JP6018428B2 - 流れパターン移行管 - Google Patents

Description

本発明は、全体的に、空気搬送システムで使用される流れパターン移行管に関し、より具体的には、不安定な流れパターンを相対的に安定した流れパターンに移行させるため空気搬送システムに使用される流れパターン移行管に関する。

空気搬送システムは、通常、米、セメント、及び灰などの粉末をある場所から別の場所に移送するのに使用され、ここでは搬送能力が最も重要なパラメータである。しかしながら、一部の別の状況では、例えば、搬送システムを用いてガス化システム（例えば、石炭ガス化システム）において固体供給原材料を搬送する場合、不安定な搬送は、ガス化装置に対する過熱などの深刻な問題を生じる可能性があるので、搬送安定性は搬送能力と同程度に重要である。

搬送安定性に影響を与える１つの主因は、管路における流れパターンである。濃密相空気搬送において、プラグ流又は浮遊流は不安定な流れパターンをもたらすが、均一流は、安定した流れパターンをもたらす。ガス化システムにおいて、送給ベッセルから排出される固体供給原料はプラグ流を形成する傾向があり、ここでは固体供給原材料が高濃度の部分と低濃度の部分の両方を含み、従って、極めて不安定になる。

従って、空気搬送システムにおいて不安定な流れパターンを相対的により安定した流れパターンに移行させる必要性がある。

１つの態様において、本発明の実施形態は、空気搬送システムに使用される流れパターン移行管を提供する。流れパターン移行管は、軸方向で内径が漸次的に増大する第１の膨張管セクションと、第１のセクションの最大内径端部から第１のセクションに続いて、第１のセクションから離れて軸方向で内径が漸次的に減少する第２の収縮管セクションと、第２のセクションの最小内径端部から第２のセクションに続いて、第１のセクションの最小内径よりも小さい実質的に同一内径を備えた第３の管セクションと、を備える。第１のセクションの軸方向長さは、第２のセクションの約３〜約５倍である。

別の態様において、本発明の実施形態は、空気搬送システムに使用される流れパターン移行管を提供する。流れパターン移行管は、軸方向で内径が漸次的に増大する第１の膨張管セクションと、第１のセクションの最大内径端部から第１のセクションに続いて、第１のセクションから離れて軸方向で内径が漸次的に減少する第２の収縮管セクションと、第２のセクションの最小内径端部から第２のセクションに続いて、第１のセクションの最小内径よりも小さい実質的に同一内径を備えた第３の管セクションと、を備える。流れパターン移行管がキャリアガスを介して供給原材料を搬送するため空気搬送システムに使用されるときに、第１のセクションの最大内径端部においてソルテーション速度よりも低いキャリアガス速度と、流れパターン移行管は、第２のセクションの最小内径端部においてピックアップ速度よりも高いキャリアガス速度と、を可能にするよう構成される。

本発明の一実施形態による、例示的な流れパターン移行管の長手方向断面図。 本発明の一実施形態による、流れパターン移行管を備えた例示的な空気搬送システムを示す概略図。

添付図面を参照しながら以下で本開示の実施形態を説明する。以下の説明において、本開示を不必要に詳細にすることで曖昧になるのを避けるために、よく知られた機能又は構造は詳細には説明されない。

本開示は、空気搬送システムに使用するための流れパターン移行管を提供する。流れパターン移行管は、軸方向で内径が漸次的に増大する第１の膨張管セクションと、第１のセクションの最大内径端部から第１のセクションに続いて、第１のセクションから離れて軸方向で内径が漸次的に減少する第２の収縮管セクションと、第２のセクションの最小内径端部から第２のセクションに続いて、第１のセクションの最小内径よりも小さい実質的に同一内径を備えた第３の管セクションと、を備える。

空気搬送システムの搬送管路に設置されると、流れパターン移行管は、その第１のセクションにより不安定な流量で管路の上流側から送られる固体供給原材料が空塔速度を低減して、浮遊流に変わることが可能となり、次いで、その第２のセクション及び第３のセクションにより、第２のセクションから送られる固体供給原材料が空塔速度を増大させて、均一な流れに変わり、従って、相対的により安定した流れパターンを形成できるようになるので、不安定な搬送流れパターンを相対的により安定した流れパターンに移行させることができる。

１つの態様において、第１のセクションの軸方向長さは、固体供給原材料が流れパターン移行管の第１のセクション上に達して浮遊流を形成するのに十分な時間を確保するため、第２のセクションの約３〜約５倍である。

