CN102753460A - 主动式固体供应系统以及供应固体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统,以及用于将固体例如研磨成粉的干煤供应给应用系统例如气化处理系统的方法。所述固体除气区包括含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者含有多个多孔传动带组件的传动带系统。所述固体除气区可操作以对固体除气并将固体输送到所述固体输送泵区。在所述固体除气区中,所述固体在进入所述固体输送泵区之前和进入所述固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地输送。

Description

主动式固体供应系统以及供应固体的方法
技术领域
本发明总体涉及具有固体除气区和固体输送泵(solids pump)区的固体供应系统,以及用于将固体例如研磨成粉的干煤供应到应用系统(application)例如气化处理系统的方法。所述固体除气区包括含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者含有多个多孔传动带组件的传动带系统。所述固体输送泵区包括固体输送泵,例如传动带(牵引器)式、滚筒式或旋转式泵。
背景技术
煤气化工艺涉及将煤或其他含碳固体转变成合成气体。虽然干煤和水浆可以用在气化处理中,但是干煤泵送比当前的水浆技术热效率更高。许多设备已经被用于泵送微粒材料。这种输送设备包括输送器传动带、回转阀、闸斗仓(lock hopper)、螺旋式送料器等。
当前被用于将干煤泵送到高压的其中一种装置是循环闸斗仓。虽然循环闸斗仓送料气化器的热冷气体效率比气化领域中的其他当前可用技术更高,但是循环闸斗仓的机械效率相对较低。由于在循环闸斗仓工艺中所需的高压罐、阀和气体压缩器,循环闸斗仓的资金成本和操作成本也很高。
干煤挤出泵在干煤气化中的使用已经变得更普遍。但是,与当前可用的干煤挤出泵相关的一些问题是内部剪切故障区和流动停滞问题。故障区的存在可能导致泵的机械效率的降低,因为它们导致了将来自机械驱动的力转化成微粒材料的输送的能力的损失。
例如,在干煤挤出型泵诸如转盘式泵中,微粒材料进入两个驱动盘壁之间的输送管道,并且被驱动壁的运动从入口向出口驱动。驱动壁的运动将这些颗粒压实,使得这些颗粒越过相互接触点传递应力并且所述微粒材料接合驱动壁,导致驱动力从驱动壁传递到所述微粒材料。当所述微粒材料进入输送管道时,在进入泵送装置之前或者在进入泵送装置时其应被足够压实或压缩,以使这些颗粒越过其接触点传递应力,导致形成这里所谓的瞬时固体或桥,所述瞬时固体或桥是由压实的微粒材料组成的,所述压实的微粒材料允许固体输送泵在微粒材料中形成压头或压力,并通过固体输送泵将微粒材料有效地输送到更高压力区。当另外的微粒材料进入入口时,连续的桥应在输送管道内累积地形成。
细小的微粒和粉末材料,例如干的研磨成粉的煤,难以通过泵送系统有效地输送。细小的微粒和粉末材料在松散地输送时或者在通过入口松散地掉落时易于充满气体或者与空气很好地混合。充满气体的细小微粒和粉末材料可能不会被充分压实以在泵送装置的转盘之间形成接触颗粒的应力传送桥。结果,由转盘作用在材料上的摩擦力不足以将驱动力传递到所述材料。因此,细小的微粒和粉末材料可能在转盘之间滑动/打滑并且可能不会通过泵送装置有效地输送。如果施加太多的外力来试图压缩所述粉末材料或对所述粉末材料除气,则该材料易于过度压实,从而堵塞入口或输送槽。
因此,在工业中存在对使用干固体输送泵有效输送细小微粒材料(尤其是研磨成粉的煤)的有效微粒输送系统的需求,所述干固体输送泵需要使泵能够在微粒材料中形成压头或压力的颗粒桥接。
发明内容
一种固体供应系统,包括:(i)固体除气区,和(ii)固体输送泵区,其中所述固体除气区与固体输送泵区流动联通;所述固体除气区包括:(a)含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者(b)含有多个多孔传动带组件的传动带系统,所述滚筒系统或传动带系统可以操作以对固体除气并将固体输送到固体输送泵区,其中所述固体在进入固体输送泵区之前和进入固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地输送;所述固体除气区能够被调节压力;所述固体输送泵区包括可操作以将固体输送到应用系统的固体输送泵。
一个替代性的实施方式包括一种固体供应系统,包括:(i)固体源区,(ii)固体除气区,和(iii)固体输送泵区,其中所述固体源区与所述固体除气区流动联通,所述固体除气区与所述固体输送泵区流动联通;所述固体源区包括至少一个可操作以便通过重力将固体输送到所述固体除气区的存储容器;所述固体除气区包括:(a)含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者(b)含有多个多孔传动带组件的传动带系统,所述滚筒系统或传动带系统可操作以便对固体除气并将固体输送到固体输送泵区,其中所述固体在进入固体输送泵区之前和进入固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地输送;所述固体除气区能够被调节压力;所述固体输送泵区包括可操作以将固体输送到应用系统的固体输送泵。
本发明还部分地涉及一种用于输送固体的方法,包括:(i)提供固体除气区和固体输送泵区,其中所述固体除气区与所述固体输送泵区流动联通;所述固体除气区包括:(a)含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者(b)含有多个多孔传动带组件的传动带系统,所述滚筒系统或传动带系统可操作以对固体除气并将固体输送到固体输送泵区;所述固体除气区能够被调节压力;所述固体输送泵区包括可操作以输送固体的固体输送泵;(ii)在所述固体除气区中对固体进行除气,其中所述固体在进入固体输送泵区之前和进入固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地输送;(iii)在所述固体输送泵区中将所述固体泵送到应用系统。
