CN101166812A - 高压干煤泥挤压泵 - Google Patents

Abstract

一种用于向压力反应器供给高压粗燃料的系统。此系统包括一个用于容纳粗燃料(8)的入口(33)以及一与入口(33)连通的滚子系统(36)。滚子系统(36)包括排列在两个会聚平面上的多个独立滚子(44)。滚子系统(36)的各滚子(44)随着粗燃料经过各滚子之间的滚子系统而陆续压缩粗燃料，因此当粗燃料达到滚子系统(36)的出口端时被加高压。一出口(42)位于滚子系统出口一端(36)附近以将加压过的粗燃料(8)分配给压力反应器。

Description

高压干煤泥挤压泵

相关申请的交叉参考

本申请一般主题涉及公开号为2004/0071618、题目为“用于连续供给固体材料至高压系统并加压固体材料的方法和装置”、申请日为2003年10月15日、转让给波音公司的美国专利申请，并在本申请中引作参考。本申请的主题也涉及申请号为10/677817、题目为“回热式冷却合成煤气产生器”、申请日为2003年10月2日、目前已经授权的美国专利申请，该申请的公开内容也在这里引作参考。此外，本发明的主题涉及申请号为11/081144、题目为“紧凑型高效燃气化器”、申请日为2005年3月16日的美国专利申请。最后，本发明的主题涉及申请号_ _ _ _、题目为“高级煤气化供给注射器”、代理人号码为7784000799、同时提交的美国申请，其披露内容也因此作为参考引入本发明。

技术领域

本发明涉及气化系统，而更为具体地说，涉及一种高压干煤泥(dry coalslurry)挤压泵。

背景技术

多种方法可以用于产生电能，而这些方法一般需要高压供煤系统。特别是，多个这些高压系统包括高压反应器，该反应器燃烧煤以产生热量或进一步从煤提炼碳。高压被用于近乎瞬间地燃烧煤以产生所需的能量释放。煤，即使高度粉化，也基本上是固体物质而难以加压到燃烧所需的高压。为有助于提供煤和获得其燃烧所需的高压，煤往往被制成水煤浆。此煤浆于是可以更容易用泵送并加压到所需的高压。一般，希望将煤加压到至少1000psi。

人们已经研制了多种系统来提供所需的高压煤，但这些系统都有多个不足。采用这些系统，煤通常首先被配置成某种形式的煤浆。煤浆包括不可压缩的液体，诸如水，煤粒悬浮其中。煤浆的载体液也被供应到反应器，作为浆中的大量剩余物，从而降低了反应器的效率。

另外一些系统试图提供一种进给系统，这些系统采用螺旋进给器或泵，但仍然具有类似的缺点。特别是，它们一般需要多个围绕进给器本身的热交换器以为在进给器中送入煤里面的二氧化碳(CO₂)提供适当的温度。这些系统依赖泵入进给器的CO₂的高速度惯性和不可压缩性，以提供隔离从而阻止物料在其从低压输入走向高压输出时的倒流。这些系统不易克服煤相对其泵送的高压头。最后，存在一些可压缩气体系统，其采用循环活底料斗或滑动缸体和活塞(见例如Consaray Dynamic Sleeve Piston Coal Feeder，Report No.DOE/MC/14603-1562，Technical information Center，Springfield，VA/984)，用于在可压缩的介质中将粉碎的固体颗粒泵压到高压。类似于采用不可压缩流体(即水和二氧化碳，CO₂)的那些，后来的这些泵也是非常复杂和昂贵的。

因此，希望提供一种更为有效而不太复杂的系统以向气化系统连续供给高压煤。

发明内容

本发明提供一种系统，用于在可压缩的输送流体介质中向压力反应器供给高压粗燃料。在一个优选实施例中，此系统包括用以接受粗燃料的入口和与该入口连接的滚子系统。滚子系统用以对粗燃料加压并包括靠近入口的第一原动滚子。第一原动滚子用以对粗燃料施加第一作用力。滚子系统还包括第二原动滚子，该第二原动滚子靠近入口并与第一原动滚子横向隔开第一距离。第二原动滚子用以对粗燃料施加第二作用力。出口靠近该滚子系统，而此出口将高压粗燃料发送到压力反应器。

在另一优选实施例中，本发明提供一种用于对粗燃料加压的系统，包括用以装放粗燃料的容器，和与此容器流体联接的挤压泵。挤压泵对粗燃料加压。排放罐与挤压泵流体联接并用以接收来自挤压泵的加压流体。挤压泵包括滚子系统，该滚子系统包括多个用以加压粗燃料的原动滚子。

在另一优选形式中，本发明还提供一种用于加压粗燃料的系统，包括用以装放粗燃料的储存容器。挤压泵流体联接于容器，而该挤压泵用以加压粗燃料。挤压泵还包括外壳，该外壳相对于基本上铅直的平面对称，包括用于从容器接收粗燃料的入口和流体联接到排放罐以向排放罐提供加压的粗燃料的出口。挤压泵还包括多个设置在外壳内的原动滚子，而此多个原动滚子设置在外壳中以形成与铅直平面不平行的角度。排放罐流体联接到挤压泵并用以容纳来自挤压泵的加压流体。气化器联接到排放罐并用以将加压的粗燃料输送到下游的气化器或燃烧器。

