CN1513742A - 向高压系统连续进给和压送固体物料的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种向压力容器连续提供固体物料，例如粉末煤料的系统。这一系统向高于固体物料初始压力的第一压力下的第一容器输送固体物料。通常，具有喷口的螺旋进料器输送物料，喷口提供的气体弥补了固体物料的体积。在物料形成液浆之后，系统再将其输送到第二高压容器。因此，系统能够基本连续地向高压容器供应固体物料。

Description

向高压系统连续进给和压送固体物料的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种向高压系统输送煤料的系统，尤其是连续从低压系统向高压系统输送煤料以对煤料进行加工的系统。

背景技术

目前发电系统中使用的设备常常需要一套高压煤料输送系统，特别是许多这样的高压系统包括高压反应器，高压反应器使煤燃烧生热或者从煤中进一步精炼碳。高压用来使煤几乎是瞬间燃烧而释放出所要到达的能量。既使所用的煤经过高度研磨，基本上仍为固体颗粒物料，很难被压缩到燃烧所需的高压状态。为供送煤料并使煤料达到燃烧所需的高压状态，常常将煤料加工成煤浆。这样，煤浆可以较容易的泵送并易于压缩到所需的高压状态。通常，希望能够把煤料加压到至少1000计示磅/平方英寸(psig)的压力。

已经研制出了各种各样的提供所需高压煤料的系统，但是，所有的这些系统都存在着大量的缺陷。使用这些系统时，煤料通常会首先被置入一种液浆中，液浆包括液体，比如水，煤料颗粒悬浮于其中。煤浆中的载液作为煤浆中的过量残余被输送到反应器，因而降低了反应器的效率。

一个典型的例子是，以前研制出了一种闸斗仓进料系统，利用这种系统，闸斗仓先被加压，然后将其清空到加压系统中。在第一个闸斗仓清空之后，系统关闭，之后对第二个闸斗仓进行加压，然后再将其清空到加压系统中。这一系统仅能实现断断续续的加压煤料的进料。

也有其他系统被提出，这些系统产出一种二氧化碳和煤形成的液浆后，将其输送到燃烧系统或反应系统。然而，这些系统仍然需要有不可靠的循环闸斗仓以在起始阶段增加煤浆的压力。此外，循环闸斗仓通常具有多个阀门和效率低下、需要几乎终生维护的气体压缩机。

还有其它系统试图提供一种使用螺旋进料器或泵的进料系统，但是它们具有同样的缺陷，尤其是，在进料系统周围，这些系统通常需要有多个换热器，以便在进料装置内使输送到煤料中的二氧化碳(CO₂)具有合适的温度。这些都依赖于泵入进料装置的液态CO₂的固化，这些固化能够形成封堵，阻止物料在从输入的低压端向输出的高压端行进时的回流。这些系统不易克服泵入煤料所抵抗的高压头。

因此，本发明旨在提供一种能够把煤料连续送入用于气化反应的高压煤料系统和其他高压系统的系统。特别是旨在提供一种连续煤料输送系统，这种系统使用相对廉价的CO₂气体在室温及固定床容积密度(static bed bulkdensity)下将煤料送入燃烧器。此外，本发明还旨在提供一种通过不超过两个的池来输送高压煤浆，从而为高压反应器提供高压供料池的系统。

发明内容

本发明涉及一种向高压容器连续输送煤料的系统，该连续煤料输送系统首先为输送到第一压力池的固体煤料进行初始加压。在含有液态二氧化碳的第一压力池中形成煤浆，煤浆通过第二煤浆泵加压进入到最后的高压池。

本发明的第一个优选实施例为一基本连续向物料加压的系统，该系统包括储存着第一压力下所供应物料的容器。进料器具有一个同该容器可操作连接的进料器入口，这样，一部分物料能够被有选择和连续地供送到进料器。进料器还具有一进料器出口，因而，在第二压力下的池具有一个同所述进料器出口可操作连接的池入口。第二压力至少是第一压力的两倍，且进料器有选择地、连续地从所述容器向所述池传送物料。

本发明的第二个优选实施例包括一基本连续向物料加压，并将加压后的物料输送到高压反应器的系统，该系统包括储存着环境压力下的供应物料的容器。具有进料器入口的进料器可操作地与该容器连接，这样，一部分物料能够被有选择和连续地供送到所述进料器。进料器上设置一进料辅助器以协助向进料器出口输送物料。第一池的压力至少是容器环境压力的两倍，并且第一池还具有一个同进料器出口可操作连接的池入口。进料器可以有选择地和连续地从所述容器向所述第一池传送物料。

本发明的第三个优选实施例提供了一种向加压池基本连续供应加压煤浆的系统。该系统具有一容器，在环境压力下可向该容器的出口供应煤料。该系统还具有一进料器，该进料器有一同容器出口可操作连接的进料器入口，这样，一部分煤料能够有被选择和连续地供送到进料器。在至少是容器的环境压力的两倍的压力下，一液浆池中盛放着由煤料和液体形成的煤浆。该池还具有一同进料器出口可操作连接的池入口。液浆泵将煤浆从液浆池泵送到高压池。液浆泵将煤浆的压力增加了至少四倍。

本发明的第四个优选实施例包括一种向高压系统基本连续输送由固体物料和液体形成的加压液浆的方法。该方法包括利用进料器将干燥并处在环境压力下的大量物料输送到压力容器内。然后在该压力容器中物料与液体混合形成液浆，接着，再将液浆由压力容器泵送到高压容器。在液浆进入高压容器之前，还从液浆中除去一部分液体。