１つの態様において、流れパターン移行管は、キャリアガスを介して供給原材料を搬送するために空気搬送システムにおいて水平方向に位置付けられ、第１のセクションの最大内径端部においてソルテーション速度よりも低いキャリアガス速度と、第２のセクションの最小内径端部においてピックアップ速度よりも高いキャリアガス速度と、を可能にするよう構成される。本明細書で使用される「ソルテーション速度」とは、均一固体流の粒子がガスストリームから落下し始める実際のガス速度を指す。本明細書で使用される「ピックアップ速度」とは、静止状態から粒子を取り込むのに必要なガス速度を指す。

流れパターン移行管は更に、第２のセクションから離れた第３のセクションの端部から第３のセクションに続いて、第３のセクションから離れて軸方向で内径が漸次的に増大する第４の膨張管セクションを備えることができる。第４のセクションの最大内径は、第１のセクションの最小内径と実質的に等しくすることができ、実質的に同一の内径を有する搬送管の２つのセクションの間に流れパターン移行管を設置し、不安定な搬送流れパターンを相対的により安定した流れパターンに移行させることができるようにする。

本発明により提供される流れパターン移行管を備えた空気搬送システムは、石炭、コークス、バイオマス、ビチューメン、石炭含有廃物などの１つ又はそれ以上を含む、石炭粉のような固体供給原材料を搬送するのに好適である。

特定の実施形態では、流れパターン移行管は、該流れパターン移行管を通過する供給原材料の流動ゆらぎを１０％未満に低減することができる。一実施形態では、流れパターン移行管の上流側の供給原材料の流動ゆらぎは約１０％であり、流れパターン移行管の下流側の供給原材料の流動ゆらぎは１０％未満である。

図１を参照すると、図示の実施例において、空気搬送システム（図示せず）で使用する流れパターン移行管１００は、貫流する固体供給原材料３００の流れ方向、すなわち移行管１００の軸方向に沿って上流側から順に、第１の膨張管セクション１０２と、第２の収縮管セクション１０４と、第３の管セクション１０６と、第４の膨張管セクション１０８とを備える。一実施形態では、流れパターン移行管１００は、実質的に直線的に軸方向に沿って延びる。第１のセクション１０２は、軸方向で内径が漸次的に増大する。第１のセクション１０２の最大内径端部から第１のセクション１０２に続く第２のセクション１０４は、第１のセクション１０２から離れる軸方向で内径が漸次的に減少する。第２のセクション１０４の最小内径端部から第２のセクション１０４に続く第３のセクション１０６は、第１のセクション１０２の最小内径よりも小さい実質的に同一内径を有する。第２のセクション１０４から離れた第３のセクションの端部から第３のセクション１０６に続く第４のセクション１０８は、第３のセクション１０６から離れる軸方向で内径が漸次的に増大する。第１のセクション１０２の軸方向長さＬ１は、第２のセクション１０４の軸方向長さＬ２の約３〜約５倍である。キャリアガスを介して供給原材料を搬送するために空気搬送システムにおいて流れパターン移行管１００が使用される場合には、流れパターン移行管１００は、第１のセクション１０２の最大内径端部においてソルテーション速度よりも低いキャリアガス速度と、第２のセクションの最小内径端部においてピックアップ速度よりも高いキャリアガス速度と、を可能にするよう構成される。

流れパターン移行管１００は、固体供給原材料を搬送するための管路において、該管路の２つの管セクション２０２及び２０４の間に設置され、不安定な搬送流れパターンを相対的により安定した流れパターンに移行させるようにする。供給原料タンク又はベッセルから排出される固体供給原材料（例えば、粉体供給原材料）がキャリアガスを介して管路を流れるときには、移行管１００の上流側の管セクション２０２の流れパターンは通常プラグ流であり、ここでは固体供給原材料の流れは、高濃度部分３０２と低濃度部分３０４とを含む。このような流れパターンでは、固体供給原材料の流量は極めて不安定である。固体供給原材料は、移行管１００の第１のセクション１０２に流入すると、その空塔速度が低下して流れパターンが浮流流に変わり、ここで固体供給原材料が管底部に堆積する。その後、固体供給原材料が、移行管の第２及び第３のセクション１０４及び１０６に流れると、空塔速度の増大に起因して、流れパターンが、安定した流れパターンである均一な流れに変わる。

一実施形態では、２つの管セクション２０２及び２０４は、移行管１００によって接続され、従って、移行管１００のそれぞれ上流側及び下流側に位置付けられて、実質的に同一内径を有し、移行管１００の第１のセクション１０２の最小内径は、移行管１００の第４のセクション１０８の最大内径と実質的に同じである。代替の実施形態では、移行管１００の上流側及び下流側にそれぞれ位置付けられた２つの管セクション２０２及び２０４は、異なる内径を有し、移行管１００の第１のセクション１０２の最小内径は、移行管１００の第４のセクション１０８の最大内径と異なる。

