CN105173746B - 用于在散装材料容器中提高压力的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在散装材料容器中提高压力的方法和设备，尤其是用于在可压实的散装材料中借助气体送入来提高压力的方法或设备。本发明的基本目的在于，给出一种用于在燃粉(灰烬)散装物中进行压力提高的方法，其中将已知的在连续燃粉(灰烬)送入中的问题减少。这个目的是如下实现的，首先确定一个用于气体送入的流动参数的针对散装材料的最大值，该最大值与一个最大流入速度相关联并且在向散装物送入气体时不超过该流动参数的最大值。

Description

用于在散装材料容器中提高压力的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在具有可压实的散装材料的散装材料容器中提高压力的方法或设备，其中提高压力是通过以气体的一个体积流量或多个体积流量将该气体送入该散装材料容器中来实现并且该散装材料形成可压缩的散装物，这些散装物由于向该散装物送入气体而可以被压实。

背景技术

根据类型，此类散装材料容器具有一个用于散装材料的进入开口和一个在该散装材料容器的锥形中的退出开口，以及一个或多个用于送入气体以提高散装材料容器中压力的气体进入开口。每个气体进入开口配属有一个与散装材料容器中的气流通过调整器处于信号连接的调节阀，其中阀和调整器用一个气流调整装置相连。

在散装材料容器中的压力提高例如是在含碳的燃粉(灰烬)的压力气化方法中为了获得合成气体而必需的。将燃粉(灰烬)在燃粉(灰烬)仓中在环境压力下暂时存放，并且例如用气动的传输装置供应给气化反应器，其中依赖于方法的约40巴到80巴的内部压力为主导。对于为此所需的到40巴至80巴的压力提高(加压)，在这些燃粉(灰烬)仓的下游安排有至少一个第一散装材料容器(也被称为闸容器)，其中在用燃粉(灰烬)填充之后通过供入加压气体(也被称为闸气体)将容器内压提高直到反应器内压以上并且然后燃粉(灰烬)从该容器-通常以其他的散装材料容器和加料闸为中介- 流出到一个启动的传送装置中，该传输装置确保将燃粉(灰烬)连续地供应到反应器。清空的闸容器被泄压并且然后重新用燃粉(灰烬) 填充并用闸气体加压。这个加压和泄压的过程在闸容器中循环地进行。

然而，当将燃粉(灰烬)定量地闭锁在压力气化反应器中时，通常由于如下原因产生工作问题：燃粉(灰烬)在压力从环境压力提高到在反应器内部压力以上的压力水平的过程中在散装材料容器中被压实(致密化并且坚固化)并且由此这些燃粉(灰烬)丧失其可流动性或自由流动性并且结果是不能或很难在下游安排的加料容器中的重力闸中以重力流流出。这导致了对透过量的限制或者甚至在气化设施处的工作中断。

重力闸系统是经过测试的设备，用于将燃粉(灰烬)“闸闭 (schleusen)”到一个足以供应压力气化设施的压力水平。本发明在此类设施出还展示出，当注意了对于出口锥的设计以及对克服加料容器的邻界直径的相关认识时，总体上可以毫无问题地进行从一个在接近大气压力下的存放仓向下一个同样无压力(泄压的)的散装材料容器中的燃粉(灰烬)转移。

相反，在闸容器中压力提高之后，在将燃粉(灰烬)转移到安排在下游的、处于压力气化器的压力水平以上的压力水平的散装材料容器中时，通常观察到问题。可能完全不产生燃粉(灰烬)流出或者在燃粉(灰烬)流的流程中出现中断。这对于气化燃烧器和燃烧室内衬具有负面的后果，由于在气化燃烧器处波动的燃粉(灰烬)-氧气比例和由此导致的在气化反应器中的温度波动。

该气化过程必须在用于粗合成气体生产的压力气化器中被节流并且在持续时间较长的问题的情况下甚至被完全中断。这种问题的负面后果是显而易见的。

所述的缺点已经导致，人们对压力下闸过程的改进倾注了大量的关注。这些措施实质上集中于以下的构造性辅助手段：

●通过在散装材料容器的锥区域中的构造性手段来改进燃粉(灰烬)在散装材料容器中在进行加压之后的流体化(例如WO 2004/085578 A1，DE 41 08 048 A1，US 4,941,779 A)。

·通过在远离壁部的容器内部空间中的插入件来减少散装材料的压实(例如WO2009/097969，DE 1 130 368)。

这些解决方案的缺点是，在锥区域中的已知的构造性措施不足以长久地解决所描述的问题。容器中的插入件在正确的尺寸下可能是成功的，然而此类的“异物”总是有被研磨磨损的危险并且然后产生了额外的问题风险。

这两种方式共有的缺点是，由于在散装材料出口的区域中嵌入的流体化装置，存在一个涡旋层而非固定床，并且由于在涡旋层中很小的固体浓度，每次闸过程所传送的燃粉(灰烬)量对应地降低。

发明内容

因此本发明的基本目的在于，给出一种方法或一种设备用于在带有可压实散装材料的散装材料容器中提高压力，尤其是在闸容器中的燃粉(灰烬)散装物，其中减少了在压力下的连续燃粉(灰烬)供应中已知的问题。

根据本发明，这个目的是通过一种用于在具有可压实的散装材料的压力气化反应器中的散装材料容器中提高压力最高至80巴的方法或者一种用于执行上述方法的、具有可压实的散装材料固定床的压力气化反应器中的散装材料容器来实现的。