各种特性、功能和优点可以在本发明多个实施例中独立实现或者可以在其他实施例中予以组合。

附图说明

根据详细描述和附图，本发明将得以更充分地理解，其中：

图1是系统的示意图，包括根据本发明原理的高压干煤泥挤压泵。

图2是沿着图1直线2-2所截取的各实施例的高压干煤泥挤压泵的截面视图；以及

图3是各实施例的高压干煤泥挤压泵的详细截面视图。

具体实施方式

以下各实施例的描述本质上只是示范性的而绝不是用来限制本发明、其应用或用途。虽然以下描述一般涉及用于气化系统中的一种高压干煤泥挤压泵，可以理解，此种设备可以被用在任何适当的应用场合之中。因此，可以理解，以下讨论不是为了限制所附权利要求的范围。

参照图1，其显示了一种示例性气化泵送系统10。气化泵送系统10可以包括与挤压泵14流体相通的存储容器12，以向挤压泵14提供粗燃料(rawfuel)8。粗燃料8可以是任何适当的物料，诸如煤、焦炭(petcoke)或其它适于用挤压泵14压挤的碳基材料。挤压泵14可以流体联接到排放罐16，该罐用以从挤压泵14接受高压粗燃料8’。排放罐16可以流体联接到气化器18以便给气化器(gasifier)18提供高压粗燃料8’。

储存容器12可以包括入口20和联接到挤压泵14的出口32。入口20用以接受粗燃料8，该粗燃料可以通过各种机构，例如输送系统(未显示)，送入入口20。储存容器12包括联接到底部28的顶部26。顶部26使得能够储存大量粗燃料8，且通常可呈圆形。底部28一般为漏斗形状并具有倾斜侧壁30和出口32。该倾斜侧壁30有助于粗燃料8流入出口32。可以在出口32内设置筛网31，以确保只有具有最大预定颗粒尺寸的粗燃料8渣块进入挤压泵14。一般，储存容器12设置在挤压泵14上方以使粗燃料8利用重力从出口32流入挤压泵14。

继续参照图1，并另外参照图2和3，挤压泵14包括入口33，该入口流体联接到储存容器12的出口32。挤压泵14另外还可包括外壳34，用以封闭滚子系统36。

外壳34可以由能够承受高压作用力的任何合适的材料构成，例如金属和各种聚合物。外壳34一般用以包罩滚子系统36，并可以包括形成入口33的锥形到矩形的过渡部分38。过渡部分38通常邻近多个曲面40，以有助于粗燃料8从入口33到滚子系统36重力流动。各曲面40设计为与滚子系统36的形状相符合，并因此可以具有不同的尺寸和形状。另外，取决于滚子系统36的构形，外壳34可以相对于包含Y轴的铅直平面(即Y轴铅直平面)对称，这将在下面予以详细说明。外壳34还可以包括出口42以使高压粗燃料8’能够排出挤压泵14。出口42一般形成得与滚子系统36相邻。

滚子系统36包括多个邻近入口33设置的原动滚子44。多个原动滚子44通常设置得垂直于Y轴并相对于Y轴铅直平面对称，且每个滚子的半径为r_m，该半径一般稍微小于外壳34的曲面40的半径R2，以确保不接触但呈密配合并防止粗燃料聚集在各原动滚子44的后面。一般，每一原动滚子44的半径r_m尺寸大致相等，不过，如果需要，每一个原动滚子44的半径r_m可以变化。一般，各原动滚子44的半径r_m为大约3英寸(76.2mm)，不过，在挤压泵14中也可以用其它尺寸的原动滚子44。多个原动滚子44可以由任何适于对粗燃料进行轧压或施以显著作用力的材料制成，例如硬化钢或其他合金。此外，每一个原动滚子44可以包括轴承组件(未具体显示)，该组件能够平衡粗燃料8施加到每一个原动滚子44上的侧向力F1。一般，各原动滚子44也可以在每一个端部包括迷宫式密封(未具体显示)以防止气体和固体颗粒从挤压泵14漏失。

原动滚子44围绕轴45转动。轴45可以位于垂直于Y轴铅直平面的平面内。每一个原动滚子的周缘线速度v_m可以相同或与其他滚子不同，并可以在大约1到20英尺每秒(ft/s)之间(大约30.5厘米每秒(cm/s)与6.09米每秒(m/s)之间)变化。原动滚子周缘线速度v_m等于每一个原动滚子44的半径r_m乘以每一个原动滚子的角速度ω_m：v_m＝r_mω_m。

各原动滚子44的每一个轴45可以位于不同的平面Z中。一般，平面Z各自彼此偏离一个距离D，不过，取决于粗燃料8’的所需最终压力，也可以采用另外一些结构，这将在下面予以详细说明。一般，多个原动滚子44与Y轴铅直平面形成半角β。取决于所需的挤压泵14，该半角β范围可以在零与大约15度之间，这将在下面予以详细说明。每一原动滚子44一般彼此之间隔开大约0.001英寸到0.004英寸(0.025毫米到0.10毫米)的间隙。

例如，第一原动滚子46可以设置在第一平面Z1中，以及第二原动滚子48可以设置在与第一原动滚子46相邻的第二平面Z2中。第三原动滚子50可以设置在与第二原动滚子48相邻的第三平面Z3中，而第四原动滚子52设置在第四平面Z4中。第五原动滚子54可以设置在第五平面Z5中并与第四原动滚子52相邻。第五原动滚子54可以与第六原动滚子56相邻。第六原动滚子56可以设置在第六平面Z6中。第七原动滚子58一般设置为与第六原动滚子56相邻，位于平面Z7中。第七原动滚子58可以与第八原动滚子60相邻。第八原动滚子60基本上位于平面Z8中并也可以邻近出口42。

