CN102442552B - 气力输送固体颗粒的进料罐及进料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气力输送固体颗粒的进料罐及进料系统。其中该进料罐包括筒形部、自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的第一锥形部以及自第一锥形部向下延伸且与第一锥形部流体相通的第二锥形部，其中第二锥形部设置成在其内的固体颗粒形成整体流，且第二锥形部上设有至少一个用于输出固体颗粒的出口。

Description

气力输送固体颗粒的进料罐及进料系统
技术领域
本发明涉及气力输送技术，尤其是指用于气力输送固体颗粒的进料罐及进料系统。
背景技术
气力输送固体颗粒的进料罐和进料系统是指在气体辅助下将固体颗粒从一个地方运输到另一地方的装置或者是系统。气力输送技术应用于多种场合，尤其是在煤气化领域得到了广泛应用。在一个传统的气化系统中，固体颗粒的一个实施例是煤粉。气化进料系统通常包括一个进料罐以及一个连接该进料罐和一个气化炉的输出管道。将固体颗粒和载气输入到进料罐中，载气承载着固体颗粒流过进料罐、输出管道，最后进入气化炉通过部分氧化该固体颗粒生成合成气。
进料罐或进料系统目前面临的问题是进料罐和/或输出管道的固体颗粒的质量流量(简称“固体质量流量”)不稳定。当进料罐工作在高压状态时，这种情况就可能进一步恶化。不稳定的固体质量流量容易导致气化炉内的温度波动，进而可能降低气化炉的使用寿命以及影响气化炉的气化性能。
现在，为了解决固体质量流量不稳定性的问题进行了多种尝试。例如，在进料罐的底部加入一股气以流化固体颗粒，还有是在进料罐的内部设置专门的装置以稳定固体质量流量。尽管这些尝试在一定程度上提高了稳定性，但是还是不能满足实际的需要。因此，需要提供改进的进料罐或者进料系统以在固体质量流量稳定性方面满足实际的需要。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种气力输送固体颗粒的进料罐。该进料罐包括筒形部、自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的第一锥形部以及自第一锥形部向下延伸且与第一锥形部流体相通的第二锥形部，其中第二锥形部设置成在其内的固体颗粒形成整体流，且第二锥形部上设有用于输出固体颗粒的至少一个出口。
本发明的实施例还提供了一种气力输送固体颗粒的进料系统。该进料系统包括进料罐以及输出管道，其中进料罐包括筒形部、自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的第一锥形部以及自第一锥形部向下延伸且与第一锥形部流体相通的第二锥形部，其中第二锥形部设置成在其内的固体颗粒形成整体流；且所述输出管道延伸入第二锥形部以输出固体颗粒。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，以期更好地理解本发明，在附图中：
图1为本发明气力输送固体颗粒的进料罐的一个实施例的立体图；
图2为图1所示进料罐沿线W-W获得的截面图；
图3为本发明气力输送固体颗粒的进料系统的一个实施例的截面图。
具体实施方式
本发明涉及将固体颗粒从一个地方气力输送至另一地方的进料罐及进料系统。该固体颗粒包括但不限于固体燃料颗粒、水泥粉以及炭黑。该固体燃料颗粒包括但不限于煤粉和生物燃料。
图1示意了本发明的一个实施例即用于气力输送固体颗粒的进料罐10。图2示意了进料罐10的一个截面图。该进料罐10包括筒形部14、第一锥形部16以及第二锥形部18，且三者之间彼此流体相通。第一锥形部16沿固体颗粒的流动方向15将筒形部14和第二锥形部18连接在一起。尽管在图1所示的实施例中，第一锥形部16和第二锥形部18是圆形横截面，但是本发明并不排除具有其他形状如长方形横截面的第一锥形部和第二锥形部。在一个实施例中，筒形部14、第一锥形部16以及第二锥形部18沿固体颗粒的流动方向15彼此大致同心。
