PL225255B1 - Zbiornik zasilający do pneumatycznego transportu cząstek stałych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zbiornik zasilający do pneumatycznego transportu cząstek stałych.

Zbiorniki zasilające do pneumatycznego transportu cząstek stałych oznaczają urządzenia do transportowania cząstek stałych z jednego miejsca do innego przy pomocy gazu. Technika transportu pneumatycznego ma wiele zastosowań i jest szczególnie szeroko wykorzystywana w przemyśle gaz yfikacji węgla. W tradycyjnym układzie gazyfikacyjnym jednym przykładem transportowanych cząstek stałych jest pył węglowy. Gazyfikacyjny układ gazyfikacyjny generalnie zawiera zbiornik zasilający oraz rurociąg łączący zbiornik zasilający z generatorem gazu. Do zbiornika zasilającego doprowadza cząstki stałe oraz gaz nośny. Gaz nośny przenosi cząstki stałe, aby przepływały przez zbiornik zasilający oraz do rurociągu i w końcu wchodziły do generatora gazu w celu generowania gazu syntezowego przez częściowe utlenianie cząstek stałych.

Jednym problemem, jaki napotykają aktualne zbiorniki zasilające jest to, że natężenie przepływu cząstek stałych (określane także jako „natężenie przepływu stałego”) jest niestabilne w zbiorniku zasilającym i/lub rurociągu wylotowym. Niestabilna sytuacja może ulec pogorszeniu, gdy zbiornik zasilający jest eksploatowany pod wysokim ciśnieniem. Niestabilne natężenie przepływu stałego ma tendencję do generowania nieoczekiwanych wahań temperatury w generatorze gazu, co skraca żywotność generatora gazu i źle wpływa na wydajność gazyfikacji.

Aktualnie podejmuje się różne próby rozwiązania tego problemu. Jednym dotychczasowym sposobem jest dodawanie gazu od dna zbiorników zasilających w celu fluidyzacji cząstek stałych. Innym sposobem jest dodanie wewnętrznej konstrukcji w celu regulacji przepływu cząstek stałych. Pomimo iż sposoby te poprawiają trochę stabilność, muszą one jeszcze spełniać praktyczne zastos owania. Dlatego też wymagane jest zapewnienie udoskonalonych zbiorników zasilających lub układów zasilających, które spełniają praktyczne zastosowania pod względem stabilności transportu cząstek stałych.

Według wynalazku, zbiornik zasilający do pneumatycznego transportu cząstek stałych, zawiera część cylindryczną zawierająca co najmniej jeden wlot do wprowadzania gazu nośnego i zawiera co najmniej jeden wlot do wprowadzania cząstek stałych, pierwszą część stożkową, mająca pierwszy kąt stożka, rozciągającą się do dołu od cylindrycznej części i ukształtowaną tak, że znajduje się w połączeniu przepływowym z częścią cylindryczną, a także drugą część stożkową, mająca drugi kąt stożka, rozciągającą się do dołu od pierwszej części stożkowej i ukształtowaną tak, że znajduje się w połączeniu przepływowym z pierwszą częścią stożkową, przy czym druga część stożkowa ma co najmniej jeden wylot do odprowadzania cząstek stałych. Według wynalazku, zbiornik zasilający charakteryzuje się tym, że pierwsza część stożkowa zawiera wiele wlotów do wprowadzania strumieni gazu fluidyzacyjnego, a przy tym stosunek kąta stożka Alfa pierwszej części stożkowej do kąta stożka Beta drugiej części stożkowej mieści się w zakresie od 1,2 do 4.

Korzystnie, część cylindryczna ma wiele wlotów do doprowadzania cząstek stałych i ma wiele wlotów do doprowadzania gazu nośnego.

Zbiornik może zawierać rozdzielacz gazu fluidyzacyjnego ukształtowany do rozdzielania strumienia gazu fluidyzacyjnego na wiele strumieni.

Korzystnie, pierwsza część stożkowa ma kąt stożka Alfa zawierający się w zakresie od 60 do 70 stopni.

Druga część stożkowa korzystnie ma kąt stożka Beta, który jest mniejszy niż 40 stopni, a bardziej korzystnie zawiera się w zakresie od 30 do 40 stopni.

Do wylotu do odprowadzania cząstek stałych drugiej części stożkowej korzystnie jest dołączony wylotowy przewód rurowy, z którym jest połączony przewód rurowy strumienia gazu uzupełniające go do doprowadzania gazu uzupełniającego do wylotowego przewodu rurowego.