第九原动滚子64可以设置在第九平面Z9中，沿着X轴与第一原动滚子46相对。第十原动滚子66可以设置在第十平面Z10中，与第二原动滚子48相对并与第九原动滚子64相邻。第十原动滚子66也可以与第十一原动滚子68相邻。第十一原动滚子68可以设置为与第三原动滚子50相对，位于第十一平面Z11中。第十二原动滚子70可以设置在第十二平面Z12中，与第十一原动滚子68相邻并与第四原动滚子52相对。第十三原动滚子72可以设置得与第十二原动滚子70相邻，与第五原动滚子54相对，并位于第十三平面Z13中。

第十三原动滚子72也可以与第十四原动滚子74相邻。第十四原动滚子74可以设置为与第六原动滚子56相对，位于第十四平面Z14中。第十五原动滚子76可以设置在第十五平面Z15中，与第十四原动滚子74相邻并与第七原动滚子58相对。第十五原动滚子76也可以与第十六原动滚子78相邻。第十六原动滚子78可以设置为与第八原动滚子60相对，位于第十六平面Z16中并可以邻近挤压泵14的出口42。可以理解，虽然滚子系统36在此被描述为每侧包括8个原动滚子44，但取决于挤压泵14所需长度以及粗燃料8’的所需高压，可以采用各种其它原动滚子44结构配置。

一般，各原动滚子44构成矩形筒口以便于对粗燃料施压。具体地说，第一平面Z1与第九平面Z9之间的距离D1通常大于第二平面Z2与第十平面Z10之间的距离D2。相应地，第三平面Z3与第十一平面Z11之间的距离D3通常小于距离D2，但大于第四平面Z4与第十二平面Z12之间的距离D4。此外，距离D4通常大于第五平面Z5与第十三平面Z13之间的距离D5，但距离D5通常大于第六平面Z6与第十四平面Z14之间的距离D6。同样，距离D6通常大于第七平面Z7与第十五平面Z15之间的距离D7，但距离D7大于第八平面Z8与第十六平面Z16之间的距离D8。因而，距离D1至D8从入口33至出口42逐渐减小(如角度β所表明)，以有助于在粗燃料中建立压力，这将在下面予以详细说明。

滚子系统36还可以包括多个密封以及与每个原动滚子44相邻的粉碎滚子(pulverizing roller)80。各粉碎滚子80可以各自绕轴89转动。一般，粉碎滚子80各自与多个原动滚子44相邻并在其间无间隙地与多个原动滚子44转动耦连。如果各粉碎滚子80与各原动滚子44之间无间隙，则所有原动滚子44必须以相同的周缘线速度v_m旋转。各粉碎滚子80用以通过向可能进入多个原动滚子44与外壳34之间区域的任何粗燃料施加附加力来压碎粗燃料。各粉碎滚子80也可以在粉碎滚子80的每一端处包括适当的密封件，例如迷宫式密封件，以防止气体逸出外壳34。

一般，粉碎滚子80的数量比设置在Y轴铅直平面每侧上原动滚子44的数量少一个。因此，在图示多个实施例之一中，Y轴铅直平面每侧有7个粉碎滚子80，第一原动滚子46与第二原动滚子48之间、第二原动滚子48与第三原动滚子50之间、第三原动滚子50与第四原动滚子52之间、第四原动滚子52与第五原动滚子54之间、第五原动滚子54与第六原动滚子56之间、第六原动滚子56与第七原动滚子58之间、以及第七原动滚子58与第八原动滚子60之间各设置有一个粉碎滚子80。一般，粉碎滚子80不与入口33或出口42相邻设置，不过，在一些情况下，可能希望在入口33和出口42处包括粉碎滚子80。

挤压泵14的出口42一般流体联接到排放罐16的入口82。另外，高压隔离阀(未显示)也可以设置在挤压泵14的出口42与排放罐16的入口82之间。一般，此高压隔离阀可以是专门设计的水平“滑阀”(未显示)或旋转缸阀210(即包含矩形孔的筒)以封闭排放罐16的入口82。在正常运行的情况下，布置在组成挤压泵14的多个原动滚子44之间的高压粗燃料8’可以起到挤压泵14与排放罐16之间的高压密封的作用。隔离阀210用以使得能够对挤压泵进行初始固体颗粒装填，并在固体颗粒装填丧失提供对于有害反吹的安全防范。更具体地说，挤压泵14必须在隔离阀210关闭的情况下通过操作各原动滚子44来初始装填固体颗粒。这个装填产生了固体颗粒压力(垂直于原动滚子表面)P_s，n，此压力是当隔离阀210打开、将挤压泵14暴露于排放罐16中的高下游气压时防止有害反吹所需要的，这将在下面予以详细说明。