本发明还部分地涉及一种用于输送固体的方法,包括:(i)提供固体源区、固体除气区和固体输送泵区,其中所述固体源区与所述固体除气区流动联通,所述固体除气区与所述固体输送泵区流动联通;所述固体源区包括至少一个可操作以便通过重力将固体输送到所述固体除气区的存储容器;所述固体除气区包括:(a)含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者(b)含有多个多孔传动带组件的传动带系统,所述滚筒系统或传动带系统可操作以对固体除气并将固体输送到固体输送泵区;所述固体除气区能够被调节压力;所述固体输送泵区包括可操作以输送固体的固体输送泵;(ii)在所述固体除气区中对固体进行除气,其中所述固体在进入固体输送泵区之前和进入固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地输送;(iii)在所述固体输送泵区中将所述固体泵送到应用系统。
通过参照如下的附图和详细描述将会理解本发明的另外的目的、特征和优点。
附图说明
图1是包括固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统的透视图。所述固体除气区包括含有两个多孔滚筒组件的滚筒系统,所述固体输送泵区包括传动带(牵引器)泵。
图2是包括固体源区、固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统的透视图。所述固体除气区在所述固体输送泵区外面。所述固体除气区包括含有两个多孔滚筒组件的滚筒系统,所述固体输送泵区包括旋转式泵。
图3是包括集成的固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统的透视图。所述固体除气区由两个真空链轮(上部)构成,并且包括含有两个多孔传动带组件的传动带系统,所述两个多孔传动带组件还包括在所述固体输送泵区内。
图4是Geldart粉末分类的图示。
具体实施方式
根据本发明,提供了一种固体供应系统,其包括固体源区、固体除气区和固体输送泵区。所述固体供应系统实现了以密相流(dense phase fow)输送固体。所述固体除气区允许就在固体材料进入固体输送泵区(例如可变速度的高压固体输送泵)之前对固体材料的除气,并且允许经由外部管道排出任何带入的气体。所述除气区就位于固体输送泵区(例如固体输送泵入口)之前。所述固体输送泵区例如包括具有泵入口和泵出口的可变速度的高压固体输送泵,所述泵入口连接到所述固体除气区。所述泵出口可以连接到应用系统例如气化处理系统,或者连接到用于将固体分配到应用系统的分配容器。所述分配容器可以保持在比所述固体源区更高的压力。
当一定体积的微粒材料在多个多孔滚筒组件或多个多孔传动带组件的辅助下向下运动通过固体除气区时,该微粒材料逐渐地除气。结果,所述微粒材料在邻近通向固体输送泵区的入口端口处达到一定的密实程度,并且在邻近入口端口的固体输送泵区元件之间形成了相对坚实的应力传递颗粒接触桥。因此,微粒材料被有效地输送到输送槽中并且被固体输送泵的运动所驱动,而在微粒材料与固体输送泵的内部表面之间没有显著的滑动。移动通过所述固体除气区的所述微粒材料可以被除气到非常低的水平,很好地位于流态化阈值之下。
本发明包括一种固体供应系统,其中固体(例如研磨成粉的煤)在大气压力下被提供到和存储在贮存器中,所述固体从所述贮存器以密相流排出并通过固体输送泵(例如可变速度的高压固体输送泵)被输送到应用系统。固体除气区就设置在所述固体输送泵区的上游以保持合适的入口条件以便泵将适当地操作。高压固体输送泵可以连接到气化处理系统,或者需要通过密相排放线路供应固体(例如研磨成粉的煤)的其他应用系统。固体输送泵出口还可以连接到用于将固体分配到应用系统的分配容器。在一些系统中,从固体输送泵到应用系统的密相排放物可以通过添加流态化气体来稀释以改进流动特性。
图1示出了用于输送研磨成粉的干煤的包括固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统的透视图。该系统通过消除剪切故障区和滞流区而具有增加的效率。滞流区发生在研磨成粉的干煤以基本直角被驱动到壁中的地方或者研磨成粉的干煤被沿相反方向运动的其他研磨成粉的干煤撞击的地方。通过显著减少或消除剪切故障区和滞流区,系统的机械效率可以接近大约80%。此外,该系统能够将研磨成粉的干煤泵送到具有每平方英寸1200磅以上的内部压力绝对值的气体压力罐中。在一个优选的实施方式中,固体输送泵区包括入口和出口,并且固体输送泵区出口与固体输送泵区入口之间的压力差是200-2000psig。更优选地,所述固体输送泵区包括入口和出口,并且固体输送泵区出口与固体输送泵区入口之间的压力差是500-1500psig。应该指出的是,尽管所讨论的系统是输送研磨成粉的干煤,但是该系统可以输送任何干的微粒材料并且可以用在各种工业中,包括但不局限于如下的市场:石化、电力、食品和农业。
图1中示出的固体供应系统总体包括固体除气区和固体输送泵区。所述固体除气区总体包括入口管道36、在多孔除气压实滚筒24a与24b之间的入口管道排出区12。预压实固体引导件和滚筒刮板16a和16b位于多孔除气压实滚筒24a和24b之下。所述多孔除气压实滚筒24a和24b具有真空连接机构26,其用于在横跨压实滚筒的径向向外方向上保持横跨滚筒的负压梯度。在入口管道36处将研磨成粉的干煤引入到固体除气区中并使其进入入口管道排出区12。所述多孔除气压实滚筒24a和24b以至少局部真空进行操作,以便通过固体除气区对固体除气并将固体输送到固体输送泵区中。
这里应该指出的是,这里使用的术语“真空”、“真空压力”或“负压”是等同的,除非另有说明,否则这些术语的意思是指在压力方面参照第二基准区的第一区中更低的压力。因此,这些术语并不局限于比标准大气压力更低的压力。
