CN1040048A - 通风输料设备 - Google Patents

Abstract

一种建立并保持固体颗粒与气体混合物在从容器输到反应器时的均匀质量流量，该设备使用多个多孔插入件放入容器壁上通过它强行使气体流入并与容器内的固体颗粒接触并能使所述固体流动。

Description

本发明涉及一种高压、可变温、可靠的、相对干燥的煤供给系统。

本发明特别涉及一种在高温高压条件下把固体颗粒和气体混合以均匀质量流速输送到反应器中的设备和方法。本发明尤其涉及到将煤粉输送到制造合成气的气化器的设备。

通常的煤供给系统是利用重力进行输送的，例如在燃煤锅炉中煤的输送，允许煤的质量流速和悬浮密度有较大的波动。

已经建成了各种排放因其重力而很容易流动的物质，如颗粒的设备，例如美国专利说明书US-3289396，US-3367724，US-4529336，US-3424352和US-4067623中公开了一种有效地输送散装储存库中颗粒材料并能避免这些材料在输送中架桥和不完全排出的装置，可那些装置不能保持固体颗粒和气体混合物的均匀质量流速及以均匀方式流入反应器中。

本发明至力于克服在保持均匀流动和可靠的连续流动技术中的问题。因此，发明中提供一种保持由存储容器设备中流到反应器内的固体颗粒和气体混合物的均匀质量流速的方法，该方法的特征如下：把所述混合物引入第一容器内，该容器有一锥形壁，壁上一部分由多孔气塞构成，锥形壁顶点处至少有一个口以使所述混合物从中流出;将所述第一容器的多孔塞部分外侧分隔出一块空间以形成基本上封闭的腔室;经选择的注入气体流在一定压力下注入所述腔室内;并将固体颗粒由第一容器中导出。

本发明进一步提供一种保持从存储容器内流到反应器中的固体颗粒和气体混合物均匀质量流速的设备，该设备的特征是：有将所述混合物引入第一容器内的装置，该容器有一锥形壁，其顶点处至少有一个口以使所述混合物从中流出;安装在壁上的许多孔塞，气流可流过上述孔塞，并且孔塞的一个面暴露于所述的固体颗粒中;将第一容器多孔材料部分外侧的空间分隔成基本封闭隔间的装置;有选择地将气流在一定压力下喷入上述隔间的设备;从第一容器中排出固体颗粒的装置。

合成气是象煤之类的含碳燃料，在1000°～3000℃的相对高温下，和大约在1～200巴压力下，在气化反应器中含氧或含氧气体的存在下，进行不完全燃烧而生产的，气化反应器以下称为气化器。水蒸汽，一氧化碳，二氧化碳和包括空气、富氧空气和氧气的含氧气体可以用氮气和/或其它惰性气体来冲淡。

在本发明中，燃料和气体从供料容器中流出，有利的是有许多出口，每个出口与至少一个和气化器相联通的燃烧器相连。通常，气化器可以有经向相对的燃烧器，但本发明中不要求这样，一般要使燃烧器的出口能引导生成的火焰和燃烧催化剂进入气化器内。

在生产合成气中，特别重要的一点是以均匀的方式将固体颗粒引入气化器的燃烧器中，供应给气化器上的燃烧器的煤的质量流速的波动对气化器运行会产生不利影响。所要求的是波动小于在频率为0.01～100Hz范围下为1～2%的均匀可靠的煤的流动。例如，这种波动会在气化器内引起煤的无效燃烧，并且在燃烧器表面引起有害热流而导致燃烧器表面产生热应力。如果燃烧颗粒质量流速有波动，在气化器中，过热区之后会出现欠热区，结果，在欠热区中燃料不能完全气化而在过热区的燃料已转化为无价值的产物，如生成二氧化碳和水蒸汽。而且，在气化器中产生高温，会损坏安置在气化器壁内表面的由耐火材料制作的衬里。

由于煤在反应器内反应区中停留时间大约是5秒或更短，所以，使煤的质量流速在整个要求时间内保持恒定及在更短时间内使局部条件保持不变是有利的。

各种因素基本上都会影响供给燃烧器的燃料的质量流量。特别是，燃料颗粒从供给容器中流出及用管路将燃料从容器输送到气化器中都会影响流入气化器的燃料质量流量。具体地说，具有密度范围为50～800Kg/m³的燃料和气体混合物，当它们通过直径小于150mm的管路时，在管中会有明显的压力降，该压力降是所有磨擦阻力，节流、弯头损失的综合影响所至。