排放罐16可用来在高压下接收粗燃料，并因此可以由能够承受高压的任何材料制成，例如钢或其他合适的金属合成物。一般，排放罐16能够保持加压到大约1300磅每平方英寸绝对压力(psia)(8963千帕(kPA))的粗燃料。排放罐16的形状可以是圆筒，而其直径D10可以大于两英尺。采用其他形状也是可行的。排放罐16一般包括连接到锥形端部86的顶部84。锥形端部86一般可以设计为具有30度或更小的内角，如美国专利No.4191500中所记载，此专利在此整体引入作为参考。顶部84联接到挤压泵14的出口42并可以包括锤式粉碎机88或其他合适的机械式固体粉碎机。

锤式粉碎机88可以连接到入口82以有助于恢复高压粗燃料8’的空隙容积，这将在下面予以详细说明。锤式粉碎机88可以包括多个设置在环形外壳92中并连接到中心旋转轴94的各元件90。环形外壳92尺寸定得可为各元件90提供小量的间隙，使得当元构件90绕中心旋转轴94转动时，各元件90接触并粉碎从挤压泵14的出口42进入锤式粉碎机88的任何烧结高压粗燃料8’。筛网96可以设置在环形外壳92的开口93上方，以便于仅只预定颗粒尺寸的粗燃料8进入排放罐16。筛网96是希望设置的，因为挤压泵14可能引起高压粗燃料8’颗粒烧结在一起而形成过大的颗粒。此外，锤式粉碎机88用以恢复高压粗燃料8的原始空隙容积，这将在下文中详细描述。

在粗燃料离开筛网96之后，高压粗燃料8’可以进入高压排放罐16的顶部84或锥形底部86，这取决于已经设置在排放罐16中的粗燃料8’的量。锥形底部86包括球阀98和气体补给管线100。球阀98使得高压粗燃料8’能够进入气化器18的入口馈送管线104。根据多个实施例中的一个，球阀98的内径D2可以大约为4英寸(101.6mm)。

气体补给管线100一般向排放罐16的锥形底部86供给惰性气体以填充高压粗燃料8’的空隙容积。特别是，随着高压粗燃料8’离开挤压泵14和锤式粉碎机或破碎机88，高压粗燃料8’的空隙容积由于原先低压气体被压缩而必须填充以高压气体。该额外气体被输送到排放罐16的出口端附近，以确保球阀98上方的固体空隙率接近储存容器12中粉碎固体的初始静态料层(static bed)空隙率。一般，诸如二氧化碳(当不处于不可压缩的过冷液态时)、氮气、氢气和一氧化碳等气体可被用作传输补给气体。

当打开时，排放罐16的球阀98能够使高压粗燃料8’从排放罐16的出口102流进气化器18的入口进料管线104。气化器18可用来气化高压粗燃料8’以形成所需的、可以是除去了灰粉以及硫和氨杂质的气态介质，以便进一步用于石化或电力工业。例如，这种净化了的气体可以随后在输送到用于发电的改型航空燃气轮机之前在空气中予以燃烧。

为了确定挤压泵14的适当长度L并因此所需原动滚子44的数量，可以采用以下方法。在此所述的方法源于由Spouse K.M.和Schuman M.D.合著的出版物“Dense-Phase Feeding of Pulverized Coal”AIChE Journal，29，1000(1983)和AIChE Journal，32，1055(1986)，其原文在此以其整体引入作为参考。为了确定挤压泵14的适当长度L，首先应当计算通过挤压泵14的固体颗粒质量流速。固体颗粒质量流速m_s由下式给出：

$\frac{m_s}{A_0}=v_m(1-{\mathrm{\ϵ}}_0){\mathrm{\ρ}}_s\cos \mathrm{\β}---\left(1\right)$

其中变量A_o是挤压泵14入口33的流动截面的面积，变量ε_o是挤压泵14上游粗燃料8的初始静态料层孔隙率，而变量ρ_s是实际固体颗粒无孔隙密度。

接着，挤压泵14出口处的料层压缩量(ε_o-ε)/ε_o可以计算如下：

$\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0-\mathrm{\ϵ}}{{\mathrm{\ϵ}}_0}=\frac{75\mathrm{\μ\κ}{m}_s{p}_g^{*}}{{\mathrm{\ρ}}_s{D_p}^{2}w\sin {\mathrm{\δ}}_w\cos \mathrm{\β}}---\left(2\right)$

其中变量ε是离开挤压泵14的高压粗燃料8’的孔隙率，变量μ是煤粒孔隙内气体的动粘度，变量w是挤压泵14的宽度(或各滚子的长度)，变量D_p是粗燃料的平均固体颗粒直径，变量δ_w是固体颗粒与多个原动滚子44中每一个的表面106之间的有效摩擦角，变量P_g ^*是在挤压泵14出口42处的无量纲气体压力，而变量κ在有限空间剪切(confined space shear)下的固体颗粒料层的压缩系数。

挤压泵14出口42处的无量纲气体压力P_g ^*可以如下给定：

$p_g^{*}=1-\frac{p_g^0}{p_g}---\left(3\right)$

其中，变量P_g ⁰是挤压泵14入口33中的入口或环境气体压力，而变量P_g只是挤压泵14出口42处的气体压力(与排放罐16内的气体压力相同)。应当指出，挤压泵14出口42处的气体压力P_g ^*，其范围可从零(相应于P_g等于P_g ⁰时的基本上没有长度L的挤压泵14)到1.0(相应于 $P_g>>P_g^0$ 时的在挤压泵14出口42处具有极高排放气体压力的挤压泵14)。