第一刮板密封件16a和第二刮板密封件16b靠近入口管道排出区12和入口送料区14定位。第一刮板密封件16a的外表面设计成相对于在与转动轴线相交的滚筒的水平中线处的多孔除气压实滚筒24a的切线形成一个小的角度,以便从运动的多孔除气压实滚筒24a上刮掉研磨成粉的干煤流。该角度防止了可能导致低的泵送机械效率的研磨成粉的干煤的停滞。刮板的竖直位置可以在与多孔压实滚筒24a的转动轴线相交的水平中线之下。在一个示例性实施方式中,第一刮板密封件16a相对于多孔除气压实滚筒24a的中线切线形成15度的角度。第一刮板16a可以由任何合适的材料制成,包括但不限于硬化工具钢。
第二刮板密封件16b以与第一刮板密封件16a相同的方式形成并以相同的方式起作用,以防止在多孔除气压实滚筒24b处的滞流。
第一滚筒驱动器组件(未示出)靠近多孔除气压实滚筒24a定位并且在第一方向上驱动多孔除气压实滚筒24a。第一滚筒驱动器组件包括使驱动器组件能够起作用的现有技术中已知的所需的转动真空密封件以及驱动器机构。在一个示例性实施方式中,第一滚筒驱动器组件使多孔除气压实滚筒24a以在滚筒表面处产生传动带的线速度(ft/s)的80%至120%之间的切向速度的速率转动。第一滚筒驱动器组件优选地使多孔除气压实滚筒24a以在滚筒表面处产生传动带的线速度(ft/s)的100%的切向速度的速率转动。
同样地,用于驱动多孔除气压实滚筒24b的第二滚筒驱动器组件(未示出)包括使驱动器组件能够起作用的现有技术中已知的所需的转动真空密封件以及驱动器机构。除了该第二滚筒驱动器组件在第二方向上驱动多孔除气压实滚筒24b以便滚筒的切向速度的竖直分量指向相同的方向以外,该第二滚筒驱动器组件以与第一滚筒驱动器组件相同的方式形成和起作用。
当研磨成粉的干煤向下移动通过固体除气区时,微粒材料除气并压实到一定程度。结果,研磨成粉的干煤在靠近固体输送泵区的入口送料区14处达到一定程度的除气和压实,并且在靠近入口送料区14的固体输送泵区元件之间形成相对坚实的应力传递颗粒接触桥。因此,在固体输送泵区元件之间有效地夹持被适当压实的研磨成粉的干煤并使其在固体输送泵区元件之间运动,而在研磨成粉的干煤与固体输送泵区的内部表面之间没有显著的滑动。
所述固体输送泵区包括通道10、泵送高压排放出口40、第一负载梁18a、第二负载梁18b、第一出口刮板20a、第二出口刮板20b、第一驱动器组件22a和第二驱动器组件22b。在入口送料区14处将研磨成粉的干煤引入固体输送泵中,使其通过通道10并在泵送高压排放出口40处从泵排出。通道10由第一传动带组件28a和第二传动带组件28b限定,它们基本平行并彼此相对地定位。
第一传动带组件28a由通过链节转动轴32和履带轮34彼此连接的传动带链节30构成。链节转动轴32使传动带链节30能够形成平坦表面以及使传动带链节30能够围绕第一驱动器组件22a弯曲。第一传动带组件28a限定了在其中定位第一驱动器组件(未示出)的内部区。履带轮34覆盖链节转动轴32的端部,并发生作用以将与传动带链节30正交的机械压缩载荷传递到负载梁18a中。第一传动带组件28a与第二传动带组件28b一起将研磨成粉的干煤输送通过通道10。
第二传动带组件28b包括传动带链节30、链节转动轴32、履带轮34和第二内部区(未示出)。传动带链节30、链节转动轴32、履带轮34和第二内部区以与第一传动带组件28a的传动带链节30、链节转动轴32、履带轮34和第一内部区相同的方式连接和起作用。
第一和第二负载梁18a和18b分别定位在第一传动带组件28a和第二传动带组件28b内。第一负载梁18a承载来自第一传动带组件28a的机械载荷,并且将第一传动带组件28a的限定通道10的部分保持在基本直线形式。被输送通过通道10的研磨成粉的干煤沿远离通道10的压缩向外方向以及朝向入口14的剪切向上方向二者在第一传动带组件28a上产生固体应力。
第二负载梁18b以与第一负载梁18a相同的方式形成和起作用,以在通道10处将第二传动带组件28b保持在基本直线的形式,并从传动带链节30将向外压缩和向上剪切载荷传递到第二负载梁18b、驱动链轮38a和38b以及第二驱动器组件22b。
第一刮板密封件20a和第二刮板密封件20b靠近通道10和出口40定位。第一传动带组件28a和第一刮板密封件20a在泵与外界大气之间形成密封。因此,陷于第一传动带组件28a与第一刮板密封件20a之间的少量研磨成粉的干煤颗粒成为第一传动带组件28a的移动压力密封件。第一刮板密封件20a的外表面设计成与第一传动带组件28a的伸直部分形成一个小的角度,以便从运动的第一传动带组件28a上刮掉研磨成粉的干煤流。所述角度防止了可能导致低的泵机械效率的研磨成粉的干煤的停滞。在一个示例性实施方式中,第一刮板密封件20a与第一传动带组件28a的伸直部分形成15度的角度。第一刮板密封件20a可以由任何合适的材料制成,包括但不限于硬化工具钢。
第二刮板密封件20b以与第一刮板密封件20a相同的方式形成和起作用,以防止第二传动带组件28b处的滞流。
第一驱动器组件22a定位在第一传动带组件28a的第一内部区内并且在第一方向上驱动第一传动带组件28a。第一驱动器组件22a包括定位在第一传动带组件28a的相对端的至少两个驱动链轮38a和38b。每个驱动链轮38a和38b具有基本圆形的基底,并且多个链轮齿从基底凸出。所述链轮与第一传动带组件28a相互作用并且围绕驱动链轮38a和38b驱动第一传动带组件28a。在一个示例性实施方式中,第一驱动器组件22a使第一传动带组件28a以大约每秒1英尺至大约每秒5英尺(ft/s)之间的速率转动。所述驱动链轮38a和38b包括现有技术中已知的使驱动器组件能够起作用的所需的驱动器机构。
同样地,第二驱动器组件22b包括定位在第二传动带组件28b的第二内部区内的用于驱动第二传动带组件28b的至少两个驱动链轮38a和38b。除了第二驱动器组件22b在第二方向上驱动第二传动带组件28b以外,第二驱动器组件22b以与第一驱动器组件22a相同的方式形成和起作用。驱动链轮38a和38b包括在现有技术中已知的使驱动器组件能够起作用的所需的驱动器机构。
图2示出了用于输送研磨成粉的干煤的包括固体源区、固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统的透视图。与图1中所示的系统一样,此系统通过消除剪切故障区和滞流区而具有增加的效率。
