CN107074463A - 对闭锁料斗中的散装材料的加压 - Google Patents

对闭锁料斗中的散装材料的加压 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于对料斗中的散装材料加压的方法；其中，所述料斗被配置为容纳散装材料的闭锁料斗(29)，加压气体的源，将加压气体从所述源输送到所述闭锁料斗的一个或多个入口(30)的管路(22、26、28)，布置在所述管路中的阀，其中，控制所述阀(34、35)的打开位置，以便以预设的恒定气体体积流量向所述闭锁料斗提供加压气体。

Description

对闭锁料斗中的散装材料的加压
技术领域
本发明总体上涉及在较大距离上、例如在所谓的浓相输送中和/或抵抗相当大的背压的情况下运送散装固体材料。
背景技术
在较大距离上、特别是在所谓的浓相输送中和/或抵抗输送管路的出口处的相当大的背压的情况下运送散装固体材料(特别是粉碎材料)的上游气动输送管路中，为了将散装材料供料到所述管路中所需的超压可能是显著的。
在这些情况下，散装材料的向内传送通常通过料斗进行，所述料斗设计为压力容器并通常称为输送料斗、进料斗、泄料罐等。在需要将散装材料连续供应到下游消耗器(消耗者，consumer)的常见情况下，以串联布置或以并联布置设置这些料斗中的至少两个。
在串联布置的情况下，第一料斗作为闭锁料斗操作，从上游存储箱或类似设备被循环地填充、加压、排空到第二料斗中并最终减压或排气，而第二料斗恒定地保持在超压条件下并且连续地将加压的散装材料供料到输送管路中。
在并联布置的情况下，两个料斗以“交错平行模式”均作为闭锁料斗操作，即，均被循环地填充、加压、排空和减压，并且交替地将加压的散装材料供料到输送管路中，使得将加压的散装材料连续供应到这个/这些输送管路中。
作为向内传送设备进行操作的闭锁料斗的典型实例可见于将粉煤供应到鼓风炉的所谓粉煤喷吹(PCI)设备。在那些设备中，料斗的操作超压水平在大约5巴表压至最高达20巴表压的范围内是常见的。例如在将粉煤供料到煤气化炉的设备中可能需要最高达30巴表压以上的操作压力水平。
如上所述，因此，闭锁料斗通过下述操作的交替循环被分批或不连续地操作：填充散装材料同时闭锁料斗被减压；关闭并加压料斗；以及打开料斗的出口，以将散装材料输送到加压输送管路中，或者在上述串联布置的情况下将散装材料输送到恒定地处于压力下的第二料斗中。因此，闭锁料斗非常不同于连续操作的所谓吹瓶，例如在US 5,265,983中描述的吹瓶。实际上，在压力下恒定操作的这种吹瓶需要复杂的进料装置，所述进料装置通常由具有处于增加的压力下的过渡区的一系列耐压进料单元组成。特别是对于在高压下操作的系统，这种吹瓶要么根本不可用，要么就是太复杂且不可靠。
通过将加压工艺气体注入到散装材料中来执行对闭锁料斗内的散装材料的加压。在散装材料可燃的情况下，例如在粉煤的情况下，工艺气体通常是惰性的(具有降低的氧气含量)，以防止起火和爆炸。在这种情况下通常使用压缩氮气。对料斗内的散装材料加压所需的工艺气体的量由料斗的内容积、要达到的超压水平、散装材料的填充水平和散装材料的空隙率(空隙体积与总体积的比率)来决定。散装材料的空隙率可以较大，为60％以上，使得完全填充的料斗可能需要空料斗量级的加压气体量。
用于对每个闭锁料斗进行加压的工艺气体通过加压气体支路来供应，该加压气体支路将向内传送子设备的工艺气体供应主管(supply main，供应总管)连接于待加压的闭锁料斗。为了缩短料斗循环时间并从而减小该闭锁料斗所需的容量和内容积，同时避免供应主管水平上的工艺气体需求峰值，工艺气体可以积聚在用于加压气体的缓冲容器中。缓冲容器被连续地填充加压气体，所述加压气体以减小的流量从供应主管供应，然后每当闭锁料斗要被加压时，所述加压气体周期性地以大流量流入闭锁料斗中。取决于工艺气体供应的压力水平和闭锁料斗中的操作压力水平，可能有意义的是，安装两个缓冲容器而不是一个缓冲容器，在两个阶段以大流量执行对闭锁料斗的加压，并且仅部分地利用积聚在缓冲容器中的加压气体对闭锁料斗加压，同时从工艺气体供应主管直接向闭锁料斗供应补充量的加压气体。