接下来，在有限空间剪切下的固体颗粒压缩系数κ可以计算如下：

$\mathrm{\κ}\≡\frac{({\mathrm{\ϵ}}_0-\mathrm{\ϵ})}{{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_{s,n}}---\left(4\right)$

其中，变量P_s，n是正交于多个原动滚子44中每一个的表面106的固体颗粒压力。有限空间剪切压缩系数κ不仅如方程4中所见是粗燃料的初始静态料层孔隙率ε_o的函数，而且也是固体平均颗粒直径D_p的函数。因此，κ通常表示为f(ε_o，D_p)。

挤压泵14的长度L于是可由以下方程给出：

$\frac{L}{h_0}=\frac{1}{2\tan \mathrm{\β}}[1-\exp \{\frac{-{{\mathrm{\ϵ}}_0}^2{P}_g^0{D_p}^{2}w{\mathrm{\ρ}}_s\tan \mathrm{\β}}{75\mathrm{\μ}{m}_s(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}[6.91+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_g^{*}}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_g^{*})}-\ln (1-{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_g^{*})]\left\}\right]---\left(5\right)$

其中，变量h_o是多个原动滚子44各自之间的初始间隔距离并简单地等于比值A_o/w。

如果挤压泵14设计得多个原动滚子44各自之间的半角β接近零度，方程5可以大为简化。在此情况下方程5成为：

$\frac{L}{h_0}=\frac{{{\mathrm{\ϵ}}_0}^2{P}_g^0{D_p}^{2}w{\mathrm{\ρ}}_s}{150\mathrm{\μ}{m}_s(1-{\mathrm{\ϵ}}_0)}[6.91+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_g^{*}}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_g^{*})}-\ln (1-{\mathrm{\ϵ}}_0{P}_g^{*})]---\left(6\right)$

范例

作为多个实施例的一个范例，认为储存容器12装有供给到挤压泵14的煤。此煤可以设定为具有以下各种参数：

实际固体颗粒密度ρ_s，87.0lb/ft³(1,393kg/m³)

初始静态料层孔隙率ε_o，0.570

固体颗粒/壁摩擦角δ_w，15度

固体颗粒压缩系数κ，3.28×10^-3平方英寸每磅力(in²/lbf)或0.477兆帕倒数(MPa^-1)

平均固体颗粒直径D_p，28微米(μm)(1.1×10^-3英寸)

在此范例中，煤可以用在上游静态料层内具有0.0144厘泊动粘度的二氧化碳气体予以输送(80和1个大气压的环境温度和的压力状态条件)(0.0144兆帕秒)。

按照方程1，可以看出，对于总长度w为1.86英尺(ft)(0.567米(m))、多个原动滚子44之间的初始间隔距离h_o(D1)为0.5ft(0.1524m)、原动滚子半角β为5度而原动滚子周缘线速度v_m为2ft/sec(0.6096m/s)的具有多个原动滚子44的挤压泵14，将以大约每天3000吨(31.5kg/s)的流速m_s泵送粉碎煤。如果多个原动滚子44每个的半径为1.5英寸(0.0381m)，多个原动滚子44每个的转速ω_m是大约153转每分钟(rpm)(2.55赫兹(Hz))。

比如，如果希望挤压泵14出口42处的气体的压力大约为1300psia(8962kPa)，则可以利用方程2和3计算挤压泵14出口42处的固体颗粒料层孔隙率ε，其将以大约百分之十的比例从初始的0.570降低到0.513。方程4表明，在所研究的例子中，施加在每一原动滚子44表面106上的固体颗粒压力P_s，n将大约是30.5psi(210kPa)。固体颗粒压力P_s，n将在多个原动滚子44的每一个上产生大约2040磅力(lbf)(9074牛(N))的力F1。此力F1由在多个原动滚子44每个上的两个轴承组件，诸如球轴承(未具体画出)予以平衡。

最后，挤压泵14的长度L可以按照方程5确定为大约1.91ft(58cm)。由于在多个实施例之一的此范例中，多个原动滚子44各自的直径如上所述为3英寸(7.62cm)，所以这将需要在Y轴铅直平面的每一侧上有8个原动滚子。此外，应当指出，如果原动滚子半角β设定为零度，那么总的挤压长度L按照方程6需要增大到3.15ft(96cm)(因而在Y轴铅直平面每一侧上需要大约12个原动滚子44)。

在高压粗燃料8’进入排放罐16时，粗燃料8’将含有进入挤压泵14之前最初捕集在煤粒空隙内的气态流体。捕集在高压粗燃料8’空隙之内的气态流体在其进入高压罐16时被压缩到较小的体积。因此，需要额外的高压气体添加到煤流，以填充由原先压缩气体所空出的空隙体积。因而，气体补给管线100可以用于输送这些用于填充高压粗燃料8’空隙的额外高压气体。通过挤压过程捕集在粗燃料8空隙内的气态输送流体的气态流速m_g，ex可以由以下方程与固体颗粒流速相关。

$m_{g,\mathrm{ex}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ρ}}_g^0{m}_s}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0){\mathrm{\ρ}}_s}---\left(7\right)$

