CN103303683B - 具有对固体泵的控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有对固体泵的控制的系统和方法。一种系统包括构造成将固体燃料流从入口输送到出口的固体进料燃料泵。固体进料燃料泵包括设置在出口内的促动式阀。促动式阀构造成调节固体燃料流在出口中时的密实度。促动式阀响应于基于来自系统的感测反馈的主动控制来调节密实度。

Description

具有对固体泵的控制的系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及固体进料泵，并且更具体而言，涉及用于控制固体进料泵中的固体进料的属性的系统和方法。
背景技术
固体进料泵在许多行业中用来传输固体进料，诸如颗粒物质。一般而言，固体进料泵沿着从入口到出口的移动路径传输固体进料。不同类型的固体进料可通过固体进料泵馈送到用于许多工艺的下游系统。固体进料的密实度和渗透性可影响固体进料泵和下游工艺的性能。但是，由于上游工艺的可变性的原因，固体进料的密实度和渗透性可随给料属性而改变。
发明内容
下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括构造成传输固体燃料流的固体进料燃料泵。固体进料燃料泵包括入口和出口。固体进料燃料泵还包括构造成将固体燃料流从入口输送到出口的固体进料流径。固体进料燃料泵进一步包括设置在出口内的促动式阀。促动式阀构造成响应于基于至少一个感测反馈的主动控制来调节出口中的固体燃料流的密实度。
在第二实施例中，一种系统包括构造成基于至少一个感测反馈来提供流体促动式阀的主动控制的固体进料泵控制器。流体促动式阀联接到固体进料燃料泵的出口上。主动控制构造成调节固体进料燃料泵的出口中的固体燃料流的密实度。
在第三实施例中，一种方法包括基于至少一个感测反馈来主动地控制流体促动式阀。流体促动式阀联接到固体进料泵的出口上。主动地控制流体促动式阀包括调节出口中的固体流的密实度。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1是用于主动地控制设置在固体进料泵的出口处的阀的系统的实施例的示意性框图；
图2是具有在出口中的促动式阀的、图1的固体进料泵的实施例的示意性横截面图；
图3是用于图1和2的固体进料泵的可沿直线运动的流体促动式阀和控制器的实施例的示意性横截面图；
图4是用于图1和2的固体进料泵的可沿直线运动的促动式阀和弹簧止回阀的实施例的示意性横截面图；
图5是实施例的流程图，其示出在启动时对气化器进料的同时，受主动控制的阀的压力、伸出度以及图1的固体进料泵的固体流率；
图6是具有排出和吹扫装置的流体促动式阀的密封件的实施例的示意性横截面图；
图7是可旋转地运动的流体促动式阀和控制器的实施例的示意性横截面图；
图8是在缩回位置上的图7的可旋转地运动的流体促动式阀的实施例的沿着线8-8得到的示意性横截面图；以及
图9是在伸出位置上的图7的可旋转地运动的流体促动式阀的实施例的沿着线8-8得到的示意性横截面图。
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当意识到的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的，诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束，该具体目的可随不同的实现而改变。此外，应当意识到的是，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务
当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。
公开的实施例包括用于调节固体进料燃料泵的出口中的固体燃料流的密实度的系统和方法。出口内的促动式阀可用来调节密实度。例如，促动式阀可为流体促动式阀(例如，液压促动式阀或气动促动式阀)或电促动式阀。此外，促动式阀可为旋转式促动器。促动式阀可通过可沿直线运动的阀部件或可旋转地运动的阀部件来调节固体燃料流的密实度。例如，可旋转地运动的阀部件可包括铰接式阀瓣。另外，控制器可构造成基于来自上游的源(诸如联接到泵入口上的燃料准备系统)、来自下游的源(诸如联接到泵出口上的气化器)，或者来自固体进料泵本身的感测反馈来主动地控制促动式阀。例如，感测反馈可包括入口压力、入口给料属性、出口压力、固体进料燃料泵的扭矩、促动式阀的位置、促动式阀上的载荷、固体进料燃料泵的泄漏，或者它们的组合。