这种设施的一个重要方面是，工艺气体供应主管或缓冲容器与闭锁料斗之间在气体压力上的初始差异通常如此之高，以致于将导致最初非常巨大的气体速度，这会导致将闭锁料斗内的散装材料压实，从而降低其流动性并因而阻碍随后的料斗排空。因此，尽管应将加压闭锁料斗所需的时间保持得尽可能短，以便不会成为普通设备下游工艺中的限制因素，但加压气体支路中的初始流量通常会受到限制。
用来限制加压气体流量的非昂贵且因而常用的方式是，给相关管线装配拉瓦尔风口(Laval tuyere)。当仅产生有限的压力损失时，拉瓦尔风口将气体质量流量限制为与该风口上游的气体绝对压力严格成比例的值。这意味着只要工艺气体供应主管中的气体压力水平是恒定的，从该工艺气体供应主管通过支路供应到闭锁料斗中的加压气体流量就是恒定的，并且还意味着随时间的过去，由于缓冲容器中的压力水平逐渐下降，从该缓冲容器供应的加压气体流减少。
现有设施的主要缺点仍然是对闭锁料斗中的散装材料进行完全加压所需的持续时间过长，为应对初始加压条件而对该设备的某些零件定尺寸和/或该工艺过程中的噪声干扰。
技术问题
本发明的目的是提供用于对所谓的闭锁料斗(lock hopper)中的散装材料(松散材料，bulk material)进行加压的改进方式，与现有工艺和设施相比，该工艺允许减少所需的加压时间，解决设备的上述定尺寸问题和/或减轻噪声干扰。
发明内容
为了克服上述问题，本发明在第一方面中提出了一种用于对料斗中的散装材料进行加压的方法；其中所述料斗被构造为容纳散装材料的闭锁料斗，加压气体的源，将加压气体从所述源输送到所述闭锁料斗的一个或多个入口的管路和布置在所述管路中的阀。本方法的操作在于，控制所述(可控)阀的打开位置，以便以预设的恒定气体体积流量向闭锁料斗提供加压气体。
实际上，已经发现，通过在管线中将总气体体积流量控制为恒定的，可以获得不同的优点。如果预设值处于在具有拉瓦尔风口的常规设备中在加压过程开始时观察到的体积流量的量级，则可以显著减少对闭锁料斗完全加压的时间。实际上，在本方法以所述预设值操作的情况下，在常见的设施中，加压的持续时间可以缩短最高达约70％(参见下文详述)。关于这点值得注意的是，加压速度的这种增加是通过具有与常规设施的部件类似尺寸的部件(特别是烧结金属盘)的设施获得的。此外，获得这种增加的速度不会增加闭锁料斗内的材料的不期望压实的风险。
可替代地，如果该方法在低于常规初始体积流量的恒定体积流量下操作，则该方法可以在该设施的某些零件的磨损和尺寸方面以及在该设备附近的安全性和健康方面提供另外的益处。
在常规的设施中，针对在加压过程开始时存在的不利的气体速度条件，包括加压气体喷射器中的烧结金属盘的加压气体管道必须是(过大)尺寸的。这种烧结金属盘通常安装在闭锁料斗上的加压气体喷射器中，以防止散装材料从料斗内部回流到加压气体管道中，并且使加压气体适当地分布到待加压的散装材料中。因此，在本方法从加压步骤刚开始就以(较低的)恒定气体体积流量操作的情况下，即当压力差处于其最大值时，可以降低烧结金属盘的尺寸(和成本)。此外，减小的且恒定的气体体积流量也是减少管道磨损和维护的有利要素。
另外(或可替代地)，管路内的减小的恒定气体体积流量还可显著地有助于减少通常与这种设备相关联的噪声干扰。因此，通过适当操作的本方法实现了噪声水平的显著降低而不用采取进一步的行动，例如隔音等。
在如本文所述的方法中，可以基于使用体积流量或速度测量装置在阀的下游测量的加压气体的实际速度来有利地控制阀的打开位置。