在根据本发明的方法中，

-压力提高过程和压力降低过程在散装材料容器中循环地进行，

-在散装材料被排出之前该压力提高通过向该散装材料容器中的气体送入来实现，

-该散装材料形成一种可压缩的固定床沉积物，该固定床沉积物由于向该固定床沉积物的送入气体能够被压缩，

其中，

-确定用于气体送入的一个流动参数的至少一个针对散装材料的最大值，该最大值是与所送入的气体的一个最大流入速度相关联的，其中

-该最大流入速度对应于在气体进入该固定床沉积物之前的流入速度，其中该固定床沉积物尚未被压缩，并且

-向该固定床沉积物的气体送入是被如下调整的，使得不超过该流动参数的最大值或者与之相关联的最大流入速度，其中，

-该气体送入根据体积流量的一个恒定的额定值来控制或调整，

-将该体积流量对照压力和温度的标准条件并且相应地将该气体的所送入的标准体积流量

-与在该散装材料容器中的气体压力成正比地，或者

-根据一个依赖于压力提高时间的指数函数来提高。

在根据本发明的散装材料容器中，

-该散装材料容器具有一个用于该散装材料的进入开口，和一个在该散装材料容器的一个锥形部中的退出开口，以及一个用于送入气体的一个体积流量的气体进入开口或多个用于送入气体的气体分流量气体进入开口以在该散装材料容器中提高压力，

-每一个气体进入开口指配有一个调节阀，该调节阀与在该散装材料容器中的一个气流通过调整器处于信号连接，并且该调节阀以及该气流通过调整器与一个气流调整装置相连，

其中，该气流调整装置具有

-一个用于存储该至少一个流动参数的最大值的存储器装置，该最大值与该针对散装材料的最大的流入速度相关联，以及

-一个计算装置，该计算装置被配置为用于获得在压力增加阶段期间用于体积流量调整的恒定的额定值，这些额定值是由所存储的、与该最大流入速度相关联的、该至少一个流动参数的最大值或者是由该最大流入速度自身获得的。

本发明具有有利的实施方式。

通过本发明的用于在带有可压实散装材料的散装材料容器中提高压力的解决方案，所提出的是，确定考虑到相应的散装材料的散装材料特性的一个用于气体送入的流参数的最大值，该最大值与所送入气体的最大流入速度相联系,并且在实际的设施工作中在向散装物送入气体时不能超过该最大值。流入速度在下文表示供应给散装物的气体在其进入该散装物之前的流入速度。

替代性地，可以监测流入速度自身而不是与之相联系的流量参数，在此情况下该流入速度同样不应超过流入速度的最大值。由最大流入速度得到了对于与流动速率相联系的流量参数的一个极限值，不允许超过该极限值，使得结果是不依赖于监测到的或实际控制的或调整的流动参数，该最大流入速度是能够保证的值。以有利的方式，此类的推导出的流动参数可以是体积流量。由于其与流入速度的直接正比例关系，对于体积流量获得一个不应被超过的最大值。另一个与流入速度相关联的流动参数是例如气体向气体导管中送入的气体速度。

本发明的基础在于，与迄今为止已知的解决方案不同地，可以将流动力辨别为燃粉(灰烬)的压实的原因，这些流动力是通过用于提高压力而进入到燃粉(灰烬)散装物中的气流产生的。所建议的解决方案具有的优点是，散装材料压实仅通过过程引导措施而非通过有磨损危险的插入件或其他工具性(apparative)的设备来避免。

由于考虑到对于不同的在交替施加压力情况下可压实的散装材料的针对材料的致密化特性，除其他之外，本发明可以在燃粉(灰烬) 于闸容器中的压力施加中使用。

另一个优点在于，尽可能充分利用可用的容器体积，因为迄今为止不可避免的在出口区域中的涡旋层不再需要或者至少被最小化。对应地，该方法的一个设计基于实践或数学的研究或从经验数值确定了最大流入速度u_max。最大流入速度可以由对应的实际预实验确定，其测量结果提供了基础。替代性地，还可以使用数学模型，尤其是根据下文描述的计算机辅助的模拟。或者也可以是，如果存在的话，经验数值，例如由散装物和压力比率得出的。

用于在散装材料容器中提高压力的气体送入可以一个唯一的体积流量进行。为了降低在气体进入散装物时其他的局部的流入速度，替代性地还可以通过多个在散装材料容器的不同平面(高度)安排的气体进入开口将气体导入散装物中。每个气体进入开口于是指配有该容器体积的一个限定的部分，该容器体积用需要送入的总体积流量的相应的体积分流量来“加压”。

根据本发明，不仅对于总体积流量，而且对于每一个体积分流量都保持以下条件：不超过一个流动参数的与最大流入速度u_max相关联的最大值。体积分流量的测量在此借助于与气体进入开口的分布相关的、对散装材料容器体积的适当细分来进行。尤其用气体来供应该散装材料容器的分体积的每个体积分流量都如下地测量，即该体积分流量的比例对应于该分体积的比例。

通过一个体积流量或多个体积流量的气体送入的控制或调整对应不同的设计根据体积流量的恒定的额定值或体积分流量的恒定的额定值或者根据与之相关联的额定值来进行。这些额定值是通过适合的控制或调整技术而与需要限定的流入速度相关，并通过这种控制或调整实现一个时间意义上的常数。

为了考虑气体温度和气体压力对在工作条件下的一种真实体积流量的影响，对应于该方法的另一个设计，参照压力和温度的标准条件并且相应地将送入的气体的标准体积流量或送入的标准体积分流量正比于散装材料容器中的气体压力或安置依赖于压力提高时间的一个指数函数来提高。至于用于以标准条件和容器中压力随时间提高的条件下送入气体的体积流量，参见稍后的下文。

