CN102556668A - 用于热控制固体进料泵的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于热控制固体进料泵的系统。根据各种实施例，一种系统包括固体进料泵(10)。固体进料泵(10)包括壳体(166)、设置在壳体(166)中的转子(216)、设置在转子(216)与壳体(166)之间的弯曲通道(220)、联接到弯曲通道(220)上的入口(160)、联接到弯曲通道(220)上的出口、延伸越过弯曲通道(220)的固体进料引导件(222)，以及经过一部分固体进料泵(10)的热控制路径(214)。

Description

用于热控制固体进料泵的系统
技术领域
本文所公开的主题涉及固体进料泵，并且更具体地涉及用于固体进料泵的热管理系统。
背景技术
设计成用于诸如颗粒物质的干燥固体的典型泵具有单个连续通路。例如，该泵可为旋转泵，其沿从入口至出口的圆形路径驱动固体，同时增大固体的压力。令人遗憾的是，固体在较高压力和速度下的流动可导致在出口、固体进料引导件、壳体中以及沿着转子在泵中生成高热。
发明内容
在范围上与初始要求得到专利保护的本发明相当的一些实施例在下文进行了概述。这些实施例并非意图限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供对本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含与下文阐述的实施例相似或不同的多种形式。
根据第一实施例，一种系统包括固体进料泵。固体进料泵包括壳体、设置在壳体中的转子、设置在转子与壳体之间的弯曲通道、联接到弯曲通道上的入口、联接到弯曲通道上的出口、延伸越过弯曲通道的固体进料引导件，以及经过固体进料泵的一部分的热控制路径。
根据第二实施例，一种系统包括固体燃料泵。固体燃料泵包括壳体、设置在壳体中的转子，以及经过固体进料泵的一部分的惰性流体热控制路径。
根据第三实施例，一种系统包括固体进料泵。固体进料泵包括内部进料通道、联接到内部进料通道上的入口、联接到内部进料通道上的出口，以及经过固体进料泵的惰性流体路径。固体进料泵还包括联接到惰性流体路径上的流体再循环系统，其中，流体再循环系统构造成与固体进料泵上游的固体进料路径、固体进料泵下游的固体输送路径，或它们的组合相联接。
附图说明
当参照附图来阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：
图1为使用具有热管理系统的固体进料泵的整体气化联合循环(IGCC)发电设备的实施例的示意性框图；
图2为具有热管理系统的如图1中所示的固体进料泵的实施例的简图；
图3为具有热管理系统的如图1中所示的固体进料泵的实施例的简图；
图4为具有单个热控制路径的固体进料泵的实施例的截面侧视图；
图5为热控制路径的冷却盘管的实施例的截面侧视图；
图6为具有多个热控制路径的固体进料泵的实施例的截面侧视图；
图7为来自多个热控制路径的其中一个的第一冷却盘管的实施例的截面侧视图；
图8为来自多个热控制路径的其中一个的第二冷却盘管的实施例的截面侧视图；
图9为与固体进料引导件相关联的引导件冷却剂路径的实施例的截面侧视图；
图10为沿图9中的线10-10截取的在固体进料引导件内延伸的引导件冷却剂路径的实施例的顶视图；
图11为沿图9中的线10-10截取的在固体进料引导件外延伸的引导件冷却剂路径的实施例的顶视图；
图12为沿图9中的线10-10截取的在固体进料引导件内和外延伸的引导件冷却剂路径的实施例的顶视图；
图13为在图9中的线13-13内截取的固体进料引导件的实施例的局部截面侧视图；
图14为具有壳体冷却剂路径的固体进料泵的实施例的截面侧视图；
图15为具有转子冷却剂路径的固体进料泵的实施例的截面侧视图；
图16为设计成用于冲击冷却的转子的实施例的截面侧视图；
图17为具有冷却盘管的转子的实施例的截面侧视图；
图18为具有混合翼片的转子的实施例的截面侧视图；
图19为具有内部转子冷却剂路径的固体进料泵的实施例的截面侧视图；
图20为沿图19中的线20-20截取的固体进料泵的实施例的局部截面视图；
图21为具有沿出口且延伸至转子冷却剂路径的热控制路径的固体进料泵的实施例的截面侧视图；以及
图22为沿图21中的线22-22截取的固体进料泵的实施例的局部截面侧视图。
零件清单
10 固体进料泵
12 惰性流体
14 箭头
16 箭头
18 箭头
20 控制器
22 阀
100 IGCC系统
102 燃料源
104 原料制备单元
106 气化器
107 合成气冷却器
108 渣料
110 气体清洁单元
111 硫
112 硫处理器
113 盐
114 水处理单元
116 气体处理器
117 残余气体组分
118 燃气涡轮发动机
120 燃烧器
122 空气分离单元
123 空气压缩机
124 DGAN压缩机
128 冷却塔
130 涡轮
131 传动轴
132 压缩机
134 负载
136 蒸汽涡轮发动机
138 热回收蒸汽发生器
140 负载
142 冷凝器
150 热管理系统
152 袋滤室
153 风机
154 进料仓
156 料斗
158 干燥固体
160 入口
161 排气通风口
162 出口
164 翼片
166 壳体
168 液体冷却剂
170 热交换器
172 设备构件
174 控制器
176 阀
178 风扇
180 气体冷却剂
182 热交换器
184 控制器
186 阀
196 气体供送系统
198 惰性流体再循环系统
200 惰性气体
202 缓冲腔室
204 控制器
214 热控制路径
216 转子
218 旋转方向
220 内部进料通道
222 固体进料引导件
224 引导壁
226 表面
228 转子外表面
230 开口
232 流动方向
234 开口
236 单个盘管
237 第一部分
238 双重壁
239 第二部分
240 箭头
248 第一盘管
250 第二盘管
252 第一热控制路径
254 第二热控制路径
264 引导件路径
266 顶部
268 底部
270 通风口
280 内部路径
282 通道
284 侧壁
294 外部路径
296 后壁
304 冷却剂凹槽
308 翼片
310 顶面
316 壳体路径
318 方向
326 转子路径
328 箭头