本发明利用一个有向下渐缩到下端的锥形壁，壁上一部分有多孔材料塞以向容器内的颗粒通风，在其顶点处至少有一个出口以便在固体和气体混合物流入气化器保持均匀的质量流速。特别是，位于并环绕多孔材料部分外侧的区域被隔成一个或几个封闭的隔间。气流以选定的压力和速度下被喷入每个隔间并保持流到气化器中的固体颗粒和气体混合物具有均匀质量流速。而且，具有不同透气性的多孔材料的互换性扩大了本发明在各种条件下运行适应性，如不同煤种，含湿不同的煤等等。这种结构可根据颗粒流动特性和其性能予以改变。

本发明的优点是保持进入气化器的固体颗粒和气体混合物的均匀质量流量，防止在气化器产生欠热或过热区。

本发明的另一个优点是由于防止了欠热和过热区的出现，从而保护了气化器的耐火衬里。

本发明的进一步的优点是在生产合成气中能更有效地利用燃料。

本发明还有一优点是能够在从容器到气化器的输送管上保持较高的悬浮密度，如50～800Kg/m³，因此，减少了鼓风和通风气体的消耗，并避免冲淡气化器内生产的合成 气而成为无价值产物的可能。

尽管本发明在此后仅对用粉煤生产合成        气作了描述，但本发明中的方法与设备也同样适合于反应性固体和其它粉状可不完全燃烧的固体燃料，如褐煤、无烟煤、烟煤、新褐煤，烟炭，石油焦，油页岩，焦油沙，和类似的。最好，含炭燃料的90%的颗粒尺寸小于100目（美国材料试验手册ASTM）。

此外，本发明可以使用颗粒状，粉碎的和粉末固体，如树胶、催化剂、飞灰，静电沉积的灰等类似材料。

现在，参考附图对本发明作进一步描述，

图1表示了本发明煤的气化系统的一个实施例;

图2是图1中沿Ⅱ-Ⅱ线的剖视图;

图3是本发明中衬里的立体图;

图4是本发明的另一个实施例;

图5是本发明的又一实施例。

附图仅表示了一种流程图，其中辅助设备，如泵，压缩机，清洁装置等均未画出，仅示意性的或择其重要部件。

参考图1，一个将由存储器中排出的固体颗粒和气体混合物保持均匀质量流量的设备，如一个在高压1～100巴（bar）下操作的供料漏斗11，它经管路40接通如气化器9的反应器，并且通常包括将混合物引入供料漏斗11的，如出口孔10那样的装置。供料漏斗将材料31通入为锥形的容器中，该容器由标号7表示，在图2中将对其作详细描述。

现在参见图2，容器7可以用衬里或内套8作内衬;在图3中对衬里作一步说明。衬里8具有收缩形壁12，收缩形壁所形成的角度小于150°，最好小于90°，收缩点处至少有一个孔，由此排出混合物。

容器7包括一个外套13，它环绕衬里8并且在衬里8的壁12和外套13之间形成基本上封闭的空腔，或集流腔。在外套底部至少有一个出口孔15，该孔与流出孔17同轴，这样可使颗粒流出。

分隔区域的装置，最好将区域分为第一和第二区域18、19，位于壁12的多孔塞14的外侧且环绕基本紧靠在壁12上，如放在壁12和外套13之间的基本封闭空间内的隔板22那样，形成至少两个基本封闭的空腔。外套13包括在一定压力下有选择地将气流分别喷入第一和第二空间18、19的装置，如出口23A、23B和24A、24B，它们分别来自高压流体源20，21。虽然流体源20，21是分开的，但对那些熟悉本领域的专业技术人员来说是可来自同一个流体源。

在壁12和外套13之间形成的基本封闭的空腔，可允许可能具有不同密度的，如氮气或其它惰性气体及主要由碳、氢和水组成的合成        气的气流有选择地喷入空腔。从源20喷入第一空腔18的气体浓度可以大于、等于或小于由源21喷入第二空腔的气体浓度。最好，喷入空腔18的气体是惰性气体;而喷入空腔19的气体是无粒子的合成气。喷入空腔18的气体向上流动用以控制漏斗内的压力，而空腔19内喷入的气体向下流动并被输送到气化器9中。

现在参考图3，衬里8最好由重质固态材料如不锈钢或合金20构成，并且在壁12上形成许多如32那样的孔，孔32是通过钻孔形成以承接和卡住孔塞，孔塞如图2、3A、3B中的14那样。孔塞14是由金属或非金属的多孔材料构成的插入件16，对于如烧结粉末金属，不锈钢织网，或多孔陶瓷材料的选择是根据生产过程中使用的煤种和操作条件来决定。图3A和3B中的前头A各自表示气体流方向。插入件16由可有不同热膨胀的固定环卡住在某个位置。插入件16的多孔材料具有所需的透气性。插入件16的多孔材料促使由高压源20、21进入衬里8的气体分布均匀且防止衬里8内的固体颗粒经流出口17流出时出现“架桥”现象。