本发明的第五个优选实施例包括一将粉末状物料从低压环境传送到高压环境的喷射进料器。该喷射进料器具有用来盛放处在喷射进料器内物料的壳体。该壳体具有一用来接收粉末物料的入口。一出口使得物料能够流出该壳体。在壳体中设置有螺杆，以将物料从所述入口输送到所述出口。螺杆上有一喷射口。该喷射口有助于使物料移动到所述出口。在出口处的压力高于入口处的压力。

本发明的第六个优选实施例包括一将粉末状物料从低压环境传送到高压环境的喷射进料器。该喷射进料器的壳体容纳着处在喷射进料器内的物料。该壳体还有一入口和一出口。壳体内设置有用来将物料从入口输送到出口并能够沿着第一方向轴向旋转的螺杆。围绕螺杆形成迷宫型密封，并且该密封与螺杆连通以基本消除物料的反向流动。所述出口处的压力高于所述入口处的压力。

从本发明的详细描述中，本发明其他领域的应用将是显而易见的。可以理解详细描述和具体实施例，当所指为本发明的优选实施例时，仅仅是为了解释本发明而不是对本发明范围的限制。

附图说明

结合详尽的说明以及附图能够更充分的理解本发明，其中：

图1依据本发明的优选实施例，向高压容器输送煤料的连续煤料输送系统图解视图；

图2a依据本发明第二个优选实施例的喷射进料装置的剖面简图；

图2b图2a中螺旋喷射进料装置的螺旋部分剖面详尽视图；

图3从图2中环3内的喷射进料装置部分的详尽视图；

图4沿着图3中线4-4的剖视图。

具体实施方式

下面对本光明优选实施例的描述本质上仅仅是示例性的，而其目的决不是限制本发明、其应用或使用。

如图1所示，其中示出了本发明优选实施例的连续粉末状煤料进料系统10。一定体积的粉末状煤料11首先储存在周边储煤仓12中，储煤仓12用与之相匹配的盖子14覆盖，盖子14上具有进煤管16。进煤管16可以具有进煤装置16a，例如振动进煤器，从而促进煤料流入储煤仓12。二氧化碳(CO₂)净化管17提供通过煤料11的CO₂气流，以除去煤料11的煤料颗粒之间存在的空气。储煤仓12还包括一个出口或倒料口18。利用振荡器或搅拌器20，煤料11通过倒料口18从储煤仓12中被引出或移出，就这样，煤料从储煤仓12的内部或出煤口18的附近流出，从而将煤料源源不断地输送到固体煤料泵22。

固体煤料泵22需要有最小约60计示磅/平方英寸(psig)(大约5.1个大气压)的泵压，此外，最好固体煤料泵22至少逆着约150psig(约11.2大气压)的压力从储煤仓12将固体煤料泵出。为完成这一任务，固体煤料泵22可以具有气体进料管24，其上设有控制阀门26，以调节通过气体进料管24的气流。固体煤料泵22包括一个大气压或环境压力下的进煤端28，和高压下出煤端30。

固体煤料泵22通常由马达32驱动，马达32通过合适的齿轮箱34与固体煤料泵22连接。在低压端28煤料从储煤仓12进入固体煤料泵22，然后，固体煤料泵22将煤料11沿着固体煤料泵22的长度方向泵入到出口端30。在这期间，煤料11压力增加，并在适合的高压下从固体煤料泵22流出。

在出口端30，煤料11首次在收集站36处堆积。管线37具有阀门38，用来控制煤料11从煤的收集站36向煤浆池40的流动。煤浆池40具有隔热套筒42，以使煤浆池40内保持恒温。此外，为了进一步调节煤浆池40内的温度，套筒42具有制冷或加热装置。煤浆池40还包括一个合适的搅拌器44，例如转子或叶片搅拌器。搅拌器44由合适的外部或内部马达46驱动，以提供使煤浆池40内的煤浆保持悬浮所需的搅拌。

在煤浆池40内形成的煤浆具有固态或基本为固态的组分，包括从储煤仓12进入到煤浆池40的固体煤料11。固态组分悬浮在液态组分中，液态组分可以是任意合适的液态组分，但通常是从煤浆剂管线48，优选为液态二氧化碳管线48供应给煤浆池40的液态二氧化碳。液态CO₂通过煤浆剂管线48进入到煤浆池40内，在搅拌器44的搅拌作用下，煤料11悬浮在液态CO₂中。通常，为使CO₂保持液态，煤浆池内的压力至少维持在60psig。因此，煤浆池40内的温度大约为-36℃到-55℃之间(大约-33°F到-67°F)。

通过煤浆管线50，煤浆从煤浆池40流入液体煤浆泵52。液体煤浆泵52可以为通常所知的任何液体泥浆泵，比如由Moyno Inc.of Springfield，Ohio生产的煤浆泵。煤浆泵52包括由马达56驱动的泵体或泵部54，还包括低压入口58和高压出口60。高压出口60包括排出管线或煤浆输送管线62，煤浆输送管线62将煤浆从液体煤浆泵52输送到固/液分离器64。液体煤浆泵52将煤浆的压力从流出煤浆池40时的压力增加到大约1300psig。可以理解，根据最终想要达到的压力可以获得更低或更高的压力。此外，可以依次设置几个液体煤浆泵52，用来增加或逐步增加液态煤浆的压力。

固/液分离器64可以包含一个诸如旋风分离器式的分离器，固/液分离器64具有在煤浆通过高压管线66被输送到高压池68储存起来之前除去煤浆中多余的液体的装置。固/液分离器64的压力维持在高压池68内压力的水平，也就是从液体煤浆泵52流出时的压力。通常，高压池68需要被加压到至少约1100psig。然后，将高压池68内加压的物料通过进料系统70从高压池68输送到合适的高压反应器72。在专利号为4191500、发明人为Oberg等并最初转让给Rockwell International Corporation、名称为“Dense-Phase Feeder Method”的美国专利中描述一种进料系统70，这里引用其全文作为参考。因此，储存在高压池68内的物料能够被有效地、容易地输送到高压反应器72内进行反应。

