備。然而，這裡提出的供風設備的使用是新穎的，它促進物料向裝置27以下的錐體部分流動。供風用於克服固體和錐體表面的摩擦及顆粒間的摩擦，此外，改變供風量，就能改變出料量，它起到了流體控制閥的作用。
圖3表示本發明的另一個有優越性的特點。供風管14的下端38可製成錐形，使它與接受裝置7的出料口17相適應。供風管14可製成可移動式的，以便伸進(退出)出料口17就位(卸掉)。噴咀38和出料口17構成流態化閥，可進一步控制物料從接受裝置流入輸送管道40。
上文描述的實施例都利用接受裝置7的容器壁來盛裝混合物，並使其通過出料口17流入管線40(參見圖1)。供風管14和接受裝置7內的襯裡8結合使用，在某些情況下是必需的或有利的。這時襯裡8構成的內壁12完全由可滲透材料構成或使用複數個多孔塞子。
現在來看圖2，接受裝置7內設一層襯裡8，它由可滲透性或多孔材料製成。氣流被用於吹松混合物。襯裡8構成的內壁呈收斂形，它的錐角小於150°，最好不超過90°，它向出料口收斂。裝置7至少有一個設在錐端點的出料口。
接受裝置7具有一個包圍著襯裡8的外殼13，在襯裡8構成的內殼12和外殼13之間形成一個封閉空間(匯集空間)。外殼13至少有一個設在下端的出口15以排出顆粒。它和襯裡8的出料口17同心。在外殼13和壁12間的封閉空間內，設有一隔離板22。它在壁12外面，呈環狀緊貼著壁12的可滲透部分，它的作用就是把第一區域18和第二區域19分離開來，形成2個基本獨立的空間。外殼13還包括這樣一些裝置，使氣體可以在壓力下通過管23選擇性地分別注入第一區18和第二區19。例如，來自壓縮氣源20、時1的氣流可進入入口。儘管20、21為獨立氣源，但有經驗者都可知道，可使用同一氣源。
允許氣體被選擇性地注入在殼13和壁12間的封閉空間內形成的隔離室，這些氣體的密度可以不同。如氮氣或其它惰性氣體，以及主要由一氧化碳、氫氣、水組成的合成氣。注入第一區18的氣量可大於、等於或少於注入到第二區19中的氣量。較好的情況是用惰性氣體注入區18，合成氣注入區19。注入區18的氣體主要向上走，流入供料罐11以控制壓力。而被注入區19的氣體主要向下走，被輸往煤氣發生器9。
襯裡8最好用重的固體材料製作，如不鏽鋼和20合金。並且可部分或全部用多孔材料鑲襯，這可以是金屬的或非金屬的，如燒結粉沫金屬、編織不鏽鋼或多孔陶瓷。具體使用什麼取決於工藝過程中的操作條件和所用煤的種類。多孔材料具有選擇性透過能力。多孔材料有助於來自壓縮氣源的氣體均勻通過襯裡8，在由襯裡8到出料口17之間防止粉碎固體顆粒搭橋。
在眾多因素中，多孔材料孔徑的確定，主要依據所用煤的類型。要獲得較大的生產靈活性，以使用不同類型的煤，這需要不同的孔徑，因此，襯裡8最好是可以和另一個具有不同透過能力的多孔襯裡互換。
另外，氣體進入多孔材料的孔之後，將會有一個限流作用。這保證了流體流過由襯裡8構成的內壁12的多孔材料時的均勻流動分布。同樣，多孔材料還可用於控制襯裡8裡面的混合物的表觀密度，以及通過出料口17排出供料罐11的流率。
如果襯裡使用複數個多孔材料製成的塞子，洞(塞子)的排列以為了改變粉狀物質的流動性提供適當的風量為準。例如，襯裡8的洞可分布在3個基本敞開的區域，頂部敞開3%，中部(及搭橋帶)為10%，底部為5%。襯裡8共約有200個洞，每個洞的直徑約為14mm。