在其它因素中，燃料或煤的种类和操作温度可决定插入件16的多孔材料类型和多孔材料微孔尺寸。为了提高使用各种类型煤所要求不同微孔尺寸的操作灵活性，衬里8最好由另一个与第一衬里的透气率不同的衬里来相互替换。

在每一个孔塞上应保持足够的压力降，以确保所有孔塞上的均匀流动。

由于，引入插件16的多孔材料微孔的气流产生了压力降，因而确保了通过衬里8壁12上的孔塞14的流体具有均匀的流体分布。同样，多孔材料可用于控制在衬里8中混合物体积密度和经过孔17流出漏斗的混合物流出速度。

图3A所示，插入件16的结构是一个对于固体颗粒来说具有一个光滑表面，因此，图3B中它的结构在制造上更简单一些。

因此，对孔32（和孔塞14）的布置是为不同颗粒物和其特性提供合适的通风，例如，衬里8上的孔32一般可安排成三个孔区33，34和35，孔区33中3%开孔（总面积的），孔区34（架桥区）中10%开孔（总面积的），孔区35中5%开孔（总面积的）。整个衬里8可有大约200个孔32，每个孔的直径在140mm的数量级。孔塞尺寸和孔塞结构及机械密封，同样取决于关系到操作条件的机械强度标准。

在一定压力下分别向第一和第二空腔18、19喷入气流，喷入的气体最好是氮气或合成气，其流速及方向分别由流动控制器25A25B和26A、26B控制，并使其速度足够对最靠近壁12的孔塞14处的固体颗粒进行鼓风，但风速应低于孔塞14处固体颗粒的流化速度。不希望出现象传统系统中那样使喷入的气体速度超过能使插入件16处的固体颗粒流化的速度，因为这将导致更多的惰性气体冲淡气化器9中产生的合成        气，而得到无使用价值的产物。

在鼓风锥8上的流动速度，即在漏斗中煤与气体之间的相关表现速度应小于流化速度50%，特殊情况下接近于零。同样，颗粒的流化增加了来自供煤漏斗11中流出的固体质量流速的波动。

此外，来自气源20、21的气体流动速度不要超过装在供料漏斗11中固体的最终下降速度。最终下降速度定义为气体向上流动的阻力与固体颗粒受重力向下的力相等时的速度，如果气体流动速度超过最终下降速度，固体将从开口50流出而不是从出口17流出。

最好，来自气源20和21的气体流速分别单独控制，这样就可以分别控制与煤的流动相关的向上流动气量和向下流动气量。

例如，为了使具有悬浮密度为450Kg/m³的固体颗粒和气体混合物以2000Kg/h的均匀质量速度从供料漏斗中流出，需要在第一腔室中喷入大约100Kg/h速度的氮气。如果超过这一速度，则悬浮密度将小于450Kg/m³，并且在气化器中产生的合成 气将被来自气源20的氮气冲淡。此外，如果该喷入的气体速度小于选好的速度，则悬浮密度将大于450Kg/m³，由于这种材料和操作条件，这种情况将会导致流动不稳定。

而且，气体流可以各个方向和喷射角喷入，用以控制压力及在流出口17处的速度分布。根据被输送粒子的物理特性，可能需要多于两个腔室或在分隔的区域上喷入气体。

这种选择性的气体喷入是为了对应在供料漏斗中的混合物密度和经过出口15流出漏斗的流出密度予以分配控制。结果，本发明中漏斗11流出口比传统技术中在200～500Kg/m³悬浮密度下的流出口尺寸小得多。

本发明中，流出口17的直径大约为4～150mm，用于流过具有悬浮密度为200～500Kg/m³的气固混合物。该直径大于松散颗粒最大架桥直径从而防止了颗粒流出出口17时架桥。传统的利用固体的重力进行流动的供煤系统借助鼓风来破坏架桥，通常在供给漏斗出口处的悬浮密度小于200Kg/m³，并且相应的供料容器的出口直径大于150mm，在本发明中要求的质量流速不希望流出口17的直径大于150mm，因为或流速或悬浮密将下降到要求限度以下而导致到气化器9的煤和气混合物的质量流速波动。

此外，本发明中，较小直径的流出口17，连同喷入气体的腔室，其作用象个流体阀，可以控制粒子流出速度，因此在漏斗11流动到气化器9之间传输设备上可减少令人麻烦的阀门。