其中变量ρ_g ⁰是处于环境条件下的挤压泵14上游的输送气体的密度。对于大多数气体来说，此密度通常可以利用理想气体方程确定，二氧化碳气体除外。

随着加压粗燃料离开挤压泵14的出口42，粗燃料经由入口82进入排放罐16。接着，高压粗燃料8’进入锤式粉碎机88。锤式粉碎机88于是用以使高压粗燃料8’的孔隙率恢复到挤压泵14入口33处的粗燃料8的初始静态料层孔隙率ε_o。由于排放罐16之中的高压，额外的补给气体必须如上所述经由气体补充管线100被引入，以便重新填充粗燃料空隙中的空隙容积。一般，进入排放罐16的补给气体的流速m_g，mk可以从以下方程得出：

$m_{g,\mathrm{mk}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{m}_s({\mathrm{\ρ}}_g-{\mathrm{\ρ}}_g^0)}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_0){\mathrm{\ρ}}_s}---\left(8\right)$

其中，变量ρ_g是排放罐16内部补给气体的密度。补给气体的密度ρ_g可以利用理想气体状态方程推算，但诸如二氧化碳等的少数气体除外。

对于以上给出的例子，按照多个实施例，二氧化碳(CO₂)气体可以被用作输送气体。采用CO₂气体，方程7可以被用于计算从挤压泵14进入排放罐16的CO₂气体的流速m_g，ex，其为0.0766磅每秒(lb/sec)(0.0347千克每秒(kg/s))。进入排放罐16的CO₂输送气体的流速m_g，mk反过来可以从方程8求得，为52.8lb/sec(24kg/s)，而在1300psia(8963kPa)和80下的CO₂密度已知是大约50.0磅每立方英尺(lb/ft³)(800千克每立方米(kg/m³))(相比之下，根据理想气体方程计算出来的数值为6.28lbm/ft³(100kg/m³))。

另外，通过在此处采用加热气体进入排放罐16的输送气体流速可以显著地予以减小。如果，比方采用加热的CO₂输送气体(使得离开排放罐16出口102的煤浆为195)；则方程8表明，CO₂输送气体流速m_g，mk可以减小到大约10.9lb/sec(4.94kg/s)(减小80％)。这种减小直接是由于较低的CO₂输送气体密度10.4lb/ft³(166.6kg/m³)(在195和1300psia(8963kPa)下)所致。

在预期的挤压泵14长度已经计算出之后，挤压泵14可以装配并联接到储存容器12和排放罐16。于是，预先选定的粗燃料8可以放入储存容器12里面。重力将导致粗燃料8经由出口32离开储存容器12并流入挤压泵14的入口33。按照多个实施例之一，第一和第九原动滚子46、64会最初遇到粗燃料8，并将第一作用力F2施加到粗燃料8上。接下来，第二和第十原动滚子48、66可以将第二作用力F3施加到粗燃料8上。第三作用力F4然后可以由第三和第十一滚子50、68施加到粗燃料上，而第四作用力F5可以由第四和第十二原动滚子52、70施加。粗燃料8然后走向第五和第十三原动滚子54、72，第五作用力F6可以在此施加到粗燃料8上。第六作用力F7可以通过第六和第十四原动滚子56、74施加到粗燃料8。粗燃料8然后可以接合第七和第十五原动滚子58、76以接受第七作用力F8，而后接合第八和第十六原动滚子60、78用于接受第八作用力F9。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八作用力F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9用于将粗燃料8加压到预定的高压。粗燃料8也可以遇到多个粉碎滚子80，不过，将会理解，各粉碎滚子80是挤压泵14的可选特征。

在粗燃料8被加压到预定大小之后，加压的粗燃料8’可以从挤压泵14的出口42进入排放罐16的入口82。然后，高压粗燃料8’可以进入锤式粉碎机88。锤式粉碎机88用于将粗燃料8’的空隙容积恢复到粗燃料8进入挤压泵14之前的空隙容积。粗燃料8’然后可以通过筛网96离开锤式粉碎机88并进入排放罐16的顶部84或锥形底部86。一旦处于顶部或锥形底部84、86之中，来自气体补给管线100的补给气体可以用来填充高压粗燃料8’的空隙，以使粗燃料8’能被送入气化器18。因而，一旦球阀98开启，粗燃料8’就可以被送入气化器18用于燃烧。

因而，本发明提供了一种用于加压粗燃料的更有效、简单的方法。具体地说，在挤压泵14中采用滚子系统36加压粗燃料8而不用复杂的热交换器或其他附加部件。挤压泵14的使用通过减少使粗燃料8流进气化器18所需的浆液量而进一步提高了气化系统10的效率。

虽然已经描述了多个优选实施例，但本技术领域的技术人员将会认识到可存在不背离本发明原理的改进和变化。各个例子说明了本发明而不是为了限制本发明。因此，文字说明和各项权利要求都应当自由理解为仅仅考虑现有技术中必要的限制。

Claims (23)

1.一种用于加压用于压力反应器中的粗燃料的系统，包括：

用以装放粗燃料的容器；

流体联接于所述容器的挤压泵，该挤压泵用以加压所述粗燃料；

排放罐，流体联接于所述挤压泵并用以容放来自所述挤压泵的加压流体；以及

其中，所述挤压泵包括一系统，该系统包括多个用以依次加压所述粗燃料的原动件。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个原动滚子布置在所述挤压泵中以相对于铅直平面形成一角度。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述多个原动滚子的角度范围在0与15度之间。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个原动滚子还包括：