公开的实施例可通过对泵的下游的高压力环境提供密封来确保在启动时有恰当的泵运行。例如，促动式阀可在泵启动时预先形成密封，以使泵与下游系统(例如气化器)隔离，增大固体燃料流的压力，以及/或者提高固体燃料流的密实度。在一些实施例中，促动式阀压缩固体进料流(例如燃料)，以控制固体进料流的密实度，从而形成动态密封。另外，可控制促动式阀快速关闭，以使泵与下游系统隔离。在一些实施例中，促动式阀可在固体进料流上提供可调水平的阻力，以减小泵性能在泵压力、扭矩、泄漏速率和流率方面的变化。例如，为了减小泵泄漏波动，可调节促动式阀在固体进料流上施加的力，以影响密实度和渗透性的水平。在低出口压力下运行的固体进料泵可以低扭矩运行，而在高出口压力下运行的固体进料泵可以高扭矩运行。促动式阀可增大固体进料流上的压力，以提高泵的扭矩和出口压力两者。最后，控制器对促动式阀的主动控制可容许通过控制逻辑来调节不同的给料，以在不必调节硬件的情况下影响泵性能。例如，控制器可使得能够从一种给料转换到另一种，同时保持较相同水平的泵和系统效率。这可改进泵性能，以及对固体进料泵提供较高的运行柔性。
转到附图，图1示出系统10的实施例的框图，系统10利用受主动控制的促动式阀12来控制上游系统16(例如燃料准备系统)和下游系统18(例如反应器、气化器或燃烧器)之间的固体进料泵14中的动态密封部13(例如固体压实部)。固体进料泵14以受控的方式将固体进料流22从上游系统16运送到下游系统18，以保持或改进下游系统18的运行特性，除了别的以外，诸如压力、温度和效率。在一些实施例中，系统10可为气动运送系统10，其中，固体进料泵14可运送各种成分的固体进料流22，包括(但不限于)塑料、化学制品、矿物质、药物和/或食品。在下面论述的其它实施例中，系统10可为气化系统，其中，固体进料泵14可运送固体燃料流22。为了清楚，下面论述的实施例涉及运送固体燃料流22的固体进料泵14，但实施例不限于这样的固体燃料流22。控制器20可基于接收自上游系统16、固体进料泵14、流体促动式阀12、下游系统18或它们的组合中的传感器24的反馈，通过促动式阀12来调节固体进料流22的属性，如下面详细描述的那样。另外，控制器20可控制上游系统16、固体进料泵14、促动式阀12、下游系统18或它们的组合。控制器20可控制这些系统16、18和构件12、14的任何运行，以影响固体进料流22的属性。
在某些实施例中，上游系统16(例如燃料准备系统)接收固体进料源构件28(例如煤、石油焦、生物量、木基材料、农业废料、焦油、沥青或其它含碳物)，以产生固体给料26。为了准备固体给料26，上游系统16可通过对源成分28进行切碎、碾磨、粉碎、磨碎、压块、制丸来重新设置源成分28的大小或形状，以产生固体给料26(例如颗粒物质)。固体给料26然后传输到泵14的固体进料泵入口30。
固体进料泵入口30接收用于固体进料泵14的固体给料26。因为固体给料26可以不规则的量或以规则的速率进入入口，所以泵入口30可包括贮存器32，诸如料斗、罐或其它容器，以容纳多余的固体给料26，直到它可被泵送通过固体进料泵14为止。固体进料泵14可为构造成在高压下(例如超过大约1000 PSIG)输出或泵送固体给料26(例如干煤微粒)的Posimetric®泵。用语“Posimetric”可定义为能够计量(例如测量量)和确实地移置(例如截留和强制移置)由泵14输送的物质。泵14能够计量和确实地移置限定的量的物质，诸如固体给料26(例如干煤微粒)。
从固体进料泵14中排出的固体进料流22展现某些属性。密实度是在固体进料流22中固体微粒被压得有多紧密的度量。被高度压实的固体进料流22具有低渗透性，因而液体和气体不可容易地传送通过固体进料流22。另外，被高度压实的固体进料流22可在泵出口34内形成良好的密封，使得液体和气体也不可传送通过固体进料流22。可测量传送通过固体进料流22的气体或液体，作为固体进料泵14的泄漏速率。如下面论述的那样，阀12构造成控制固体进料流22的密实度，并且从而在泵14的出口24中形成固体进料流22的动态密封部13。
固体给料26通过固体进料泵出口34作为固体进料流22而离开固体进料泵14。固体进料流22可包含气体和固体两者。泵14和上游系统16的压力可不同于(例如小于)下游系统18的压力。因此，固体进料泵14可在出口34中产生动态密封部13(例如压实的固体)，从而基本隔离上游系统16和下游系统18中的压差。但是，在瞬时状况(例如启动)期间，固体进料泵14可能无法在不提高固体进料流22的密实度的情况下提供足够的动态密封部13来隔离上游系统16和下游系统18。如下面详细论述的那样，可主动地控制设置在泵出口34中的促动式阀12(例如直线阀)，使之伸出或缩回，以调节固体进料流22的密实度、渗透性和/或流率，以保持足够的动态密封部13(例如被压实的固体)。随着固体进料流22传送通过促动式阀12，固体进料流22对阀12施加载荷。可主动地控制阀12，以对固体进料流22提供可调水平的阻力。直线促动式阀12可完全或部分地打开或关闭泵出口34，以调节固体进料流22的这些属性，以阻止固体或气体从下游系统18中逆流，以及选择性地使上游系统16和固体进料泵14与下游系统18隔离。
进入到下游系统18中的固体进料流22的均匀性和同质性可影响下游系统工艺(例如气化)的效率和稳定性。气化工艺包括经受高温分解工艺的固体进料流22，借此固体进料流22被加热。气化器18的内部的温度和压力在高温分解工艺期间可改变，这取决于用来产生固体进料流22的燃料源成分28。