除了添加固体源区以及固体输送泵区包含取代传动带(牵引器)泵的旋转式泵以外,图2中示出的固体供应系统与图1中示出的固体供应系统类似。此外,在图2中所述固体除气区在所述固体输送泵区外部。图2中示出的固体供应系统包括可以是若干大气压或大气压力的贮存器42、流态化气体连接机构44、流态化排放出口46、密相排放管道48和连接到固体除气区中的入口管道36的密相排放出口54。在流态化排放出口46与密相排放出口54之间优选地布置隔离阀50,以辅助隔离该系统的部件以用于清洁和维修目的和/或用于帮助调节从贮存器出来的固体流。
图2中示出的固体供应系统包括旋转式固体输送泵60、入口送料区58和出口管道62。在出口管道62之后优选地布置隔离阀64,以辅助隔离该系统的部件以用于清洁和维修目的和/或用于帮助调节从旋转式固体输送泵出来的固体流。
当研磨成粉的干煤向下移动通过固体除气区时,微粒材料除气并压实到一定程度。结果,研磨成粉的干煤在邻近固体输送泵区的入口送料区58处达到一定程度的除气和压实,并且在邻近入口送料区58的固体输送泵区元件之间形成相对坚实的应力传递颗粒接触桥。因此,在固体输送泵区元件之间有效地夹持和移动被适当压实的研磨成粉的干煤,而在研磨成粉的干煤与固体输送泵区的内部表面之间没有显著的滑动。如图2中示出的固体除气区52与以上针对图1描述的基本相同。
图3示出了用于输送研磨成粉的干煤的包括集成的固体除气区和固体输送泵区的固体供应系统的透视图。该系统通过消除剪切故障区和滞流区而具有增加的效率。剪切故障区妨碍了跨越微粒材料传递驱动应力的能力。滞流区发生在以基本直角将研磨成粉的干煤驱动到壁中的地方或者研磨成粉的干煤被沿相反方向运动的其他研磨成粉的干煤撞击的地方。通过显著减少或消除剪切故障区和滞流区,系统的机械效率可以接近大约80%。此外,该系统能够将研磨成粉的干煤泵送到具有每平方英寸1200磅绝对值以上的内部压力的气体压力罐中。尽管所讨论的系统用于输送研磨成粉的干煤,但是该系统可以输送任何干的微粒材料并且可以用在各种工业中,包括但不局限于如下的市场:石化、电力、食品和农业。
如这里使用的,“集成的(integrated)”是指在有助于固体供应系统的整体操作的不同区之间共用或共享的特征和/或元件。例如,在图3中,第一和第二多孔传动带组件28a和28b和真空驱动链轮(多孔)39a和39b起到了固体除气区和固体输送泵区两者的作用。因此,固体除气区45与固体输送泵区46是集成的。
在图3中示出了图1中所示的固体供应系统的一种替代方案,其包括与固体输送泵区46集成的真空辅助固体除气区45。这种集成涉及在固体除气区和固体输送泵区两者中均起作用的第一和第二多孔传动带组件28a和28b以及真空驱动链轮(多孔)39a和39b。真空辅助固体除气区45总体包括入口管道8、入口管道排出区12、相对倾斜壁16a和16b、相对伸直壁36a和36b、以及除气增压通风口11a和11b。除气增压通风口11a和11b连接到具有比固体除气区45的压力更低的压力的区域。在入口管道8处将研磨成粉的干煤引入真空辅助固体除气区45,使其进入与固体输送泵区46集成的入口管道排出区12。除气增压的倾斜壁16a和16b进行操作以容纳和引导固体通过真空辅助固体除气区45进入固体输送泵区46。
入口管道8的外壁与伸直壁36a、36b或者倾斜壁16a、16b之间在除气表面26处的距离(L)可以在真空链轮39a和39b处的多孔传动带的半径的大约0.2倍到真空链轮39a和39b处的多孔传动带组件的半径的大约1.2倍的范围内,优选地在真空链轮39a和39b处的多孔传动带的半径的大约0.3倍到真空链轮39a和39b处的多孔传动带的半径的大约1.0倍的范围内,更优选地在真空链轮39a和39b处的多孔传动带的半径的大约0.5倍到真空链轮39a和39b处的多孔传动带的半径的大约0.9倍的范围内。优选地,除气增压倾斜壁的宽度(W)与多孔传动带组件28a和28b的宽度相同。表面积应足以使固体在进入固体输送泵区46之前或进入固体输送泵区46时被压实并且通过固体输送泵区46被有效地输送。
如上文所述,第一和第二多孔传动带组件28a和28b以及真空驱动链轮(多孔)39a和39b在固体除气区和固体输送泵区两者中均起作用。当研磨成粉的干煤向下移动通过固体除气区45并由第一和第二多孔传动带组件28a和28b利用真空驱动链轮(多孔)39a和39b输送时,微粒材料除气并压实到一定程度。结果,研磨成粉的干煤在邻近固体输送泵区46的入口送料区14处达到一定程度的除气和压实,并且在邻近入口送料区14的固体输送泵区元件之间形成了相对坚实的应力传递颗粒接触桥。因此,在固体输送泵区元件之间有效地夹持和移动被适当压实的研磨成粉的干煤,而在研磨成粉的干煤与固体输送泵区46的内表面之间没有显著的滑动。
所述固体输送泵区46包括通道10、泵送高压排放出口40、第一负载梁18a、第二负载梁18b、第一出口刮板20a、第二出口刮板20b、第一驱动器组件22a和第二驱动器组件22b。在入口送料区14处将研磨成粉的干煤引入固体输送泵中,使其通过通道10并在泵送高压排放出口40处从泵排出。通道10由第一多孔传动带组件28a和第二多孔传动带组件28b限定,这些传动带组件基本平行并彼此相对地定位。
第一多孔传动带组件28a由通过链节转动轴32和履带轮34彼此连接的传动带链节30构成。链节转动轴32使传动带链节30能够形成平坦表面,以及使传动带链节30能够围绕第一驱动器组件22a弯曲。第一传动带组件28a限定了在其中定位第一驱动器组件(未示出)的内部区。履带轮34覆盖链节转动轴32的端部,并起作用以将与传动带链节30正交的机械压缩载荷传递到负载梁18a。第一传动带组件28a与第二多孔传动带组件28b一起将研磨成粉的干煤输送通过通道10。
第二多孔传动带组件28b包括传动带链节30、链节转动轴32、履带轮34和第二内部区(未示出)。传动带链节30、链节转动轴32、履带轮34和第二内部区以与第一多孔传动带组件28a的传动带链节30、链节转动轴32、履带轮34和第一内部区相同的方式连接和起作用。
