JP6132460B2 - 固体粒子を空気圧搬送するためのフィードベセル及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、総括的には空気圧搬送技術に関し、より具体的には、固体粒子を空気圧搬送するためのフィードベセル及びシステムに関する。

固体粒子を空気圧搬送するためのフィードベセル及びシステムは、ガスの助けによって固体粒子を１つの場所から別の場所に輸送する装置又はシステムを示す。空気圧搬送技術は、多くの用途を有し、また特に石炭ガス化産業において広く使用されている。伝統的なガス化システムの場合には、搬送される固体粒子の一実施例は、石炭粉である。ガス化フィードシステムは一般的に、フィードベセルと該フィードベセルをガス化装置に接続する出力パイプラインと含む。フィードベセルは、固体粒子及び搬送ガスを導入する。搬送ガスは、フィードベセル及び出力パイプラインを通って流れるように固体粒子を搬送しかつ最終的にガス化装置に流入して、固体粒子を部分的に酸化させることによって合成ガスを発生させる。

現在のフィードベセル又はフィードシステムが直面する１つの問題点は、固体粒子の流量（「固体流量」と呼ぶ）がフィードベセル及び／又は出力パイプライン内で不安定になることである。この不安定な状態は、フィードベセルが高圧力下で作動する場合にさらに悪化する可能性がある。不安定固体流量は、ガス化装置内に予期しない温度変動を発生させる傾向があり、この温度変動により、ガス化装置の寿命が短縮されかつガス化性能が損なわれる。

最近では、この問題を解決する様々な試みが行なわれている。１つの従来の方法は、フィードベセルの底部からのガスを加えて固体粒子を流動化させることである。別の方法は、固体粒子流れを調整する内部構造を付加することである。しかしながら、これらの方法は、安定化に対する幾らかの改良にはなっているが、実用用途を未だ満たしてない。

従って、固体粒子の搬送安定性において実用用途を満たす改良型のフィードシステムのフィードベセルに対する必要性が存在する。

一実施形態によると、固体粒子を空気圧搬送するためのフィードベセルは、円筒形部分と第１の円錐形部分と第２の円錐形部分とを含む。第１の円錐形部分は、円筒形部分から下向きに延在しかつ該円筒形部分と流体連通するように構成される。第２の円錐形部分は、第１の円錐形部分から下向きに延在しかつ該第１の円錐形部分と流体連通するように構成される。第２の円錐形部分は、その中に固体粒子のマスフローを形成するように構成されかつ該固体粒子を放出する少なくとも１つの出口を画成している。

別の実施形態によると、固体粒子を空気圧搬送するためのフィードシステムは、フィードベセルと出力パイプラインとを含む。フィードベセルは、円筒形部分と、円筒形部分から下向きに延在しかつ該円筒形部分と流体連通するように構成された第１の円錐形部分と、第１の円錐形部分から下向きに延在し、該第１の円錐形部分と流体連通するように構成されかつ固体粒子のマスフローを形成するように構成された第２の円錐形部分とを含む。出力パイプラインは、第２の円錐形部分内に延在して固体粒子を放出するように構成される。

さらに別の実施形態によると、固体粒子を空気圧搬送する方法は、円筒形部分、該円筒形部分から下向きに延在する第１の円錐形部分及び該第１の円錐形部分から下向きに延在する第２の円錐形部分を備えたフィードベセルを準備するステップと、固体粒子及び搬送ガスを円筒形部分内に導入して固体−ガス混合物を形成するステップと、第２の円錐形部分内に固体粒子のマスフローを形成するステップと、第２の円錐形部分から固体−ガス混合物を放出するステップとを含む。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、添付図面と関連してなした本発明の以下の詳細な説明によりさらに理解されるであろう。

一実施形態によるフィードベセルの斜視図。 線Ｗ−Ｗに沿って取った、図１に示すフィードベセルの断面図。 別の実施形態によるフィードシステムの断面図。

添付図面を参照して、本明細書で以下に本開示の実施形態を説明する。以下の説明では、不必要な細部の説明により本開示が不明瞭になるのを回避するために、公知の機能又は構成は詳細に説明しない。

本開示は、固体粒子を１つの場所から別の場所に空気圧搬送するためのフィードベセル及びフィードシステムに関連している。固体粒子には、それに限定されないが、固体燃料粒子、セメント及び炭素スートが含まれる。固体燃料粒子には、それに限定されないが、石炭粉及びバイオマスが含まれる。