参阅图1和图2所示，筒形部14的一个实施例包括多个用于输入固体颗粒12和载气20的进口(未图示)。需要注意的是，在本文中使用的多个是指两个或者两个以上。固体颗粒12和载气20在筒形部14内混合形成固气混合物22。在一个实施例中，第一锥形部16设置成在其内的固体颗粒形成漏斗流(funnel flow)，且第二锥形部18设置成在其内的固体颗粒形成整体流(massflow)。在本文描述的术语“漏斗流”是指一个元件的中心区域的固体颗粒是运动的，而靠近该元件内壁的固体颗粒是静止的。在本文描述的术语“整体流”是指一个元件内基本上所有区域的固体颗粒都是运动的。
如图2所示，第一锥形部16设有一个锥角，标记为α。第二锥形部18设有一个锥角，标记为β。锥角α设置为大于锥角β。在一个实施例中，通过将锥角β设置为大于进料罐10的休止角(included angle)，使得固体颗粒在第一锥形部16内形成漏斗流。通过将锥角α小于进料罐10的休止角，使得固体颗粒在第二锥形部18内形成整体流。可以理解的是，本发明并不排除采用其他方式在第一锥形部和第二锥形部形成漏斗流和整体流的方案。
进料罐10休止角的大小受到很多因素的影响，如固体颗粒12的平均直径、固体颗粒12的湿度、进料罐10的材质以及固体颗粒与进料罐直径的摩擦力。在一个实施例中，一种商业测试仪器也可以用来确定进料罐的休止角。该测试仪器的输入数据包括输送的固体颗粒的特性如输送的固体颗粒的平均直径，也包括罐壁的特性罐壁的摩擦角以及内摩擦角。测试仪器根据这些输入数据的值就可以计算出所测量的进料罐的休止角。在一个实施例中，该休止角约40度。
在一个实施例中，第一锥形部16的锥角α在第二锥形部18锥角β的约1.2～4倍的范围内。需要注意的是，在本文中提到的数据区间，除特别说明外，均包括端值。在另一实施例中，锥角α是设置在60～70度范围内，锥角β设置在30～40度的范围内。在进料罐10的一个实施例中，整个进料罐的高度(即H1、H2、H3的总和)是筒形部14中径(D3)的1～5倍。在一个实施例中，第一锥形部16的高度(H2)与中径(D2)的比值在0.5～2范围内。第二锥形部18的高度(H1)与中径(D1)的比值在3～15范围内。
参阅图1和图2所示，进料罐10进一步包括至少一个设置第二锥形部18上的出口(未图示)。在输送过程中，载气20承载者固体颗粒12从筒形部14开始，经过第一锥形部16后进入第二锥形部18。最终，载气20与固体颗粒12混合形成的固体混合物22从设在第二锥形部18上的出口处输出。由于进料罐10的出口设置在形成整体流的第二锥形部18上，且在第二锥形部18内的固体颗粒都是运动着的，因此流出的固体颗粒的固体质量流量比较稳定，且易于控制。另外，此种结构的进料罐也易于制造。
如上面所述，第二锥形部18设置成固体颗粒在其内形成整体流，这样第二锥形部18的锥角α设置为小于相对于设置为漏斗流时的角度。因此将设置为漏斗流的第一锥形部16设置在筒形部14和第二锥形部18之间，可有效降低了进料罐的整体高度。
为了避免固体颗粒在第一锥形部16内静止不动，在一个实施例中，至少一股流化气被用于松动第一锥形部16内壁附近的固体颗粒。在此使用的术语“松动”是指所述流化气设置为流化静止在第一锥形部16内壁附近的固体颗粒12，但不对第一锥形部16中心区域的固体颗粒12产生影响。
在一个实施例中，第一锥形部16在其外表面上设有用于输入流化气24、26、28的多个进口(未图示)。进口的数量及彼此之间的距离可以根据第一锥形部16的大小进行调整。在一个实施例中，流化气24、26、28的输入方向与固体颗粒的流动方向15垂直。在另一实施例中，所述引入方向与第一锥形部16的外表面垂直。
在一个实施例中，第一锥形部16的内壁上安装有一个流化气分配器。该分配器上可以设置多个通孔，这些通孔可将一股流化气分成多股气流以更均匀地松动第一锥形部16内壁附近的固体颗粒12。
图3示意了本发明的另一实施例即用于气力输送固体颗粒的进料系统30。该进料系统30包括进料罐32以及多个连接到进料罐32上的管道。可以理解的是，该进料罐32可以设置成上述实施例中的任一进料罐的结构。
在图3所示的实施例中，进料罐32包括筒形部34、自筒形部34向下延伸的第一锥形部36以及在第一锥形部36向下延伸的第二锥形部38。第一锥形部36设置成在其内的固体颗粒40为漏斗流。第二锥形部38设置成在其内的固体颗粒40为整体流。