控制器20可构造成通过控制线路36对促动式阀12提供主动控制，并且从而主动地控制固体进料流22的属性。控制线路36可为流体管道或电气连接件。控制器20可响应于接收自系统10内的任何传感器24的传感器反馈，通过控制线路36来提供主动控制。传感器24可设置在上游系统16、泵入口30、固体进料泵14、泵出口34、促动式阀12、下游系统18和它们的组合中。传感器可包括(但不限于)热电偶、热敏电阻、压力传感器、位置传感器、测压元件、应变仪、扭矩传感器、流量计、分光计、火焰传感器、振动传感器、气化成分传感器和它们的组合。
传感器反馈可包括压力、扭矩、阀位置、载荷、流率、泄漏速率、温度、振动、气体成分或它们的组合的度量。例如，设置在上游系统16中的传感器24可测量源成分28或固体给料26的流率中的至少一个；设置在泵入口30中的传感器24可测量入口压力或流率；设置在固体进料泵14中的传感器24可测量输出扭矩或振动；设置在泵出口34中的传感器24可测量出口压力；设置在促动式阀12中的传感器24可测量阀位置、阀12上的载荷、固体进料流22的泄漏速率或固体进料流22的密实度中的至少一个；设置在下游系统18中的传感器24可测量下游压力、固体进料流率、温度、效率、气化成分或排放中的至少一个。基于接收自这些传感器24的反馈，控制器20可促动促动式阀12，以调节固体进料流22的密实度、泄漏速率和/或流率。因而，控制器20可实现其它测量，以改进系统10或至少系统10内的构件(诸如上游系统16、固体进料泵14或下游系统18)的性能。
图2是图1中显示的固体进料泵14和促动式阀12的实施例的示意图。如图2中显示的那样，固体进料泵14包括壳体60、入口30、出口34和转子62。在通过入口30进入固体进料泵14之后，固体给料26在从固体进料泵14的出口34排到出口管64中到达下游系统18之前，固体给料26从低压转移到高压。在示出的实施例中，转子62包括两个基本相对的旋转盘66、68，以驱动固体给料26通过固体进料泵14。旋转盘66、68能够相对于壳体60在旋转方向70上围绕轴线72从入口30运动向出口34。入口30和出口34联接到设置在两个旋转盘66、68之间且设置在壳体60内的弯曲通道74(例如圆形或环形通道)上。固体进料导引件76设置在出口34附近。固体进料导引件76延伸穿过旋转盘66、68之间的弯曲通道74。固体进料导引件76包括导引壁78。导引壁78可接收盘66、68之间的给料26，并且沿着进料导引件76将给料26引导到出口34。
随着固体给料26的颗粒物质馈送通过入口30，固体进料泵14沿转子62的旋转方向70对颗粒物质26施加切向力或推力。颗粒物质26的流向80为从入口30到出口34。随着颗粒物质26旋转通过弯曲通道74，颗粒物质26遇到设置在出口34附近、延伸穿过弯曲通道74的固体进料导引件76的导引壁78。在传送通过弯曲通道74时，颗粒物质26变得被压实，并且以大体恒定的速率和压力离开泵14。被压实的固体进料流22可在下游系统18和在泵14的内部且在泵14的上游的低压区域之间形成动态密封部13或阻隔。固体进料导引件76通过出口34将颗粒物质26作为固体进料流22输送到阀室82中。在一些实施例中，固体给料26的颗粒物质由于重力而从阀室82向下流到下游系统18中，如箭头84大体指示的那样。在其它实施例中，固体给料26的颗粒物质可在室82中被夹带在向上流中，或者被夹带在其它运送流方向上。
在一些实施例中，在固体进料流22未形成有效的密封的情况下，可主动地控制促动式阀12，以使其部分地伸出到阀室82中，以提高固体进料流22的密实度，从而提高动态密封部13(例如被压实的固体)的有效性。另外，促动式阀12可完全伸出到阀室82中，以关闭出口34，从而完全使上游系统16和固体进料泵14与下游系统18隔离。动态密封部13(例如被压实的固体)可阻止液体或气体传送通过上游系统16和下游系统18之间的固体进料流22(例如，通过固体进料泵14)。动态密封部13的有效性可取决于出口34中的固体进料流22的压力和/或密实度，并且因而促动式阀12基于各种反馈来控制固体密实度，以提高或降低动态密封部13的有效性。在一些实施例中，当固体进料流22被充分压实时，促动式阀12可部分地或完全从阀室82缩回，以增加固体进料流22。在其它实施例中，促动式阀12可由控制器20主动地控制，以仅伸出到阀室82中达中间量。这可增大固体进料流22的压力，以及/或者提高密实度，同时保持通过泵出口34的流率。在某些实施例中，控制器20可主动地控制促动式阀12，以提高固体进料流22的密实度，以针对下游系统18中的较高压力或在上游系统16和下游系统18之间的较大压差提供有效的动态密封部13。同样，控制器20可主动地控制促动式阀12，以降低固体进料流22的密实度，以针对下游系统18中的较低压力或在上游系统16和下游系统18之间的较低压差提供有效的动态密封部13。
