CN102465041A - 固体粉料处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来气化固体粉料的系统。该系统包括用来接收固体粉料的输送容器、设置于所述输送容器下游并与其相连通的固体泵及设置于所述固体泵下游并与其相连通的气化装置。此外，本发明还涉及一种用来输送固体粉料的输送单元及一种气化固体粉料的方法。

Description

固体粉料处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种固体粉料处理系统及方法，尤其涉及一种输送和气化固体粉料如固体含碳燃料的系统和方法。

背景技术

气化是指把含碳燃料，如煤转化为可燃气体，如煤气或合成气的过程。通常，在气化过程中，含碳燃料随着可控量的氧气或其他流体被输送进气化炉中。含碳燃料稳定且可控的输送进气化炉中对获得期望的气化性能是有益的。

在传统的气化系统中，气力输送常用来把含碳燃料输送进气化炉中。该气化系统常设置有存储装置、气化炉及复数个连通相应的存储装置和气化炉的输送管道。通过该复数个输送管道，储存装置可接收含碳燃料和输送气体。随着输送气体不断地进入储存装置，储存装置中的压力不断增加从而达到期望的压力水平。该期望的压力水平常高于气化炉中的压力，这样，就在储存装置和气化炉间产生压力差。然后，来自储存装置的气固混合物就被从储存装置输送到气化炉中。

然而，在这样的传统气化系统中，含碳燃料在储存装置中的流动常不均一，从而导致含碳燃料进入气化炉时与氧气的比例变得不稳定。这样就进一步导致气化炉中的温度波动，这对气化炉的性能和寿命是不利的。另外，当传统的气化系统用来输送含碳燃料，如具有较高湿度的煤时，含碳燃料需要干燥到较低的湿度水平来避免其从存储装置向气化炉输送过程中发生堵塞。然而，干燥过程需要消耗较多的能源从而增加了气化过程的成本。

所以，需要提供一种新的输送和气化固体粉料的系统及方法。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种用来气化固体粉料的系统。该系统包括用来接收固体粉料的输送容器、设置于输送容器下游并与其相连通的固体泵及设置于所述固体泵下游并与其相连通的气化装置。

本发明另一个实施例提供了一种用来输送固体粉料的输送单元。该输送单元包括用来接收固体粉料的输送容器及设置于输送容器下游并增压输送来自所述输送容器的所述固体粉料进行气化的固体泵。

本发明的实施例进一步提供了一种气化固体粉料的方法。该方法包括输送固体粉料进入输送容器；输送来自所述输送容器的固体粉料进入设置于所述输送容器下游的固体泵及通过所述固体泵增压并输送所述固体粉料进入气化装置。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明气化系统一个实施例的示意图；

图2为本发明气化系统的气化流程的一个实施例的示意图；及

图3到图7为本发明气化系统的不同实施例的示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明气化系统10的一个实施例的示意图。在本发明实施例中，气化系统10用来把固体粉料，如含碳燃料气化为可燃气体，如煤气或合成气。在非限定示例中，含碳燃料可包括煤、含沥青材料(Bituminous)、煤烟(Soot)、生物材料(Biomass)、石油焦(Petroleum Coke)或其组合。

如图1所示，气化系统10包括输送单元12、气化装置14及冷却装置16。在一些实施例中，输送单元12用来把具有期望的粒径分布和湿度水平的固体粉料100输送进气化装置14中。气化装置14设置在输送单元12的下游并与其相连通来接收并气化固体粉料100。在一些应用中，气化装置14可包括反应器且其可具有包含圆锥状或突起状(Convex)上端和下端的圆柱状形状。在一个实施例中，气化装置14包括气流床气化炉(Entrained Flow Gasifier)。

冷却装置16与气化炉14的下部相连通从而接受并冷却来自气化装置14的输出，如炉渣及/或合成气。在非限定示例中，冷却装置16可具有圆柱形形状且可包括，但不限于辐射废热冷却器(Radiation Syngas Cooler)或设置有激冷室(Quench Chamber)的冷却器。

如图1所示，气化装置14和冷却装置16分别单独设置。在其他实施例中，气化装置14和冷却装置16也可集成在一起设置。在一定的应用中，冷却装置16也可不设置，从而合成气从气化装置14输出后可进入另一个反应器，如固定床反应器，以进行进一步的处理。

