CN1022925C - 供风管的排风控制设备 - Google Patents

Abstract

用以建立和维持粉状固体和气体的混合物以均匀的质量流速从容器流向接受反应器的一种设备。这种设备具有一根吊在粉碎的固体颗粒混合物中的供风管，它象流化阀一样保持均匀的质量流速。部分气体可以向上吹，以帮助这种流动。

Description

本发明涉及一种保持粉碎固体颗粒和气体的混合物以均匀的质量流速从储存设备被输送到接受反应器中的设备，该设备包括将上述混合物导入下部呈收敛形的贮存设备的装置，所述贮存设备至少有一个设在收敛尖端的出料口以排出上述混合物，上述贮存设备还设有供风装置为上述粉碎固体颗粒供风，而且还带有从上述贮存设备中排出上述粉碎固体颗粒的装置，所述供风装置包括：固定在上述贮存设备内并和上述出料口同心的第一管路;和第一管路固定连接的第二管路使上述第一、二管路相通;在压力下将气体注入上述第二管路的装置;以及固定在第一管路沟通管内外的多个风孔用于向上述粉碎固体颗粒和气体混合物吹风，更具体地讲本发明能在煤气生产过程中为煤气发生器输送煤粉。

常规的依靠重力输送固体的供煤系统（如烧煤锅炉的供煤气流）可承受较大煤质量流速及悬浮密度的波动。已制造出各种输送设备例如输送谷物和煤的设备。它们都趋于利用重力作用使所运送的固体颗粒更易流动。US3289396，3367724，4529366，3424352和40667623所述设备都是关于提供粉状物质由储料仓“有效出料”，以及避免搭桥和出料不完全，但这些设备不能保持以均匀质量流速 向接受器均匀输送粉碎固体颗粒和气体的混合物。

本发明要解决这种工艺的此类问题。本发明设备的特征上具有使至少部分上述气体逆向流动的反向装置，所述反向装置是一个顶向上、环绕部分第一管路的收敛形空心锥体，上锥面要求打孔而且内空间与上述粉碎和气体混合物相连。

DE-B-1262900公开了一种使固体颗粒和气体混合物的均匀质量流速从储存设备输出的设备，供风装置是有风孔的管道。此外第二管路与第一管路相连并有压缩空气源。未公开本发明具体排列。

现参考附图，用实例对本发明详细叙述：图1表示一煤气化系统;图2是图1剖面图;图3是本发明供内装置第一个优选方案的等比例视图;图4是本发明供风装置第二个优选方案的等比例视图;图5是本发明另一优选方案的等比例视图。

在煤气化反应器（下文均称为煤气发生器）内，在1000-3000℃的相对高温范围内，在大约1-70巴的压力下，以及有氧或含氧气体存在下，碳素燃料（如煤）的不完全燃烧即可产生煤气。如需要，可用氮气或其它惰性气体稀释水蒸汽、一氧化碳，二氧化碳及含氧气体（包括空气及富氧空气）。

在本发明中，燃料和气体的混合物从一个最好具有多个非出口的供料容器中排出。每一个排出口都和至少一个与煤气发生器的燃烧器连通。一般，煤气发生器的燃烧器是按照直径方向相对布置。但这不是本发明所需要的。一般来讲，燃烧器都有一个排放末端，它设在便于将火焰和燃烧介质导入煤气发生器的位置。

在生产煤气过程中，尤为重要的是以均匀的方式将粉碎固体燃料送入煤气发生器内的燃烧器。给煤气发生器内燃烧器供煤的质量流速的波动，是影响煤气发生器工作的决定因素。例如：这种波动能引起煤气发生器内燃料的不良燃烧，造成燃烧器表面受热不均，从而在燃烧器表面产生内应力。如果粉碎固体颗粒燃料的质量流率波动，将使煤气发生器内出现过热区域和温度较低区域。结果温度较低区域的燃料未能完全汽化，而过热区的燃料将转化成无价值的产品即二氧化碳和水蒸汽。另外，煤气发生器内的局部高温将破坏一般设在煤气发生器内表面的耐火层。