在一个实施例中，所述管道包括载气管道42、固体颗粒管道44、多个流化气管道46、48以及至少一个输出管道50。载气管道42和固体颗粒管道44连接到筒形部46上，用于输入载气52和固体颗粒40。载气52和固体颗粒40在筒形部46内混合形成固气混合物54。流化气管道46、48连接到第一锥形部36上，用于向第一锥形部36内输入多股流化气流56、58以松动第一锥形部36内壁附近的固体颗粒40。
输出管道50连接到形成整体流的第二锥形部38，以便将第二锥形部38内的固体颗粒输送到另一地方。采用此种结构设计，所有的固体颗粒在第二锥形部38内都是运动的，在一些情况下甚至具有相似的速率，因此可以获得稳定的固体质量流量。在一个实施例中，该输出管道50设有延伸入第二锥形部38内的上升部60。上升部60位于第二锥形部38的中心轴(未图示)附近。固体颗粒在上升部60的流动方向与重力方向相反，此种设计可以调整不同大小的固体颗粒的运动趋于一致，也进一步保证了固体质量流量的可控性。
固体颗粒40从具有整体流结构的第二锥形部38流出，确保了固体颗粒流动的稳定性和可控性。使用流化气56、58，使得漏斗流结构的第一锥形部36内的固体颗粒处于运动状态，这样提高了固体颗粒的流动性。尽管固体颗粒稳定地从进料罐中流出比较重要，但是在进料罐和目标容器之间的输送过程也是很重要的。所以在一些实施例中，在进料罐32的下游位置引入了补充气流64以保证在下游位置输送的稳定性。
虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以对本发明作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书意图覆盖在本发明真正构思范围内的所有这些修改和变型。

Claims (13)

1.一种气力输送固体颗粒的进料罐，包括：
筒形部；
自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的第一锥形部；以及
自第一锥形部向下延伸且与第一锥形部流体相通的第二锥形部，其中第二锥形部设置成在其内的固体颗粒形成整体流，且第二锥形部上设有用于输出固体颗粒的至少一个出口，第一锥形部的锥角大于第二锥形部的锥角，其中第一锥形部与第二锥形部的锥角比设置在1.2～4范围内。
2.如权利要求1所述的气力输送固体颗粒的进料罐，其中所述筒形部包括用于输入固体颗粒和载气的入口。
3.如权利要求1所述的气力输送固体颗粒的进料罐，其中第二锥形部包括用于向固体颗粒输入流化气流的入口。
4.如权利要求3所述的气力输送固体颗粒的进料罐，进一步包括可将所述流化气流分成多股流化气流的流化气分配器。
5.如权利要求3或4所述的气力输送固体颗粒的进料罐，其中所述流化气流用于松动第一锥形部内壁附近的固体颗粒。
6.如权利要求1所述的气力输送固体颗粒的进料罐，其中第一锥形部的锥角设置在60～70度的范围内。
7.如权利要求1所述的气力输送固体颗粒的进料罐，其中第二锥形部的锥角设置在30～40度的范围内。
8.如权利要求1所述的气力输送固体颗粒的进料罐，其中第一锥形部设置成在其内的固体颗粒形成漏斗流。
9.一种气力输送固体颗粒的进料系统，包括：
进料罐，其包括：
筒形部；
自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的第一锥形部；以及
自第一锥形部向下延伸且与第一锥形部流体相通的第二锥形部，其中第二锥形部设置成在其内的固体颗粒形成整体流，第一锥形部的锥角大于第二锥形部的锥角，其中第一锥形部与第二锥形部的锥角比设置在1.2～4范围内；以及
延伸入第二锥形部以输出固体颗粒的输出管道。
10.如权利要求9所述的气力输送固体颗粒的进料系统，其中所述输出管道包括上升部，且所述上升部内的固体颗粒朝向第一锥形部流动。
11.如权利要求9所述的气力输送固体颗粒的进料系统，进一步包括连接至输出管道且用于向输入管道输入补充气的补充气管道。
12.如权利要求9至11任一所述的气力输送固体颗粒的进料系统，进一步包括连接至第一锥形部且圆周分布的多条流化气管道。
13.如权利要求9所述的气力输送固体颗粒的进料系统，其中第二锥形部的锥角设置在30～40度的范围内。
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