第一和第二负载梁18a和18b分别定位在第一多孔传动带组件28a和第二多孔传动带组件28b内。第一负载梁18a承载来自第一多孔传动带组件28a的机械载荷,并且将第一多孔传动带组件28a的限定通道10的部分保持在基本直线的形式。被输送通过通道10的研磨成粉的干煤沿远离通道10的压缩向外方向以及朝向入口14的剪切向上方向两者在第一多孔传动带组件28a上产生固体应力。
第二负载梁18b以与第一负载梁18a相同的方式形成和起作用,以便在通道10处将第二多孔传动带组件28b保持在基本直线的形式,并从传动带链节30将向外压缩和向上剪切载荷传递到第二负载梁18b、驱动链轮38a和38b以及第二驱动器组件22b。
第一刮板密封件20a和第二刮板密封件20b靠近通道10和出口40定位。第一传动带组件28a和第一刮板密封件20a在泵与外界大气之间形成密封。因此,陷于第一传动带组件28a与第一刮板密封件20a之间的少量研磨成粉的干煤颗粒成为第一传动带组件28a的移动压力密封。第一刮板密封件20a的外表面设计成与第一传动带组件28a的伸直部分形成一个小的角度,以便从运动的第一多孔传动带组件28a上刮掉研磨成粉的干煤流。所述角度防止了可能导致低的泵机械效率的研磨成粉的干煤的停滞。在一个示例性实施方式中,第一刮板密封件20a与第一多孔传动带组件28a的伸直部分形成15度的角度。第一刮板密封件20a可以由任何合适的材料制成,包括但不限于硬化工具钢。
第二刮板密封件20b以与第一刮板密封件20a相同的方式形成和起作用,以防止第二多孔传动带组件28b处的滞流。
第一驱动器组件22a定位在第一多孔传动带组件28a(多孔牵引器传动带)的第一内部区内,并且在第一方向上驱动第一多孔传动带组件28a。第一驱动器组件22a包括定位在第一多孔传动带组件28a的相对端的至少两个驱动链轮,例如驱动链轮38a和真空驱动链轮(多孔)39a。驱动链轮38a和真空驱动链轮(多孔)39a中的每一个均具有基本圆形的基底,并且多个链轮齿从基底凸出。所述链轮与第一多孔传动带组件28a相互作用,并且围绕驱动链轮38a和真空驱动链轮(多孔)39a驱动第一多孔传动带组件28a。真空驱动链轮(多孔)39a具有真空连接机构42,以用于保持跨越固体除气区45(例如跨越第一多孔传动带组件28a)的负压梯度。在一个示例性实施方式中,第一驱动器组件22a使第一多孔传动带组件28a以大约每秒1英尺至大约每秒5英尺(ft/s)之间的速率转动。所述驱动链轮38a和39a包括在现有技术中已知的使驱动器组件能够起作用的所需的转动真空密封件和驱动器机构。
同样地,第二驱动器组件22b包括定位在第二传动带组件28b的第二内部区内的用于驱动第二多孔传动带组件28b(多孔牵引器传动带)的至少两个驱动链轮,例如驱动链轮38b和真空驱动链轮(多孔)39b。除了第二驱动器组件22b在第二方向上驱动第二多孔传动带组件28b之外,第二驱动器组件22b以与第一驱动器组件22a相同的方式形成和起作用。真空驱动链轮(多孔)39b具有真空连接机构42,以用于保持跨越固体除气区45(例如跨越第二多孔传动带组件28b)的负压梯度。驱动链轮38b和39b包括在现有技术中已知的使驱动器组件能够起作用的所需的转动真空密封件和驱动器机构。
在另一个实施方式中,固体除气区可以构造为类似于这里之前描述的多孔滚筒组件,但是用多孔传动带组件替代多孔滚筒组件。例如,每个多孔传动带组件可以包括(i)布置在多孔传动带组件内的至少一个前部或下部滚筒和至少一个后部或上部滚筒,以及(ii)围绕所述至少一个前部或下部滚筒和所述至少一个后部或上部滚筒延伸的限定至少一个多孔外表面的至少一条环形多孔带。第一多孔传动带组件和第二多孔传动带组件可以彼此相对以形成固体通道。固体除气区和固体输送泵区的其余部分可以如针对图1所描述的那样。
本发明涉及将固体提供到保持在大气压力下的固体源区,例如贮存器,使所述固体通过固体除气区以对所述固体除气,以及将所述固体运送到固体输送泵区,例如可变速度的高压固体输送泵。所述泵用于对固体加压并将所述固体输送到应用系统或者输送到用于将所述固体进一步分配到应用系统的加压分配容器。可以通过将所述固体输送通过排放线路或其他设备来将所述固体从所述分配容器供应到应用系统。
所述固体源区与所述固体除气区流动联通并且包括至少一个存储容器或贮存器。所述固体,例如研磨成粉的干煤,通过重力从所述固体源区输送到固体除气区。所述固体源区(例如贮存器)可以具有添加进来以有助于固体的密相流进入除气区中的流态化气体。也可以将附加的流态化气体提供到固体源区的出口,以便保持通过排放出口的密相流并且辅助调节到固体除气区的排出流。所述固体源区(例如贮存器)还可以包括气动辅助设备以有助于固体密相流流入除气区中。
可以在固体源区(例如贮存器)与固体除气区之间的一个或多个点处添加阀,例如隔离阀,以便辅助隔离该系统的部件以用于清洁和维修目的。此外,在固体源区中可以设置通风口以帮助调节从贮存器出来的固体流。
存储贮存器一般保持在大气压下或大气压附近。存储贮存器可以从惰性气体源被惰性化(例如用氮或N2)或者保持非惰性化,这取决于其中的细小固体的可燃性。贮存器出口连接到固体除气区。
从固体源向收集和存储贮存器供应固体,例如研磨成粉的煤。所述贮存器具有提供的流态化气体,以便在贮存器内将固体流态化以保持密相流通过出口并进入固体除气区中。所述贮存器可以在其顶部附近具有一个或多个通风入口。可以通过任何已知的方法从固体源对所述贮存器进行填充,包括但不局限于重力、传动带式送料器或旋转式送料泵等。
固体源区可以具有单个贮存器,其接收形式为研磨成粉的煤的固体。煤源可以包括从诸如袋滤室(baghouse)过滤器和旋风分离器(cyclone)之类的源回收的研磨成粉的煤。煤源还可以包括诸如来自粉碎机或破碎机的研磨成粉的煤的主要来源。