在图1所示的实施例中，输送单元12包括输送容器(Conveying Tank)18和固体泵20。输送容器18可接收并把固体粉料100输送进固体泵(SolidPump)20。在一些应用中，输送容器18可在常压下进行操作。气体22可被输入进输送容器18来促使固体粉料100从输送容器18输送进固体泵20。在其他示例中，输送容器18也可在高压下进行操作。在一些示例中，输送容器18中的压力在0.1MPa到2Mpa的范围内。

固体泵20设置在输送容器18的下游并与其相连通，其用来对固体粉料100进行增压从而把来自于输送容器18的固体粉料100输送进气化装置14中进行气化。在一些实施例中，固体泵20可把固体粉料100从较低的压力，如大气压向较高的压力，如超过1000psig的压力输送。同时，固体泵20的转速和固体粉料的流量(Mass Flow)之间具有函数关系。在一定的应用中，固体泵20也可用来测量固体粉料100的流速。在一个示例中，固体泵20包括可旋转的具有压缩空间的固体输送及测量泵(Stamet)，其是由位于美国乔治亚州亚特兰大的通用电气公司能源集团商业应用的具有Posimetric商标的固体泵。

如图1所示，输送容器18位于固体泵20的上方，固体泵20位于气化装置14的上方。这样，在一些实施例中，其可表示输送容器18的出口(未标注)位于固体泵20的入口的上方用来把来自输送容器18的出口的固体粉料100从固体泵20的入口输入其内，固体泵20的出口位于气化装置14的入口(未标注)的上方用来把来自固体泵20出口的固体粉料100从气化装置14的入口输入其内。在一些其他示例中，其也可表示输送容器18的入口位于固体泵20的入口的上方，固体泵20的入口位于气化装置14入口的上方。

在这样的架构中，固体粉料100从固体泵20输送进气化装置14可消耗较少的能源。在一定的应用中，输送容器18也可位于固体泵20和/或气化装置14的下方。在本发明实施例中，固体泵20直接与输送容器18相连通。在其他示例中，其他元件，如阀等可设置在固体泵20和输送容器18之间。

这样，如图2所示，操作时，在步骤11中，固体粉料100被输入进输送容器18内；在步骤13中，固体粉料100从输送容器18被输入进固体泵20；在步骤15中，固体粉料100在固体泵20中进行增压从而进入气化装置14内气化。

在图1所示的实施例中，输送单元12可进一步包括设置于固体泵20和气化装置14间的进料装置24。该进料装置24位于气化装置14的上方来促使来自固体泵20的固体粉料100进入气化装置14中。这样，固体粉料100进入气化装置14时便会更加均匀和稳定，同时也避免了固体粉料100在固体泵20的出口处发生堵塞。

在一些示例中，进料装置24并不局限于任何特定的可用来把来自固体泵20的固体粉料100输入进具有较高压力的气化装置14中。在一个示例中，进料装置24包括文丘里加料器(Venturi Feeder)。在其他示例中，进料装置24也可具有其他架构，其包括但不限于螺旋进料器(Screw Feeder)或设置有用来输入注入气体的入口的锥形管道。在非限定示例中，在操作中，气体36可被输入进料装置24中来输送固体粉料100进入气化装置14中。在一定的应用中，进料装置24和/或气体36也可不设置。

在一些应用中，一个或多个输送装置可设置来输送固体粉料100进入输送容器18。如图1所示，输送单元12可进一步包括碾磨装置26、存储容器(Storage Tank)28及气固分离装置30，其共同把具有期望粒径分布和湿度水平的固体粉料100输入进输送容器18内。

在一些实施例中，碾磨装置26用来把固体原料(未图示)碾磨成固体粉料100。存储容器28位于碾磨装置26和气固分离装置30间并与其相连通来接收来自碾磨装置26的固体粉料100。气体32可被输入进存储容器28中来通过气力输送把固体粉料100输入进气固分离装置30内。在非限定示例中，气体22，32可包括二氧化碳气体、包括氮气的惰性气体或其他适合的气体。

气固分离装置30用来把至少一部分气体32分离出来。来自气固分离装置30的气体32通过过滤装置34后可进行排放，分离的固体粉料100进入输送容器18内。在本发明实施例中，气固分离装置30可包括旋风分离器(CycloneSeparator)，板式过滤器，静电除尘器，布袋过滤器等且设置于输送容器18的上方。在一定的应用中，气固分离装置也可位于输送容器18和/或固体泵20的下方。

这样，在操作中，固体原料通过碾磨装置26以产生具有期望粒径分布的固体粉料100。然后，固体粉料100被输入进存储容器28中以形成气固混合物。该气固混合物进入气固分离装置30从而固体粉料100被分离并输送进输送容器18内。