至此，对系统10的说明已经描述了从储煤仓12出来的固态煤料的流动路径，储煤仓12出来的固体煤料在煤浆池40内变为煤浆，然后，在高压下被泵入到高压池68。然而，固体煤料泵22和煤浆池40两个都需要一种附加的物料以协助它们的运转。虽然下面的描述记载了输送到固体煤料泵22的气体，但是可以理解，本系统10可以使用能够将固态煤料从储煤仓12中的大气压增压到煤浆池40中的压力的泵。不过，在煤浆池40内形成煤浆的液体以及向煤料泵22供应的气体最好是CO₂。

CO₂首先由CO₂供应装置76提供，然而，在系统10首次使用之后，大部分的CO₂被循环利用。因此，CO₂供应装置76变成了补充CO₂的供应装置76。补充CO₂的供应装置76通常保持在周围环境状态，也就是通常的1个大气压附近(大约0.0psig)和大约21℃(70°F)，这样，补充CO₂的供应装置76内的CO₂是气体。CO₂气体通过补充供应管线78进入第一个压缩机80。第一压缩机80将从CO₂供应装置76出来的CO₂压缩到大约60psig。此外，第一压缩机80将从CO₂供应装置76出来的CO₂增温到大约150℃(大约300°F)。

然后，CO₂供应管线78将从CO₂供应装置76出来的CO₂气体输送到换热器82。换热器82将CO₂管线78内CO₂的部分热量传到煤浆输送管线62。输送管线62内煤浆的温度约为-29℃(大约-20°F)。因此，在煤浆进入到固/液分离器64之前，最好将其升高到约21℃。所以，换热器82可以将煤浆输送管线62内的煤浆加热到21℃。反过来这又使CO₂供应管线78内的CO₂在进入到第二压缩机84之前温度降低到约21℃。第二压缩机84将CO₂压缩到约150psig和约150℃(约300°F)。

在CO₂进入制冷冷凝器86之前，CO₂供应管线78重新回到换热器82，以将CO₂的温度降低至约21℃。冷凝器86使最初来自CO₂供应装置76的CO₂气体冷却并冷凝到液态。在离开第二压缩机84之后，CO₂的压力高于煤浆池40的压力。冷凝器使CO₂冷却到大约-40℃(-40°F)，产生液态CO₂。在合适的温度和压力下，液态CO₂然后被输送到煤浆池40，在那与由固体煤料泵22泵到煤浆池40中的固体煤料11形成煤浆。

在固/液分离器64内，多余的CO₂被从煤浆中被除去并通过CO₂返回或再循环管线90重新返回系统10。气体输送管线24从CO₂返回管线90分叉以向固体煤料泵22供应高压二氧化碳。从固/液分离器64分离出来的CO₂仍处在高压状态，也就是煤浆从液体煤浆泵52流出时的压力。然而，由于换热器82对CO₂进行了加热，在煤料供应管线24内的CO₂的温度接近21℃。

其余的CO₂，也就是没有进入固体煤料泵22的CO₂，然后进入膨胀阀92，膨胀阀92使其从返回管线90中的高压状态大大减压。在约70psig至180psig的压力下，从膨胀阀流出的CO₂进入低压返回管线94。压力的剧减同样也大大降低了CO₂的温度，以致当其处在低压返回管线94中时，能够维持在约-40℃至-57℃(约-40°F至-70°F)的温度。同样。在这一条件下，CO₂处于相位变化过程且处于气液两相状态。因此，CO₂首先被从低压返回管线94输送到气液分离器96。

使用合适的气液旋风分离器的气液分离器96汲取CO₂中的液体部分，并将其输送到液态CO₂返回管线98。液体又返回到煤浆剂输送管线48，以向煤浆池40供应液体。气体CO₂管线100与来自CO₂供应装置76的CO₂汇合，并被输送到冷凝器86。来自气/液分离器96的气体冷却之后，冷凝的CO₂和来自CO₂供应装置76的CO₂一起合并到煤浆剂管线48中，以被输送到煤浆池40内形成煤浆。

既然已经描述了系统10，下面将结合本发明优选操作方法讨论系统10的操作。通常首先将向储煤仓12供应的煤料11干燥到湿气重量百分比近似为2％到6％。因此，煤料11在进入储煤仓12之前基本上是干燥的，这就减少了后来必须从系统10中除去以确保系统10正常运转和高压反应器72有效运转的湿气和水蒸气含量。此外，输送到储煤仓12的煤料11通常要研磨呈非常精细的粉末，通常，煤料11要研磨成其中70％到90％的煤料11能够穿过200目的筛子。这样做不仅能够使固体煤料泵22和液体煤浆泵52有效运转，还使煤料11在经过系统10的压缩之后，能够在高压反应器72内快速反应。虽然储煤仓12内的煤料11是很精细的颗粒或粉末，其基本上是固体，并且煤料11在连续进料系统10中形成加压的煤浆，并将煤浆供给到高压池68中。此外，储煤仓12通常处在周围环境或大气状态。因此，根据周围的环境，储煤仓12通常不加压并维持在一个大气压和约18至25℃的状态。储煤仓12内的煤料通常被来自CO₂净化管线17的CO₂所搅拌和净化。另外，这样有助于减少固着在储存于储煤仓12内的煤料11的颗粒内的湿气含量。

来自储煤仓12的煤料11在重力的作用下被输送到固体煤料泵22。虽然搅拌器20可以协助这一过程，但是，通常煤料通过出口18仅能落到固体煤料泵22的低压端或入口28处。然后，固体煤料泵22将煤料11输送到高压端30，在煤料11流出高压端30之前，高压端30对其进行加压。