因为煤在反应器的反应区的停留时间约为5秒种或短一些，所以煤的质量流速在这一数量级的时间范围内或短一些的时间内最好为恒定，以保证恒定的区域条件。

很多因素都对燃烧器供煤质量流速有很大影响。供料罐的出料和由罐到煤气发生器的管道输送，对燃料输往煤气发生器的质量流率尤其有影响。

特定情况下，密度约50～800kg/m³的燃料与气体的混合物通过直径为150mm左右的管子输送，将产生较大的压降。这是多种原因综合影响的结果。如：管道摩阻损失、节流和弯曲等等。

本发明使用了一台下部向下收缩的容器。比容器在底部至少有一个出料口，并具有向收缩部分中的固体供风的装置，以保证气体和固体的混合物以均匀的质量流速排送到煤气发生器，供风的压力和流率以能够保持粉状固体和气体混合物以均匀的质量流速排往煤气发出器为准。再者，供风装置作为流态化控制阀门使用，为各种条件下的生产操作提供了很大的灵活性。如不同类型的煤、不同的煤的湿度等等。

维持粉状固体和气体的混合物以均匀的质量流率排往煤气发生器，从而防止了煤气发生器内过热区和温度较低区的产生，这是本发明的优点之一。

由于防止了过热区和温度过低区的出现，从而使煤气发生器的耐火衬里得到了保护，这也是本发明的一个优点。

本发明的另一个优点是能在煤气的生产中更有效地利用燃料。本发明的优点还包括：可在储罐和煤气发生器间的输送管线中保持较高的悬浮密度（大于200kg/m³）。这可降低供风消耗和供煤的用气量。避免了煤气发生器产出的煤气被稀释，从而避免了产品价值降低。

尽管下面文中主要是用粉状煤来描述本发明，对可反应固体和其它可部分燃烧的精细区分的固体燃料，依据本发明的方法和设备同样也是适用的。如对褐煤、无烟煤、烟煤、碳黑、石油焦及类似的燃料。就固体含碳燃料的粒度而言，较有利的情况是：90%（燃料重量）的颗粒粒度小于100目（ASTM-美国材料试验标准）。

另外，本发明对粒状或粉状固体都能使用，例如，树脂、催化剂、飞灰和布袋收尘室及静电滤尘器中收下来的细微粉尘。

上文描述了本发明的方法和设备以及它的各种优点。下面将根据附图作更详细的描述。然而，附图是流程类型的，未表示出辅助设备如泵、压缩机及清洁设备等，它的全部价值仅是作为示例或计算之用。

参见图1，一台用于保持粉状固体和气体的混合物以均匀的质量流速从储罐中排出的设备。图中的供料罐11即为储罐，在1～70巴的压力下操作。混合物通过管40进入接受反应器如煤气发生器9。这台设备一般包括将混合物导入供料罐11的装置，如进料口10。供料罐11一般使物料进入漏斗形的接收装置（7所示），这将在图2和图3中作专门描述。

参见图2和图3，6所示的供风装置位于图1中所示煤气化系统的接受装置7中。供风装置6有一根中空的轴或管子14，它支撑着一个固定在它的上端的固定法兰16，一个使14保持在中心位置的支撑装置27固定在14大约中点的位置。固定法兰16有孔28，个数为复数，靠它固定在供料罐11上。法兰16由支撑板29支撑在供风轴14上，29可与16和14焊接。管32从法兰16的外缘33伸到轴14，与轴内空间连通。轴14的下部有出气孔34，数目为复数，这使轴14与流过接受装置7的煤混合物连通。气体混合物在压力下被强制流进管32的口35。因管14的顶端36是封闭的，因此气流向下流过管14，自孔34流出，为接受装置7中的煤混合物供风。支撑装置27可和管14焊接。它的外缘上有复数个间隔块，使供风设备6保持在接受装置7的中心。注意通过供风管为煤（固体）供风，不应只限于使用孔，也可使用多孔塞甚至金属陶瓷制成的供风管。熟悉这种工艺的人都明白，材料的选择取决于工艺过程的机械需要。

在最简单的实施方案中，定心装置27可由支撑盘42和间隔块37构成。在图2和图3的实施例中，定心装置27可以是中空的上小下大的锥形体，锥面41为打孔面，但底盘42无孔，圆锥角小于等于120°。供风管24中部分气体直接进入锥体27，并从锥面41上的孔排出，为接受装置7中的混合物供风。这一装置（标为27）不仅仅是一个定心装置，料斗出料过程中，定心装置可认为是用作促进流动的设备。然而，这里提出的供风设备的使用是新颖的，它促进物料向装置27以下的锥体部分流动。供风用于克服固体和锥体表面的摩擦及颗粒间的摩擦，此外，改变供风量，就能改变出料量，它起到了流体控制阀的作用。