Wylotowy przewód rurowy może zawierać skierowaną do góry część, w której cząstki stałe przepływają w kierunku pierwszej części stożkowej.

Korzystnie, wloty do wprowadzania strumieni gazu fluidyzacyjnego pierwszej części stożkowej są rozmieszczone obwodowo.

Przy takiej konfiguracji zbiornika zasilającego natężenie przepływu stałego ma tendencję do p ozostawania stabilnym oraz sterowalnym, ponieważ wszystkie cząstki stałe znajdują się w ruchu mają stabilny przepływ w drugiej części stożkowej i w rurociągu połączonym ze zbiornikiem zasilającym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 jest perspektywicznym widokiem zbiornika zasilającego według jednego przykładu wykonania; fig. 2

PL 225 255 B1 jest widokiem przekroju zbiornika zasilającego przedstawionego na fig. 1 poprowadzonym wzdłuż linii

W - W; oraz fig. 3 jest widokiem przekroju zbiornika zasilającego według innego przykładu wykonania.

Przykłady wykonania niniejszego wynalazku zostaną opisane poniżej w odniesieniu do towarzyszących figur rysunku. W następującym opisie dobrze znane funkcje lub konstrukcje nie są szczegółowo opisywane, aby nie czynić ujawnienia niezrozumiałym poprzez niepotrzebne szczegóły.

Ujawnienie dotyczy zbiorników zasilających do pneumatycznego transportu cząstek stałych z jednego miejsca do innego. Cząstki stałe obejmują, lecz nie są ograniczone do cząstek paliwa stałego, cementu oraz sadzy węglowej. Cząstki paliwa stałego obejmują, lecz nie są ograniczone do pyłu węglowego oraz biomasy.

Fig. 1 ilustruje zbiornik zasilający 10 do pneumatycznego transportu cząstek stałych 12 według jednego przykładu wykonania. Fig. 2 przedstawia widok przekroju zbiornika zasilającego 10 z fig. 1. Zbiornik zasilający 10 zawiera część cylindryczną 14, pierwszą część stożkową 16 oraz drugą część stożkową 18, z których wszystkie znajdują się ze sobą w połączeniu przepływowym. Pierwsza część stożkowa 16 łączy część cylindryczną 14 z drugą częścią stożkową 18 wzdłuż kierunku 15 przepływu cząstek stałych. Pomimo iż pierwsza część stożkowa 16 oraz druga część stożkowa 18 mają okrągłe przekroje poprzeczne w przykładzie przedstawionym na fig. 1, aspekty wynalazku nie wykluczają innych kształtów przekrojów poprzecznych, takich jak prostokąt. W jednym przykładzie wykonania część cylindryczna 14, pierwsza część stożkowa 16 oraz druga część stożkowa 18 są zasadniczo koncentryczne ze sobą wzdłuż kierunku 15 przepływu cząstek stałych.

W odniesieniu do fig. 1 oraz 2, część cylindryczna 14 w jednym przykładzie wykonania zawiera wiele (nieprzedstawionych) wlotów do doprowadzania i mieszania cząstek stałych 12 oraz gazu nośnego 20, aby tworzyć mieszankę stało-gazową 22. Pierwsza część stożkowa 16 w jednym przykładzie wykonania jest ukształtowana tak, że tworzy przepływ lejowy cząstek stałych, a druga część stożkowa 18 jest ukształtowana tak, że tworzy przepływ masowy cząstek stałych. Używane tu określenie „przepływ lejowy” oznacza, że cząstki stałe w centralnym obszarze elementu znajdują się w ruchu, podczas gdy cząstki stałe przyległe do obrzeżnych ścianek elementu są nieruchome. Używane tu określenie przepływ masowy oznacza, że zasadniczo wszystkie cząstki stałe znajdują się w ruchu.

Jak przedstawia fig. 2, pierwsza część stożkowa 16 ma kąt stożka, oznakowany jako kąt Alfa (a). Druga część stożkowa 18 ma kąt stożka, oznakowany jako kąt Beta (β). Kąt Alfa (a) jest dobrany tak, że jest większy niż kąt Beta (β). W jednym przykładzie wykonania, pierwsza część stożkowa 16 tworzy przepływ lejowy przez to, że kąt Beta (β) jest ustalony jako większy niż kąt zawarty, tj. kąt między bokami, zbiornika zasilającego 10. Zrozumiałe jest, że aspekty wynalazku nie wykluczają zastosowania innych sposobów tworzenia przepływu lejowego i/lub przepływu masowego.