图3是流体促动式阀12和控制器20的实施例的示意性横截面图，其中，阀12是用以控制出口34中的动态密封部13(例如，固体压实部)的可沿直线运动的流体促动式阀12。如上面论述的那样，促动式阀12可包括(但不限于)流体促动式阀或电促动式阀。为了清楚，具有流体促动式阀12的实施例的论述大体可适用于电促动式阀12。在图3中示出的示例中，流体促动式阀12可包括加压室110、杆111、活塞112、密封件114和阀部件116(例如，可沿直线运动的阀部件或阀头115和可旋转地运动的阀部件)，它们组装在一起成为流体促动式阀组件118。在一些实施例中，流体促动式阀12可为单作用或双作用阀。在某些实施例中，气动流体促动式阀12的一部分或子组件(例如，加压室110、杆111、活塞112、密封件114和其它辅助装备)可由密歇根普利茅斯的DADCO公司制造而成。在这种实施例中，可针对流体促动式阀12定制阀12的一部分(例如阀部件116)。在一些实施例中，液压流体促动式阀12的一部分或子组件可由俄亥俄克利夫兰的Parker Hannifin公司制造而成。在其它实施例中，电促动式阀的一部分或子组件可由北卡罗莱纳夏洛特的Duff-Norton公司制造而成。此外，促动式阀12的一些实施例(例如气动式、液压式、电动式)可由其它厂商制造而成。例如，阀部件116(或整个促动式阀12)可由纽约斯克内克塔迪的通用电气公司制造而成。促动式阀12可在阀壳体120中设置在阀室82附近。可利用不同几何构造的促动式阀12和阀部件116的各种布置来影响固体进料流22的密实度和渗透性。
流体促动式阀12可在直线运动路径上由各种各样的流体121驱动，例如，液体、气体、蒸汽或者它们的任何组合。在一些实施例中，流体促动式阀12可为液压促动式阀，液压促动式阀可由高压液压流体促动。示例性液压流体可包括油、水或各种其它液体。在其它实施例中，流体促动式阀12可为气动促动式阀，气动促动式阀可由高压气体促动。示例性气体可包括空气或惰性气体，诸如氮。流体促动式阀12也可由蒸汽或各种下游压力源促动。在一些实施例中，用来促动流体促动式阀12的高压流体121的压力可为大约1000 psi至2000 psi。高压流体121可通过流体管道124从高压贮存器122喷射到加压室110中，以使阀室82中的阀部件116伸出或缩回。高压流体121可通过密封件114约束在加压室110内。在一些实施例中，双作用阀12在加压室110的相对的端部处可具有至少两个流体线路125、127，以沿两个方向促动活塞。在一些实施例中，如下面描述的那样，多个密封件114可阻止高压流体121进入阀室82，而且同样可阻止来自阀室82或下游系统18的颗粒物质或气体进入加压室110。
在一些实施例中，控制器20可将流体121从高压贮存器122引导到加压室110中。例如，控制器20可控制高压贮存器122和加压室110之间的阀和/或泵126。在一些实施例中，控制器20也可控制出口128。出口128可将流体121释放到低压贮存器或环境，以容许释放阀组件118内的流体压力，从而有利于缩回阀部件116。在一些实施例中，快速释放流体121压力可快速地缩回阀部件116，以免去出口34中的任何不合需要的阻挡，或者流体121压力快速涌到加压室110中可使阀部件116快速地伸出，以完全密封出口34，以使下游系统18与上游系统16和固体进料泵14隔离开。图3示出形成动态密封部13的可沿直线运动的阀部件115的完全缩回位置130(虚线)、中间位置131(实线)和完全伸出位置132(虚线)。
在一些实施例中，控制器20响应于至少一个传感器反馈来主动地将流体121引导到加压室110，以及从加压室110中引导出流体121，以控制阀12(例如阀部件116)的位置。如上面描述的那样，控制器20可接收来自上游系统16、固体进料泵14、流体促动式阀12和/或下游系统18中的传感器24的传感器反馈。在一些实施例中，可从一个或多个传感器24中获得加压室110和阀室82中的测压孔134之间的压差度量，以调节阀部件116的位置和固体进料流22的密实度。备选地或者另外，可从一个或多个传感器24获得加压室110和外部环境136之间的压差测量，以调节阀部件116的位置和固体进料流22的密实度。例如，控制器20可调节阀部件116的位置，以在泵出口34处的固体进料流22上保持基本恒定压力，这可产生大体均匀的动态密封部13(例如固体压实部)和固体进料流22。在一些实施例中，控制器20可调节加压室110中的流体压力，以保持流体促动式阀12(例如阀部件116)的基本恒定的位置，如由阀位置传感器138感测到的那样。在一些实施例中，控制器20可调节加压室110中的流体压力使其大致等于阀室82中的压力。因而，控制器20可对固体进料泵14和流体促动式阀12之间的流体促动式阀12提供闭环控制。这个闭环系统可用来在泵出口34处保持稳定的固体进料流22和稳定的压力。
在一些实施例中，控制器20可基于来自系统的信号反馈，在固体进料流22上提供可调节水平的阻力，以减少固体进料泵14的性能变化。例如，如果想要使固体泵泄漏气体波动保持在有限范围内，控制器20可调节阀部件116在固体进料流22上施加的载荷。调节固体进料流22上的载荷可影响固体进料流22的密实度和渗透性的水平，并且从而影响动态密封部13的有效性。控制器20可主动地控制流体促动式阀12，以使阀部件116运动，以在固体进料流22上施加恒定载荷。作为另一个示例，控制器20可响应于下游系统18中的感测到的突然压力增加而主动地控制阀12，以使阀部件116运动到完全伸出位置132，以完全关闭出口34，从而使上游系统16和固体进料泵14与下游系统18隔离开。作为又一个示例，控制器20可响应于来自下游系统18的、指示压力降低和/或需要更多给料的传感器反馈而主动地控制阀12，以缩回阀部件116。