图3表示本发明的另一个有优越性的特点。供风管14的下端38可制成锥形，使它与接受装置7的出料口17相适应。供风管14可制成可移动式的，以便伸出（退出）出料口17就位（卸掉）。喷嘴38和出料口17构成流态化阀，可进一步控制物料从接受装置流入输送管道40。

上文描述的实施例都利用接受装置7的容器壁来盛装混合物，并使其通过出料口17流入管线40（参见图1）。供风管14和接受装置7内的衬里8结合使用，在某些情况下是必需的或有利的。这时衬里8构成的内壁12完全由可渗透材料构成或使用复数个多孔塞子。

现在来看图2，接受装置7内设一层衬里8，它由可渗透性或多孔材料制成。气流被用于吹松混合物。衬里8构成的内壁呈收敛形，它的锥角小于150°，最好不超过90°，它向出料口收敛。装置7至少有一个设在锥端点的出料口。

接受装置7具有一个包围着衬里8的外壳13，在衬里8构成的内壳12和外壳13之间形成一个封闭空间（汇集空间）。外壳13至少有一个设在下端的出口15以排出颗粒。它和衬里8的出料口17同心。在外壳13和壁12间的封闭空间内，设有一隔离板22。它在壁12外面，呈环状紧贴着壁12的可渗透部分，它的作用就是把第一区域18和第二区域19分离开来，形成2个基本独立的空间。外壳13还包括这样一些装置，使气体可以在压力下通过管23选择性地分别注入第一区18和第二区19。例如，来自压缩气源20、时1的气流可进入入口。尽管20、21为独立气源，但有经验者都可知道，可使用同一气源。

允许气体被选择性地注入在壳13和壁12间的封闭空间内形成的隔离室，这些气体的密度可以不同。如氮气或其它惰性气体，以及主要由一氧化碳、氢气、水组成的合成气。注入第一区18的气量可大于、等于或少于注入到第二区19中的气量。较好的情况是：用惰性气体注入区18，合成气注入区19。注入区18的气体主要向上走，流入供料罐11以控制压力。而被注入区19的气体主要向下走，被输往煤气发生器9。

衬里8最好用重的固体材料制作，如不锈钢和20合金。并且可部分或全部用多孔材料镶衬，这可以是金属的或非金属的，如烧结粉沫金属、编织不锈钢或多孔陶瓷。具体使用什么取决于工艺过程中的操作条件和所用煤的种类。多孔材料具有选择性透过能力。多孔材料有助于来自压缩气源的气体均匀通过衬里8，在由衬里8到出料口17之间防止粉碎固体颗粒搭桥。

在众多因素中，多孔材料孔径的确定，主要依据所用煤的类型。要获得较大的生产灵活性，以使用不同类型的煤，这需要不同的孔径，因此，衬里8最好是可以和另一个具有不同透过能力的多孔衬里互换。

另外，气体进入多孔材料的孔之后，将会有一个限流作用。这保证了流体流过由衬里8构成的内壁12的多孔材料时的均匀流动分布。同样，多孔材料还可用于控制衬里8里面的混合物的表观密度，以及通过出料口17排出供料罐11的流率。

如果衬里使用复数个多孔材料制成的塞子，洞（塞子）的排列以为了改变粉状物质的流动性提供适当的风量为准。例如，衬里8的洞可分布在3个基本敞开的区域，顶部敞开3%，中部（及搭桥带）为10%，底部为5%。衬里8共约有200个洞，每个洞的直径约为14mm。

当采用氮气和合成气在压力下分别注入供气管32、第一区18和第二区19时，气量和流动方向由流量控制器30、31及流量计量25、26控制。其流量应足以使供风管14和多孔壁12附近的粉状固体浮动起来。在低于这一流量时，则只能使多孔材料上面的粉状固体浮动起来，注入的气体仅使多孔材料上部浮动，这是不理想的。而这正是传统的系统的典型作法，它导致了更多的惰性气体稀释由煤气发生器中产生的煤气，于是产出了低价值产器。如上面所说的合适的气量应是：在使用透过率相似的衬里时，能在整个供风设备中，产生均匀的流动剖面。