对应地，本发明的另一个设计可以将一个被送入到散装材料容器的锥中用于提高压力的体积分流量以过量的体积流量比例送入，使得过量气体的所得的气流在该锥中在锥扩张的方向上出现。在此，当体积分流量在总体积流量中的比例大于需要供应的分体积在总体积中的比例时，体积流量比例就被看做是过量的。因此，抵消了在锥中且尤其在穿过容器壁部的几何形状的退出开口的区域中所传送的固体桥的形成。

在设备方面，为了执行所描述的方法，给出了一种散装材料容器，该容器包括一个气流调整装置，该气流调整装置具有一个存储器装置用于存储该至少一个流动参数的、与针对散装材料的最大流入速度相关联的最大值，例如体积流量或体积分流量或气体速度的最大值。根据本发明，该气流调整装置还具有一个计算装置，该计算装置被配置为用于获取用于体积流量调整的恒定的额定值，这些额定值从所存储的至少一个流动参数的、与该最大流入速度相关联的最大值或者从该最大的流入速度自身来获取。

由于体积流量对工作条件的依赖性，尤其对散装材料容器中的压力和温度的依赖性，该气体流量调整装置具有一个获取该散装材料容器中气压的压力测量装置和一个获取其中温度的温度测量装置。

为了降低通过一个气体进入开口的体积流量并且因此降低在那里出现的流入速度，在该设备的另一个设计中安排由多个用于这些体积分流量的气体进入开口。为了将其分配到散装物上，它们安排在散装材料容器中的不同高度中，使得每个气体进入开口可以指配给该散装材料容器的一个分体积。在此，为了测得这些分体积并因此还为了放置这些气体进入开口，将预期的或在适当时通过模拟来估算的在散装物或散装材料容器中的气体分布用作基础。

如上对于该方法所展示的，并非必须将一个气体进入开口安排在该散装物的上方。替代于此或补充于此，气体进入开口还可以安排在散装材料容器的如下的区域中：其中已经存放了该散装物，并且尤其还在该散装材料容器的退出开口的区域中。在后一种情况下可能的是，用一个上升的气流来抵消在那里存在的由于固体桥形成导致的更高的压实危险。

为了用本发明的散装材料容器实施该方法，在其几何形状和/或在气体进入开口的安排方面已经证明有利的是，散装材料容器的高度或相应地从气体进入开口用压力气体施加负载的分体积的高度与该散装材料容器的内径之比是小于5。

附图说明

下文将示例性但非限制性地、以一个可用压力加载的煤气化反应器的闸容器说明本发明，该反应器根据气流床原理工作。附属的图式示出了：

图1具有两个气体送入器的闸容器的示意性展示，

图2具有四个气体送入器的闸容器的展示，以及

图3与现有技术相比，在闸容器中提高压力的过程中不同过程值的时间曲线的展示，

图4用于确定最大流量速度的检测装置原理图。

具体实施方式

在图1中展示了一个具有高度H和内径D的闸容器1s，其中存放一种散装材料，在本实施例中由煤粉(炭灰)组成，用于稍后气动地密集流传输(Dichtstromtransport)到该煤气化反应器的一个燃烧器或多个燃烧器。煤粉(炭灰)形成了一种可压缩的或可压实的散装物2，在这些煤粉(炭灰)颗粒之间有气体可流过的外部的孔隙。用于密集流传输的煤粉(炭灰)通常具有最大200μm的颗粒大小。该煤气化反应器(未展示)处于典型约40巴的内压下。

闸容器1s按已知的方式具有用于煤粉(炭灰)的一个上部的进入开口3a和一个在该闸容器1s的一个锥形部中的退出开口3b。根据图1 的实施例具有一个安排在该散装物2上方的并且在进入开口3a的区域中的气体进入开口4用于送入一种为了提高压力而储存到该闸容器1s 内的气体。一般地，为此使用一种惰性气体，实质上包含氮气和/或CO₂。

除了通常的在散装物2上方的气体进入开口4之外，在退出开口 3b的区域中的锥形部中还安排有至少一个另外的气体进入开口4。通过两个气体进入开口4，提高压力所必需的体积流量Qv可以划分成两个体积分流量Q_v,t1、Q_V,b1，对应于需要供应的容器分体积V_t1、V_b1，即该锥形部的分体积V_b1和该闸容器1s的此外剩余的分体积V_t1。

在根据图2的一个另外的实施方式中，气体送入通过在闸容器1s 的不同高度/储存平面中的四个气体进入开口4并行地进行，其中总的送入体积流量Q_v可以对应于闸容器1s的四个需要供应的分体积V_t1、 V_t2、V_b1、V_b2，

V＝V_t1+V_t2+V_b1+V_b2，

被划分成这四个体积分流量：

Q_V＝Q_V,t1+Q_V,t2+Q_V,b1+Q_V,b2。

两个气体进入开口4在此供应分别位于这些气体进入开口4下方的、处于该闸容器1s的圆柱形或棱柱形区段的分体积V_t1、V_t2。在锥区域中的两个气体进入开口4供应分别位于该气体进入开口4上方的、该锥体积的分体积V_b1、V_b2。替代性地，还可以采用气体送入的其他或更多种细分方式。

为了将煤粉(炭灰)进一步传送到气化反应器的燃烧器(未展示)，必须将闸容器1s以高于该反应器内压的一个压力、也就是说例如大约 45巴的压力来“加压”。为此指配给闸容器1s的气体送入装置包括：一个控制或调整根据图1和图2以及还有对于替代性的气体送入的划分方式的需要送入的总体积流量Q_v的气流调整装置7，该气流调整装置具有指配在每个气体进入开口4的气流通过调整器6用于送入体积分流量Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2...，其中每个体积流量通过调整器6 还包含一个体积流量测量装置；一个测定在闸容器1s中的气压p的压力测量装置5p；和一个测定在闸容器1s中的温度测量装置5t。