另外，控制器20可主动地控制流体促动式阀12，以使阀部件116运动，以减小与固体进料泵14的扭矩有关的传感器反馈的波动。在一些情形中，低扭矩可表明固体进料流22可能没有足够的压力来阻挡流体(例如液体或气体)从下游系统18回流到固体进料泵14和/或上游系统16中。例如，如果传感器24测量到固体进料泵14有低扭矩，则控制器20可使流体促动式阀12伸出，以提高固体进料流22的密实度(即，提高动态密封部13的有效性)。提高固体进料流22的密实度可增大固体泵出口34处的压力。在较高的压力下，固体进料泵14可以较高的扭矩运行，以保持固体进料流22。控制器20可响应于从一个或多个传感器24感测到的任何反馈来调节流体促动式阀12的位置和加压室110内的压力，以调节离开固体进料泵14的固体进料流22的密实度、渗透性和流率属性。在各种运行条件下，这些调节中的任一个都可改进固体进料泵14和/或下游系统18的性能。
在一些实施例中，响应于来自操作者的直接输入140(例如，通过用户接口)，诸如用以打开或关闭流体促动式阀12的输入，控制器20可主动地控制流体促动式阀12。例如，在启动期间，泵14中的动态密封部13可用来使上游系统16与下游系统18隔离。启动程序可包括各种工艺的启动，诸如气化工艺、燃烧工艺或其它反应器工艺。控制器20可直接响应于操作者输入140、启动控制逻辑、传感器24反馈或它们的任何组合而主动地控制流体促动式阀12，以调节阀部件116，以形成有效的动态密封部13(例如出口34中的固体压实部)。例如，在启动期间，阀部件116可运动到完全伸出位置132或中间位置131，以较迅速地压实固体进料流22，以及形成动态密封部13，以允许出口34中的压力的快速增长。随着出口34中的固体密实度或压力提高，动态密封部13的有效密封压力也提高，以帮助隔离上游系统16和下游系统18中的流体压力(例如气体压力或液体压力)之间的较大压差。照这样，下游系统18(例如气化器、燃烧器或反应器)可以加快的速率斜坡上升到正常运行。在一些实施例中，控制器20可主动地控制流体促动式阀12，以使阀部件116保持在完全伸出位置132上，直到动态密封部13的有效密封压力大致等于或大于下游系统18的压力。在这时，控制器20可主动地控制流体促动式阀12，以逐渐缩回阀部件116，以排出固体进料流22，同时仍然确保固体有足够的密实度和压力，这会保持上游系统16和下游系统18之间的动态密封部13。
在图3中示出的一些实施例中，通过泵出口34的窥镜142对操作者或照相机143提供进入到阀室82中的视野。操作者或照相机143中的任一个通过窥镜142进行观察可对控制器20提供关于流体促动式阀12(例如阀部件116)的位置或固体进料流22的属性的反馈。控制器20可响应于由于通过窥镜142进行观察而来自操作者或照相机143的直接输入而调节流体促动式阀12。例如，控制器20可响应于通过窥镜142观察到的固体进料流22的松散密实度来使流体促动式阀12伸出。
在一些实施例中，控制器20可提供设计柔性，以使得固体进料泵14能够针对多种不同的固体给料26最佳地运行。如上面描述的那样，固体给料26可包括范围广泛的材料(例如煤、生物量和石油焦)。各种类型的给料26可具有不同的属性，除了别的之外，诸如水分含量、能量含量、密度、粒度。固体进料泵14可产生具有不同的密实度、渗透性和流率特性的固体进料流22，这取决于通过泵入口30而进入的固体给料26的类型和属性。控制器20可主动地调节流体促动式阀12的位置和阀12上的载荷，以影响固体进料流22的密实度、渗透性和流率，以及动态密封部13。当固体给料26在运行期间改变时，这可改进固体进料泵14和下游系统18的性能，从而提供运行柔性。例如，系统10可以煤给料运行，然后转换成沥青给料。对于这两种给料的任何流率，密实度和渗透性可为不同的，从而导致泵性能特性不同。不管给料26如何，受主动控制的流体促动式阀12可在运行期间进行动态调节，从而对固体进料泵14提供额外的柔性和通用性。
图4示出具有弹簧止回阀的促动式阀的实施例。在一些实施例中，促动式阀12可由控制器20主动地控制，以及由弹簧145或其它被动器件被动地控制。弹簧145可在活塞112上施加力，以使可动阀部件116运动到默认位置133。默认位置133可为在没有控制器20的主动控制的情况下的可动阀部件116的位置。在默认位置133使阀部件116伸出到阀座147时，弹簧145可用作止回阀，以隔离泵14。例如，在控制器20有错误的情况下，弹簧145可关闭阀12。如果默认位置133与完全缩回位置130基本相同，则弹簧145可在没有主动控制的情况下提供增加的流量。默认位置133在中间位置131的实施例可在没有主动控制的情况下提供默认密实度和渗透性水平。在一些实施例中，控制器20可主动地控制阀12，以使阀部件116运动离开默认位置133，如上面描述的那样。例如，在启动之后，控制器20可缩回可动阀部件116，以容许固体进料流22传送通过阀12。