图1所示的实施例仅是示意性的。尽管图1所示的实施例揭示了一个固体泵、一个输送容器、一个进料装置及一个气固分离装置，但是根据不同的应用，一个以上的固体泵、一个以上的输送容器、一个以上的进料装置及/或一个以上的气固分离装置也可设置。

在一定的应用中，碾磨装置26，存储容器28及/或气固分离装置30也可不设置。其他适合的输送装置可设置来输送固体粉料100进入输送容器18内。在非限定示例中，其他输送装置可包括输送带、泵及螺旋送料器。另外，从过滤器34分离的分离气体32也可被输入进存储容器28用来把固体粉料100气力输送进气固分离装置30。

图3所示为本发明气化系统10的另一个实施例的示意图。图3所示的实施例与图1所示实施例相似。二者区别在于在图3所示的实施例中，固体泵20和进料装置24设置在气化装置14的下方。在其他实施例中，进料装置24也可设置在气化装置14的上方。

这样，在操作中，固体泵20通过增压从而把固体粉料100朝气化装置14输送，进料装置24输送固体粉料100进入气化装置14中。固体泵20出口处的压力可根据进料装置24中的压力来确定。在非限定示例中，进料装置24中的压力可高于气化装置14中的压力从而把固体粉料100提升入气化装置14中且抵消输送过程的压降。

在一些应用中，为了确保气化装置14平稳运行，如图4所示，缓冲容器38可设置在固体泵20和气化装置14间以接收并把来自固体泵20的固体粉料100输送进气化装置14中。图4所示的实施例与图3所示的实施例相似。二者的区别在于在图4中，输送单元12进一步包括设置于固体泵20和气化装置14间的缓冲容器(Buffer Vessel)38。在本实施例中，缓冲容器38设置于气化装置14的上方。

图4所示的实施例仅是示意性的。在一定的应用中，缓冲容器38可不设置于气化装置14的上方。在一些示例中，固体泵20也可设置于缓冲容器38的上方，如图5所示。图5所示的实施例与图4所示的实施例相似。二者的区别在于在图5中，固体泵20设置于缓冲容器38的上方且进料装置24未设置。在一些示例中，进料装置24也可设置于固体泵和缓冲容器之间。

图6所示为图4-5中所示的缓冲容器38和气化装置14的安装示意图。如图6所示，缓冲容器38具有包含圆锥状或突起状(Convex)上端和下端的圆柱状形状。在其他示例中，缓冲容器38也可具有其他合适的形状来接收并输送固体粉料，如机械给料方式等。

在图6所示的实施例中，缓冲容器38设置有可与固体泵20相连通的入口40。阀(未图示)可设置于固体泵20和缓冲容器38间。气体入口42设置于缓冲容器38的上部以输送气体进入缓冲容器38从而增加缓冲容器38内的压力到期望的水平并把缓冲容器38内的固体粉料100输送到气化装置14中。根据固体粉料的输送速率及缓冲容器38和气化装置14间的压降，可通过阀(未图示)来调整通过气体入口42的气体的流速。在一些应用中，惰性气体或合成气可被输入进缓冲容器38内。在一个示例中，缓冲容器38内的压力可为1500psi.

此外，为了避免在缓冲容器38内发生煤高温分解，冷却件44，比如水冷壁可设置在缓冲容器38内来降低缓冲容器38内的温度。在一定的应用中，缓冲容器38可进一步包括备用入口46，这样，万一在固体泵20不能运行时，便于在一定时间内通过入口46来提供固体粉料100从而维持气化装置14的稳定运行。在一些示例中，固体流量计48可设置在缓冲容器38和气化装置14间来监控固体粉料100的流动。

这样，对于图4-5所示的实施例，在操作时，固体粉料100通过固体泵20增压后输入到缓冲容器38内。对于图4所示的实施例而言，在固体粉料100离开固体泵20后并且在进入缓冲容器38前，该固体粉料100流过进料装置24。

图7所示为本发明气化系统10的再一实施例的示意图。图7所示的实施例与图3所示的实施例相似。二者区别在于图7所示的实施例中设置有缓冲储料器(Buffer Hopper)50而不是设置有如图3中所示的进料装置24。如图7所示，缓冲储料器50设置于固体泵20和气化装置14之间且位于固体泵20和气化装置14的下方。