图4是Geldart粉末分类的图示。例如参见Geldart,D,PowderTechnology,7,285-292(1973)。参见图4,标记“A”包括具有显著除气时间的可充气材料(Umb>Umf),例如研磨成粉的干煤、FCC催化剂等。标记“B”包括在Umf(Umb=Umf)以上起泡的材料,例如500微米的沙子等。标记“C”包括黏着材料,例如面粉、飞尘等。标记“D”包括可喷涌材料,例如小麦、2000微米的聚乙烯小球等。该图表应用于环境条件下。本发明中可用的固体通常落入图4中的标示为“A”和“C”的区域内,因此在没有附加充气的情况下不会经受流态化流动。
固体源区可以与固体除气区分开构造,在这种情况下,固体源区和通向固体除气区的入口管道可以通过任何合适的方式连接,例如焊接、可连接的法兰、螺栓连接器等。可替代地,固体源区和通向固体除气区的入口管道可以形成为单一结构。
所述固体除气区与所述固体源区和固体输送泵区流动联通。所述固体除气区包括含有多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或含有多个多孔传动带组件的传动带系统。所述固体除气区可操作以对固体除气并将所述固体输送到固体输送泵区。重要的是,在固体除气区中,固体在进入固体输送泵区之前和进入固体输送泵区时被充分压实,以便通过固体输送泵区被有效地输送。移动通过固体除气区的微粒材料,例如研磨成粉的干煤,可以被除气到非常低的水平,很好地位于流态化阈值之下。所述固体除气区能够被调节压力,并且优选地在与固体贮存器压力相同的压力下或者在比固体贮存器压力稍低的压力下操作。固体除气区通常在从大约大气压到大约200psi的压力下操作。
除气区构造为将细小微粒材料输送到固体输送泵区的入口端口以及在输送期间对该微粒材料除气。除气器的排出气体可以排到大气和/或可以通过排风扇导出。可替代地,可以使来自除气器的气体返回到贮存器中。除气器可以利用装置通过向除气器施加振动来促进流动和防止堵塞。还可以利用在除气器壳体内部施加气动脉冲的气动设备来促进除气器内部的材料流动。然后在泵入口处将固体输送到固体输送泵区,例如可变速度的高压固体输送泵。
在多个多孔滚筒组件或多个多孔传动带组件的辅助下,微粒材料在向下移动通过固体除气区时逐渐除气。微粒材料在邻近通向固体输送泵区的入口端口处达到一定的密实程度,并且在邻近入口端口的固体输送泵区元件之间形成了相对坚实的应力传递颗粒接触桥。因此,微粒材料被有效地输送到输送槽中并且被固体输送泵的运动所驱动,而在微粒材料与固体输送泵的内部表面之间没有显著的滑动。移动通过固体除气区的微粒材料可以被除气到非常低的水平,很好地位于流态化阈值之下。
微粒材料在固体除气区内除气和达到合适的密实程度的能力部分取决于微粒材料的密度、体积模量和内部摩擦角。获得合适的压实所需的固体除气区的长度和/或高度以及多孔滚筒组件或多孔传动带组件的数量是由微粒材料除气的能力和获得这种合适的压实所需的时间确定的。不同的微粒材料将以不同的速率除气。因此,所需的固体除气区的长度和多孔滚筒组件或多孔传动带组件的数量设计为能够实现对固体除气区要输送的特定材料的充分除气。
微粒材料的除气所需的时间也受微粒材料与固体除气区的内壁之间的摩擦影响。内表面可以由低摩擦材料(例如聚四氟乙烯或其他合适的超高分子量材料)制成或者涂覆该低摩擦材料,以减小微粒材料与固体除气区的内表面之间的摩擦。此外,所述壁可以由具有大约15至大约30微英寸或更小的表面粗糙度(Ra)的抛光钢制成。
当微粒材料向下移动通过固体除气区时,微粒材料除气并压实到一定程度。结果,微粒材料在邻近通向固体输送泵区的入口端口处达到一定程度的除气和压实,并且在邻近入口端口的固体输送泵区元件之间形成相对坚实的应力传递颗粒接触桥。因此,在固体输送泵区元件之间有效地夹持和移动被适当压实的微粒材料,而在微粒材料与固体输送泵区的内表面之间没有显著的滑动。
本发明的优点例如包括:去除了除气所需的任何延迟时间并改进了泵送料速率的一致性。在使用多孔滚筒组件或多孔传动带组件的情况下,通过固体除气区的送料速率可以通过控制滚筒尺寸/转动速率或者传动带尺寸/移动速率来设定。本发明的其他优点包括:去除了对泵中的可允许的传动带或滚筒速度的限制,减小了泵尺寸并提高了泵效率。所述除气区通常进行操作以从固体流去除空气并控制向固体输送泵区的进料速率。
然后可以通过使多孔材料制成的滚筒和传动带具有在横跨压实滚筒的径向向外方向上建立的负压降来实现除气。这些滚筒和传动带可以用于对随后将经由机械移除从滚筒和传动带出来的固体进行除气,或者它们可以用于在材料进入固体输送泵区之前施加适度量的预固结压力。多孔传动带类型的方法涉及微粒材料进入传动带的伸直或收敛部分,从传动带向外进入输送区保持横跨该伸直或收敛部分的负压梯度。与多孔滚筒结构一样,多孔传动带表面的移动特性将确保不会发生堵塞,同时所施加的真空将确保材料进入其形式可适用于泵送的泵。传动带的使用将允许除气后的材料直接沉积到传动带的移动部分中。
固体除气区可以与固体输送泵区分开构造,在这种情况下,固体除气区和通向固体输送泵区的入口管道可以通过任何合适的方式连接,例如焊接、可连接的法兰、螺栓连接器等。可替代地,固体除气区和通向固体输送泵区的入口管道可以形成为单一结构。
所述固体输送泵区与所述固体除气区流动联通。该固体输送泵区包括可操作以将固体输送到应用系统(例如气化处理系统)的固体输送泵。
这里可用的固体输送泵(例如可变速度的高压固体输送泵)可以计量进入应用系统或流到分配容器的固体的流量,以及增加来自大气压力的压力。用于供应应用系统或用于填充高压分配容器的所述系统可以连续地操作,并且泵的速度可以控制以便保持固体的几乎恒定的水平。泵将能够与固体被使用或被排放以便使用至少一样快的速度向应用系统或分配容器提供固体。固体输送泵可以直接排放到高压管路中用于流态化和输送到应用系统例如气化处理系统。
可以在固体输送泵区与应用系统或分配容器之间的一个或多个点处添加阀,例如隔离阀,以辅助减压和隔离该系统的部件以用于清洁和维修目的。此外,在分配容器上可以设置通风口,用于辅助容器的压力调节并且帮助调节从分配容器流出的固体流。
在一个实施方式中,可以平行于第一泵添加附加的固体输送泵,以对相同的应用系统或分配容器或者其他应用系统或分配容器进行供应。不同的固体输送泵、应用系统和分配容器不必需具有相同的容量要求,它们的填充水平可以保持彼此独立。