部件（27）下面的多孔管（14）被用作稀释设备，以促进经过锥体出口17的平稳和可靠的流动。它同样也可用于控制去往煤气发生器的管线中的煤的密度。

在锥体8上面的滑动速度即供料罐内气体和煤之间的相对表面速度应小于流态化速度的50%，最好接近零。颗粒的流态化增加了从供料罐11中固体排出质量流率的波动。

另外，来自压缩气源的气量不应使供料罐11中的气速超过其中固体的终止下落速度。终止下落速度的定义是：向上流动气体在固体颗粒上的推举力等于它的重力时的气速。如果气速超过终止下落速度，固体将从放空口50而不是出料口17排出。

有利的情况是：气源20、21的流量可由流量控制器30、31和流量计25、26分别独立地控制，使相对于煤向上流动的气量和向下流动的气量得以分别控制。

例如：从供料罐11中排出的粉状固体和气体的混合物的悬浮密度为450kg/m³，均匀质量流率为2000kg/hr，而向第一区内注氮气量约为100kg/hr。如果输氮速度超过这一值，悬浮密度将低于450kg/m³，煤气发生器9产出的煤气也将被来自气源的氮气稀释。另外，如果输氮速度一定程度上低于选定的值，则悬浮密度将大大高于450kg/m³。这种惰形是否会导致不太稳定的流动，取决于材料和操作条件。

气流应当从各个方向和高度吹入，以便控制压力和出料口17处的流速剖面。如果必要，可使用2个以上的隔离室或者在隔离室上方注气，这取决于被输送的颗粒的物理性质。

这一选择性注入，提供了分别控制供料罐11中的混合物密度和通过外出料口15排出供料罐11的混合物密度的手段。因本发明适用的悬浮密度为200～500kg/m³，本发明供料罐11的出料口15比常规技术所用的小得多。

对悬浮密度为200～500kg/m³的固体和气体混合物，本发明中出料口17的直径约为4～150mm。这大于粉状固体的最大搭桥直径，以防止固体在排出出料口17时搭桥。轴端（38）到锥体出口17的距离以不妨碍流动为准。可选择的值是：环状空间（37）的宽度大于或等于锥体到中轴14的最小水平间距。常规的供煤系统靠重力使煤流动，用辅助吹风破坏搭桥。这样以来，在供料罐的出口，典型的悬浮密度就低于200kg/m³，而且相应的供料罐出口直径大于150mm。而对本发明所使用的质量流率，不希望出料口大于150mm。因为流速和悬浮密度会降到所希望的限 度以下，导致送往煤气发生器9的煤和气体的混合物的质量流率的波动。

此外，小直径出料口17和隔离室注气结合起来，其作用就象控制固体流出速度流态化阀门。这样，就可以去掉供料罐11和煤气发生器间管路上的事故隔断阀。

另一方面，本发明通过供料罐11顶部（如出口50）放出气体，以保持向上流过的固体颗粒的气速约为2mm/s，从而消灭了局部搭桥现象，使固体平滑流向出料口17。

部件27和锥形衬里8之间的环状空间是重要的，它的选择应考虑到固体颗粒的性质（流动性）的内壁材料。

现在参考图4，它展示了本发明的第二个最佳实施方案。各部分的标号与图3相同。

第一供风装置由中空轴14和管32相连而成。第二供风装置（也就是定心和支撑装置），可焊在管14上，并通过管32a和嘴35a相连。气流通过嘴35a和管32a直接进入锥27的内部，通过打孔锥面41基本上逆流排出，使接受装置7中的混合物进一步流化。这样，锥27可作为独立的供风系统为接受装置7中的粉状固体供风。气流以与供风管14类似或相同的方式提供，即气源20a由控制器30a和流量计25a控制。上述发明起促进流体向接受装置7中元件27下面的部分的均匀流动。给粉状固体颗粒供风是为了克服颗粒间的摩擦及接受装置7和固体间的摩擦。此外，改变风量就可改变固体的流出速度，从而起到流量控制阀的作用。供风管32a可以和管14同心。