由于煤料11被泵送通过固体煤料泵22，煤料11的压力从环境压力或大约0.0psig的压力增加到通常大约为60psig至180psig的煤浆池内压力。这就大大压缩了CO₂气体和存在于固体煤料11的颗粒之间的其它间隙气体。这一压缩就将煤料11的颗粒所携带气体的体积在其流经固体煤料泵22时，减小了7到10倍。CO₂管线24所供应的CO₂气体能够弥补这一压缩体积，所以，可以减小煤料颗粒内的压缩接触力。

如果没有气体管线24所供应CO₂气体的体积弥补，煤料11就不能流过泵22，并可能形成堵塞。由于向固体煤料泵22供应的是CO₂，所以通过固体煤料泵22所泵送的煤料11的固体容积密度的增加通常不会超过5％。煤料颗粒以约40lbm/ft3的容积密度进入固体煤料泵22，因为煤料被研磨成了粉末，煤料实际的容积密度为87lbm/ft3。因此，煤料11的颗粒不能被大程度的压缩，并仍能可移动地通过固体煤料泵22。由气体供应管线24向固体煤料泵22供应的CO₂有助于固体煤料泵22在没有过量压缩泵入到高压池68中的煤料的同时保持连续运转。

在煤料11流出高压端30之后，在重力的作用下或在泵的直接作用下，进入到煤浆输送池管线37。煤浆池40内具有从固体煤料泵22泵入的固体煤料，以及煤浆管线48所供应的液态二氧化碳。煤浆池40通常维持在约-34℃至-50℃之间(约-30°F至-60°F)，这就是煤浆池40外面具有隔热套筒42的一个原因。如果CO₂的温度增加，那么为了使CO₂保持液态，煤浆池40的压力就必须增加。举个例子，如果温度约为-30℃，那么煤浆池的压力将会接近180psig，如果煤浆池40内的温度升高，那么固体煤料泵22就需要抵抗这一压力泵入固体煤料11。然而，使CO₂处于高温状态，通过降低加热煤浆所需的能量，能够使系统10更加有效的运转。同样，如果没有附加的制冷装置或冷凝器使CO₂冷却至更低的温度，减少进行制冷运转所需的能量就会增加效率。作为固体煤料泵22克服高压头泵送固体煤料的示例性的泵将在下文中描述。

来自煤浆池40的煤浆然后通过煤浆输送管线50流入到液体煤浆泵52，液体煤浆泵52优选地使煤浆的压力增加到约1100psig至1400psig。可以理解，虽然这些只是示例性的压力，但煤浆最终所泵压的压力取决于所使用的泵和高压反应器72所需的选择压力。

在高压煤浆离开液体煤浆泵52之后进入到换热器82，换热器82用来自CO₂供应装置76的CO₂气体的热能，将通过煤浆输送管线62所泵送的煤浆加热到约20℃。因此，换热器82不仅仅为加热在煤浆输送管线82内所输送的煤浆提供了一种方法，也为来自CO₂供应装置76被压缩的CO₂在进入到煤浆池40之前提供了一种内部冷却方式。

在离开换热器82之后，煤浆输送管线62内所输送煤浆的体积有所增加。通常，CO₂的体积是其进入换热器82之前的约1.3倍(煤料的体积保持不变)。之后，煤浆被输送到固/液分离器64，以除去煤浆中多余的CO₂。固/液分离器64除去了多余的CO₂，使得高压反应器72的效率有所提高。并且，固/液分离器64还可以使大部分CO₂在系统10内得以循环利用。通常，由泵52泵送的CO₂中约有20％或更多能够由固/液分离器64所回收。由固体煤料11和留下的CO₂载液形成的煤浆流动到高压池68，并最终流到高压反应器72。

固/液分离器64分离出来的液态CO₂经CO₂返回管线90输送。如上所述，这些加压的CO₂其中的一部分被输送到固体煤料泵的CO₂供应管线24，以协助将从储煤仓12出来的固体煤料泵入到煤浆池40。其余的CO₂则被输送到膨胀阀92进行第一减压，直到达到煤浆池40内的压力。也就是说，CO₂的压力迅速地从泵压，即约1100psig至1500psig之间，降低到煤浆池40内的压力范围，也就是通常的约70psig至180psig之间。压力的突然下降，使得近50％至60％重量百分比的CO₂转化为气态。这种混合物通过管线94被输送到气/液分离器96，从而CO₂中的液态部分被分离出来并被输送到煤浆池40，而其中的气态部分则被输送到冷凝器86进行冷凝直到变为液态。

从CO₂供应装置76出来的CO₂同样被泵送到冷凝器86进行冷却，以达到煤浆池40内的温度。第一压缩机80和第二压缩机84同样也对来自CO₂供应装置76的CO₂进行增压，以达到煤浆池40内的压力。于是冷凝器对该CO₂进行冷却，以达到煤浆池40内的温度。在经过冷却和冷凝形成液态之后，这两部分供应的CO₂被输送到煤浆池40以和固体煤料在煤浆池40中形成煤浆。

虽然固体煤料泵22能够连续地为压力系统10提供固体煤料，系统10还具有许多阀门，以根据系统的选择需要对进料进行控制。膨胀阀92可用来控制流向高压反应器72的流动，膨胀阀92的移动就能快速地降低和增加高压池68的压力，从而快速改变高压池68内高压煤浆的流量。此外，在高压池68至高压反应器72之间的管线上还设有隔离球阀69，因此，可以瞬时关闭和开启从高压池68流出的煤浆的流动。CO₂供应阀26能够瞬时地控制流向固体煤料泵22的CO₂的流动，而控制阀38能够瞬时地控制流向煤浆池40的煤料的流动。