经计量和加压的固体在比贮存器中更高的压力下离开固体输送泵出口,被输送到应用系统或加压的分配容器。固体输送泵可以由控制系统控制,所述控制系统可以基于来自应用系统的信号或者由测压元件或高度传感器(level sensor)提供的表示分配容器的重量的信号,改变驱动固体输送泵的电动马达的速度。所述控制系统可以向电动马达提供控制信号。还可以基于处理状况,例如在气化处理系统中发生的状况,向控制系统提供来自其它系统的手动(经由操作人员)或自动控制信号。可以向远程位置提供系统数据信号以通知操作人员操作状况。
本发明包括一种配置,这种配置包含在单个贮存器与单个应用系统或加压分配容器之间并联的两个或更多固体输送泵。这种配置实现了更大的容量或在泵故障情况下的冗余。本发明还包括一种配置,这种配置包含串联的两个或更多固体输送泵,以用于一个固体输送泵不能获得该系统所需的压力增加的情况。串联的固体输送泵是一种级联布局,每个固体输送泵以更高的压力向下一个固体输送泵传送细小固体。
在本发明中可用的示例性干煤挤出泵包括例如传动带(牵引器)式泵、滚筒式泵和旋转式泵,例如在美国专利号7,387,197B2,5,497,873,4,988,239和4,516,674以及美国专利申请公报号2006/0243583A1和2009/0178336A1中描述的,它们的全文通过引用并入于此。
例如在美国专利号7,387,197B2中描述了在本发明中可用的示例性传动带(牵引器)式泵。一种优选的传动带(牵引器)式泵包括由第一传动带组件和第二传动带组件限定的通道,其中第一传动带组件和第二传动带组件中的每一个具有内部区,并且其中第一传动带组件和第二传动带组件彼此相对;用于将微粒材料,例如研磨成粉的干煤,引入所述通道中的入口;用于从所述通道排出微粒材料的出口;定位在第一传动带组件的内部区内的第一负载梁;定位在第二传动带组件的内部区内的第二负载梁;靠近所述通道和所述出口定位的第一刮板密封件和第二刮板密封件;定位在第一传动带组件的内部区内的用于驱动第一传动带组件的第一驱动器组件;以及定位在第二传动带组件的内部区内的用于驱动第二传动带组件的第二驱动器组件。根据本发明,微粒材料从除气区进入传动带(牵引器)式泵入口,被充分压实以形成由压实的微粒材料组成的暂时的固结物或桥,其使得传动带(牵引器)式泵能够在微粒材料中形成压头或压力并通过传动带(牵引器)式泵有效地输送微粒材料。
例如在美国专利申请公报号2006/0243583A1中描述了在本发明中可用的示例性滚筒式泵。一种优选的滚筒式泵包括具有可操作以接收微粒材料的入口的泵;可操作以对微粒材料加压的滚筒系统,所述滚筒系统包括:邻近所述入口的第一运动滚筒,该第一运动滚筒可操作以将微粒材料加压到第一压力水平;邻近所述入口并且在横向上相对第一运动滚筒移开第一距离的第二运动滚筒,该第二运动滚筒接收具有第一压力水平的微粒材料并且将该微粒材料进一步加压到第二压力水平;邻近所述滚筒系统的出口,所述出口可操作以在高压下将微粒材料分配到应用系统。根据本发明,微粒材料从除气区进入滚筒式泵的入口,所述微粒材料被充分压实以形成由压实的微粒材料组成的暂时的固结物或桥,其允许滚筒式泵在微粒材料中形成压头或压力并通过滚筒式泵有效地输送微粒材料。
例如在美国专利号5,497,873,4,988,239和4,516,674以及美国专利公报号2009/0178336A1中描述了在本发明中可用的示例性旋转式泵。一种优选的旋转式泵包括这样的泵,即,所述泵具有限定了输送通道的可动壁结构,并且具有用于接收微粒材料(例如研磨成粉的干煤)进入所述通道的入口,以及用于从所述通道排出微粒材料的出口,其中所述可动壁结构限定了可以在从所述入口向所述出口的方向上移动的至少一个壁,用于将指向所述出口的力施加在从所述入口进入通道的微粒材料上。根据本发明,微粒材料从除气区进入旋转式泵的入口,所述微粒材料被充分压实以形成由压实的微粒材料组成的暂时的固结物或桥,其允许旋转式泵在微粒材料中形成压头或压力并通过旋转式泵有效地输送微粒材料。
将会理解的是,可以使用传统的设备来执行固体供应系统的各种功能,例如监视和自动调节固体的流量,以便其能够完全自动地以有效的方式连续运行。
这里描述的固体供应系统可以由控制系统控制。所述控制系统可以控制固体源区、固体除气区和固体输送泵区的操作。示例性的操作包括控制整个固体供应系统的微粒材料流量、固体除气区中的多孔滚筒和多孔传动带的速度、固体输送泵区中的泵马达的速度等。例如,在固体输送泵区中,可以由控制系统控制一个或多个固体输送泵,所述控制系统基于来自应用系统的信号,例如由测压元件或高度传感器提供的表示分配容器的重量的信号,可以改变驱动每个固体输送泵的电动马达的速度。该控制系统可以向每个电动马达提供控制信号。还可以基于处理状况,例如在气化处理系统中发生的状况,向控制系统提供来自其它系统的手动(经由操作人员)或自动控制信号。还可以向远程位置提供系统数据信号以向操作人员提供系统状态信息。
对于本领域技术人员来说本发明的各种修改和变型是显而易见的,应该理解的是,这些修改和变型包括在本申请的范围以及权利要求的精神和范围内。
虽然已经示出并描述了根据本发明的多个实施方式,但是应该清楚理解的是,可以对本发明作出本领域技术人员显而易见的许多改变。因此,并不局限于所示出和描述的细节,而是旨在表明所有改变和修改都在所附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种固体供应系统,包括:
(i)固体除气区,和
(ii)固体输送泵区;
其中所述固体除气区与所述固体输送泵区流动联通;所述固体除气区包括:(a)包含多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者(b)包含多个多孔传动带组件的传动带系统,所述滚筒系统或传动带系统可操作以对固体除气并将固体运送到所述固体输送泵区,其中所述固体在进入所述固体输送泵区之前和进入所述固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地运送;
其中所述固体除气区能够被调节压力;以及
其中所述固体输送泵区包括可操作以将所述固体运送到应用系统的固体输送泵。