气流调整装置7还指配有一个存储器装置7s用于针对散装材料的最大的空管速度u_max和/或用于由其获得的流动参数，例如上这些气体进入开口4上分配的需要送入的标准体积分流量Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1， Q_VN,b2…的最大值。存储器装置7s是通过信号连接与气流调整装置7 的一个计算装置(未展示)相连或者整合在其中，以从先前获得的最大流入速度u_max或体积分流量Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2....的最大值来获得用于体积流量调整的恒定的额定值。

最大流入速度u_max在本实施例中由经验数值获得，这些经验数值考虑到了所使用的散装物及其压力比率。

气体分配和体积流量调整所需的调节和调整装置总体是本身已知的并且在图1和图2中仅以功能标志的形式展示。

气体调整装置7的计算单元执行对于在标准条件和工作条件下被导入闸容器1s的单独的体积比例V_t1，V_t2，V_b1，V_b2…中的体积分流量 Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2…的气流分配及其时间曲线的计算，并且还获得对于气体进入开口4的体积分流量Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2…的最大值，这些最大值是可以由最大的流入速度u_max、压力测量值和温度测量值p、T以及分体积V_t1，V_t2，V_b1，V_b2…来获得的。

本发明的装置的作用方式示例性地在所描述的实施方式中进行说明，而并不将该作用方式限制于这些实施方式，尤其不限制气体进入开口4的数目。

已经将迄今为止一般的容器加压方式和由此导致的散装物2中的压力梯度辨识为燃粉(灰烬)的压实的物理原因。

迄今，散装材料容器通常用一种恒定的质量流(例如，通过穿孔盘和给定临界压力比值)来加压,也就是说在散装材料容器中压力升高的速率在时间上是恒定的。因此，在起始阶段在散装物2中出现了显著的流动速度，该流动速度比加压终止时大出45倍(图3，图线IV)。

由现有技术已知高起始流体速度，u，导致了在散装物2中的气流具有高的局部压力梯度Δp/Δx。其原因包括流体从内部通道流入，或者在散装物2中散装颗粒的溢流产生了大量变道，与壁面的摩擦，以及紊流。

按照公认的多孔层流的流体力学模型：

(1)Δp/Δx～u(用于分层式孔流动的厄贡等式或达西等式(Ergun- bzw.Darcy-Gleichung))，

(2)Δp/Δx～u²(在非分层式颗粒环流时的惯性效应)，

导致较高的初始局部压力梯度Δp/Δx，并且导致在散装物2中与所作用的压力梯度成正比的应力σ，

(3)Δp/Δx＝k_lam*η*u+k_turb*ρ*u²(在颗粒层中由于黏性和惯性效应引起的压降，k_lam,k_turb—压降)，

这里，气流的流体速率u和压力梯度Δp/Δx成线性或二次关系。粉煤散装物具有约20至100微米的平均颗粒直径的特征。通过产生较低的雷诺数为粉煤散装物提供了较好的近似于层流的多孔流动。

同时，作用于气体流动和壁面摩擦的动压，或是散装物2内部通道中的绕流颗粒的摩擦，与散装物2的固定框架产生剪切应力。

这可以得出合理的假设，在散装物2框架内的内部压力σ与所施加的力成正比，也就是说与气流的压力梯度成正比增加

(4)σ～Δp/Δx，

同时，这些压力形成了在增压开始时散装物2的压缩和压实的原因。

散装物2的压缩作用按已知的方式递减，也就是说，在压缩力较低时散装物2中具有较高的初始压缩作用。随着压缩力的增加其压缩作用将会减低。

在外部的孔隙中最高的流过速度出现在散装物2的气体进入区域中，也就是说在散装物区域中，其中用于在散装材料中提高压力的气体从气体进入开口4流入到散装物2中。在这里层压缩和压实的危险最高。加压气体在散装物2的外部孔隙中分配到通过散装物2的另外的路径上，其中局部的流动速度降低。在散装物2的除去气体进入区的区域中该流过速度最低，其孔体积只有在加压气体的加压过程结束时才被填充。

如果散装材料容器1s没有完全填充直到进入开口3a，那么在流动速度方面，在散装材料区域中的气体进入开口4与在散装材料上方的气体进入开口4是有区别的。通过散装物2上方的气体进入开口4流入的气体体积流量(根据图1和图2中的实施例为体积分流量Q_V,t1) 填满了散装物2上方的闸容器1s的整个自由横截面，使得气体的流入速度u恰在进入该散装物2之前(空管速度)可以由所送入的体积分流量Q_V,t1和闸容器的横截面(D²* π/4)来计算。对于这个气体比例的空管横截面因此对应于闸容器1s的开放的横截面。在直接将气体送入散装物2中(图2，体积分流量Q_V,b1，Q_V,b2，Q_V,t2)时，流动或空管速度u可以用气体进入开口4的横截面来计算。

为了监测在闸容器1s中提高压力到所述的45巴过程中的压实问题，现在根据本发明建议，改变随时间的应力曲线，使得不是向往常一样在送入气体的过程中将质量流量保持恒定，而是在加压(压力提高)的总时长t_E过程中将其体积流量并且因此还将通过气体进入开口4 的体积分流量保持到一个恒定的额定值，但是保持为至少低于导致层压实的最大体积流量。