當採用氮氣和合成氣在壓力下分別注入供氣管32、第一區18和第二區19時，氣量和流動方向由流量控制器30、31及流量計25、26控制。其流量應足以使供風管14和多孔壁12附近的粉狀固體浮動起來。在低於這一流量時，則只能使多孔材料上面的粉狀固體浮動起來，注入的氣體僅使多孔材料上部浮動，這是不理想的。而這正是傳統的系統的典型作法，它導致了更多的惰性氣體稀釋由煤氣發生器中產生的煤氣，於是產出了低價值產品。如上面所說的合適的氣量應是在使用透過率相似的襯裡時，能在整個供風設備中，產生均勻的流動剖面。
部件(27)下面的多孔管(14)被用作稀釋設備，以促進經過錐體出口17的平穩和可靠的流動。它同樣也可用於控制去往煤氣發生器的管線中的煤的密度。
在錐體8上面的滑動速度即供料罐內氣體和煤之間的相對表面速度應小於流態化速度的50%，最好接近零。顆粒的流態化增加了從供料罐11中固體排出質量流率的波動。
另外，來自壓縮氣源的氣量不應使供料罐11中的氣速超過其中固體的終止下落速度。終止下落速度的定義是向上流動氣體在固體顆粒上的推舉力等於它的重力時的氣速。如果氣速超過終止下落速度，固體將從放空口50而不是出料口17排出。
有利的情況是氣源20、21的流量可由流量控制器30、31和流量計25、26分別獨立地控制，使相對於煤向上流動的氣量和向下流動的氣量得以分別控制。
例如從供料罐11中排出的粉狀固體和氣體的混合物的懸浮密度為450kg/m3，均勻質量流率為2000kg/hr，而向第一區內注氮氣量約為100kg/hr。如果輸氮速度超過這一值，懸浮密度將低於450kg/m3，煤氣發生器9產出的煤氣也將被來自氣源的氮氣稀釋。另外，如果輸氮速度一定程度上低於選定的值，則懸浮密度將大大高於450kg/m3。這種情形是否會導致不太穩定的流動，取決於材料和操作條件。
氣流應當從各個方向和高度吹入，以便控制壓力和出料口17處的流速剖面。如果必要，可使用2個以上的隔離室或者在隔離室上方注氣，這取決於被輸送的顆粒的物理性質。
這一選擇性注入，提供了分別控制供料罐11中的混合物密度和通過外出料口15排出供料罐11的混合物密度的手段。因本發明適用的懸浮密度為200～500kg/m3，本發明供料罐11的出料口15比常規技術所用的小得多。
對懸浮密度為200～500kg/m3的固體和氣體混合物，本發明中出料口17的直徑約為4～150mm。這大於粉狀固體的最大搭橋直徑，以防止固體在排出出料口17時搭橋。軸端(38)到錐體出口17的距離以不妨礙流動為準。可選擇的值是環狀空間(37)的寬度大於或等於錐體到中軸14的最小水平間距。常規的供煤系統靠重力使煤流動，用輔助吹風破壞搭橋。這樣以來，在供料罐的出口，典型的懸浮密度就低於200kg/m3，而且相應的供料罐出口直徑大於150mm。而對本發明所使用的質量流率，不希望出料口大於150mm。因為流速和懸浮密度會降到所希望的限度以下，導致送往煤氣發生器9的煤和氣體的混合物的質量流率的波動。
此外，小直徑出料口17和隔離室注氣結合起來，其作用就象控制固體流出速度流態化閥門。這樣，就可以去掉供料罐11和煤氣發生器間管路上的事故隔斷閥。
另一方面，本發明通過供料罐11頂部(如出口50)放出氣體，以保持向上流過的固體顆粒的氣速約為2mm/s，從而消滅了局部搭橋現象，使固體平滑流向出料口17。
部件27和錐形襯裡8之間的環狀空間是重要的，它的選擇應考慮到固體顆粒的性質(流動性)和內壁材料。
現在參考圖4，它展示了本發明的第二個最佳實施方案。各部分的標號與圖3相同。