2.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体在进入所述固体输送泵区之前和进入所述固体输送泵区时被充分压实以形成由压实的微粒材料组成的暂时的固结物或桥,从而允许所述固体输送泵在微粒材料中形成压头或压力并通过所述固体输送泵有效地运送微粒材料。
3.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述多个多孔滚筒组件包括:第一多孔滚筒组件和第二多孔滚筒组件,其中第一多孔滚筒组件和第二多孔滚筒组件彼此相对以形成固体的通道。
4.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述一个或多个多孔传动带组件包括:第一多孔传动带组件和第二多孔传动带组件,其中第一多孔传动带组件和第二多孔传动带组件彼此相对以形成固体的通道。
5.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体输送泵区包括传动带(牵引器)式泵、滚筒式泵或旋转式泵。
6.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体包括Geldart分类的“A”或“C”型材料。
7.根据权利要求6所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体包括研磨成粉的干煤。
8.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述应用系统包括气化处理系统。
9.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,还包括并联的多个固体源系统和/或并联的多个固体输送泵系统。
10.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体除气区与所述固体输送泵区集成在一起。
11.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,固体源区流体连接到固体除气区的入口,所述固体除气区处在比固体源区更低的压力下。
12.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体输送泵区包括入口和出口,固体输送泵区的出口与固体输送泵区的入口之间的压差为200-2000psig。
13.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体输送泵区包括传动带(牵引器)式泵,在固体除气区中的多孔滚筒组件或多孔传动带组件处的固体的切向速度是在固体输送泵区的传动带组件处的固体的切向速度的80%到120%。
14.根据权利要求1所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体供应系统由控制系统控制。
15.一种输送固体的方法,包括:
(i)提供固体除气区和固体输送泵区,其中所述固体除气区与所述固体输送泵区流动联通;所述固体除气区包括:(a)包含多个多孔滚筒组件的滚筒系统,或者(b)包含多个多孔传动带组件的传动带系统,所述滚筒系统或传动带系统可操作以对固体除气并将固体运送到固体输送泵区;所述固体除气区能够被调节压力;所述固体输送泵区包括可操作以输送固体的固体输送泵;以及
(ii)在所述固体除气区中对固体进行除气,其中所述固体在进入固体输送泵区之前和进入固体输送泵区时被充分压实以便通过所述固体输送泵区被有效地运送;以及
(iii)在所述固体输送泵区中将固体泵送到应用系统。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述固体在进入所述固体输送泵区之前和进入所述固体输送泵区时被充分压实以形成由压实的微粒材料组成的暂时的固结物或桥,从而允许所述固体输送泵在微粒材料中形成压头或压力并通过所述固体输送泵有效地运送微粒材料。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述多个多孔滚筒组件包括:第一多孔滚筒组件和第二多孔滚筒组件,其中第一多孔滚筒组件和第二多孔滚筒组件彼此相对以形成固体的通道。
18.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述多个多孔传动带组件包括:第一多孔传动带组件和第二多孔传动带组件,其中第一多孔传动带组件和第二多孔传动带组件彼此相对以形成固体的通道。
19.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述固体输送泵区包括传动带(牵引器)式泵、滚筒式泵或旋转式泵。
20.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述固体包括Geldart分类的“A”或“C”型材料。
21.根据权利要求20所述的固体供应系统,其特征在于,所述固体包括研磨成粉的干煤。
22.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述应用系统包括气化处理系统。
23.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述固体除气区流体连接到负压区,其中所述负压区中的压力低于所述固体除气区中的压力。
24.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,固体源区流体连接到固体除气区的入口,所述固体除气区处在比固体源区更低的压力下。
25.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,还包括并联的多个固体源系统和/或并联的多个固体输送泵系统。
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