当现在将散装材料在重力影响下放置在一个散装材料容器1s中并且同时形成一种可压实的散装物2时，那么根据本发明对于一种散装材料而言应当首先在预实验中用这种散装材料和不同的流入速度u来确定针对散装材料的最大流动速率u_max。u_max作为针对散装材料的且仍然确保压实自由度的最大流入速度，在本发明的意义上是在相应地使用散装物2的如下流动情况下的流入速度的最大值：即，其中该散装材料尚未由于流动力(也就是说通过由散装物中的气流的流入和流通力造成的局部的压力梯度)被压实。如果超过的话，散装物2就会致密化并且变为固体桥，从而形成团聚体并阻塞出口开口3b。

由最大的流入速度u_max可以借助于空管速度和气体进入导管横截面来获得对于单独的气体送入而言的最大的流动速度或最大的体积分流量。对于相应的散装材料最大的流入速度、或者一个或多个由其推导出的或与之相关联的流动参数，例如对于每个气体进入开口4的体积分流量Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2…的最大值，存储在存储器装置 7s中。

最大流入速度u_max可以，如上所述，如图4所示的检测装置来初步确定。例如，真实散装材料(这里指粉煤)填充入至少具有200mm 内径和至少具有1000毫米长度的散装料柱9中用于测试。粉煤散装物在上方和下方均被多孔板10封闭。通过这样散装材料从上方或者下方注入气体(如氮气)进行大量测试。多孔板10最好是多孔金属烧结板。压力测量由位于多孔板10上方和多孔板10下方的两个压力测量装置 13来实现。在测量中，需要确保不会选择过大的散装物高度与空的管道直径之间的比率(H<5D)，这样，壁面摩擦和形成固体桥接的影响可以忽略不计。

在多孔板10下方是一个配备有出口阀12的中心散装料出口11，其具有约为散装料柱公称直径0.25-0.5倍的直径。

在散装料仓中的压力增加将在测试装置中得到模拟。散装料柱9 的“加压”可以通过从板筛10上部进入散装料容器的不同的气体流动率来实现。在一个非常简单的检测过程中，散装料层中气体流动的高度独立于气体流动率，或者是由散装料柱中的空管气体速率来确定。这个实验可以确定散装料层没有被压缩时的最高流动率，这个值可以用u_max来表征。

另一个改进的测量方法是将散装物高度用压缩指示器来代替用于预测散装物中断行为时的流出扰动，从而可以直接确定由流动引起的散装物压缩的结果。从顶部的气体入口对实验台加压后将出口阀12打开，并观测散装物实验台的减速行为。在散装料柱9中的气体流速，在不会对散装物的泄漏产生负面影响时，可以用来确定最大流动速率 u_max。

在一个预期的在未来用于加压的测量方法中，除了打开散装料容器外，在料仓锥中的上行过剩气体的流动可以得到模拟。

在初步的测试中，需要确定未压缩散装料的最小流动速度。为了这个目的，加压气体从板筛10的下方向上方引入，并观察其流动效应的变化。流化气体可从顶部从口自由流出。

在较低流动率时固体散装料保持静止，同时流动介质流过多孔的散装料层。这样的系统被称为固定床。通过增加流体流动率最终会达到一个状态，即固定床将开始膨胀。在这个状态下，散装料下的流体压力足够顶起它们并使它们的结构松散。进一步增加流动率即会超过所谓的涡流点而使散装料层(固定床)向涡流层(流化床)过渡。这种在散装料层开始出现涡流时特征值，或者临界流量，通常被称为涡流或涡流点的速度值。在当前情况下这对应于最小流动化的涡流点速度。对实际的情况，有经验的技术人员在实际散装料容器中会使用不大于最小流化气体流量两倍的上游盈余气体流量。

根据这一概念，散装物的测量可以得以实现。每次在测试散装物中加压(气体从上方流入并增加流量或者增加流动速度)将会(从下方)在测试散装物中引入最小流化流量。若散装材料从出口阀12成功无障碍的流出，则不会达到u_max。然而，一旦对散装物加压干扰，以及随后观测到将流化流量增加到最小流化流量的两倍，则在加压中会超过u_max，这样通过之前的具有较小气体速度和无障碍出口的实验可以用于确定u_max。

最后需要说明，测量程序与真实情况中流体加压和流化过程仍然会有不同。在真实的散装材料容器中，在散装材料中的加压和在锥体区域中的上行流化是同时发生的。不管怎样，通过在测试中连续的气体供给为确定u_max提供了可能。

另外，采用已知散装材料压缩数学模型和采用不同载荷下的单轴加载压缩实验来确定散装物体积密度也是可能的。通过垂直加压和散装物压缩的压力实验测量得到的流动力和散装物密度之间的关系的可转移性需要根据不同的散装材料进行检查。

若一个测量装置不可获得，采用不同的体积流和压缩的加压操作可以在粉煤料仓的真实条件下进行。若计量测量气体分布的可能性存在于散装物料仓的单一气体的供给中，则可以通过单一气体的体积流和气体供给入口区域的局部散装材料孔隙率来确定最大流速u_max。

在气体进入散装物2之前气体的流动速度u的上限值已经确定之后，应当在实际的设施工作中在闸容器1s中如下地储存气体用于提高压力，使得以一个体积流量Q_V或多个体积流量Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2计的该流动参数的最大值和与之相关联的最大流入速度u_max都不超出流量范围。优选地，用于在散装材料容器中提高压力的气体用一个对于(工作)体积流量而言恒定的额定值进行注入，使得在气体进入开口4进入散装物2的体积分流量Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2依赖于气流调整装置7的调整量是在时间上几乎恒定的并且由其获得的流入速度u 不超过最大的流入速度u_max。