第一原动滚子，靠近所述挤压泵的入口，所述第一原动滚子用以向所述粗燃料施加第一作用力；

第二原动滚子，靠近所述入口并与所述第一原动滚子横向隔开第一距离，所述第二原动滚子用以向所述粗燃料施加第二作用力；

第三原动滚子，与所述第一原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第三作用力；

第四原动滚子，与所述第二原动滚子相邻并与所述第三原动滚子横向隔开第二距离，所述第四原动滚子用以向所述粗燃料施加第四作用力；

第五原动滚子，与所述第三原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第五作用力；

第六原动滚子，与所述第四原动滚子相邻并与所述第五原动滚子横向隔开第三距离，所述第六原动滚子用以向所述粗燃料施加第六作用力；

第七原动滚子，与所述第五原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第七作用力；

第八原动滚子，与所述第六原动滚子相邻并与所述第七原动滚子横向隔开第四距离，所述第八原动滚子用以向所述粗燃料施加第八作用力；

第九原动滚子，与所述第七原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第九作用力；

第十原动滚子，与所述第八原动滚子相邻并与所述第九原动滚子横向隔开第五距离，所述第十原动滚子用以向所述粗燃料施加第十作用力；

第十一原动滚子，与所述第九原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第十一作用力；

第十二原动滚子，与所述第十原动滚子相邻并与所述第十一原动滚子横向隔开第六距离，所述第十二原动滚子用以向所述粗燃料施加第十二作用力；

第十三原动滚子，与所述第十一原动滚子并用以向所述粗燃料施加第十三作用力；

第十四原动滚子，与所述第十二原动滚子相邻并与所述第十三原动滚子横向隔开第七距离，所述第十四原动滚子用以向所述粗燃料施加第八作用力；

第十五原动滚子，与所述第十三原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第十五作用力；

第十六原动滚子，与所述第十四原动滚子和所述挤压泵的出口相邻，所述第十六原动滚子与所述第七原动滚子横向隔开第八距离，所述第十六原动滚子用以向所述粗燃料施加第十六作用力。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述多个原动滚子以不同的周缘线速度转动，使得靠近所述泵入口的各原动滚子的周缘线速度高于靠近所述出口的原动滚子的周缘线速度。

6.如照权利要求1所述的系统，其中所述排放罐还包括：

至少一个机构，该机构能够将所述粗燃料的孔隙率恢复到进入所述入口之前所述粗燃料的孔隙率；以及

至少一个加压气体源，用以在高压下形成粗燃料的淤浆(slurry)。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述粗燃料选自煤炭、焦炭及它们的各种组合。

8.一种用于向压力反应器供给加压粗燃料的系统，包括：

具有入口的容器，用以装放所述粗燃料；

所述容器内的滚子系统，该滚子系统用以加压所述粗燃料，该滚子系统包括：

第一原动滚子，靠近所述入口，该第一原动滚子用以将所述粗燃料加压到第一压力燃料；

第二原动滚子，靠近所述入口并与所述第一原动滚子横向隔开第一距离，该第二原动滚子接受所述第一压力水平下的所述粗燃料并在将所述粗燃料引导向所述反应器之前进一步将所述粗燃料加压到第二压力水平；以及

出口，靠近所述滚子系统，此出口用以将高压下的所述粗燃料配送到所述压力反应器。

9.如权利要求8所述的系统，还包括：

设置在所述入口中的筛网，此筛网用以使具有预定颗粒尺寸的粗燃料进入所述滚子系统。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述出口还包括：

连接于所述出口、用于收纳所述粗燃料的腔，此腔用以将所述粗燃料保持在高压下。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述腔还包括：

至少一个机构，该机构能够将所述粗燃料的孔隙率恢复到进入所述入口之前所述粗燃料的孔隙率；以及

至少一种加压气体源，用以在高压下形成粗燃料的淤浆。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述滚子系统还包括：

第三原动滚子，与所述第一原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第三作用力；

第四原动滚子，与所述第二原动滚子相邻并与所述第三原动滚子横向隔开第二距离，第四原动滚子用以向所述粗燃料施加第四作用力；

第五原动滚子，与所述第三原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第五作用力；

第六原动滚子，与所述第四原动滚子相邻并与所述第五原动滚子横向隔开第三距离，第六原动滚子用以向所述粗燃料施加第六作用力；

第七原动滚子，与所述第五原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第七作用力；

第八原动滚子，与所述第六原动滚子相邻并与所述第七原动滚子横向隔开第四距离，第八原动滚子用以向所述粗燃料施加第八作用力；

第九原动滚子，与所述第七原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第九作用力；

第十原动滚子，与所述第八原动滚子相邻并与所述第九原动滚子横向隔开第五距离，第十原动滚子用以向所述粗燃料施加第十作用力；

第十一原动滚子，与所述第九原动滚子相邻并用以向所述粗燃料施加第十一作用力；以及

第十二原动滚子，与所述第十原动滚子相邻并与所述第十一原动滚子横向隔开第六距离，第十二原动滚子用以向所述粗燃料施加第十二作用力。

13.如权利要求8所述的系统，其中所述多个原动滚子以不同的周缘线速度转动，使得靠近所述泵入口的各原动滚子的周缘线速度高于靠近所述出口的那些原动滚子的周缘线速度。

14.如权利要求12所述的系统，其中所述滚子系统还包括：

第十三原动滚子，与所述第十一原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第十三作用力；

第十四原动滚子，与所述第十二原动滚子相邻并与所述第十三原动滚子横向隔开第七距离，第十四原动滚子用以向粗燃料施加第八作用力；

第十五原动滚子，与所述第十三原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第十五作用力；

第十六原动滚子，与所述第十四原动滚子相邻并与所述第七原动滚子横向隔开第八距离，第十六原动滚子用以向粗燃料施加第十六作用力。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述滚子系统还包括：