図１は、一実施形態による固体粒子１２を空気圧搬送するためのフィードベセル１０を示している。図２は、図１のフィードベセル１０の断面図を示している。フィードベセル１０は、円筒形部分１４と第１の円錐形部分１６と第２の円錐形部分１８とを含み、これらの全ては、互いに流体連通している。第１の円錐形部分１６は、固体粒子流れ方向１５に沿って円筒形部分１４を第２の円錐形部分１８と連結する。第１の円錐形部分１６及び第２の円錐形部分１８は、図１に示す実施形態では円形断面を有するが、本発明の態様は矩形のようなその他の断面形状を除外するものではない。一実施形態では、円筒形部分１４、第１の円錐形部分１６及び第２の円錐形部分１８は、固体粒子流れ方向１５に沿って互いにほぼ同心である。

図１及び図２を参照すると、一実施形態における円筒形部分１４は、固体粒子１２及び搬送ガス２０を導入しかつ混合して固体−ガス混合物２２を形成する複数の入口（図示せず）を含む。一実施形態における第１の円錐形部分１６は、固体粒子のファンネルフロー（funnel floｗ）を形成するように構成されまた第２の円錐形部分１８は、固体粒子のマスフロー（mass flow）を形成するように構成される。本明細書で用いる「ファンネルフロー」という用語は、要素の中心領域の固体粒子は移動しているが、要素の周辺壁に隣接した固体粒子は静止していることを意味する。本明細書で用いる「マスフロー」という用語は、ほぼ全ての固体粒子が移動状態にあることを意味する。

図２に示すように、第１の円錐形部分１６は、角度アルファ（α）として示した円錐角を有する。第２の円錐形部分１８は、角度ベータ（β）として示した円錐角を有する。角度αは、角度βよりも大きくなるように構成される。一実施形態では、第１の円錐形部分は、角度αをフィードベセル１０の安息角（included angle）よりも大きく設定することによってファンネルフローを形成し、また第２の円錐形部分１８は、角度βを安息角よりも小さくすることによってマスフローを形成する。本発明の態様は、その他の方法を使用してファンネルフロー及び／又はマスフローを形成することを除外するものではないことを理解されたい。

固体粒子１２の平均粒径、水分含有量、フィードベセル１０の材料、並びに固体粒子１２及びフィードベセル１０間の摩擦のような、安息角の寸法に影響を与える多くの要因が存在する。一実施形態では、市販のテスト機械を使用して安息角を測定する。入力データには、搬送固体粒子の平均粒径を含む粒子特性、並びに壁摩擦角及び内部摩擦角を含む壁特性が含まれる。市販テスト機械は、それらのデータに基づいて安息角を算出する。一実施形態では、安息角は、約４０°である。

一実施形態では、角度αは、角度βの約１．２〜約４倍の範囲内にある。別の実施形態では、角度αは、約６０°〜約７０°の範囲内にあるように構成され、また角度βは、約３０°〜約４０°の範囲内にあるように構成される。フィードベセル１０の一実施例では、フィードベセル１０の全体高さ（Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３）は、円筒形部分１４の直径（Ｄ３）の約１〜約５倍の範囲内にある。一実施例による第１の円錐形部分１６の高さ（Ｈ２）対中間直径（Ｄ２）の比率は、約０．５〜約２の範囲内にある。一実施例による第２の円錐形部分１８の高さ（Ｈ１）対中間直径（Ｄ１）の比率は、約３〜約１５の範囲内にある。

再び図１及び図２を参照すると、フィードベセル１０はさらに、第２の円錐形部分１８に画成された少なくとも１つの出口（図示せず）を含む。搬送時に搬送ガス２０は、円筒形部分１４から開始しかつ第１の円錐形部分１６を通過した後に第２の円錐形部分１８に流入するように固体粒子１２を搬送する。最後に、固体−ガス混合物２２は、出口から放出される。そのような構成及び放出モードでは、全ての固体粒子が第２の円錐形部分１８内で移動状態にありかつ安定した流れを有するので、固体流量は、安定しておりかつ制御可能な傾向になる。

上述したように、第２の円錐形部分１８は、ファンネルフローが形成される状態と比較してその円錐角αがより小さくなるマスフローを形成するように構成される。ファンネルフロー状態にある第１の円錐形部分１６は、円筒形部分１４及び第２の円錐形部分１８間に配置され、この第１の円錐形部分１６は、フィードベセル１０の全体高さを減少させる。