因为在调整用于对散装材料加压的体积流量时需要考虑气体温度和气体压力在工作条件下对实际体积流量的影响，将在调整中获得的和替换的值有益地对标准条件进行参照。对应的标准体积流量可以基于理想气体的状态等式换算成实际温度和压力条件(工作条件)下的体积流量。

如果加压气体表现为理想的并且散装物2的流过阻力是较小的，那么目标值“恒定的流过速度”通过在工作状态(p，T)下在闸容器 1s中送入一个恒定的体积流量Q_V来实现。由此出发，对应的标准体积流量Q_VN应正比于在闸容器1s中所达到的气压p而升高，从而产生该压力升高的一个非线性的时间曲线p(t)，其特征在于：

(5)

也就是说该容器压力-时间曲线的一种指数型走向p(t)/p₀：

(6)p(t)/p₀＝e^C*t有C＝1/t_E*ln(p_E/p₀)。

从这三个独立的值p₀，p_E，t_E以常规方式计算常数C。

然后从理想气体定律得出供应到闸容器1s的是何种标准体积流量 Q_VN以实现所希望的压力曲线p(t)：

(7)

在闸容器1s中的气压p的瞬时值在此是用于计算相应地实际送入的标准体积流量Q_VN的唯一的输入变量。在压力提高的过程中连续地测定闸容器1s中的气压p并且由这些气压值根据等式(7)持续地获得在气流调整装置7中用于需要送入的标准体积流量Q_VN的额定值。为了保证送入恒定的体积流量Q_V，因此所要求的是，气体的标准体积流量Q_VN或者所送入的标准体积分流量Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2…与闸容器1s中的气压p成正比地提高。替代性地，依赖于一个压力提高时间t，根据等式(6)和(7)按照一种指数函数来持续地形成在气流调整装置7中用于需要送入的标准体积流量Q_VN或所送入的标准体积分流量Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2…的额定值。

在气流调整装置7中获得的需要送入的标准体积流量的额定值 Q_VN通过由最大流入速度u_max获得的最大标准体积流量Q_VN,max来限定。

对于非理想气体，上述计算在考虑到相应的状态等式的情况下进行。然而这一般导致与理想气体行为只有少量偏差的结果。

如果在闸容器1s的优选多个平面中设置多个气体进入开口4、例如四个气体进入开口4以送入加压气体，那么单独的气体进入开口4 的额定值Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2…对应于需要加压的分体积V_t1， V_t2，V_b1，V_b2…对闸容器1s的总体积V的比例而对于这些气体进入开口4中的每一个来形成，其中：

Q_VN＝Q_VN,t1+Q_VN,t2+Q_VN,b1+Q_VN,b2；并且

Q_VN,t1/V_t1＝Q_VN,t2/V_t2＝Q_VN,b1/V_b1＝Q_VN,b2/V_b2成立。

从来自这些单独的气体进入开口4的标准体积分流量的额定值 Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2来计算在每一个气体进入开口中在实际的工作条件p和T下产生的流入速度，其中在这些气体进入开口4之一处超过最大可允许流入速度u_max时，所有其他的标准体积分流量的体积流量额定值Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1或Q_VN,b2也以同样比率降低，直到确保所有流动区域处u<u_max。

以类似的方式还可以替代最大流入速度u_max获得每个标准体积分流量Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2的最大值，这些最大值可以由最大空管速度u_max、工作条件(p，T)和气体进入开口4的流动横截面或向散装物2中的相应的气体进入开口处的流动横截面来获得并且限制体积分流量Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2…的额定值。如果在这些气体进入开口4之一处的一个额定值超过该可允许的极限值，那么剩余的气流需要在保持这些气体送入之间的体积流量比的情况下进行节流。

在图3中简单示出了与已知的现有技术(图线IV、V)相比较根据本发明传授内容采取的加压过程(图线I、II、III)之一的程序。在无量纲的时间轴t/t_E上标注了以下的时间函数：

(I)u/u_max：在气体以恒定体积流量Q_V进入散装物2时的无量纲的空管或流入速度；

(II)(p-p₀)/(p_E-p₀)：无量纲的压力曲线；

(III)Q_VN/Q_VN,avrg：无量纲的加压气体体积流量；

(IV)u/u_max：根据现有技术的无量纲的空管或流入速度；

(V)Q_m/Q_m,avrg：根据现有技术的无量纲的加压气体质量流量。

所展示的解决方案的基本构思在于在工作条件下用一种恒定的体积流量Q_V对散装材料进行压力加载。由此获得了一个恒定的流入速度 u＝u_max或者u/u_max＝1(图线I)并且因此，当标准体积流量Q_VN根据等式(7)指数式地随加压时间t升高(图线III)，产生了燃粉(灰烬) 的散装物2中的一个恒定的压力梯度Δp/Δx。因此，闸容器1s中的气压 p也随着时间指数式增大(图线II)。

于此相反，迄今为止根据已知现有技术用恒定的质量流量Q_m来进行压力加载(图线V)，由此在起始时出现非常高的气体体积流量，这导致了层压实。由于在散装材料容器1s中随着压力提高时间t而升高的压力p和增大的气体密度，体积流量Q_V和流入速度u随着增加的压力提高时间或在加压过程结束时减小(图线IV)。

上述的计算步骤可以根据需要变得更精确，以考虑到加压气体的实际气体行为和其他的次要影响，例如像散装物2的流动阻力或者其可压缩性。然而结果是，预期对在此简化展示的基本关系仅做出相当少量的改变。