可替代地或另外地，还可以基于加压气体的体积流量来控制阀的打开位置，所述加压气体的体积流量是根据在加压过程中使用适当的常规压力传感装置测量的实际的上游压力和下游压力而计算的。
另外，可以提供从气体供应主管(gas supply main)到闭锁料斗的一个或多个入口的另一条管路，包括连接于下游拉瓦尔风口的阀，该阀可被控制成在加压过程中且优选地在加压结束之前当缓冲容器内的压力下降到较低压力时打开。
加压气体源可以是具有适合于预期用途的气体的任何合适的源，所述预期用途的气体诸如空气、工艺气体或甚至惰性气体(如果散装材料可以在氧的存在下反应)。因此在实践中，所述源可以是气体供应主管，例如惰性气体或工艺气体供应，和/或其可以是布置在所述阀与气体供应主管之间的中间缓冲容器(所述中间缓冲容器由所述气体供应主管供给/填充)。
在另一方面，本发明还考虑了阀和控制单元在用于对料斗中的散装材料进行加压的设备中的用途，所述控制单元能够控制所述阀的打开以便以预设的恒定气体体积流量向闭锁料斗提供加压气体。
特别地，本发明涉及上述用途，以通过选择适当的预设气体体积流量值来对料斗中的散装材料进行加速加压。
可替代地，可以有利地选择使用较低的恒定气体体积流量值，以减少对料斗中的散装材料进行加压时的噪声干扰和/或磨损。
可替代地或另外地，本文所述的用途可以被选择为用于减轻在对料斗中的散装材料进行加压的过程中散装材料的压实。
可替代地或另外地，所描述的用途可以被设想为用于在加压气体源与未加压料斗之间的较高压力差下操作现有设备以对料斗中的散装材料加压，而不需要重新定尺寸或更换该设备的零件，诸如例如喷射器或烧结金属盘。
可替代地或另外地，所描述的用途可以被设想为用于在加压气体源和加压的闭锁料斗之间的较低压力差下操作现有设备以对料斗中的散装材料加压，而不需要重新定尺寸或更换该设备的主要零件，诸如例如喷射器或烧结金属盘。
在又一方面，本发明描述了用于对料斗中的散装材料加压的设备；包括被构造为用于容纳散装材料的闭锁料斗的料斗、加压气体的源、配置成将加压气体从所述源输送到所述闭锁料斗的一个或多个入口的管路、布置在所述管路中的阀，其中所述设备的特征在于，所述阀是可控阀，所述阀的打开位置能够由控制单元控制，所述控制单元被配置为对所述阀的打开位置进行控制，以便以预设的恒定气体体积流量向闭锁料斗提供加压气体。
优选地，阀的打开位置能够由所述控制单元基于使用体积流量或速度测量装置在阀的下游测量的加压气体的实际体积流量来控制。可替代地或另外地，阀的打开位置能够由所述控制单元基于加压气体的体积流量来控制，所述加压气体的体积流量是根据在加压过程中使用压力传感装置测量的实际的上游压力和下游压力而计算的。
如上面在本方法的上下文中已经提到的，加压气体源可以是气体供应主管和/或布置在气体供应主管与所述阀之间的中间缓冲容器。
在本发明的上下文中，在所需的加压气体量的至少80％且优选该加压气体量的90％被供应到料斗中的时间期间，如果气体的体积流量值波动不大于10％，优选不大于5％，则认为气体的体积流量是恒定的。
附图说明
现在将参照附图通过实例来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是本发明的或可用于本发明方法的优选设备的实施例的示意图，
图2是本发明的或可用于本发明方法的优选设备的另一实施例的示意图，
图3是示出了在闭锁料斗加压过程中闭锁料斗压力和气体体积流量与时间的函数的图表。
从以下参照附图对几个非限制性实施例的详细描述中，本发明的进一步的细节和优点将是显而易见的。
具体实施方式