因此，系统10能够为高压反应器72连续地供应加压煤料，而不是断断续续地对来自传统的闸斗仓进行加压和释放以泵送干煤料。煤浆的形式易于周围环境压力下的煤料11从储煤仓12泵送到高压池68。

如图2和图2a所示，其中所示的加压或螺旋喷射进料装置120被用作为固体煤料泵22。螺旋喷射进料装置120与储存在储煤仓122内的固体煤料颗粒相通或者对其加压。可以理解，螺旋喷射进料装置120也可以用来对煤料之外的其他固体物料进行加压。通常，储煤仓122包含着基本上研磨过的煤料，其中约70％到90％的煤料能够穿过200目的筛子。此外，储煤仓122通常处于周围环境状况，因此它具有约1个大气压的压力和约21℃的温度。

储煤仓122中的煤料通常也靠重力流入到螺旋喷射筒126的低压端124，螺旋喷射筒126的低压端124包括储煤仓122的进料套筒128。螺旋喷射筒126的低压端124的其它部分由固定套筒130限定，固定套筒130基本上包围和密封着低压端124的其它部分。在螺旋喷射筒126内转动的螺杆132通常包括中心轴134和绕着轴134的螺纹或螺纹面136。每一螺纹136之间限定盛放并移动煤料的螺纹间隙137。将来自储煤仓122的煤料从低压端124输送到高压端138，在该高压端138，煤料能够顺着导管140落入高压容器142中。该高压容器142的压力高于低压端124的压力或者储煤仓122的压力。

通过螺杆132的运动，煤料从低压端124运动到高压端138。在平衡压力环境下，使用螺旋输送器传送物料的方法是众所周知的，这里就不就详尽描述了。螺旋喷射进料装置120能够相对容易地将煤料从储煤仓122传送至高压容器142。

螺杆132通过相互连接的螺杆齿轮144和驱动齿轮146旋转，驱动齿轮146由驱动马达148驱动，驱动马达148可以是用电力或其它燃料做动力的合适马达。中间齿轮150使驱动齿轮146和螺杆齿轮144的旋转方向相同。驱动马达148同样也驱动着第二或套筒驱动齿轮152，套筒驱动齿轮152与设置在旋转套筒154外部的齿条相连接。因而当驱动马达148通过中间齿轮150驱动螺杆132时，驱动马达148直接驱动旋转套筒154。因此，螺杆132的旋转方向同旋转套筒154的角度旋转方向相反。正如这里要进一步讨论的一样，即使螺杆132与旋转套筒154相互作用，如果啮合正确，就能使螺杆132相对于旋转套筒154非常自由地转动。

在低压端124的旁边是CO₂或气体的输送装置156。气体输送装置156输送通过气体输送管线160来自气体供应装置160的气体。来自气体供应装置160的气体可以是任意合适的气体，但一种形式是包含CO₂气体，特别是当由螺旋喷射进料装置120输送的物料是煤料的时候。气体输送管线158通过密封接头164进入壳体162。在壳体的内部限定出一个由壳体和密封件168所构成的密封空间166。一旦气体充满气体空间166，气体就会被挤压到螺杆132的轴134内的孔170中。虽然孔170基本上位于轴134的中心，但是可以理解，孔170可以沿径向设置在轴134上。孔能使来自气体供应装置160的气体被送到螺杆132的任何部分。可以理解，孔170可以限定在轴134的整个长度方向上，或者仅仅限定到截止点174处以限制充满孔170的气体体积。

同样，第一或壳体轴承176也位于壳体162的内部，壳体轴承176使轴134能够非常自由的旋转。此外，密封件168在使气体空间166密封的同时，也能使轴在其内进行旋转。

在壳体162和螺杆齿轮144之间则不需要严实的密封，虽然希望它们之间有紧公差，以确保螺旋喷射进料装置120平滑的运转，但在壳体和螺杆的驱动齿轮144之间不会出现来自储煤仓122的煤或来自壳体162的气体的泄漏。然而，优选地，具有用螺旋喷射进料装置120的筒126密封储煤仓122的紧公差或密封。紧公差或储煤仓密封件176设在储煤仓122和筒126的合适的部位之间。同样也可以理解，图中所示的是储煤仓122与旋转套筒154和螺杆齿轮144都保持接触，但是与这些运动部件的接触不是必须的。也可以理解，本发明所包含的正确设计可设置成储煤仓122与螺旋喷射进料装置120静止部分之间相接触，并且在它们之间设置密封。此外，静止套筒130与螺杆齿轮144和旋转套筒154二者之间的部位同样使用合适的密封件178进行密封。因此，落入筒126低压端124的物料不会通过筒126滑落和沿着螺旋漏掉而影响螺旋喷射进料装置120。相反，任何物料均会保留在筒126内。

在高压端和旋转套筒154的周围是壳体180，壳体180相对于旋转套筒154通常不动。因此，设置了第一套筒轴承182和第二套筒轴承184，以使旋转套筒154相对于壳体180能够非常容易地转动。同样，在旋转套筒154和高压管道140之间也设置了密封件186。这是因为高压管道140的压力要比旋转套筒154周围区域的压力高，所述旋转套筒154可以相对于周围环境密封或敞开。因此，为了降低或消除物料回流到螺旋喷射进料装置120的其它部位的可能性，设置了密封件186。尽管存在密封件186，该密封件186仍能使旋转套筒154非常自由地转动。此外，设置了第二轴承188，以接纳轴134的另一端。因此，壳体或第一轴承176和第二轴承188在选定的部位支撑着轴134，并且能够使其在驱动马达148的驱动下自由旋转。