尽管以上图示的第一、二供风装置为固定式的，但在某些应用中，也可把它们制成可移动式的，如图5所示。其中标注号码与图3、4中使用的相同。

轴14a是轴14的延伸，并与其滑动连接。元件27是焊在轴14a上，因而可随轴14a升高或降低。导向装置37只起导向和定心作用，允许轴14a滑动，且对含碳燃料的流动没有明显的阻碍。

管14a的下端38可制成锥形，以便与接受装置7的出料口17相适应。供风管14a被制成可在一定范围内移动的，以便移近（离开）出料口17就位（拆卸）。喷嘴38和出料口b17形成了另一个流化阀，可进一步控制物料从接受装置7向管线40的流动。

固定在一起的供风管14a或供风锥27，借助于43所表示的液压缸，可作轴向移动。液压缸也是固定法兰16和支撑筋29的一部分（参见图2）。供风管14a通过开口44伸进液压缸43，并和活塞45固定连接（如焊接）。供风轴14a的一部分延伸到活塞45以上，并和管14作可滑动套接。活塞45受到弹簧46的向上的推力，在液压缸43内，它的位置由液体压力控制，这些液体由液压源47通过入口49进入液体缸43的内腔48。因此，供风设备6的位置是由来自液压源的液体压力控制的。当然，必须为所有滑动面提供适当的密封装置，这一点所有有经验的人都清楚。

上述对本发明的描述，仅仅是说明性的。它所描述过的方法和设备的各种细节变化在不违背本发明的精神的情况下，仍属于本发明权利要求的范畴。

Claims (6)

1、一种保持粉碎固体颗粒和气体的混合物以均匀的质量流速从储存设备(11)被输送到接受反应器(9)中的设备，该设备包括将上述混合物导入下部呈收敛形的贮存设备(7)的装置(10)，所述贮存设备(7)至少有一个设在收敛尖端的出料口，以排出上述混合物，上述贮存设备(7)还设有供风装置(6)，为上述粉碎固体颗粒供风，而且还带有从上述贮存设备(7)排出上述粉碎固体颗粒的装置(17)，所述供风装置(6)包括

-固定在上述贮存设备(7)内并和上述出料口同心的第一管路(14)；

-和第一管路(14)固定连接的第二管路(32)，使上述第一、第二管路的内部互相连通；

-在压力下将气体注入上述管二管路(32)的装置(20，35)；

-固定在第一管路(14)上沟通管内外的多个风孔(34)，用于向上述粉状固体颗粒和气体混合物吹风；

该设备特征在于，具有使至少部分上述气体逆向流动的反向装置(27)，所述反向装置(27)是一个顶向上的、环绕着部分第一管路(14)的收敛形空心锥体，上锥面(41)要求打孔而且所述锥体的内空间与上述粉碎固体颗粒和气体混合物相连。

2、按照权利要求1的设备，其特征在于，所述供风装置（6）还包括固定在第一管路（14）上的第三管路（32a），以及在压力下将气体注入所述第三管路（32a）内的装置（20a，35a），其中所述第三管路（32a）与所述锥体的内空间相连。

3、按照权利要求2的设备，其特征在于，用来注入所述气体的装置（20，35;20a，35a）包括

-将第一种具有选定密度的气体注入上述第一管路（14）的装置（20，35）;和

-将密度比第一种气体大的第二种气体注入上述第二管路（32a）的装置（20a，35a）

4、按照权利要求2的设备，其特征在于，用来注入所述气体的装置（20，35;20a，35a）包括

-将第一种具有选定密度的气体注入上述第一管路（14）的装置（20，35）;和

-将密度比第一种气体小的第二种气体注入上述第三管路（32a）的装置（20a，35a）

5、按照权利要求1-4任一项所述的设备，其特征在于，供风装置包括：

-可移动固定在上述贮存设备（7）并与上述出料口（17）同心的第一管路（14a）;

-可滑动连接在上述第一管路（14）上的第二管路（32，14），使上述第一和第二管路彼此内部通道相连;

-在压力下将气体选择注入上述第二管路（32，14）的装置（20，35）;

-选择固定在上述第一管路（14a）上的多个风孔（34），沟通管内外，通过它们，气体流入上述粉状固体颗粒与气体的混合物;以及

-使上述第一管路（14a）相对于出料口（17）选择移动的装置（43，44，45，46，47，48，49）。

6、按照权利要求5的设备，其特征在于，用于选择移动的装置是一液压缸（43）。

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