330 中空内部
336 喷口(jet)
338 箭头
340 内表面
346 盘管
350 混合翼片
356 开口
358 中心开口
366 开口
368 箭头
370 箭头
372 箭头
374 空腔
376 开口
378 箭头
380 轴
382 中心线
384 箭头
394 箭头
396 箭头
398 箭头
400 偏心开口
402 间隙
404 开口
406 箭头
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何此种实际实现方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多特定实现方式的决定，以实现开发者的特定目标，如遵循关于系统和关于商业的约束，这可从一个实施方式到另一实施方式而有所变化。此外，应当认识到，此种开发工作可能很复杂和耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说，仍将为设计、制作和生产的常规事项。
在介绍本发明各种实施例的元件时，用词″一个″、″一种″、″该″和″所述″意在表示存在元件中的一个或多个。用语″包括″、″包含″和″具有″旨在为包括性的，且意为表示可存在除所列元件之外的附加元件。
本公开内容针对一种系统，该系统用于固体进料泵的热管理(例如，冷却)，以及用于将来自热管理系统的流结合至泵内和泵外的干燥固体处理过程的构件或其它设备构件。固体进料泵将诸如颗粒物质的干燥固体从低压区域传送至高压区域，同时增大固体的压力。然而，增大固体压力以及增大固体从泵的入口传送至出口的速度会发热。生成高热可邻近出口、在邻近出口的固体进料引导件处、在泵的壳体中以及沿泵的转子发生在泵中。
本公开内容的实施例提供了一种固体进料泵和用以冷却固体进料泵构件的热管理系统。例如，固体进料泵包括经过一部分固体进料泵的热控制(例如，冷却剂)路径。另外，热控制路径可包括位于固体泵的固体进料引导件内和/或外的引导件冷却剂路径。此外，热控制路径可沿出口延伸和包括一个或多个冷却盘管。此外，热控制路径可延伸经过泵的壳体。作为备选，热控制路径可包括转子冷却剂路径。其它实施例提供了固体燃料泵，该固体燃料泵包括经过一部分固体进料泵的惰性流体热控制路径(例如，惰性气体冷却剂路径)。在一些实施例中，泵还可包括惰性流体再循环系统(例如，气体再循环系统)，其联接到惰性流体热控制路径上，以便转移来自于固体进料泵上游和/或下游的热控制路径的流体。例如，流可转移而对袋滤室或仓加温，或流可转移而缓冲克服泵中不期望的过程流。在各个公开的实施例中，热管理系统设计成用以冷却固体进料泵和延长泵硬件的寿命以及容许在泵中使用较为便宜的金属。
图1为使用具有如上文所述的热管理(例如，冷却)系统的一个或多个固体进料或固体燃料泵10的整体气化联合循环(IGCC)系统100的实施例的示图。固体进料泵10可为波斯美崔克(posimetric)泵。因此，用语″波斯美崔克″可限定为能够计量(例如，测量物质的量)和主动地移置(例如，截留和强制移置)由泵10输送的物质。泵10能够计量和主动地移置限定体积的物质，如固体燃料原料。泵路径可具有圆形或弯曲形。尽管参照图1中的IGCC系统100描述了固体进料泵10，但所公开实施例的固体进料泵10可用于任何适合的应用(例如，生产化学制品、肥料、代用天然气、输送燃料或氢)。换言之，IGCC系统100的以下阐述并非意图使所公开的实施例限于IGCC。
IGCC系统100产生和燃烧合成气体(即，合成气)来发电。IGCC系统100的元件可包括燃料源102，如固体进料，其可用作对于IGCC的能量源。燃料源102可包括煤、石油焦、生物质、基于木材的材料、农业废物、焦油、沥青或其它含碳物品。燃料源102的固体燃料可传送到原料制备单元104中。原料制备单元104例如可通过切削、碾磨、粉碎、粉化、压块或粒化燃料源102来使燃料源102改变大小或改变形状，以便生成干燥原料(例如，颗粒物质)。
在所示的实施例中，固体进料泵10将原料从原料制备单元104输送至气化器106。固体进料泵10构造成用以计量和加压从原料制备单元104所接收的燃料源102。惰性流体12可如箭头14所示那样直接地传送至固体进料泵10的部分、如箭头16所示那样传送至固体进料泵10上游的固体进料路径，或如箭头18所示那样传送至固体进料泵10下游的固体输送路径，或它们的组合。惰性流体12可包括惰性气体、水、油或其它冷却介质。例如，惰性气体可包括氮。取决于热控制路径(例如，冷却剂路径)，流体12还可包括空气或其它设备过程流体。控制器20控制将惰性流体12分配至固体进料泵10、泵10上游的固体进料路径16，和/或泵10下游的固体输送路径18。更具体而言，控制器20通过调节阀22来控制对惰性流体12的分配。在一些实施例中，惰性流体12在转移至泵10的上游或下游之前可首先流经固体进料泵10的一定部分，以便在固体进料处理(例如，对仓或袋滤室加温)或设备或系统100的其它构件中起到其它作用。气化器106可将原料102转变成合成气，例如，一氧化碳和氢的组合。这种转变可通过将原料暴露在处于升高的压力和温度下的受控量的蒸汽和氧中来实现，其中，该压力例如为大约20巴(bar)至85巴，而温度例如为大约700摄氏度至1600摄氏度，这取决于所使用的气化器106的类型。
气化过程包括使原料经历热解过程，由此对原料加热。气化器106内的温度可在热解过程期间根据用于生成原料的燃料源102而变化。在热解过程期间对原料的加热生成了固体(例如焦化物)和残余气体(例如，一氧化碳、氢以及氮)。自热解过程由原料所残留的焦化物其重量仅可达到初始原料重量的大约30％。
部分氧化过程也发生在气化器106中。氧化过程可包括将氧引入焦化物和残余气体中。焦化物和残余气体与氧反应而形成向气化反应供热的二氧化碳和一氧化碳。在部分氧化过程期间，温度可从大约700摄氏度至1600摄氏度的范围变化。在气化期间，蒸汽可引入气化器106中。焦化物可与二氧化碳和蒸汽反应，以便在从大约800摄氏度至1100摄氏度的温度范围产生一氧化碳和氢。实质上，气化器使用蒸汽和氧来容许一些原料″燃烧″，以产生一氧化碳和释放能量，所释放的能量驱动将原料进一步转变成氢和额外二氧化碳的第二反应。