Istnieje wiele czynników, które mają wpływ na rozmiar kata zawartego, takich jak średni rozmiar cząstek stałych 12, zawartość wilgoci, materiał zbiornika zasilającego 10, tarcie pomiędzy cząstkami stałymi 12 a zbiornikiem zasilającym 10. W jednym przykładzie wykonania, do wyznaczenia kata zawartego wykorzystywana jest rynkowa maszyna pomiarowa. Dane wejściowe obejmują właściwości cząstek, łącznie ze średnim rozmiarem transportowanych cząstek stałych, oraz właściwości ścianek, łącznie z kątem tarcia ścianek oraz wewnętrznym katem tarcia. Rynkowa maszyna pomiarowa oblicza kąt zawarty w oparciu o te dane wejściowe. W jednym przykładzie wykonania kąt zawarty wynosi 40 stopni, oznaczony jako 40°.

W jednym przykładzie wykonania kąt Alfa (a) mieści się w zakresie 1,2-4 razy większym niż kąt Beta (β). W innym przykładzie wykonania kąt Alfa (a) jest dobrany tak, że mieści się w zakresie od 60° do 70°, zaś kąt Beta (β) jest dobrany tak, że mieści się w zakresie od 30° do 40°. W jednym przykładzie zbiornika zasilającego 10 całkowita wysokość (H1+H2+H3) zbiornika zasilającego 10 mieści się w zakresie od 1 do 5 razy większym niż średnica (D3) części cylindrycznej 14. Stosunek wysokości (H2) do środkowej średnicy (D2) pierwszej części stożkowej 16 według jednego przykładu mieści się w zakresie 0,5-2. Stosunek wysokości (H1) do środkowej średnicy (D1) drugiej części stożkowej 18 według jednego przykładu mieści się w zakresie 3-15.

Odnosząc się ponownie do fig. 1 oraz 2, zbiornik zasilający 10 zawiera ponadto co najmniej jeden (nieprzedstawiony) wylot, który jest wyznaczony w drugiej części stożkowej 18. Podczas transportu, gaz nośny 20 przenosi cząstki stałe 12 począwszy od części cylindrycznej 14 i, po przejściu przez pierwszą stożkową część 16, wchodzi do drugiej stożkowej części 18. W końcu, mieszanka stałogazowa 22 jest odprowadzana przez wylot. Przy takiej konfiguracji oraz trybie odprowadzania natęże4

PL 225 255 B1 nie przepływu stałego ma tendencję do pozostawania stabilnym oraz sterowalnym, ponieważ wszystkie cząstki stałe znajdują się w ruchu i mają stabilny przepływ w drugiej części stożkowej 18.

Jak opisano wyżej, druga część stożkowa 18 jest ukształtowana do wytwarzania przepływu m asowego, przez co jej kąt stożkowy Beta (β) jest mniejszy w porównaniu do sytuacji, w której tworzony jest przepływ lejowy. Pierwsza część stożkowa 16 z przepływem lejowym jest usytuowana pomiędzy częścią stożkową 14 a drugą częścią stożkową 18, co zmniejsza całkowitą wysokość zbiornika zasilającego 10.

Aby uniknąć pozostawania cząstek stałych nieruchomymi w pierwszej części stożkowej 16, w jednym przykładzie wykonania, jest doprowadzany co najmniej jeden gaz fluidyzacyjny, aby rozluźniać nieruchome cząstki stałe 12 przyległe do obrzeżnej ścianki pierwszej stożkowej części 16. Uż ywane tu określenie rozluźniać oznacza fluidyzację części cząstek stałych 12 i nie ma żadnego wpł ywu na cząstki stałe 12 w centralnym obszarze pierwszej części stożkowej 16.

W jednym przykładzie pierwsza część stożkowa 16 ma wiele (nieprzedstawionych) wlotów wokół swojej zewnętrznej powierzchni dla doprowadzania wielu strumieni 24, 26 i 28 gazu fluidyzacyjn ego, jak przedstawiono na fig. 1. Liczba wlotów oraz odległości między wlotami są dostosowywane w oparciu o rozmiar pierwszej części stożkowej 16. Kierunki doprowadzania strumieni 24, 26 i 28 gazu fluidyzacyjnego w jednym przykładzie wykonania są ustalane jako prostopadłe do kierunku 15 przepływu. W innym przykładzie wykonania kierunek doprowadzania jest ustalany jako prostopadły do zewnętrznej powierzchni pierwszej części stożkowej 16.