第一辅助滚子，可转动地偶联于第一原动滚子和第三原动滚子；

第二辅助滚子，可转动地偶联于第三原动滚子和第五原动滚子；

第三辅助滚子，可转动地偶联于第五原动滚子和第七原动滚子；

第四辅助滚子，可转动地偶联于第七原动滚子和第九原动滚子；

第五辅助滚子，可转动地偶联于第九原动滚子和第十一原动滚子；

第六辅助滚子，可转动地偶联于第十一原动滚子和第十三原动滚子；

第七辅助滚子，可转动地偶联于第十三原动滚子和第十五原动滚子；以及

其中第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七辅助滚子用于向粗燃料施加附加作用力。

16.如权利要求14所述的系统，其中所述滚子系统还包括：

第八辅助滚子，可转动地偶联于第二原动滚子和第四原动滚子；

第九辅助滚子，可转动地偶联于第四原动滚子和第六原动滚子；

第十辅助滚子，可转动地偶联于第六原动滚子和第八原动滚子；

第十一辅助滚子，可转动地偶联于第八原动滚子和第十原动滚子；

第十二辅助滚子，可转动地偶联于第十原动滚子和第十二原动滚子；

第十三辅助滚子，可转动地偶联于第十二原动滚子和第十四原动滚子；

第十四辅助原动滚子，可转动地偶联于第十四原动滚子和第十六原动滚子；另外

其中第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三和第十四辅助滚子用于向粗燃料施加附加作用力。

17.如权利要求8所述的系统，其中粗燃料选自煤炭、焦炭以及它们的组合。

18.一种用于加压粗燃料的系统，包括：

容器，用以装放粗燃料；

挤压泵，流体联接于所述容器，所述挤压泵用以加压所述粗燃料，所述挤压泵还包括：

外壳，相对于铅直平面对称，包括用于接受来自对称容器的粗燃料的入口以及流体联接于排放罐以向排放罐提供加压粗燃料的出口；

多个原动滚子，设置在所述外壳之内，所述多个原动滚子布置在所述外壳中以相对于所述铅直平面形成一角度；

排放罐，流体联接于所述挤压泵并用以装放来自所述挤压泵的加压流体；以及

气化器，联接于所述排放罐，所述气化器用以燃烧加压过粗燃料。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述多个原动滚子的角度范围在0到15度之间。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述多个原动滚子还包括：

第一原动滚子，靠近所述挤压泵入口，第一原动滚子用以向粗燃料施加第一作用力；

第二原动滚子，靠近所述入口并与所述第一原动滚子横向隔开第一距离，第二原动滚子用以向粗燃料施加第二作用力；

第三原动滚子，与所述第一原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第三作用力；

第四原动滚子，与所述第二原动滚子相邻并与所述第三原动滚子横向隔开第二距离，第四原动滚子用以向粗燃料施加第四作用力；

第五原动滚子，与所述第三原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第五作用力；

第六原动滚子，与所述第四原动滚子相邻并与所述第五原动滚子横向隔开第三距离，第六原动滚子用以向粗燃料施加第六作用力；

第七原动滚子，与所述第五原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第七作用力；

第八原动滚子，与所述第六原动滚子相邻并与所述第七原动滚子横向隔开第四距离，第八原动滚子用以向粗燃料施加第八作用力；

第九原动滚子，与所述第七原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第九作用力；

第十原动滚子，与所述第八原动滚子相邻并与所述第九原动滚子横向隔开第五距离，第十原动滚子用以向粗燃料施加第十作用力；

第十一原动滚子，与所述第九原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第十一作用力；

第十二原动滚子，与所述第十原动滚子相邻并与所述第十一原动滚子横向隔开第六距离，第十二原动滚子用以向粗燃料施加第十二作用力；

第十三原动滚子，与所述第十一原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第十三作用力；

第十四原动滚子，与所述第十二原动滚子相邻并与所述第十三原动滚子横向隔开第七距离，第十四原动滚子用以向粗燃料施加第八作用力；

第十五原动滚子，与所述第十三原动滚子相邻并用以向粗燃料施加第十五作用力；

第十六原动滚子，与第十四原动滚子相邻并靠近所述出口，第十六原动滚子与所述第七原动滚子横向隔开第八距离，第十六原动滚子用以向粗燃料施加第十六作用力。

21.如权利要求18所述的系统，其中所述多个原动滚子以不同的周缘线速度转动，使得靠近所述泵入口的各原动滚子的周缘线速度高于靠近所述出口的那些原动滚子的周缘线速度。

22.如照权利要求18所述的系统，其中所述排放罐还包括：

至少一个机构，该机构能够将粗燃料的孔隙率恢复到进入所述入口之前粗燃料的孔隙率；以及

至少一个加压气体源，用以在高压下形成粗燃料的淤浆。

23.一种用于加压用于气化系统中的粗燃料的方法，此方法包括：

将粗燃料送入具有基本上倾斜形状的装放容器；

在所述容器内，随着粗燃料通过所述容器前行依次将粗燃料加压到增高的压力；以及

将增高压力下的粗燃料给到反应器以供使用。

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