これらの固体粒子が第１の円錐形部分１６内で静止したするのを回避するために、一実施形態では、少なくとも１つの流動化ガスを導入して、第１の円錐形部分１６の周辺壁の内表面に隣接した静止固体粒子をほぐす。本明細書で用いる「ほぐす」という用語は固体粒子１２の一部分を流動化しかつ第１の円錐形部分１６の中心領域の固体粒子１２に影響を与えないことを意味する。

一実施形態では、第１の円錐形部分１６は、図１に示すようにその外表面の周りに複数の流動化ガス流２４、２６及び２８を導入する複数の入口（図示せず）を有する。入口の数及び該入口間の距離は、第１の円錐形部分１６の寸法に基づいて調整される。一実施例における流動化ガス流２４、２６及び２８の導入方向は、流れ方向１５に対して垂直となるように設定される。別の実施形態では、導入方向は、第１の円錐形部分１６の外表面に対して垂直に設定される。

一実施例では、流動化ガス分配器が使用され、かつ第１の円錐形部分１６の内壁に取付けられる。流動化ガス分配器は、１つの流動化ガスを複数の流れに分割して固体粒子１２をより均等にほぐす複数の孔を形成する。

図３は、別の実施形態による、固体粒子４０を空気圧搬送するためのフィードシステム３０を示している。フィードシステム３０は、フィードベセル３２と該フィードベセル３２に結合された複数のパイプラインとを含む。フィードベセル３２は、上述の実施形態のいずれかになるように構成することができることを理解されたい。

図３に示す実施例では、フィードベセル３２は、円筒形部分３４と、円筒形部分３４から下向きに延在する第１の円錐形部分３６と、第１の円錐形部分３６から下向きに延在する第２の円錐形部分３８とを含む。第１の円錐形部分３６は、固体粒子４０のファンネルフローを形成するように構成され、また第２の円錐形部分３８は固体粒子４０のマスフローを形成するように構成される。

一実施例では、パイプラインは、搬送ガスパイプライン４２、固体パイプライン４４、複数の流体ガスパイプライン４６及び４８、並びに少なくとも１つの出力パイプライン５０を含む。搬送ガスパイプライン４２及び固体パイプライン４４は、円筒形部分４６に結合されて、搬送ガス５２及び固体粒子４０を導入しかつ混合して固体−ガス混合物を形成する。流動化ガスパイプライン４６及び４８は、第１の円錐形部分３６に結合されて複数の流動化ガス流５６及び５８を形成して、第１の円錐形部分３６の内壁に隣接した固体粒子４０をほぐす。

少なくとも１つの出力パイプライン５０は、第２の円錐形部分３８に結合されて固体−ガス混合物をフィードベセル３２から別の場所に搬送するマスフローが生じる。そのような構成では、第２の円錐形部分３８内の全ての固体粒子４０が移動状態にありかつさらに同様の速度を有することができるので安定した固体流量が得られる。一実施形態では、少なくとも出力パイプライン５０は、第２の円錐形部分３８内に延在する上向き部分６０を有する。上向き部分６０は、第２の円錐形部分３８の中心軸線（符号付けせず）に隣接して設置される。上向き部分内の固体粒子の流れ方向は、重力方向と対向しており、これにより異なる粒径を持つ全ての固体粒子を一貫した移動を有するように調整しかつ固体流量を制御可能にすることを保証する。一実施例によるフィードシステム３０はさらに、出力パイプライン５０に結合された少なくとも１つの補給ガスパイプライン６２を有する。補給ガスパイプライン６２は、少なくとも１つの補給ガス流６４を導入して出力パイプライン５０内のガスボリュームを変化させることによって固体流量を制御する。

固体粒子４０は、第２の円錐形部分３８から放出され、それにより、固体粒子流れが安定しかつ制御できることを保証する。流動化ガス流５６及び５８を使用してファンネルフロー領域の全ての粒子が移動できるようにして固体粒子の流動性を向上させる。固体粒子が安定して放出されるが、そのことはまた、フィードベセル及び目標コンテナ間の搬送時にも重要である。フィードベセル３２の下流で補給ガス流６４を使用して、下流位置における安定した搬送を保証する。

本明細書では、本発明の一部の特徴のみを例示しかつ説明してきたが、当業者には多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護することを意図していることを理解されたい。