通过螺杆132上螺纹136的旋转，来自储煤仓122的煤料被从低压端124传到高压端138。因为螺杆132保持不动，随着螺杆132的旋转，螺纹136的运动将煤料从低压端带到高压端138。由于煤料从低压端124传到了高压端138，煤料颗粒接触面之间的挤压力以及煤料颗粒空隙内的气体密度都增加了。如果没有通过喷口200向螺旋进料装置120的螺纹空隙137内增加额外的气体，由于高压气体从高压管道140向螺纹空隙137回流，气体的密度将会继续增加。气体的回流会进一步导致煤料颗粒接触面之间挤压力的增加。颗粒接触面之间挤压力最终会阻止煤料颗粒流过进料装置120。当这种情况发生时，螺杆132和挤压的煤料就会象一个固体圆柱一样简单旋转，而不会从低压端124移出并从高压端138喷射出。

为了降低煤料在挤压力的作用下挤压成一个固体堵塞物的可能性，在轴134上设置了孔170，通过孔170可以泵入气体。气体供应装置160向孔170提供气体。如图3、4所示，通过孔170供给的气体然后从形成在螺杆132的螺纹136上的气体喷口200喷出。螺纹136构成平面A，绕着中心轴线B形成喷口200，并且轴线B与螺纹136的平面A成θ角。角θ可以是沿着旋转套筒154传送物料的任意适合角度，但是通常为15°到30°。角θ相对于螺杆132的旋转方向通常为锐角。在高压下沿着孔170供给气体。虽然如果系统10具有螺旋喷射进料装置120，压力是可以调节和选择的，孔处的压力优选近似为1300psig。因此，气体会通过孔170流入到喷口孔202中，然后以音速或刚好超音速，通常约1.0马赫至1.5马赫，喷射出喷口200。

旋转套筒154具有凹槽204，用来容纳螺杆132的螺纹136。凹槽204设置在旋转套筒154上用来与螺纹136的螺旋形状基本配合。因此，当旋转套筒154以第一方向旋转，并且螺杆132的螺纹136以第二方向旋转时，螺杆132能够在旋转套筒154内自由的旋转。这就在螺杆132与旋转套筒154之间形成迷宫型密封。因此，螺纹间隙137内的物料和从喷口200喷射出的气体不能向筒126的低压端移动，而是由于螺杆132的运动，其总是向着高压端138移动

喷口相对于螺纹136的平面A的角θ能使螺纹间隙137内的煤料基本上朝着一个连续的方向移动。喷口200通常对着螺纹136旋转的方向。因而，由喷口200喷射出的超声波气流迫使螺纹间隙137内的煤料向高压端138移动。从喷口200喷射出的气体不仅仅为螺纹间隙137内的煤料提供了附加的动力，以确保物料不会凝聚成团或形成一个固体块，而且也有助于煤料颗粒之间的挤压力的相互作用。由于研磨的煤料含有处在空隙内的气体，所以在煤料被压向出口138时，在煤料的每个颗粒之间，这些气体也被压缩。因此，通过提供气体的弥补体积，通过喷口200喷射出的气体体积弥补了空隙内气体的初始体积的压缩。所以，即使煤料向着高压端移动，通过喷口200引入的附加气体使原来空隙内的气体可被压缩。

虽然螺杆132的旋转速度依赖于构成螺杆132的材料，但是，通常螺杆由硬质钢制成。然而也可以理解，螺杆132也可以由其它合适的材料制成，例如其它合金或钛合金。如果螺杆132由硬质钢制成，它的转速通常为约3500至9500rpm，其顶端速度低于200英尺/秒。当煤料为由螺杆132所传送物料时，螺杆132的速度保持在约61米/秒(约200英尺/秒)以下，可以确保螺杆132不受到严重的腐蚀和侵蚀。再者，螺杆132的直径可以任意，但是通常约为1到5英寸，这就使其至少能够以每秒约50千米的速度移出高压端138。

高压CO₂气体通常以音速喷出喷口200，或者以高于音速高达约2.0马赫或更多的速度喷出喷口200。这就有了足够的作用力作用于处在螺纹空隙137内任一位置的煤料上。因此，煤料能够自由的随着螺杆132的旋转向高压端138移动。此外，高压气体的温度通常为约10℃到21℃(大约50°F到70°F)，从而当其通过喷口200膨胀时，预先冷却螺杆132内的煤料。可以理解，可应用其他不能实现这一预冷却的气体。然而如果应用CO₂，就能实现这一预冷却效果。这在系统10使用螺旋喷射进料装置120时也有益处。因为煤浆池40的温度保持在约-40℃到-57℃之间(约-40°F到-70°F)，在煤料进入煤浆池40之前使其预冷却，减少了使煤浆池40保持在所需的温度而必需的热量。

因此，系统10提供了一种向高压储煤池68连续输送煤料的方法，消除了使用低效系统为高压反应器72供给加压煤料的需求。此外，螺旋喷射进料装置120提供了一种把大气压下的煤料输送到煤浆池40的有效方法。

本发明的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离本发明意旨的各种改变都应归纳在本发明的范围之内，这些改变不能视为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (44)