第一供風裝置由中空軸14和管32相連而成。第二供風裝置(也就是定心和支撐裝置)，可焊在管14上，並通過管32a和咀35a相連。氣流通過咀35a和管32a直接進入錐27的內部，通過打孔錐面41基本上逆流排出，使接受裝置7中的混合物進一步流化。這樣，錐27可作為獨立的供風系統為接受裝置7中的粉狀固體供風。氣流以與供風管14類似或相同的方式提供，即氣源20a由控制器30a和流量計25a控制。上述發明起促進流體向接受裝置7中元件27下面的部分的均勻流動。給粉狀固體顆粒供風是為了克服顆粒間的摩擦及接受裝置7和固體間的摩擦。此外，改變風量就可改變固體的流出速度，從而起到流量控制閥的作用。供風管32a可以和管14同心。
儘管以上圖示的第一、二供風裝置為固定式的，但在某些應用中，也可把它們製成可移動式的，如圖5所示。其中標註號碼與圖3、4中使用的相同。
軸14a是軸14的延伸，並與其滑動連接。元件27是焊在軸14a上，因而可隨軸14a升高或降低。導向裝置37隻起導向和定心作用，允許軸14a滑動，且對含碳燃料的流動沒有明顯的阻礙。
管14a的下端38可製成錐形，以便與接受裝置7的出料口17相適應。供風管14a被製成可在一定範圍內移動的，以便移近(離開)出料口17就位(拆卸)。噴咀38和出料口b17形成了另一個流化閥，可進一步控制物料從接受裝置7向管線40的流動。
固定在一起的供風管14a或供風錐27，藉助於43所表示的液壓缸，可作軸向移動。液壓缸也是固定法蘭16和支撐筋29的一部分(參見圖2)。供風管14a通過開口44伸進液壓缸43，並和活塞45固定連接(如焊接)。供風軸14a的一部分延伸到活塞45以上，並和管14作可滑動套接。活塞45受到彈簧46的向上的推力，在液壓缸43內，它的位置由液體壓力控制，這些液體由液壓源47通過入口49進入液體缸43的內腔48。因此，供風設備6的位置是由來自液壓源的液體壓力控制的。當然，必須為所有滑動面提供適當的密封裝置，這一點所有有經驗的人都清楚。
上述對本發明的描述，僅僅是說明性的。它所描述過的方法和設備的各種細節變化在不違背本發明的精神的情況下，仍屬於本發明權利要求的範疇。
權利要求
1.一種保持粉碎固體顆粒和氣體的混合物以均勻的質量流率從儲存設備被輸送到接受反應器中的設備。其特徵在於將上述混合物導入下部呈收斂形的貯存設備，該貯存設備至少有一個設在收斂尖端的出料口，以排出上述混合物，上述貯存設備中還設有供風裝置，為上述粉碎固體顆粒供風，而且，還帶有從上述貯存設備中排出上述粉碎固體顆粒的裝置。
2.根據權利要求1的設備，其特徵是供風裝置的構成如下第一管路固定在上述貯存設備內，並和上述出料口同心;第二管路和第一管路固定連接，使上述第一、第二管路的內部互相連通;在壓力下將氣體注入上述第二管路的裝置;在上述第一管路上有複數個風孔溝通管內外，用於向上述粉狀固體和氣體的混合物吹風。
3.根據權利要求2的設備，其特徵是上述第一管路的下端非常接近上述出料口，這樣就形成了一個流化閥。
4.根據權利要求2或3的設備，其特徵是上述第一管路可移近或離開上述出料口。
5.根據權利要求2-4中任意一項的設備，其特徵是具有反向裝置，使上述「氣體」的一部分逆向流動。
6.根據權利要求5的設備，其特徵是上述反向裝置是一個頂向上的、環繞著上述部分第一管路的空心錐體，上錐面要求打孔且上述錐體的內空間和上述第一管路上的部分風孔連通。