这样，所产生的气体由气化器106制造。这种所产生的气体可包括大约85％的相等比例的一氧化碳和氢，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于原料中的硫含量)。这种所产生的气体可称为未处理的粗合成气或酸合成气，因为其包含例如H2S。气化器106也可产生废物如渣料108，其可为湿的灰分材料。该渣料108可从气化器106去除且例如可经处理成为路基或其它建筑材料。在清洁粗合成气之前，合成气冷却器107可用于冷却热的合成气。对合成气的冷却可生成高压蒸汽，该高压蒸汽可如下文所述那样用于产生电功率。在冷却粗合成气之后，气体清洁单元110可用于清洁粗合成气。气体清洁单元110可洗涤粗合成气以从粗合成气中除去HCl、HF、COS、HCN和H2S，这可包括通过例如在硫处理器112中的酸性气体去除过程而在硫处理器112中分离出硫111。此外，气体清洁单元110可通过水处理单元114从粗合成气中分离出盐113，该水处理单元114可使用水净化技术来由粗合成气生成有用的盐。随后，来自于气体清洁单元110的气体可包括处理的、脱硫的和/或净化的合成气(例如，硫111已从合成气中除去)，以及痕量的其它化学制品，例如NH3(氨)和CH4(甲烷)。
气体处理器116可用于从处理的合成气中除去残余气体组分117，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何残余化学制品。然而，从处理的合成气中除去残余气体组分117是可选的，因为处理的合成气即使在包含残余气体组分117(例如，尾气)时也可用作燃料。这里，处理的合成气可包括大约40％的CO、大约40％的H2和大约20％的CO2，且大致脱除了H2S。这种处理的合成气可输送到燃气涡轮发动机118的燃烧器120(例如，燃烧室)中作为可燃的燃料。作为备选，在输送到燃气涡轮发动机之前，可从处理的合成气中除去CO2。
IGCC系统100还可包括空气分离单元(ASU)122。ASU 122可操作成用以例如通过蒸馏技术将空气分离成组分气体。ASU 122可从补充空气压缩机123供送来的空气中分离出氧，且ASU 122可将分离出的氧转移到气化器106。此外，ASU 122可将分离出的氮传送至稀释氮(DGAN)压缩机124。
DGAN压缩机124可将接收自ASU 122的氮至少压缩至压力水平等于燃烧器120中的压力水平，以免干扰合成气的正常燃烧。因此，一旦DGAN压缩机124已将氮充分地压缩至适合的水平，则DGAN压缩机124可将压缩的氮传送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。氮可用作稀释剂，例如便于控制排放物。
如前文所述，压缩的氮可从DGAN压缩机124传送到燃气涡轮发动机118的燃烧器120。燃气涡轮发动机118可包括涡轮130、传动轴131和压缩机132，以及燃烧器120。燃烧器120可接收诸如合成气的燃料，其可在压力下从燃料喷嘴喷射。该燃料可与压缩空气和来自DGAN压缩机124的压缩氮相混合，且在燃烧器120内燃烧。这种燃烧可形成热的加压排出气体。
燃烧器120可将排出气体朝涡轮130的排气出口引导。当排出气体从燃烧器120传送穿过涡轮130时，排出气体推动涡轮130中的涡轮叶片以使沿燃气涡轮发动机118轴线的传动轴131旋转。如图所示，传动轴131连接到燃气涡轮发动机118的不同构件上，包括压缩机132。
传动轴131可将涡轮130连接到压缩机132上以形成转子。压缩机132可包括联接到传动轴131上的叶片。因此，涡轮130中的涡轮叶片的旋转可导致将涡轮130连接到压缩机132上的传动轴131使压缩机132内的叶片旋转。压缩机132中叶片的这种旋转促使压缩机132压缩经由压缩机132中的空气进口所接收到的空气。压缩空气然后可馈送到燃烧器120，且与燃料和压缩氮相混合以容许更高效率的燃烧。传动轴131还可连接到负载134上，该负载134可为静止负载如例如在发电设备中用于产生电功率的发电机。实际上，负载134可为由燃气涡轮发动机118的旋转输出供能的任何适合的装置。
IGCC系统100还可包括蒸汽涡轮发动机136和热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。蒸汽涡轮发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可为用于产生电功率的发电机。然而，第一负载134和第二负载140两者均可为能够由燃气轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136驱动的其它类型的负载。此外，如示出的实施例所示，尽管燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136可驱动单独的负载134和140，但燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136也可串接使用以通过单个轴来驱动单个负载。然而，蒸汽涡轮发动机136和燃气涡轮发动机118的具体构造可为特定实施方式，且可包括区段的任何组合。
IGCC系统100还可包括HRSG 138。高压蒸汽可从合成气冷却器107输送至HRSG 138。另外，来自于燃气涡轮发动机118的加热排出气体可传送到HRSG 138中，且用于加热水和产生用于向蒸汽涡轮发动机136供能的蒸汽。来自于例如蒸汽涡轮发动机136的低压区段中的排气可引入冷凝器142中。冷凝器142可利用冷却塔128来以冷却的水交换加热的水。冷却塔128用于向冷凝器142提供冷却水，以便有助于冷凝从蒸汽涡轮发动机136传送至冷凝器142的蒸汽。来自于冷凝器142的冷凝物继而又引入HRSG 138中。另外，来自于燃气涡轮发动机118的排气也可引入HRSG 138中以加热来自冷凝器142的水和产生蒸汽。
在诸如IGCC系统100的联合循环系统中，热排气可从燃气涡轮发动机118流出，且与由合成气冷却器107所生成的蒸汽一起传送到HRSG 138，在此该排气可用于生成高压高温蒸汽。由HRSG 138产生的蒸汽然后可传送穿过蒸汽涡轮发动机136以产生动力。此外，所产生的蒸汽还可供送给可使用蒸汽的任何其它过程，例如，供送给气化器106。燃气涡轮发动机118的生成循环通常称为″至顶循环″，而蒸汽涡轮发动机136的生成循环通常称为″及底循环″。通过组合如图1中所示的两个循环，IGCC系统100可导致在两个循环中产生更高的效率。具体而言，来自至顶循环的排气热量可经俘获并用于生成在及底循环中使用的蒸汽。