进一步讲，本发明还可提供一种从漏斗11的上端鼓气的装置，即通过孔50处，其目的是保持穿过漏斗11内的固体向上流动的气体以大约2mm/S速度，因此减少了局部固体架桥同时保证流出口17处的平滑流动。

另外，如图4和图5所示，在本发明中分别可以将衬里8A和8B放在漏斗11之内而不在底部。图4所示实施例的优点在于由供料漏斗11到气化器9的运输管路40将缩短，这是由于设备布置中，气化器的燃烧器相对于供料漏斗而升高了。较短的传输线40将为气化器9中的燃烧器提供更均匀的煤流动。

图4及图5中实施例的另一个优点是对于多出口的供料漏斗11其几何尺寸可以显著地简化了，这是由于衬里8A及8B放入漏斗内的结果。

应该认为对一个本领域普通技术人员来说，当他参考图4所示衬里8A时，虽然此时衬里8A相对于图2所示第一容器8来说是颠倒的，但仍能根据图1所示实施例中在衬里8中气体和固体颗粒的流动作出相应的变化。

上述描述仅仅是说明性的，因此有关本方法和设备各种细微变化都应落入与本发明本质上不分离的从属权利要求范围内。

Claims (12)

1、一种保持从储存容器流到反应器的固体颗粒和气体混合物质量流速均匀的方法，其特征在于：

-把所述混合物引到一个具有收缩形壁面的第一容器中，该壁上有一部分由多孔塞构成并且在其收缩顶点至少有一个孔以便所述混合物从中流出。

-隔出所述第一容器的多孔塞部分外侧空间形成一个基本封闭的空腔；

-在一定压力下有选择地向所述空腔内喷入气体；以及

-从所述第一容器中将所述固体颗粒导出；

2、如权利要求1所述方法，其特征在于所述隔离步骤如下：

-在所述多孔塞部分的外侧隔离出环绕该部分的第一腔室;

-隔离出环绕着多孔塞并与之相近的且在所述第一腔室下部的第二腔室。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于所述喷入所述气体包括以下步骤：

-将具有选择好密度的第一气流喷入所述第一腔室，并且

-将具有比所述第一气流密度大的第二气流喷入所述第二腔室。

4、如权利要求2所述方法，其特征在于所述喷入所述气体中包括以下步骤：

-将具有选择好密度的第一气流喷入所述第一腔室;以及

-将具有比所述第一气流密度小的第二气流喷入所述第二腔室。

5、一种保持存储容器中流到反应器的固体颗粒和气体混合物的质量流速均匀的设备，其特征在于：

-有将混合物引入到第一容器的装置，该第一容器有收缩壁面其上有多孔气塞，其中至少在其收缩顶点部有一个口以使所述混合物流出

-在所述壁上安装有多个气塞、气塞是多孔的，气流可流过，并且所述气塞的一个面暴露在固体中;

-在所述第一容器的多孔气塞材料部分外侧隔出空间并使其形成基本封闭的空腔的装置;

-在一定压力下将选择好的气流喷入所述气室的装置;以及

-使所述固体颗粒由所述第一容器中流出的装置。

6、如权利要求5所述的设备，其特征在于：具有将所述空腔分为多个基本封闭的空腔的分隔装置。

7、如权利要求6所述设备，其特征在于所述分隔装置包括：

-隔出一个环绕所述多孔气塞部分的第一腔室的装置

-隔出一个环绕所述多孔气塞并与之相邻且在所述第一气室下部的第二空腔的装置。

8、如权利要求5所述设备，其特征在于喷入气体装置包括：

-将具有选择好密度的第一气流喷入所述第一腔室的装置;及

-将具有比喷入第一气流密度大的第二气流喷入所述第二腔室的装置。

9、如权利要求5所述的设备，其特征在于喷入气流装置包括：

-将具有选择好密度的第一气流喷入所述第一腔室的装置;及

-将具有小于第一气流密度的第二气流喷入所述第二腔室的装置。

10、如权利要求8所述设备，其特征在于还包括一个控制一定压力下的所述气体的滑动速度的装置，使其低于在所述储存容器内多孔气塞上面的固体最小流化速度。

11、如权利要求5～10中任一所述的设备，其特征在于所述气塞是被安置在所述容器的敝开区域。

12、如权利要求5～11任一所述的设备，其特征在于：

-一个安装在所述第一容器底端的外罩，将其安装后在所述外罩与所述第一容器之间形成基本封闭的腔室，所述外罩至少具有一个位于底端并与所述第一容器的流出口同轴的流出孔;以及

-独立地控制一定压力下的气流的方向和流速的装置，并使其速度是够流化多孔塞附近的固体颗粒但低于流化位于多孔塞上面的固体颗粒。

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