１０、３２ フィードベセル
１２、４０ 固体粒子
１４、３４ 円筒形部分
１６、３６ 第１の円錐形部分
１８、３８ 第２の円錐形部分
１５ 固体粒子流れ方向
２０、５２ 搬送ガス
２２、５４ 固体−ガス混合物
２４、２６、２８、５６、５８ 流動化ガス流
３０ フィードシステム
４２ 搬送ガスパイプライン
４４ 固体パイプライン
４６、４８ 流動ガスパイプライン
５０ 出力パイプライン
６０ 上向き部分
６２ 補給ガスパイプライン
６４ 補給ガス流

Claims (10)

1. 固体粒子を空気圧搬送するためのフィードベセルであって、当該フィードベセルが、
   その中に搬送ガスを導入する搬送ガス入口と前記固体粒子を導入する固体粒子入口とを含む円筒形部分と、
   前記円筒形部分から下向きに延在しかつ該円筒形部分と流体連通するように構成された第１の円錐形部分と、
   前記第１の円錐形部分から下向きに延在しかつ該第１の円錐形部分と流体連通するように構成された第２の円錐形部分と
   を備えており、
   前記第１の円錐形部分の円錐角が前記第２の円錐形部分の円錐角よりも大きく、
   前記固体粒子が前記第１の円錐形部分と前記第２の円錐形部分の連結部を通過して前記第１の円錐形部分から前記第２の円錐形部分に移動し、
   前記第２の円錐形部分が、固体粒子を放出する少なくとも１つの出口を画成している、フィードベセル。
2. 前記第１の円錐形部分が、前記固体粒子に対して流動化ガス流を導入する入口を含み、
   前記流動化ガス流を複数の流れに分割するように構成された流動化ガス分配器をさらに含む、請求項１記載のフィードベセル。
3. 前記第１の円錐形部分が、前記固体粒子に対して流動化ガス流を導入する入口を含み、
   前記流動化ガス流が、前記第１の円錐形部分の内表面に隣接した固体粒子の一部分を流動化させる、請求項１または２に記載のフィードベセル。
4. 前記第１の円錐形部分が、約６０°〜約７０°の範囲内にあるように構成された円錐角を有し、
   前記第２の円錐形部分が、約３０°〜約４０°の範囲内にあるように構成された円錐角を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載のフィードベセル。
5. 前記第１及び第２の円錐形部分の円錐角の比率が、約１．２〜約４の範囲内にあり、
   前記第１の円錐形部分が、前記固体粒子のファンネルフローを形成するように構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載のフィードベセル。
6. 固体粒子を空気圧搬送するためのフィードシステムであって、
   フィードベセルを含み、前記フィードベセルが、
   その中に搬送ガスを導入する搬送ガス入口と前記固体粒子を導入する固体粒子入口とを含む円筒形部分と、
   前記円筒形部分から下向きに延在しかつ該円筒形部分と流体連通するように構成された第１の円錐形部分と、
   前記第１の円錐形部分から下向きに延在し、該第１の円錐形部分と流体連通するように構成されかつ固体粒子のマスフローを形成するように構成された第２の円錐形部分と、
   前記第２の円錐形部分内に延在して前記固体粒子を放出するように構成された出力パイプラインと、を含み、
   前記固体粒子が前記第１の円錐形部分と前記第２の円錐形部分の連結部を通過して前記第１の円錐形部分から前記第２の円錐形部分に移動し、
   前記第１の円錐形部分の円錐角が前記第２の円錐形部分の円錐角よりも大きい、
   フィードシステム。
7. 前記出力パイプラインが、前記固体粒子が前記第１の円錐形部分に向けて流れる上向きセクションを含む、請求項６に記載のフィードシステム。
8. 前記出力パイプラインに結合されかつ該出力パイプライン内に補給ガスを導入するように構成された補給ガスパイプラインをさらに含む、請求項７に記載のフィードシステム。
9. 前記補給ガスパイプラインは、前記出力パイプライン内のガスボリュームを変化させることによって固体流量を制御する、請求項８に記載のフィードシステム。
10. 前記第１の円錐形部分が、約６０°〜約７０°の範囲内にあるように構成された円錐角を有し、
    前記第２の円錐形部分が、約４０°よりも小さい円錐角を有する、請求項６乃至９のいずれかに記載のフィードシステム。