为了进一步减少散装材料压缩的风险，以下的补充性措施是有用的：

·延长用于容器加压的可用时间跨度t_E，例如通过增加闸容器的数目，

·将这个/这些闸容器1s的H/D比率最小化，以降低固体桥的形成，

·通过多个在闸容器高度上分布的气体进入开口4(注入平面)在部分流中送入加压气体，以缩短周期性压力提高的时间需求t_E并且改进散装物2的流过状况。

·将所送入的气体量如下地分配，使得在容器之内的气流从锥形部在该锥扩张的方向上流出并且因此在常规的散装材料容器中一般与重力相反地在锥扩张方向上或圆柱部分的方向上流动，由此对散装材料施加一个流体化作用。

闸容器1s的高度H与其内径D的比例应当小于5以避免固体桥形成。具有较小的H/D比率的容器是有利的，以便确保对散装材料的加压而没有随后在燃粉(灰烬)流中的问题。然而，由此可能使得闸容器1s更重且更昂贵。

当通过在不同的注入平面中的多个气体进入开口4(对应于闸容器 1s的需要供应的分体积)进行分布式气体送入，可以在没有对燃粉(灰烬)流的负面影响的情况下实现更高的H/D比率。指配给这些单独的平面的分体积具有一个对应地、比总的闸容器1s更小的高度。因此它们能够以更小的标准体积分流量和气体速度来“加压”，这避免了随后的燃粉(灰烬)流中的问题。借助于将需要送入的标准体积流量Q_VN划分成标准体积分流量Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2，可以将局部流入速度u且因此将燃粉(灰烬)在散装物2中的压实倾向以简单的方式降低。

用于散装物2的去压实(Auflockerung)的另一个非常有效的措施在于，将容器锥形部从闸容器1s的出口3b开始以过量气体进行加压，也就是说，为了提高闸容器1s的锥形区域压力而送入的体积流量以一个比需要供应的分体积将会对应的值更高的值送入，使得气流在容器锥形部之内向上在锥形扩张的方向上指向该散装材料容器1s的圆柱形或棱柱形区段中，并且因此散装物2在锥形部、尤其在退出开口3b的区域中流体化并因此抵消固体桥的形成。

例如根据图1，加压气体量以两个标准体积分流量在闸容器1s的最高点和最低点Q_VN,t1，Q_VN,b1送入。在此，在顶部送入的标准体积流量Q_VN,t1被计量为，使其足以加压所属的分体积V_t1。V_t1包括在出口锥上方、闸容器1s的圆柱形部分中的气体体积。它还包含与这个容器分体积相接的管道直到相应的第一个阻挡-止回阀为止的体积。在退出开口3b的区域中送入的标准体积分流量Q_VN,b1被计量为，使其至少足以加压所配属的锥体积V_b1，并且还具有一个明确的体积流量过量。锥体积V_b1包括在闸容器的锥形区域中的气体体积以及相接的管道直到相应地第一个阻挡/止回阀为止的体积。用于锥形部的过量的体积流量同样经受以下条件u<u_max。由于略高的体积流量，在锥形不的分体积V_b1中的孔隙更快地被加压气体填充，使得过量气体流向相邻的散装物区域的更少填充的空腔中。体积流量过量的量值需要在实际条件下优化。在锥形区域中的多个气体进入开口4的情况下，以类似方式有益的是，将多个标准体积分流量Q_VN,b1，Q_VN,b2…用过量的(额外的)体积流量比率送入，使得在锥形部中出现过量气体所产生的气流，该气流与重力反向地指向，由此对散装材料施加了一个流体化作用。过量的气体流量在此可以有不同的量值。例如表现为有意义的是，这些额外的体积流量比例朝向上方减小。

这种分配方式确保了，在锥形区域的加压过程中在散装物2中一个向上指向的流动为主导，该流动抵消了固体桥的形成，由此对散装材料施加一个流体化作用。当相反地由于在圆柱形容器区段中的气体过量，所得到的气流将会是在用于燃粉(灰烬)的退出开口3b的方向上取向时，通过燃粉(灰烬)压缩造成的固体桥可能以不利的方式支承并且稳定在倾斜的锥壁上。

所建议的方法一方面有助于稳定对气化器的燃粉(灰烬)送入，另一方面可以通过最大送入气体体积流量的流动工艺的限制u<u_max尽可能将用于压力加载的处理时间延长以避免燃粉(灰烬)的压实。

对延长加压时间的补偿可以通过用于压力气体的额外的气体进入开口或还有通过扩大气体进入开口横截面来实现。例如通过将透气的平面元件(烧结金属)安排在散装材料填充体积之内的气体进入开口4 处，可以在一个散装材料容器1s的内壁处将流入横截面提高、并且因此与简单的管状汇入口相比将最大可允许体积流量提高，而没有导致超过最大可允许流入速度u_max和层压实。

所使用的参考标记的解释

1s 散装材料容器，闸容器

2 燃粉(灰烬)的散装物

3a 进入开口

3b 退出开口

4 气体进入开口

5p 压力测量装置

5t 温度测量装置

6 气流通过调整器

7 气流调整装置

7s 储存器装置

8 调节阀

9 散装料柱

10 板筛

11 散装料出口

12 出口阀

13 压力测量装置

D 散装材料容器的内径

FIC 体积流量调整器

H 散装材料容器的高度

P 平均气压

p₀ 散装材料容器中的起始压力(t＝0)

p_E 散装材料容器中在t＝t_E时的终止压力

Δp 流动压力损失

PI 压力测量位置

Q_V 体积流量(在工作条件p、T下)

Q_m 质量流量

Q_m,avrg 平均的质量流量

Q_VN 标准体积流量

Q_VN,avrg 平均的标准体积流量

Q_VN,max 最大的标准体积流量

Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2 体积分流量(在工作条件下)

Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2 标准体积分流量(在工作体积下)

R 独立的气体常数

T 温度

TI 温度测量位置

T 压力提高时间

t_E 压力提高(加压)过程的持续时长

u 空管速度，流入速度

u_max 最大空管速度，最大流入速度

UY 加压多个输入值的计算模块

V 闸容器的体积

V_t1，V_t2，V_b1，V_b2 散装材料容器的部分体积

X 容器轴上的高度坐标

η 气体粘度

σ 散装材料中的内部应力

σ₀ 等静压的拉伸强度

ρ 气体密度

ρ_N 标准状态下的气体密度

ρ_S 散装物密度

ρ_S0 标准压力下的散装物密度

Claims (11)

1.用于在具有可压实的散装材料的压力气化反应器中的散装材料容器中提高压力最高至80巴的方法，其中

-压力提高过程和压力降低过程在散装材料容器中循环地进行，

-在散装材料被排出之前该压力提高通过向该散装材料容器(1s)中的气体送入来实现，

-该散装材料形成一种可压缩的固定床沉积物，该固定床沉积物由于向该固定床沉积物的送入气体能够被压缩，

其特征在于，

-确定用于气体送入的一个流动参数的至少一个针对散装材料的最大值，该最大值是与所送入的气体的一个最大流入速度(u_max)相关联的，其中

-该最大流入速度(u_max)对应于在气体进入该固定床沉积物之前的流入速度，其中该固定床沉积物尚未被压缩，并且

-向该固定床沉积物的气体送入是被如下调整的，使得不超过该流动参数的最大值或者与之相关联的最大流入速度(u_max)，其中，

-该气体送入根据体积流量(Q_V)的一个恒定的额定值来控制或调整，

-将该体积流量(Q_V)对照压力和温度的标准条件并且相应地将该气体的所送入的标准体积流量(Q_VN)

-与在该散装材料容器(1s)中的气体压力(p)成正比地，或者

-根据一个依赖于压力提高时间(t)的指数函数来提高。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该流动参数的最大值或者对于固定床沉积物的最大流入速度u_max通过实验研究或者数学模型或者由经验数值来确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-该气体送入被划分为多个体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2，…)，其中

-不超过这些体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2，…)的该流动参数的最大值或者与之相关联的最大流入速度(u_max)，并且

-每个体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2，…)用气体提供给该散装材料容器(1s)的一个分体积(V_t1，V_t2，V_b1，V_b2，…)，并且这些体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2，…)的比率对应于该散装材料容器(1s)的这个分体积(V_t1，V_t2，V_b1，V_b2，…)的比率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该气体送入根据这些体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2....)的恒定的额定值或者根据其他与之相关联的额定值来控制或调整。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将这些体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2，...)对照压力和温度的标准条件并且相应地将该气体的所送入的标准体积分流量(Q_VN,t1，Q_VN,t2，Q_VN,b1，Q_VN,b2…)

-与在该散装材料容器(1s)中的气体压力(p)成正比地，或者

-根据一个依赖于压力提高时间(t)的指数函数来提高。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的方法，其特征在于，将一个为了提高压力而送入该散装材料容器(1s)的一个锥形部中的体积分流量(Q_V,b1，Q_V,b2…)用过量的体积流量比例送入，使得在该锥形部中过量气体所产生的气体流动出现在该锥形扩张的方向上。

7.用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的、具有可压实的散装材料固定床的压力气化反应器中的散装材料容器(1s)，其中

-该散装材料容器(1s)具有一个用于该散装材料的进入开口(3a)，和一个在该散装材料容器(1s)的一个锥形部中的退出开口(3b)，以及一个用于送入气体的一个体积流量(Q_V)的气体进入开口(4)或多个用于送入气体的气体分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2....)气体进入开口(4)以在该散装材料容器(1s)中提高压力，

-每一个气体进入开口(4)指配有一个调节阀(8)，该调节阀与在该散装材料容器(1s)中的一个气流通过调整器(6)处于信号连接，并且该调节阀(8)以及该气流通过调整器(6)与一个气流调整装置(7)相连，

其特征在于，该气流调整装置(7)具有

-一个用于存储该至少一个流动参数的最大值的存储器装置(7s)，该最大值与该针对散装材料的最大的流入速度(u_max)相关联，以及

-一个计算装置，该计算装置被配置为用于获得在压力增加阶段期间用于体积流量调整的恒定的额定值，这些额定值是由所存储的、与该最大流入速度(u_max)相关联的、该至少一个流动参数的最大值或者是由该最大流入速度(u_max)自身获得的。

8.根据权利要求7所述的散装材料容器(1s)，其特征在于，该气流调整装置(7)指配有一个测定该散装材料容器(1s)中的气体压力的压力测量装置(5p)和一个温度测量装置(5t)。

9.根据权利要求7所述散装材料容器(1s)，其特征在于，在该散装材料容器(1s)的不同高度中安排有用于多个体积分流量(Q_V,t1，Q_V,t2，Q_V,b1，Q_V,b2…)的多个气体进入开口(4)。

10.根据权利要求7或9所述的散装材料容器(1s)，其特征在于，在该固定床沉积物上方安排有一个气体进入开口(4)和/或在该退出开口(3b)的区域中安排有一个气体进入开口(4)。

11.根据权利要求7或9所述的散装材料容器(1s)，其特征在于，该散装材料容器(1s)的高度H或者有待由一个气体进入开口(4)用压力气体加载的相应的分体积(V_t1，V_t2，V_b1，V_b2…)的高度与该散装材料容器(1s)的内径(D)之比是小于5。