图2和图3示出了与固体进料泵10相关联的各种热控制系统(例如，冷却系统)，以及流从泵10上游和/或下游的热管理系统的转移。图2为具有热管理系统150(例如，冷却系统150)的如图1中所示的固体进料泵10的实施例的简图。固体进料路径包括袋滤室152、进料仓154，以及定位在固体进料泵或干燥固体泵10上游的料斗156。干燥固体原料158存放在进料仓154中，该进料仓154将干燥固体158传送至料斗156。料斗156联接到固体进料泵10的入口160上。料斗156用作原料缓冲器，以确保原料或干燥固体158均匀恒定地流动至固体进料泵10中。例如，料斗156和/或进料仓154可包括通风口，该通风口容许诸如氮的可排向大气的载运气体中夹带的灰尘通过风机153离开料斗156和/或进料仓154而进入导管中。风机153将夹带的灰尘从料斗156和/或进料仓154传送至旋风分离器和袋滤室系统152中。旋风分离器和袋滤室系统152然后例如通过使用空气动力涡旋效应、重力以及一组过滤器(例如，袋滤室)来使灰尘颗粒与气体分离。分离的灰尘颗粒可包括燃料颗粒，该燃料颗粒可像干燥固体158一样再次使用。没有颗粒的清洁气体则经由排气通风口161排放。
如下文更为详细描述的那样，干燥固体158在经由入口160进入固体进料泵10时，在从泵10的出口162排放之前从低压传送至高压。在一些实施例中，泵10的入口160和出口162的位置是可变的。干燥固体158的传送和加压导致热积累在固体进料泵10中。图2示出了用以减少固体进料泵10的部分中生成的热的热管理系统150。例如，所示的固体进料泵10包括多个凸起或翼片164，以容许对固体进料泵10的壳体166的对流冷却。翼片164向固体进料泵10提供结构完整性和附加的表面区域，以便远离泵10抽离热。翼片164可为水平的，或垂直于泵10的旋转轴线。
此外，固体进料泵10可联接至液体冷却剂168。液体冷却剂168传送经过经由固体进料泵10的一定部分或多个部分的冷却剂路径。由固体进料泵10生成的热传递至液体冷却剂168。液体冷却剂168可包括水或油。当加热的液体冷却剂168离开固体进料泵10时，冷却剂168将热传递至热交换器170。在一些实施例中，热交换器170可包括制冷循环以在泵10处提供冷却。传递至热交换器170的热可转移至另一设备构件172。
从固体进料泵10加温的加热液体冷却剂168可传递至固体进料泵10的另一部分。例如，加热液体冷却剂168可用于通过对固体进料泵10的齿轮箱或液压系统中的油加温来调节润滑油温度。在一些实施例中，未加热的液体冷却剂168可用于冷却油。
控制器174可调节液体冷却剂168至固体进料泵10的分配，以及将热从热交换器170经由阀176至设备构件172的传递。这些阀176可分布在设备构件172与热交换器170之间以及液体冷却剂168与固体进料泵10之间。控制器174还可调节液体冷却剂168的其它方面。例如，如果多种类型的液体冷却剂168都可用，则控制器174可选择用于目标冷却剂路径的液体冷却剂168类型和/或选择固体进料泵10中的冷却剂路径。此外，控制器174联接到风扇178上且调节风扇178。风扇178迫使空气流越过定位在固体进料泵10的壳体166上的翼片164。因此，强制对流冷却可单独使用，或结合液体冷却剂168和/或气体冷却剂180使用。
如图所示，固体进料泵10联接至气体冷却剂180。气体冷却剂180可包括惰性气体，例如氮，或氮/空气混合物。气体冷却剂180传送穿过经由固体进料泵10的一定部分或多个部分的冷却剂路径。由固体进料泵10所生成的热传递至气体冷却剂180。当加热的气体冷却剂180离开固体进料泵10时，冷却剂180传递热至热交换器182。如上文所述，传递至热交换器182的热可转移至另一设备构件172。加热的气体冷却剂180可类似于上述加热的液体冷却剂168而予以使用。
控制器184可调节气体冷却剂180至固体进料泵10的分配，以及热从热交换器182经由阀186至设备构件172的传递。这些阀186可分布在设备构件172与热交换器182之间以及气体冷却剂180与固体进料泵10之间。控制器174还可调节气体冷却剂180的其它方面。例如，控制器174可改变固体进料泵10的期望部分(例如，出口162)以便气体冷却剂180流过。
在一些实施例中，热管理系统150还可将来自系统150的流转移至固体进料泵10上游或下游的固体进料处理的方面。例如，来自热管理系统150的流可转移以便用于仓曝气、袋滤室加温、仓加温以及如下文详细描述的其它功能。图3为具有带惰性流体再循环(例如，气体再循环)的热管理系统150的如图1中所示的固体进料泵10的实施例的简图。所示的实施例包括固体进料泵10、料斗156、进料仓154、袋滤室152，以及如图2中所述的具有液体冷却剂168和风扇178的热管理系统150。此外，热管理系统150包括气体供送系统196和惰性流体再循环系统198(例如，气体再循环系统198)。气体供送系统196联接到定位成经过固体进料泵10的部分的一个或多个热控制路径(例如，冷却剂路径)。气体供送系统196接收惰性气体200，且将气体200供送至固体进料泵10的一个或多个热控制路径(例如，惰性流体或惰性气体冷却剂路径)。惰性气体200可包括氮或空气/氮混合物。尽管所示的实施例包括气体供送系统196，但在一些实施例中，其它供送系统(例如，流体供送系统)也可将流体供送至热控制路径。惰性流体再循环系统198还联接到固体进料泵10的惰性流体热控制路径或惰性气体冷却剂路径上。供送的惰性气体200流经热控制路径且热将从固体进料泵10的一个或多个部分传递至气体200。加热的气体200离开固体进料泵10通向气体再循环系统198。在一些实施例中，惰性流体再循环系统198可联接到热交换器上以便加热和/或冷却惰性流体。
惰性流体再循环系统198构造成用于与固体进料泵10上游的固体进料路径16相联。例如，惰性流体再循环系统198可联接至固体进料路径16中的袋滤室152、固体进料仓154或固体进料料斗156。惰性流体再循环系统198还构造成用以与固体进料泵10下游的固体输送路径18相联。例如，惰性流体再循环系统198联接到固体输送路径18中的缓冲腔室202上。惰性流体再循环系统198还可将加热气体200分配至另一设备构件172(例如，气化器106)。在一些实施例中，加热气体200可再分配至固体进料泵10的一个或多个热控制路径，例如用以调节润滑油温度。