图5是典型气化器的启动程序150的实施例的流程图，其示出下游压力154—时间156的第一曲线152、阀位置160—时间156的第二曲线158，以及固体进料流率164—时间156的第三曲线162。此外，启动程序150包括第一阶段166、第二阶段168、第三阶段170和第四阶段172。第一曲线152示出下游系统18(诸如气化器)的下游压力154—时间156的变化。例如，随着固体进料流22在气化器中气化，下游压力154可在气化器中斜坡上升。第二曲线158示出固体进料泵14的阀12(例如阀部件116)的位置的变化，其中，阀12的最小位置或打开位置对应于阀部件116的完全缩回位置130，而阀12的最大位置或关闭位置则对应于阀部件116的完全伸出位置132。第三曲线162示出通过固体进料泵14到达下游系统18的固体进料流22的变化。
在启动以第一阶段166开始之前，下游压力154可为第一曲线152所指示的大气压力(或另一个最小压力)，阀位置160可如第二曲线158指示的那样完全或基本关闭(例如完全伸出位置130)，而固体进料流率164可大体为零，如第三曲线162指示的那样。在描绘的实施例的第一阶段166中，下游压力154在大气压力(或另一个最小压力)下可保持不变，如第一曲线152指示的那样，阀位置160可逐渐从关闭位置(例如完全伸出位置130)移动向打开位置(例如伸出位置132)，如第二曲线158指示的那样，而固体进料流率164可逐渐从最小速率提高到最大速率，如第三曲线162指示的那样。例如，在第一阶段166期间，阀位置160(例如阀12的阀部件116)可逐步减小泵14的出口34的阻挡，以打开出口34的20%至100%、40%至90%、60%至80%或者70%至75%。作为另一个示例，在第一阶段166期间，阀位置160(例如阀12的阀部件116)可逐步减小泵14的出口34的阻挡，以打开出口34的大于大约25%、35%、45%、55%、65%、75%、85%或95%。在阀位置160在第一阶段166中这样移动的期间，固体进料流率164(例如固体进料流22)和动态密封部13(例如出口34中的被压实的固体)也可逐步增加。例如，阀位置160和固体进料流率164的增加可遵从直线路径、非直线路径(例如弯曲路径)，或者它们的任何组合。在这时，启动程序150继续进行第二阶段168。
在描绘的实施例的第二阶段168中，下游压力154可在大气压力(或另一个最小压力)下保持不变，如第一曲线152指示的那样，阀位置160可上下振荡(例如略微进一步打开和略微进一步关闭)，如第二曲线158指示的那样，而固体进料流率164可保持较稳定(例如基本恒定)，如第三曲线162指示的那样。例如，在第二阶段168期间，阀位置160(例如阀12的阀部件116)可有小百分比的波动(例如部分地打开的位置的+/-1%至10%)，以帮助稳定固体进料流率164(例如流22)，以及确保充分的动态密封部13(例如出口34中的被压实的固体)。如上面详细论述的那样，阀位置160的波动可对应于使用控制器20和来自一个或多个传感器24的反馈的反馈控制。因而，调节阀位置160，以帮助控制流率164和动态密封部13。在这时，启动程序150继续进行第三阶段170。在一些实施例中，阀位置160可延伸到流22中，以提高流22上的阻力，以控制固体进料流22的密实度，并且从而在泵14的出口24中形成固体进料流22的动态密封部13。
在描绘的实施例的第三阶段170中，下游压力154可如第一曲线152指示的那样逐渐增大，阀位置160可如第二曲线158指示的那样逐渐增加，而固体进料流率164可保持较稳定(例如基本恒定)，如第三曲线162指示的那样。例如，在第三阶段170期间，随着固体进料流22在气化器中气化，下游工艺18(例如气化器)在温度和压力上可逐渐提高。同时，随着压力154增大，可调节阀位置160，从而对气化器保持基本恒定的流率164(例如流22)，同时保持有效的动态密封部13(例如出口34中的被压实的固体)。这个调节可在打开或关闭方向上，这取决于材料特性，例如可压缩性、渗透性等。在一些实施例中，阀位置160(例如阀12的阀部件116)可部分地打开完全关闭位置的10%至40%。例如，阀位置160(例如阀12的阀部件116)可从大约60%至80%完全关闭的最初的第三阶段170位置移动到大约40%至70%完全关闭的最后的第三阶段170位置。在这时，启动程序150继续进行第四阶段172。
在描绘的实施例的第四阶段172中，下游压力154可在升高的压力(例如气化器或其它下游系统18的稳态运行压力)下保持不变，如第一曲线152指示的那样，阀位置160可上下振荡(例如略微进一步打开和略微进一步关闭)，如第二曲线158指示的那样，而固体进料流率164可保持较稳定(例如基本恒定)，如第三曲线162指示的那样。例如，在第四阶段172期间，阀位置160(例如阀12的阀部件116)可有小百分比的波动(例如，+/-1%至10%)，以帮助稳定固体进料流率164(例如流22)，以及确保充分的动态密封部13(例如出口34中的被压实的固体)。如上面详细论述的那样，阀位置160的波动可对应于使用控制器20和来自一个或多个传感器24的反馈的反馈控制。因而，调节阀位置160，以帮助控制流率164和动态密封部13。