参考图1，用于对被构造为闭锁料斗29的料斗中的散装材料进行加压的设备被提供用于容纳散装材料(诸如煤粉)。提供多条管路22、26、28，以将加压气体从源(直接地或经由缓冲容器)输送到闭锁料斗29的一个或多个入口30。可控阀34、35被布置在管路中并且可以由控制单元(未单独示出)控制其打开位置。该控制单元被编程为控制阀的打开位置，以便以预设的恒定气体体积流量向闭锁料斗提供加压气体，从而在管道、烧结金属盘30和闭锁料斗29内的散装材料中产生恒定的加压气体实际速度。
气体流量控制阀(可控阀)可以以两种不同的方式操作，两种方式均导致作为目标的恒定的气体体积流量(仅为了说明起见，两种方式在同一图中示出)：
-或者，将体积流量(或速度)测量件31安装在用于将缓冲容器27连接至闭锁料斗29的加压气体管线中。恒定体积流量设定点值是固定的。流量控制器(控制单元)作用在控制阀34、35上，使得在测量件31中测量的实际体积流量值与设定点值相配。
-或者，将控制阀34、35的特性(即，由阀根据上游32测量的压力水平、下游33测量的压力水平和阀的打开位置产生的质量流量)包括在该控制器中。对于固定的加压气体体积流量和因此固定的加压气体速度，连续计算由在33中测量的压力水平决定的相应的质量流量值。控制器相应地定位阀，使得产生(连续增加的)质量流量，阀位置的设定点值由上游32和下游33的压力水平和质量流量值产生。
从工艺气体供应主管21直接供应的加压气体体积流量可以使用可控阀35以等效的方式控制，上游的压力当前处于该工艺气体供应主管中的压力水平。然而，每当安装有用于加压气体的缓冲容器时，在加压气体从缓冲容器中供应时，实现了最低压力水平且因此实现了所描述的加压气体体积流量控制的最佳效果。
图2示出了与图1的实施例类似的实施例，然而其中，来自供应主管的管路22内的阀35被构造成具有相关联的拉瓦尔风口的简单的开/关(打开/关闭)阀。在闭锁料斗29旨在优先/主要从缓冲容器27被加压的情况下，这种配置是特别有用的。然后在缓冲容器回路失效的情况下，可以进行以常规方式从供应主管加压的整体操作。
在任何情况下，在加压循环结束时当缓冲容器内的压力下降到较低压力时，阀35(无论是图1还是图2的形式)可以被(可控制地)打开。
作为对本发明的实施例之一的说明，可以进行以下计算：p1是闭锁料斗中的初始(绝对)压力水平，p2是闭锁料斗中的最终(绝对)压力水平，并且或是以恒定的质量流量(通过具有恒定上游压力水平的拉瓦尔风口)或是以恒定的体积流量(通过如本文所述的受控的阀)执行加压，在恒定质量流量加压的情况下的最大实际气体速度等于在恒定体积流量加压的情况下的实际恒定气体速度，恒定体积流量加压与恒定质量流量加压的加压持续时间之比等于ln(p2/p1)/[(p2-p1)/pa]，pa是(绝对)大气压，ln为自然对数。实例：p1＝0巴表压＝1巴绝压，p2＝9巴表压＝10巴绝压，pa＝0巴表压＝1巴绝压。加压持续时间之比变为ln(p2/p1)/[(p2-p1)/pa]＝0.256，即，加压持续时间可以减少最高达约74％，同时烧结金属盘以及散装材料中的最大实际气体速度和最大压力损失保持恒定，并且噪声水平保持接近恒定(噪声水平主要由实际气体速度决定，并且随压力水平的对数稍微增加)。
在图3的图表中还描绘了对应的说明性实例，其中关于料斗压力和气体体积流量方面的结果被显示为用于加压操作的时间的函数，根据本发明具有恒定体积流量(VAC)的操作示为曲线(2)和(4)，以及作为比较的使用阀和拉瓦尔风口构造(1YD)的常规操作示为曲线(1)和(3)。所示的实例基于以下假设：加压气体容器具有65m3的有用体积和17巴绝压的初始压力；待加压的闭锁料斗具有22m3的可用气体体积和12巴绝压的最终压力，要遵守的最大气体体积流量为3.54m3/s。在图3中可以看出，加压闭锁料斗所需时间的减少是非常显著和出人意料的，从常规的76s到仅15.4s，这更是因为这些减少通过仅对现有设备的少量修改就可实现。