控制器204联接至气体供送系统196和惰性流体再循环系统198两者以调节对气体200的分配。控制器204可调节所分配的气体200的量，且选择气体的热控制路径和与气体供送系统196相关联的其它功能。控制器204还可调节加热气体200至固体进料泵10上游或下游的各种固体进料处理位置的分配。例如，加热气体200可向上游分配以使进料仓154和料斗156曝气，从而保持干燥固体158经由仓154和料斗156朝固体进料泵10的入口160落下的流动。另外，加热的气体200可向上游分配以对袋滤室152、进料仓154和/或料斗156加温，以便防止在这些位置内的露点冷凝。此外，加热气体200可分配至进料仓154和/或料斗156，以便净化或在这些位置提供惰性状态，例如，保持氧浓度低于燃点。净化还可有助于朝袋滤室152转移含有灰尘的气体。此外，加热气体200可向下游分配至缓冲腔室202，以防止不期望的过程气体从下游构件(例如，气化器106)泄漏而向上游移动至固体进料泵10。因此，来自于用来冷却固体进料泵10的流的热可有助于固体进料处理的其它功能。
图4至图22示出了用于热管理(例如，冷却)固体进料泵10的各种实施例。图4为具有单个热控制路径214(例如，冷却剂路径214)的固体进料泵10的实施例的截面侧视图。如图4中所示，固体进料泵10包括壳体166、入口160、出口162、转子216和热控制路径214。转子216可包括两个大致相对且并行的旋转盘，该旋转盘包括由凸起限定的分立空腔以在其间驱动固体。旋转盘可沿旋转方向218相对于壳体166从入口160朝向出口162运动。入口160和出口162联接至内部进料通道或弯曲通道220(例如，圆形通道或环形通道)。弯曲通道220设置在两个旋转盘之间和壳体166内。固体进料引导件222设置成邻近出口162。固体进料引导件222延伸越过旋转盘之间的弯曲通道220。固体进料引导件222可包括引导壁224和与转子216对接的表面226。为了确保固体进料泵10的高效性能，固体进料引导件222的转子对接表面226可精密地仿形成转子216的外表面228的形状。
当颗粒物质经由在低压区域处的入口160的开口230供送穿过进料仓154和料斗156时，固体进料泵10将切向力或推力沿转子216旋转方向218给予颗粒物质。在高压区域处，颗粒物质的流动方向232从入口160通向出口162。当颗粒物质旋转经过弯曲通道220时，颗粒物质碰到邻近出口162设置的延伸越过弯曲通道220的固体进料引导件222的引导壁224。在该区域中，颗粒物质锁定，增大压力，且以大致恒定的速率离开泵10。固体进料引导件222将颗粒物质传送穿过出口162且穿过排放开口234而进入连接到高压容器上的排出导管中或进入传送管线中。
对颗粒物质加压和增加传送速度在整个固体进料泵10例如在出口162和/或固体进料引导件222处或附近生成热。如图所示，固体进料泵10包括沿出口162的热控制路径214。在一些实施例中，热路径214形成单个热冷却剂路径214，该热冷却剂路径214可包括设置成围绕出口162的单个盘管236。图5为热控制路径214的盘管236(例如，冷却盘管236)的实施例的截面侧视图，示出了盘管236的第一部分237可围绕出口162旋转360度。如图4中所示，盘管236延伸穿过固体进料引导件222。在其它实施例中，盘管236可围绕出口162延伸，但在固体进料引导件222外部和/或邻近固体进料引导件222。这可能期望容许移除和更换固体进料引导件222而无需移除盘管236。如图4和图5中所示，盘管236的第二部分239可以锯齿形(例如，对于出口来回大约180度或更小)或其它曲折流动路径延伸超过出口162而进入出口162附近的壳体166中。在一些实施例中，整个盘管236可以锯齿形图案或曲折流动路径围绕出口162和/或固体进料引导件222设置。除盘管236外，在一些实施例中，冷却剂路径214可包括设置成沿周向围绕出口162的外部通道，以便使冷却剂循环而将来自出口162的热转移。
为了冷却固体进料泵10，如上文所述，惰性气体200循环经过热控制路径214(例如，惰性气体冷却剂路径214或惰性流体热控制路径214)。在其它实施例中，冷却水或润滑油可循环经过热控制路径214。热从泵10的构件例如出口162、固体进料引导件222和/或壳体166传递至惰性气体200。加热的惰性气体200分配至联接到冷却剂路径214上的惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的惰性气体200可分配至固体进料泵10的下游或上游，或简单地排出至大气。例如，加热的惰性气体200可分配至料斗156和仓154以便加温、中和及/或曝气，如上文所述。料斗156可包括双重壁238。双重壁238可包括如箭头240所示的多孔衬垫或喷口以便使加温的惰性气体200通过。
图6为具有多个热控制路径214(例如，多个冷却剂通道214)的固体进料泵10的实施例的截面侧视图。固体进料泵的结构和操作如图4中所述。如图所示，固体进料泵10包括热控制路径214。热控制路径214包括设置成至少部分地围绕出口162的第一盘管248(例如，冷却盘管248)和第二盘管250(例如，冷却盘管250)。此外，第一盘管248和第二盘管250设置在出口162的相对侧上。如图所示，第一盘管248延伸穿过固体进料引导件222。在一些实施例中，第一盘管248可围绕出口162延伸，但在固体进料引导件222的外部和/或邻近固体进料引导件222。图7为第一盘管248的实施例的截面侧视图，示出了具有180度转向的锯齿形图案和/或其它曲折流动路径。类似的是，图8为第二盘管250的示例性实施例的截面侧视图，示出了具有180度转向的锯齿形图案或其它曲折流动路径。因此，所示的第一盘管248和第二盘管250不会独立地围绕出口162延伸360度，而是共同地围绕出口162延伸大约360度。换言之，各盘管248和250均围绕出口162部分地弯曲大约(例如，180度)，沿相反方向围绕出口162转向和弯回(例如，180度)，等等。如图6和图8中进一步所示，第二冷却盘管250可延伸超过出口162而进入出口162附近的壳体166中。