流体促动式阀12可通过可沿直线运动的阀部件115(图3和6)或可旋转地运动的阀部件117(图7-9)来调节固体进料流22的密实度。当被促动时，可沿直线运动的阀部件115和可旋转地运动的阀部件117两者可伸出到阀室82中，而且它们两者可动态地使上游系统16和固体进料泵14与下游系统18密封开。另外，控制器20可主动地控制可沿直线运动的阀部件115和可旋转地运动的阀部件117两者，以响应于感测到的反馈来调节固体进料流22的密实度。
在一些实施例中，流体促动式阀12如图3中示出的那样联接到可沿直线运动的阀部件115上。可沿直线运动的阀部件115可设置成沿着共用的出口轴线144，与固体进料泵出口34直接相对。可沿直线运动的阀部件115的这个设置主要可将来自固体进料流22的轴向载荷施加于杆111上。在一些实施例中，联接到杆111和活塞112上的可沿直线运动的阀部件115(即阀头)可对应于泵出口34的几何构造，使得完全伸出的可沿直线运动的阀部件115可在固体进料泵14和下游系统18之间形成密封，从而使进料泵14和上游系统16与下游系统18密封开。在一些实施例中，当活塞112伸出时，杆111可通过下游出口管64而暴露于下游系统18。在其它实施例中，可沿直线运动的阀部件115大于出口管64，使得当活塞112完全伸出时，杆111不暴露于下游系统18的环境。在其它实施例中，可沿直线运动的阀部件115可沿着平行于出口轴线144的轴线而设置。在另一个实施例中，可沿直线运动的阀部件115可沿着垂直于出口轴线144和出口轴线146的轴线(例如出图3的页面)而设置。在这个实施例中，较大的可沿直线运动的阀部件115使下游系统18与杆111和活塞112密封开。
如图6中示出的那样，一个或多个密封件114可阻止微粒(例如煤灰)或气体进入流体促动式阀12，尤其是加压室110。在实施例中，密封件114可包括(但不限于)垫圈、O形圈和唇缘密封件。另外，在一些实施例中，吹扫入口190和排出出口192可在多个密封件114(例如沿轴向偏移的唇缘环形密封件)之间设置在阀壳体120中，以协助从阀室82中移除异物，以及使加压室110与阀室82隔离。例如，控制器20可引导高压流体(诸如惰性气体(例如氮))通过吹扫入口190，以从密封件114之间的活塞腔体196中吹扫出异物194(例如煤灰)。吹扫出的物质194和高压流体传输出排出出口192。在一些实施例中，吹扫入口190和排出出口192包括止回阀198，止回阀198保持关闭，除非高压流体被引导通过吹扫入口190。
在其它实施例中，流体促动式阀12如图7中示出的那样联接到可旋转地运动的阀部件117上。可旋转地运动的阀部件117(即阀头)可包括铰接式瓣阀。在一些实施例中，旋转式促动器可使可旋转地运动的阀部件117或瓣阀旋转，以使泵14与下游系统18隔离，或者影响固体燃料流的密实度和渗透性。控制器20可使流体促动式阀12伸出，以使可旋转地运动的阀部件117围绕轴线220(例如可旋转接头)旋转，以影响固体进料流22的密实度、渗透性和流率。在一些实施例中，流体促动式阀12设置在控制室222中。当流体促动式阀12完全伸出时，可旋转地运动的阀部件117的一次密封件224可在固体进料泵14和控制室222之间形成第一密封接口。在一些实施例中，可旋转地运动的阀部件117包括二次密封件226，二次密封件226构造成在阀12在完全伸出位置224上时，在控制室222和下游系统18之间形成第二密封接口。在实施例中，对于可旋转地运动的阀部件117的所有设置，二次密封件226都可使控制室222与下游系统18密封开。例如，对于可旋转地运动的阀部件117的所有设置，二次密封件226都可保持接触出口管64的至少一部分。在其它实施例中，可旋转地运动的阀部件117不包括二次密封件226，而流体促动式阀12可包括上面关于图6的可沿直线运动的阀部件115所描述的密封件114。
流体促动式阀12可刚性地联接到控制室222和可旋转地运动的阀部件117上。可旋转地运动的阀部件117可通过与出口管64相对的铰接件228而联接到阀室82上。在一些实施例中，流体促动式阀12的活塞112可联接到可旋转地运动的阀部件117上，使得在活塞112伸出时，可旋转地运动的阀部件117围绕铰链228枢转，同时二次密封件226在控制室222和下游系统18之间保持密封。图8示出在完全缩回位置上的流体促动式阀12和可旋转地运动的阀部件117的实施例。在这个位置上，可旋转地运动的阀部件117可对流出出口34、通过阀室82且通过出口管64离开的固体进料流22有最小影响。图9示出在完全伸出位置上的流体促动式阀12和可旋转地运动的阀部件117的实施例，其中，可旋转地运动的阀部件117以及围绕铰链228枢转。一次密封件224可使控制室222与泵14和上游系统16隔离，而二次密封件226可使控制室222与下游系统18隔离。在这个实施例中，可旋转地运动的阀部件117可使进料泵14和上游系统16与下游系统18隔离。流体促动式阀12可伸出或缩回到图8和9中显示的实施例之间的位置，以影响固体进料流22的密实度和渗透性的水平。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种具有对固体进料泵的控制的系统，包括：