流れパターン移行管は、設置される管路の配置に応じて、水平、垂直、又は角度位置において空気搬送システムの管路のあらゆる位置で位置付けることができる。例えば、図２に示すように、流れパターン移行管１００は、不安定な流量で供給原材料を放出する供給原材料タンク又はベッセル５０２と、不安的な供給原材料の流量ゆらぎを低減し、これにより不安定な搬送流れパターンを相対的により安定した流れパターンに移行させることにより恩恵を受けることが可能な装置又はシステム５０４（例えば、石炭ガス化装置）との間のあらゆる位置に設置することができる。その上、特定の実施形態ではは、空気搬送システム内に設置される前述の流れパターン移行管が１つ又はそれ以上存在してもよい。例えば、２つ又はそれ以上の流れパターン移行管を空気搬送システムの同じ管路内に設置することができる。特定の実施形態では、１つ又はそれ以上の流れパターン移行管が実質的に水平位置に位置付けられる。

本開示事項は、典型的な実施形態では図示し説明してきたが、本開示の技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び置き換えを可能とすることができることから、図示の詳細事項に限定されることを意図するものではない。従って、本明細書で開示された開示事項の更なる修正形態及び均等物は、当業者であれば日常的な経験と同程度のものを用いて想起することができ、全てのこのような修正形態及び均等物は、添付の請求項により定められる開示事項の技術的思想及び範囲内にあるものとみなされる。

１００ 流れパターン移行管
１０２ 第１の膨張管セクション
１０４ 第２の収縮管セクション
１０６ 第３の管セクション
１０８ 第４の膨張管セクション
２０２ 移行管１００の管セクション
２０４ 移行管１００の管セクション
３００ 固体供給原材料
３０２ 高濃度部分
３０４ 低濃度部分

Claims (8)

1. 空気搬送システムに使用される流れパターン移行管であって、
   軸方向に内径が漸増する第１の膨張管セクションと、
   前記第１の膨張管セクションの最大内径端部から該第１の膨張管セクションに続く第２の収縮管セクションであって、前記第１の膨張管セクションから軸方向に遠ざかる方向に向かって内径が漸減する第２の収縮管セクションと、
   前記第２の収縮管セクションの最小内径端部から該第２の収縮管セクションに続く第３の管セクションであって、前記第１の膨張管セクションの最小内径よりも小さい実質的に同一内径を有する第３の管セクションと
   を備え、前記第１の膨張管セクションの軸方向長さが前記第２の収縮管セクションの軸方向長さの約３〜約５倍である、流れパターン移行管。
2. キャリアガスを介して供給原材料を搬送するために前記空気搬送システムに前記流れパターン移行管を使用したときに、前記第１の膨張管セクションの最大内径端部におけるキャリアガス速度がソルテーション速度よりも低くなるように前記流れパターン移行管が構成されている、請求項１に記載の流れパターン移行管。
3. キャリアガスを介して供給原材料を搬送するために前記空気搬送システムに前記流れパターン移行管を使用したときに、前記第２の収縮管セクションの最小内径端部におけるキャリアガス速度がピックアップ速度よりも高くなるように前記流れパターン移行管が構成されている、請求項１又は２に記載の流れパターン移行管。
4. 空気搬送システムに使用される流れパターン移行管であって、
   軸方向に内径が漸増する第１の膨張管セクションと、
   前記第１の膨張管セクションの最大内径端部から該第１の膨張管セクションに続く第２の収縮管セクションであって、前記第１の膨張管セクションから軸方向に遠ざかる方向に向かって内径が漸減する第２の収縮管セクションと、
   前記第２の収縮管セクションの最小内径端部から該第２の収縮管セクションに続く第３の管セクションであって、前記第１の膨張管セクションの最小内径よりも小さい実質的に同一内径を有する第３の管セクションと
   を備え、
   キャリアガスを介して供給原材料を搬送するために前記空気搬送システムに前記流れパターン移行管を使用したときに、前記第１の膨張管セクションの最大内径端部におけるキャリアガス速度がソルテーション速度よりも低く、かつ前記第２の収縮管セクションの最小内径端部におけるキャリアガス速度がピックアップ速度よりも高くなるように前記流れパターン移行管が構成されている、流れパターン移行管。
5. 前記第２の収縮管セクションから遠位側の前記第３の管セクションの端部から該第３の管セクションに続く第４の膨張管セクションであって、前記第３の管セクションから軸方向に遠ざかる方向に向かって内径が漸増する第４の膨張管セクションを更に備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の流れパターン移行管。
6. 前記第１の膨張管セクションの最小内径が、前記第４の膨張管セクションの最大内径と実質的に同じである、請求項５記載の流れパターン移行管。
7. 前記流れパターン移行管が、該流れパターン移行管を流れる供給原材料の流量ゆらぎを１０％未満に低減できるように構成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の流れパターン移行管。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の少なくとも１つの前記流れパターン移行管を備えた空気搬送システム。