1、一种基本连续对固体物料加压以协助向压力反应器输送固体物料的系统，包括：

盛放在第一压力下的供应固体物料的容器；

具有进料器入口和进料器出口的进料器，进料器入口与所述容器连通，以便一部分固体物料能够有选择和连续地被供应到所述进料器；

在至少约65psig的第二压力下的池，所述池具有与所述进料器出口相连通的池入口；

其中所述第二压力至少是所述第一压力的两倍；以及

其中所述进料器有选择和基本连续地从所述容器向所述池传送物料。

2、如权利要求1所述的系统，还包括：

与所述池相连通的高压池；

通过管线将物料从所述池泵送到所述高压池的高压泵；

同所述管线相连接的换热器，在物料从所述池向所述高压池传送的过程中加热物料；以及

其中所述高压池内的压力高于所述池内的压力。

3、如权利要求2所述的系统，还包括：

同所述池和所述换热器可操作连接的液浆剂供应装置，其中来自所述液浆剂供应装置的一部分液浆剂同所述物料混合并形成液浆；以及

其中所述高压液浆泵泵送液浆穿过所述换热器，以便所述部分液浆剂被冷却一第一量，并且液浆被加热。

4、如权利要求3所述的系统，还包括：

液浆分离器，用来在液浆穿过所述换热器之后，除去液浆剂的多余部分；

再循环管线，用来将液浆剂中的多余部分返回所述池；以及

其中所述液浆分离器基本不会降低液浆的压力。

5、如权利要求4所述的系统，还包括：

进料器再循环管线，用来将一部分多余的液浆剂返回到所述进料器，以协助一部分物料从所述进料器入口流动到所述进料器出口。

6、如权利要求4所述的系统，还包括：

与所述再循环管线可操作连接的冷凝器，其中所述液浆剂在被输送到所述池之前就冷凝成液态。

7、如权利要求3所述的系统，其中所述液浆剂包括二氧化碳，所述物料包括煤。

8、如权利要求2所述的系统，其中所述池的压力大约为65psig至160psig；并且

其中所述高压池的压力约为1100psig至1500psig。

9、一种基本连续对固体物料加压并将加压的物料输送到高压反应器的系统，包括：

用来盛放环境压力下的供应固体物料的容器；

具有进料器入口和进料器出口的进料器，所述进料器同所述容器可操作连接，以便将一部分物料有选择地、基本连续地输送到所述进料器；

设置在所述进料器中以协助向进料器出口输送物料的进料辅助器；

第一池，其内的压力至少为所述容器环境压力的5倍，并具有同所述进料器出口可操作连接的池入口；及

其中所述进料器有选择地、基本连续地将固体物料从所述容器传送到所述第一池。

10、如权利要求9所述的系统，还包括：

同所述第一池相连通的第二池；

通过管线将物料从所述第一池泵送到所述第二池的高压泵；

同所述管线相连接的换热器，用来在物料从所述第一池传送到所述第二池时加热所述物料；及

其中物料进入压力高于所述第一池的第二池。

11、如权利要求10所述的系统，其中所述第一池内的压力约为65psig至160psig；及

所述第二池内的压力约为1100psig至1500psig。

12、如权利要求10所述的系统，还包括：

同所述第一池和所述换热器可操作连接的气体供应装置；

其中来自所述气体供应装置的部分气体在通过所述换热器传送时被冷却；

所述冷却过的部分气体同所述物料在所述第一池内混合形成液浆；及

其中所述高压泵泵送液浆穿过所述换热器，以便所述部分气体被冷却一第一量，并且液浆被加热。

13、如权利要求12所述的系统，还包括：

冷凝器，用来在冷却过的气体进入所述第一池之前，将该气体液化；

液浆分离器，用来在液浆穿过所述换热器之后，除去液体的多余部分；

再循环管线，用来将液体的多余部分返回所述池；及

其中所述液浆分离器基本不会降低液浆的压力。

14、如权利要求13所述的系统，还包括：

同所述进料器和所述液浆分离器可操作连接的进料器再循环管线，用来将所述液体的多余部分中的一部分返回到所述进料辅助器。

15、如权利要求12所述的系统，其中所述气体包括二氧化碳，所述物料包括煤。

16、一种向加压池连续供应加压煤浆的系统，包括：

在环境压力下向容器出口供应煤料的容器；

具有进料器入口和进料器出口的进料器，进料器入口与所述容器出口可操作地连接，以便能够有选择地、连续地向所述进料器供应一部分煤料；

煤浆池，用来在至少约为65psig的压力下存放由煤料和液体所形成的煤浆，且其具有同所述进料器出口可操作连接的入口；

高压池；

将所述煤浆从所述煤浆池泵送到所述高压池的煤浆泵；

其中所述煤浆泵将煤浆的压力至少增加4倍；及

其中所述高压池中的煤浆适于被输送到高压反应器。

17、如权利要求16所述的系统，还包括：

与所述煤浆池和所述高压池相互连接的管线；

同所述管线相连接的换热器，用来在煤浆从所述煤浆池传送到所述高压池时加热煤浆；及

其中所述煤浆进入温度高于所述煤浆池的所述高压池。

18、如权利要求17所述的系统，还包括：

同所述煤浆池和所述换热器可操作连接的煤浆剂供应装置，其中来自所述煤浆剂供应装置的一部分煤浆剂同所述煤料混合并形成煤浆；及

其中所述煤浆泵泵送煤浆穿过所述换热器，以便冷却该部分煤浆剂并加热煤浆。

19、如权利要求18所述的系统，还包括：

煤浆分离器，用来在煤浆穿过所述换热器之后，除去煤浆剂的多余部分；

再循环管线，用来将煤浆剂的多余部分返回所述煤浆池；及

其中所述煤浆分离器基本不会降低煤浆的压力。

20、如权利要求19所述的系统，还包括：

进料器再循环管线，用来将煤浆剂的多余部分中的一部分返回到所述进料器，以协助一部分煤料从所述进料器入口流动到所述进料器出口。