第一盘管248和第二盘管250可为单独的热控制路径214的部分。例如，第一热控制路径252(例如，冷却剂路径252)可包括第一盘管248，而第二热控制路径254(例如，冷却剂路径254)可包括第二盘管250。单独的热控制路径214(例如，252和254)容许独立地控制泵10的各部分，以便主动地控制热梯度。例如，出口162和固体进料引导件222的热梯度可保持在不同的温度范围内。惰性气体200供送至各热控制路径214(例如，惰性气体冷却剂路径214)，如上文所述，以便冷却固体进料泵10。在一些实施例中，第一热控制路径252和第二热控制路径254可供送有相同或不同的惰性气体200。在其它实施例中，第一热控制路径252和第二热控制路径254可供送有冷却水或润滑油。如上文详细描述那样，热从固体进料泵10传递至热控制路径252和254。加热的惰性气体200分配至联接到第一热控制路径252和第二热控制路径254两者上的惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的惰性气体200可分配至固体进料泵10的下游或上游。例如，加热的惰性气体200可分配至料斗156和仓154以便加温、中和及/或曝气，如上文所述。另外，来自于第一热控制路径252和第二热控制路径254的加热惰性气体200可转移至固体进料泵10下游或上游的不同位置。例如，来自于第一热控制路径252的加热的惰性气体200可向上游转移至仓154以便加温，而来自于第二热控制路径252的加热的惰性气体200可向下游转移至缓冲腔室202以用作缓冲物。
如上文所述，热控制路径214可与泵10的固体进料引导件222相关联。例如，图9为与固体进料引导件222相关联的引导件路径264(例如，引导件冷却剂路径264)的实施例的截面侧视图。固体进料泵的主要结构和操作如图4中所述那样。固体进料泵10包括与固体进料引导件222接触的热控制路径214(即，引导件冷却剂路径264)。如下文更为详细描述的那样，引导件冷却剂路径264可在固体进料引导件222的内部和/或外部。惰性气体200供送至引导件冷却剂路径264。引导件冷却剂路径264从固体进料引导件222的顶部266延展至固体进料引导件222的底部268，其中，惰性气体200在转子216的外表面228处或附近离开。在固体进料泵10的操作期间，在固体进料引导件222处生成的大部分热沿引导壁224和与转子216对接的表面226。热从固体进料引导件222和转子216的外表面228传递至惰性气体200。加热的惰性气体200然后在固体进料引导件222的下游传播至定位在固体进料引导件222与固体进料泵10的入口160之间的通风口270。此外，可存在密封件以抑制气体200流至入口160。在一些实施例中，加热的惰性气体可在固体进料泵10的上游转移以加温袋滤室152或其它构件。
如上文所述，引导件路径264可在固体进料引导件222的内部。图10为沿图9中的线10-10截取的在固体进料引导件222内部延伸的引导件路径264的实施例的顶视图。固体进料引导件222包括引导件路径264，该引导件路径264包括内部路径280(例如，内部冷却剂路径280)，该内部路径280沿径向延伸穿过固体进料引导件222且从转子216的外表面228附近的引导件222的底部268离开。内部冷却剂路径280包括穿过固体进料引导件222以便惰性气体200通过的多个通道282。通道282包括大致椭圆的形状，该形状可包括圆形或椭圆形。在其它实施例中，通道282可包括弯曲形状、直线形状(例如，矩形)，或它们的任何组合。通道282的数目、尺寸和位置可在各种引导件222的实施例中有所变化。例如，通道的数目范围可从2至10或更大。在所示的实施例中，通道282的截面面积是一致的。在其它实施例中，该截面面积可从一个通道282到另一个通道而有所变化。如图所示，通道282定位在固体进料引导件222的引导壁224附近，以容许沿引导壁224冷却。此外，通道282沿固体进料引导件222的侧壁284定位。内部冷却剂路径280容许来自固体进料引导件222的热以及来自转子216外表面的热传递至惰性气体200。加热的气体200然后传递至如上文所述的通风口270。
作为备选，引导件路径264可在固体进料引导件222外部。图11为沿图9中的线10-10截取的在固体进料引导件222外延伸的引导件路径264的实施例的顶视图。固体进料引导件222包括引导件路径264，引导件路径264包括外部路径294(例如，外部冷却剂路径294)，外部路径294沿固体进料引导件222的外部延展以便惰性气体200的通过。传送经过外部冷却剂路径294的气体200从转子216的外表面228附近的引导件222的底部268离开。如图所示，外部冷却剂路径294包绕引导壁224、侧壁284以及后壁296。在一些实施例中，外部冷却剂路径294可仅包绕这些壁的其中1个、2个或3个。外部冷却剂路径294可仅包绕各壁的一部分或整个壁。外部冷却剂路径294容许来自固体进料引导件222的热以及来自转子216外表面的热传递至惰性气体200。加热的气体200然后传递至如上文所述的通风口270。
在一些实施例中，引导件路径264可位于固体进料引导件222的内部和外部。图12为沿图9中的线10-10截取的在固体进料引导件222内部和外部延伸的引导件路径264的实施例的顶视图。固体进料引导件222包括引导件冷却剂路径264。引导件冷却剂路径264包括如图10中所述的内部冷却剂路径280以及如上文在图11中所述的外部冷却剂路径294以冷却引导壁224、侧壁284和后壁296。此外，外部冷却剂路径294包括沿固体进料引导件222外部的多个冷却剂凹槽和/或凸起304。如图所示，冷却剂凹槽304定位在固体进料引导件222的各壁上。在一些实施例中，冷却剂凹槽304可定位在这些壁的其中1个、2个或3个上。冷却剂凹槽304的数目和尺寸可在各壁上和固体进料引导件222的壁之间有所变化。例如，冷却剂凹槽304的数目范围可为2至10之间、5至20或更大之间。冷却剂凹槽304的形状也可变化。例如，冷却剂凹槽304可具有弯曲形状、直线形状或它们的组合。冷却剂凹槽304增大了可由经过外部冷却剂路径294的惰性气体200冷却的固体进料引导件222的外表面面积。内部和外部的冷却剂路径280和294容许来自固体进料引导件222的热以及来自转子216外表面的热传递至惰性气体200。加热的气体200然后传递至如上文所述的通风口270。