7.根據權利要求1-6中的任意一項的設備，其特徵是有一個外殼包圍著上述貯存設備的向下收斂的內壁，因而其間形成了一個隔離離室。另外，還有一個向隔離室內注氣的設備。在這裡，上述貯存設備的部分上述內壁對上述氣流是多孔可透過的。
8.根據權利要求7的設備，其特徵是將上述隔離空間分割成複數個隔離室。
9.根據權利要求7的設備，其特徵是上述注氣裝置包括將第一種具有選定密度的氣體注入上述隔離室的裝置;將密度比第一種氣體大的另一種氣體注入上述第二管路的裝置。
10.根據權利要求7的設備，其特徵是上述注入氣體的裝置包括將第一種具有選定密度的氣體注入上述隔離室的裝置;將密度比第一種氣體小的另一種氣體注入上述第二管路的裝置。
11.根據權利要求1的設備，其特徵是上述供風裝置構成如下第一供風裝置固定在上述貯存設備內，並和上述出料口同心，為上述混合物供風;第二供風裝置和第一供風裝置固定連接，為上述混合物供風;在壓力下，選擇性地將氣體注入上述第一、二供風裝置的裝置;上述第一、二供風裝置上有複數個風孔，通過它們將上述氣體排入上述粉狀固體和氣體的混合物。
12.根據權利要求11的設備，其特徵是上述第一供風裝置的一部分非常接近上述出料口，從而形成一個流化閥。
13.根據權利要求12的設備，其特徵是第一供風裝置是根管。
14.根據權利要求11提出的設備，其特徵是上述第二供風裝置是一個反向裝置，使上述氣流的一部分逆向流動。
15.根據權利要求14提出的設備，其特徵是上述反向裝置是一個圍繞著部分第一供風裝置的頂向上的空心錐體，上錐面按要求打孔，且上述錐體的內空間和氣流連通。
16.根據權利要求15提出的設備，其特徵是上述注入氣流的裝置包括將具有選定密度的第一種氣體注入上述第一種供氣裝置的裝置;將具有密度大於上述第一種氣體的第二種氣體注入上述第二供氣裝置的裝置。
17.根據權利要求15的設備，其特徵是上述注入氣流的裝置包括將具有選定密度的第一種氣流注入上述第一供風裝置的裝置;將密度小於上述第一種氣體的第二種氣體注入第二供風裝置的裝置。
18.根據權利要求1的設備，其特徵是供風裝置的構成如下第一管路以可移動的方式裝在上述貯存設備內，且和上述出料口同心;第二管路和第一管路採用滑動連接，使第一、第二管路相互連通;在壓力下將氣體注入上述第二管路的裝置;上述第一管路上有複數個風孔溝通管內外，通過它們，氣體流入上述粉狀固體和氣體的混合物;使上述第一管路相對於出料口移動的裝置。
19.根據權利要求18的設備，其特徵是，用於第一管路的設備是一個液壓缸。
20.根據權利要求19提出的設備，其特徵是具有使上述氣體逆向流動的反向裝置。
21.根據權利要求20的設備，其特徵是，上述反向裝置是一個環繞部分上述第一管路的、頂向上的空心錐體，上錐面按要求打孔，上述錐體的內空間和上述第一管路上的部分風孔相連通。
全文摘要
用以建立和維持粉狀固體和氣體的混合物以均勻的質量流速從容器流向接受反應器的一種設備。這種設備具有一根吊在粉碎的固體顆粒混合物中的供風管，它象流化閥一樣保持均勻的質量流速。部分氣體可以向上吹，以幫助這種流動。
文檔編號C10J3/50GK1040047SQ8910420
公開日1990年2月28日 申請日期1989年6月20日 優先權日1988年6月21日
發明者漢德卡斯·亞林·德克斯, 約翰斯·埃沃迪納斯·格利特普羅格, 瑞恩·羅姆保特, 魯迪·埃沃茨, 安德魯·米凱爾·斯考特, 湯姆斯·席恩·迪威茨, 查爾斯·米凱爾·阿伯, 尤代·瑪哈高卡 申請人:國際殼牌研究有限公司