固体进料燃料泵，其包括：
构造成将固体燃料流从入口输送到出口的固体进料流径；以及
设置在所述出口中的促动式阀，其中，所述促动式阀构造成响应于基于至少一个感测反馈的主动控制来调节所述出口中的所述固体燃料流的密实度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述促动式阀包括液压促动式阀。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述促动式阀包括气动促动式阀。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述促动式阀包括电促动式阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述促动式阀包括可沿直线运动的阀部件。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述促动式阀包括可旋转地运动的阀部件。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括构造成基于所述至少一个感测反馈来提供所述主动控制的控制器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成基于与联接到所述入口上的上游系统相关联的上游反馈、与联接到所述出口上的下游系统相关联的下游反馈，或者与所述固体进料燃料泵相关联的泵反馈来提供所述主动控制。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少一个感测反馈包括所述入口处的入口压力、所述出口处的出口压力、所述固体进料燃料泵的扭矩、所述促动式阀的位置、所述促动式阀上的载荷、所述固体进料燃料泵的泄漏，或者它们的组合。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括联接到所述固体进料燃料泵的所述入口上的上游系统，其中，所述上游系统包括燃料准备系统，所述燃料准备系统构造成准备固体含碳燃料作为所述固体进料燃料泵的固体进料。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括联接到所述固体进料燃料泵的所述出口上的下游系统，其中，所述下游系统包括构造成使所述固体燃料流气化的气化器。
12.一种具有对固体进料泵的控制的系统，包括：
固体进料泵控制器，其构造成基于至少一个感测反馈来提供联接到所述固体进料燃料泵的出口上的流体促动式阀的主动控制，其中，所述主动控制构造成调节所述出口中的固体燃料流的密实度。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述固体进料泵控制器构造成基于与联接到所述固体进料燃料泵的入口上的上游系统相关联的上游反馈、与联接到所述固体进料燃料泵的所述出口上的下游系统相关联的下游反馈，或者与所述固体进料燃料泵相关联的泵反馈来提供所述主动控制。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个感测反馈包括所述固体进料燃料泵的入口处的入口压力、所述固体进料燃料泵的所述出口处的出口压力、所述固体进料燃料泵的扭矩、所述流体促动式阀的位置、所述流体促动式阀上的载荷、所述固体进料燃料泵的泄漏，或者它们的组合。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个感测反馈包括与燃料准备系统相关联的上游反馈。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个感测反馈包括与气化系统相关联的下游反馈。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，包括所述固体进料燃料泵、所述流体促动式阀或它们的组合。
18.一种具有对固体进料泵的控制的方法，包括：
基于至少一个感测反馈来主动地控制联接到所述固体进料泵的出口上的流体促动式阀，其中，主动地控制包括调节所述出口中的固体流的密实度。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少一个感测反馈包括所述固体进料泵的入口处的入口压力、所述固体进料泵的所述出口处的出口压力、所述固体进料泵的扭矩、所述流体促动式阀的位置、所述流体促动式阀上的载荷、所述固体进料泵的泄漏，或者它们的组合。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括从联接到所述固体进料泵的入口上的上游系统、联接到所述固体进料泵的所述出口上的下游系统或它们的组合接收所述至少一个感测反馈。
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