实施例可包括用以冷却固体进料引导件222的附加特征。图13为在图9中的线13-13内截取的固体进料引导件222的实施例的局部截面侧视图。如图所示，固体进料引导件222包括定位在引导件222的顶面310上的多个凸起或翼片308以实现对流冷却。翼片308向固体进料引导件222提供附加刚性以及附加的表面面积以使热对流远离引导件222。在一些实施例中，翼片308可定位在固体进料引导件222的后壁296上。如果翼片308定位在后壁296上，较小的间隙可存在于壳体166与固体进料引导件222的后壁296之间以容许热散逸。惰性气体或环境空气200可喷射到该间隙中以便掠过翼片308并冷却固体进料引导件222。翼片308的数目和形状可变化。例如，固体进料引导件222的单个表面上的翼片308数目范围可在1至10或更大之间。固体进料引导件222的对流冷却可为被动的(例如，没有风扇)或主动/强制的(例如，风扇)。
实施例可包括用以冷却固体进料泵10的壳体166的特征。图14为具有壳体路径316(例如，壳体冷却剂路径316)的固体进料泵10的实施例的截面侧视图。固体进料泵10在结构上如上文所述。固体进料泵10包括沿上文所述的出口162设置的热控制路径214。此外，热控制路径214包括壳体冷却剂路径316。壳体冷却剂路径316在方向318上延伸经过沿周向围绕转子216的壳体166。惰性气体200沿出口162且围绕壳体166经由路径316循环经过热控制路径214。例如，所示的惰性气体200首先流经围绕出口162的盘管236，且然后部分地围绕壳体166流经通向惰性气体再循环系统198的路径316。如上文所述，在其它实施例中，冷却水或润滑油可循环经过热控制路径214。当惰性气体200经由壳体冷却剂路径316从邻近出口162循环至入口160附近时，热从壳体166传递至气体200。加热的气体200然后传递至联接到热控制路径214上的惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的惰性气体200可分配至固体进料泵10的下游或上游。例如，加热的气体200可分配至料斗156和仓154以便加温、中和及/或曝气，如上文所述。
其它实施例可包括用以冷却固体进料泵10的转子216的特征。例如，图15为具有转子路径326(例如，转子冷却剂路径326)的固体进料泵10的实施例的截面侧视图。固体进料泵10在结构上如上文所述。固体进料泵10包括热控制路径214，热控制路径214经由转子冷却剂路径326延伸经过转子216。惰性气体200可引入转子冷却剂路径326中，例如通过围绕壳体160中的凹口喷射气体200，以便气体200进入转子216的中空内部330中。在内部330中，气体200如箭头328所示那样沿转子216的内壁循环，且热传递至气体200。惰性气体200净化和冷却壳体166和转子216的空腔，同时整个壳体166、转子216和轴承的温度大体一致。加热的气体200然后传递至联接到热控制路径214上的惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的惰性气体200可分配至固体进料泵10的下游或上游。
转子216可包括各种特征和布置，如图16至图18中在下文所述，用以通过转子冷却剂路径326来改善对转子216的冷却。例如，图16为设计成用于冲击冷却的转子216的实施例的截面侧视图。转子216包括冲击喷口336的圆形布置，该冲击喷口336如箭头338所示那样朝转子216的内表面340引导惰性气体200。惰性气体200经过喷口336的传送能够实现对转子216内表面340的冲击冷却。通过进一步举例，图17为具有盘管346(例如，冷却盘管346)的转子216的实施例的截面侧视图。转子216包括沿转子216的内表面340分布的多个静止盘管346。惰性气体200或其它惰性流体可循环经过盘管346以冷却转子216。通过进一步举例，图18为具有混合翼片350的转子216的实施例的截面侧视图。转子216包括联接到转子216的内表面340上的多个混合翼片350。混合翼片350引发旋流和/或使惰性气体200的流动在转子216的中空内部330内循环。在一些实施例中，转子216可包括喷口336、盘管346和翼片350的任何组合。
图19为具有内部转子路径326(例如，内部转子冷却剂路径326)的固体进料泵10的实施例的截面侧视图。固体进料泵10在结构上如上文所述。固体进料泵10包括热控制路径214，该热控制路径214经由转子冷却剂路径326延伸经过转子216。惰性气体200可引入转子冷却剂路径326中，例如通过将气体喷射到沿周向围绕转子216分散的开口356中，以便气体200进入转子216的中空内部330。在内部330中，气体200如箭头328所示那样沿转子216的内壁循环，且热传递至气体200。惰性气体200净化和冷却壳体166和转子216的空腔，同时在整个壳体166、转子216和轴承上提供大体一致的温度。加热的气体200经由转子216的中心开口358离开，且然后传递至惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的惰性气体200可分配至固体进料泵10的下游或上游。
图20提供了关于转子冷却剂路径326的路线的更多细节。图20为沿图19中的线20-20截取的固体进料泵10的实施例的局部截面视图。如箭头368所示，惰性气体200喷射经过固体进料泵10的壳体166的开口366。如箭头370所示，惰性气体200然后进入转子216的开口356而进入转子216的中空内部330中。开口356定位成邻近但低于干燥固体158经过的转子216外表面228。如箭头372所示的那样，惰性气体200在转子216的内部330内循环，以便净化和冷却壳体166和转子216的空腔374，同时在整个壳体166、转子216和轴承上提供大体一致的温度。如箭头378所示的那样，加热的气体200经由开口376离开空腔374，进入轴380中，其中，轴380沿中心线382延展穿过转子216，转子216围绕中心线382旋转。如箭头384所示的那样，加热的气体200沿轴380流动，其中，气体200可传送至惰性再循环系统198中，且随后在固体进料泵10的下游或上游分配，如上文所述。