在操作中，固体粉料100通过固体泵20增压进入缓冲储料器50。载气52被输入进缓冲储料器50中从而在其内形成气固混合物且增加缓冲储料器50中的压力以在缓冲储料器50和气化装置14间形成压力差。在非限定示例中，载气52可包括二氧化碳气体，如氮气的惰性气体、合成气或其他合适的气体。在一些示例中，缓冲储料器50中的压力可高于气化装置14中的压力。在一个示例中，缓冲储料器50中的压力可为3～5Mpa。

随后，气固混合物通过连通气化装置14和缓冲储料器50的管道58从缓冲储料器50中被输送进气化装置14内。在一定的应用中，流化气54可从缓冲储料器50的下部进入该缓冲储料器50从而来避免固体粉料100在缓冲储料器50中发生结块。进一步的，补充气56可被输送进管道58内来调整管道58内固体粉料的浓度从来了促进固体粉料向气化装置的气力输送。在一些应用中，流化气54和/或补充气56可包括有与载气52相似的气体。

图7所示的实施例仅是示意性的。在该实施例中，固体粉料100从缓冲储料器50的下部被输送进气化装置14中。在其他示例中，固体粉料100也可从缓冲储料器50的上部(未标注)被输送进气化装置14中。在一些示例中，一个或多个缓冲容器38和进料装置24也可设置在缓冲储料器50和气化装置14间。缓冲储料器50也可设置在气化装置14的上方。另外，在图1及图3到图7所示的实施例，气化装置14的入口设置在该气化装置14的上部。在一些应用中，气化装置14的入口也可设置在该气化装置14的下部。

在本发明的实施例中，气化系统设置有一个或多个固体泵来输送固体粉料到气化装置中进行气化。由于固体泵的存在，固体粉料的流动便会更加均匀和稳定。此外，当固体粉料包括含有较高湿度的煤时，通过固体泵来输送固体粉料时，仅需消耗较少的能源来干燥该固体粉料。在一些示例中，进料装置、缓冲容器和缓冲储料器的设置也可确保气化装置平稳的运行。固体泵、进料装置、缓冲储料器和缓冲容器的位置可根据不同的应用进行调整。在一定的应用中，本发明实施例中的固体泵也可用来输送原料到诸如炼钢高炉(Blast Furnace)的装置中进行处理。

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理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (15)

1.一种用来气化固体粉料的系统，包括：

输送容器，其用来接收固体粉料；

固体泵，其设置于所述输送容器下游并与其相连通；及

气化装置，其设置于所述固体泵下游并与其相连通。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述固体泵设置于所述输送容器的下方。

3.如权利要求1所述的系统，进一步包括设置于所述固体泵和所述气化装置之间并与其相连通的进料装置，其中所述固体泵和所述进料装置均设置于所述气化装置下方。

4.如权利要求1所述的系统，其进一步包括设置于所述固体泵和所述气化装置之间并与其相连通的缓冲容器，其中所述缓冲容器设置于所述气化装置的上方。

5.如权利要求1所述的系统，其进一步包括设置于所述固体泵和所述气化装置之间并与其相连通的缓冲储料器。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述固体泵设置于所述气化装置的上方。

7.一种用来输送固体粉料的输送单元，包括：

输送容器，其用来接收固体粉料；及

固体泵，其设置于输送容器下游并增压输送来自所述输送容器的所述固体粉料以进行气化。

8.如权利要求7所述的输送单元，其进一步包括设置在所述固体泵下游并与其相连通的进料装置。

9.如权利要求7所述的输送单元，其进一步包括设置在所述固体泵下游并与其相连通的缓冲容器。

10.如权利要求7所述的输送单元，其进一步包括设置在所述固体泵下游并与其相连通的缓冲储料器。

11.一种气化固体粉料的方法，包括：

输送固体粉料进入输送容器；

输送来自所述输送容器的固体粉料进入设置于所述输送容器下游的固体泵；及

通过所述固体泵增压输送所述固体粉料进入气化装置。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述固体泵设置于所述气化装置上方。

13.如权利要求11所述的方法，其进一步包括设置进料装置从而把所述固体粉料从所述固体泵输送进所述气化装置。

14.如权利要求11所述的方法，其进一步包括设置缓冲容器来接收并把所述固体粉料从所述固体泵输送进所述气化装置，其中所述缓冲容器设置于所述气化装置上方。

15.如权利要求11所述的方法，其进一步包括设置缓冲储料器来接收并把所述固体粉料从所述固体泵输送进所述气化装置，其中所述缓冲储料器设置于所述气化装置下方。

Images