本发明不限于实施例以及涉及将煤注入鼓风炉的具体应用。本发明还可以应用于包括容纳粉末材料的加压料斗并需要对所述料斗周期性加压的其他设施。
附图标记：
21 加压气体源
22 从加压气体源到料斗的管线
26 从加压气体源到缓冲容器的管线
27 缓冲容器
28 从缓冲容器到料斗的管线
29 (闭锁)料斗
30 料斗入口(例如烧结金属盘)
31 气体体积流量或速度传感器
32 阀上游的压力传感器(例如在缓冲容器上)
33 阀下游的压力传感器(例如在料斗上)
34 来自缓冲容器的可控阀
35 来自供应主管的(可控)阀

Claims (12)

1.一种用于对料斗中的散装材料加压的方法；其中，所述料斗被构造为容纳散装材料的闭锁料斗(29)，加压气体的源、将所述加压气体从所述源输送到所述闭锁料斗的一个或多个入口(30)的管路(22、26、28)、布置在所述管路中的阀，其中，所述方法的特征在于，控制所述阀(34、35)的打开位置，以便以预设的恒定气体体积流量向所述闭锁料斗提供加压气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于使用体积流量或速度测量装置(31)在所述阀的下游测量的加压气体的实际气体体积流量和/或基于根据在加压过程中使用压力传感装置(32、33)测量的实际上游压力和下游压力计算出的加压气体的气体体积流量来控制所述阀(34、35)的打开位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述加压气体的源是气体供应主管(21)和/或布置在所述气体供应主管与所述阀(34、35)之间的中间缓冲容器(27)。
4.阀和控制单元在用于对料斗中的散装材料加压的设备中的用途，所述控制单元能够控制所述阀的打开以便以预设的恒定气体体积流量向闭锁料斗提供加压气体。
5.根据权利要求4所述的用途，用于对料斗中的散装材料加速加压。
6.根据权利要求4所述的用途，用于减少在对料斗中的散装材料加压时的噪声干扰和/或磨损。
7.根据权利要求4所述的用途，用于减轻在对料斗中的散装材料加压的过程中散装材料的压实。
8.根据权利要求4所述的用途，用于在加压气体源和未加压料斗之间的较高压力差下操作现有设备以对料斗中的散装材料加压。
9.根据权利要求4所述的用途，用于在加压气体源和加压的闭锁料斗之间的较低压力差下操作现有设备以对料斗中的散装材料加压。
10.一种用于对料斗中的散装材料加压的设备，所述设备包括被构造为用于容纳散装材料的闭锁料斗(29)的料斗、加压气体的源、被配置成将所述加压气体从所述源输送到所述闭锁料斗的一个或多个入口(30)的管路(22、26、28)、布置在所述管路中的阀，其中，所述设备的特征在于，所述阀是可控阀(34、35)，所述阀的打开位置能够由控制单元控制，所述控制单元被配置为对所述阀的打开位置进行控制，以便以预设的恒定气体体积流量向所述闭锁料斗提供加压气体。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，能够由所述控制单元基于使用体积流量或速度测量装置(31)在所述阀的下游测量的加压气体的实际体积流量和/或基于根据在加压过程中使用压力传感装置(32、33)测量的实际上游压力和下游压力计算出的加压气体的体积流量来控制所述阀(34、35)的打开位置。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述加压气体的源是气体供应主管(21)和/或布置在所述气体供应主管与所述阀(34、35)之间的中间缓冲容器(27)。
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