作为备选，转子冷却剂路径326可形成闭合回路热控制路径214(闭合回路冷却剂路径214)的一部分。图21为具有热控制路径214的固体进料泵10的实施例的截面侧视图，其中，热控制路径214沿出口162且延伸至转子冷却剂路径326。固体进料泵10在结构上如上文所述。固体进料泵10包括热控制路径214，该热控制路径214经由转子冷却剂路径326延伸经过转子216。惰性气体200可在例如盘管236处开始循环经过热控制路径214。惰性气体200经由转子216的中心开口358传递到转子冷却剂路径326中，以便气体200进入转子216的中空部分330中。在内部330，气体200循环以及热传递至气体200。惰性气体200净化和冷却壳体166和转子216的空腔，同时在整个壳体166、转子216和轴承上提供大体一致的温度。加热的气体200经由偏心开口400离开，且然后传递至惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的惰性气体200可分配至固体进料泵10的下游或上游。因此，惰性流体路径214形成沿出口162、沿壳体166的一部分以及经过转子216的闭合回路热控制路径214，以便冷却固体进料泵10。
图22提供了关于闭合回路热控制路径214的转子冷却剂路径326部分的路线的更多细节。图22为沿图21的线22-22截取的固体进料泵10的实施例的局部截面侧视图。如箭头394所示那样，惰性气体200沿中心线382喷射到轴380中。如箭头396所示那样，惰性气体200经由开口376流入转子216空腔374的中空内部330中。如箭头398所示那样，气体200经由开口400离开转子216而进入转子216与壳体166之间的间隙402中。开口400定位成偏离轴380。如箭头406所示那样，气体200然后经由壳体166中的开口404离开固体进料泵10通向惰性流体再循环系统198。如上文所述，加热的气体200随后可分配至固体进料泵10的下游或上游。在所示的实施例中，开口400和404沿径向和轴向彼此偏离，以限定经过间隙402的非直路径。在其它实施例中，开口400和404可沿径向彼此对准，或开口400和404可沿径向和沿周向彼此间隔开。惰性气体200循环经过转子216的内部330，以便净化和冷却壳体166和转子216的空腔374，同时在整个壳体166、转子216和轴承上提供大体一致的温度。上文在图1至图22中描述的实施例并不相互排斥，且可以任何适合的组合而彼此相结合。
本发明的技术效果包括提供一种用于固体进料泵10的热管理系统150，其用以在将固体从低压传送至高压期间控制泵10内的温度。热管理系统150可提供对于出口162、固体进料引导件222、壳体166和/或转子216的各种冷却剂路径214。热管理系统150可延长固体进料泵10构件的寿命，从而减少使用干燥固体158的整个系统的停机时间。此外，热管理系统150由于减少了热，故容许在固体进料泵10中使用较为便宜的金属。另外，热管理系统可提供对泵10的关键构件的主动间隙控制。此外，转移自固体进料泵10的加热冷却剂可在固体进料泵10的下游或上游结合到系统操作中。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的普通技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
固体进料泵(10)，其包括：
壳体(166)；
设置在所述壳体(166)中的转子(216)；
设置在所述转子与所述壳体之间的弯曲通道(220)；
联接到所述弯曲通道(220)上的入口(160)；
联接到所述弯曲通道(220)上的出口(162)；
延伸越过所述弯曲通道(220)的固体进料引导件(222)；以及
经过所述固体进料泵(10)的一部分的热控制路径(214)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热控制路径(214)包括与所述固体进料引导件(222)接触的引导件路径(264)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述固体进料引导件(222)包括引导壁(224)，所述引导壁(224)大致阻挡邻近所述出口(162)的所述弯曲通道(220)。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述引导件路径(264)包括穿过所述固体进料引导件(222)的内部路径(280)。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述引导件路径(264)包括沿所述固体进料引导件(222)的外部的外部路径(294)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述外部路径(294)包括沿所述固体进料引导件(222)的外部的多个冷却剂凹槽(304)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热控制路径(214)沿所述出口(162)延伸。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述热控制路径(214)包括设置成至少部分地围绕所述出口(162)的第一盘管(248)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述热控制路径(214)包括设置成至少部分地围绕所述出口(162)的第二盘管(250)，以及所述第一盘管(248)和所述第二盘管(250)设置在所述出口(162)的相对侧上。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热控制路径(214)包括壳体路径(316)，所述壳体路径(316)延伸经过沿周向围绕所述转子(216)的所述壳体(166)。
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