21、如权利要求19所述的系统，还包括：

与所述再循环管线可操作连接的冷凝器，所述煤浆剂在被输送到所述煤浆池之前就被冷凝成液态。

22、如权利要求18所述的系统，其中所述煤浆剂包括二氧化碳。

23、如权利要求17所述的系统，其中所述煤浆池的压力大约为65psig至160psig；并且

其中所述高压池的压力约为1100psig至1500psig。

24、一种向高压系统供应由固体物料和液体所形成的加压液浆的方法，该方法包括：

用进料器将环境压力下的一定量的物料传送到压力容器；

在压力容器内将物料与液体混合以形成液浆；

将液浆从压力容器泵送到高压容器；及

在液浆进入高压容器之前，从液浆中除去部分液体。

25、如权利要求24所述的方法，还包括：

将所除去液体的第一部分输送到所述进料器；及

将所除去液体的第二部分输送到所述压力容器。

26、如权利要求25所述方法，其中将所述除去液体的第一部分输送到进料器的步骤包括：

维持流体的高压；

使高压流体在进料器内形成射流；及

其中形成射流有助于供给固体物料间隙内的气体初始体积的损失体积。

27、如权利要求24所述的方法，其中用进料器输送一定量物料的步骤包括：

向所述压力容器加压，直至其压力至少是环境压力的5倍；

以基本连续的方式将物料作为固体颗粒，从环境压力下输送到所述压力容器；及

供给物料内原始气体体积的损失体积。

28、如权利要求24所述方法，其中在压力容器内将物料与液体混合形成液浆的步骤包括：

向压力容器供应液体；

搅拌液体和固体颗粒以形成液浆；及

冷却压力容器以控制压力容器的压力。

29、如权利要求24所述的方法，其中除去液浆中的部分液体的步骤包括：

提高液浆的温度，使之超过压力容器内液浆的温度；

从液浆中分离液体的多余部分；

其中在液浆的温度升高之后，其体积增加。

30、一种将粉末物料从低压环境传送到高压环境的喷射进料器，包括：

用来容纳喷射进料器内的物料的壳体，所述壳体具有用来接收粉末物料的入口和用来使物料流出所述壳体的出口；

设置在所述壳体中的螺杆，用来将物料从所述入口输送到所述出口，该螺杆具有喷口；

其中所述喷口有助于将物料输送到所述出口；及

其中所述出口处的压力高于所述入口处的压力。

31、如权利要求30所述的喷射进料器，还包括：

基本环绕在所述螺杆长度上的套筒；

马达；

同所述马达和所述螺杆可操作连接的螺杆齿轮，其使所述螺杆沿着第一方向旋转；

同所述马达和所述套筒可操作连接的套筒齿轮，其使所述套筒沿着第二方向旋转；以及

其中所述马达以基本相同速度驱动所述螺杆齿轮和所述套筒齿轮。

32、如权利要求31所述的喷射进料器，其中所述套筒包括内部和外部，在所述内部具有凹槽；并且

其中所述螺杆与所述凹槽基本接合；

其中由于所述套筒与所述螺杆的旋转方向相反，所以所述螺杆能够自由地旋转。

33、如权利要求32所述的喷射进料器，其中在所述螺杆同所述凹槽基本接合时，形成密封。

34、如权利要求30所述的喷射进料器，其中所述螺杆具有轴向孔，并且所述螺杆还具有径向孔，其中所述径向孔可操作地连接所述轴向孔和所述喷口，以便于向所述轴向孔输送的气体能够从所述喷口喷出。

35、如权利要求30所述的喷射进料器，其中所述螺杆包括具有螺纹平面的螺纹，并且所述喷口的中心轴线与所述螺纹平面约成5°到20°角。

36、如权利要求30所述的喷射进料器，其中一定体积的气体被输送到所述喷口，以便于所述体积的气体以超音速的速度从所述喷口喷出。

37、一种将粉末物料从低压环境传送到高压环境的喷射进料器，包括：

用来容纳喷射进料器内的物料的壳体，所述壳体具有入口和出口；

设置在所述壳体中的螺杆，用以将物料从所述入口输送到所述出口，并能够沿着第一方向轴向旋转；

环绕着所述螺杆形成并与所述螺杆连通的迷宫型密封件，以基本消除物料的反向流动；及

其中所述出口的压力高于所述入口的压力。

38、如权利要求37所述的喷射进料器，还包括：

基本环绕在所述螺杆长度上的套筒，其具有内部和外部；

从所述螺杆延伸出的螺纹；及

其中所述内部具有凹槽以和所述螺纹可操作地接合而形成所述迷宫型密封。

39、如权利要求38所述的喷射进料器，还包括：

马达；

同所述马达和所述螺杆可操作连接的螺杆齿轮，以使所述螺杆沿着第一方向旋转；

同所述马达和所述套筒可操作连接的套筒齿轮，以使所述套筒沿着第二方向旋转；

其中所述马达以基本相同的速度驱动所述螺杆齿轮和套筒齿轮；及

其中由于所述套筒与所述螺杆的旋转方向相反，因此使得所述螺杆能够自由地旋转。

40、如权利要求37所述的喷射进料器，还包括：

辅助器，协助着所述螺杆从所述入口向所述出口传送物料。

41、如权利要求37所述的喷射进料器，其中所述辅助器包括喷口；

其中所述螺杆具有轴向孔和径向孔；并且

其中所述径向孔可操作地连接所述轴向孔和所述喷口，以便于向所述轴向孔输送的气体能够从所述喷口喷出。

42、如权利要求41所述的喷射进料器，其中所述迷宫型密封件基本阻止了气体和粉末物料从所述壳体的出口端向所述壳体的入口端流动。

43、如权利要求40所述的喷射进料器，其中所述螺杆包括具有螺纹平面的螺纹，并且所述辅助器的中心轴线与所述螺纹平面约成2°到25°角。

44、如权利要求40所述的喷射进料器，其中一定体积的气体被输送到所述辅助器，以便于所述体积的气体以超音速的速度从所述喷口喷出。

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