W jednym przykładzie zastosowany jest rozdzielacz gazu fluidyzacyjnego i jest przymocowany do wewnętrznej ścianki pierwszej części stożkowej 16. Rozdzielacz gazu fluidyzacyjnego wyznacza wiele otworów do rozdzielania gazu fluidyzacyjnego na wiele strumieni tak, aby bardziej równomiernie rozluźniać cząstki stałe 12.

Fig. 3 ilustruje zbiornik zasilający 30 do pneumatycznego transportu cząstek stałych 40 według innego przykładu wykonania. Zbiornik zasilający 30 zawiera zbiornik zasilający 32 oraz wiele przewodów rurowych połączonych ze zbiornikiem zasilającym 32. Zrozumiałe jest, że zbiornik zasilający 32 może być ukształtowany jako dowolny z wyżej wymienionych przykładów wykonania.

W przykładzie przedstawionym na fig. 3 zbiornik zasilający 32 ma część cylindryczną 34, pierwszą część stożkową 36 rozciągającą się do dołu od części cylindrycznej 34 oraz drugą część stożk ową 38 rozciągającą się do dołu od pierwszej części stożkowej 36. Pierwsza część stożkowa 36 jest ukształtowana tak, że tworzy przepływ lejowy cząstek stałych 40, zaś druga część stożkowa 38 jest ukształtowana tak, że tworzy przepływ masowy cząstek stałych 40.

W jednym przykładzie przewody rurowe zawierają przewód rurowy 42 gazu nośnego 52, przewód rurowy 44 cząstek stałych, wiele przewodów rurowych 46 oraz 48 gazu fluidyzacyjnego oraz co najmniej jeden wylotowy przewód rurowy 50. Przewód rurowy 42 gazu nośnego oraz przewód rurowy 44 cząstek stałych są połączone z częścią cylindryczną 46 dla doprowadzania oraz mieszania gazu nośnego 52 oraz cząstek stałych 40, aby tworzyć mieszankę stało-gazową 54. Przewód rurowy 46 oraz 48 gazu fluidyzacyjnego są połączone z pierwszą częścią stożkową 36 dla doprowadzania wielu strumieni 72 oraz 74 gazu fluidyzacyjnego, aby rozluźniać cząstki stałe 40 przyległe do wewnętrznej ścianki pierwszej części stożkowej 36.

Co najmniej jeden wylotowy przewód rurowy 50 jest połączony z drugą częścią stożkową 38 powodującą przepływ masowy, dla transportowania mieszanki stało-gazowej 54 ze zbiornika zasilającego 32 do innego miejsca. Przy takiej konfiguracji uzyskuje się stabilne natężenie przepływu stałego, ponieważ wszystkie cząstki stałe 40 w drugiej części stożkowej 38 znajdują się w ruchu i mogą nawet mieć podobne prędkości. W jednym przykładzie wykonania co najmniej jeden wylotowy przewód rurowy 50 ma skierowaną ku górze część 60, rozciągającą się do środka drugiej części stożkowej 38. Skierowana ku górze część 60 jest położona przylegle do centralnej osi (nieoznakowanej) drugiej części stożkowej 38. Kierunek przepływu cząstek stałych w skierowanej do góry części 60 jest przeciwny do kierunku siły ciężkości, co porządkuje wszystkie cząstki stałe o różnych rozmiarach tak, że przemieszczają się zgodnie oraz dodatkowo zapewnia, że natężenie przepływu stałego jest sterowalne.

Zbiornik zasilający 30 w jednym przykładzie ma ponadto co najmniej jeden przewód rurowy 62 gazu uzupełniającego połączony z rurociągiem wylotowym 50. Przewód rurowy 62 gazu uzupełniającego doprowadza co najmniej jeden strumień 64 gazu uzupełniającego do regulowania natężenia przepływu stałego przez zmianę objętości gazu w wylotowym przewodzie rurowym 50.

PL 225 255 B1

Cząstki stałe 40 są odprowadzane z drugiej części stożkowej 38, która zapewnia stabilny oraz sterowalny przepływ cząstek stałych. Stosowane są strumienie 72 oraz 74 gazu fluidyzacyjnego, co umożliwia ruch wszystkich cząstek w obszarze przepływu lejowego, w ten sposób poprawiając płynność cząstek stałych. Pomimo iż cząstki stałe są stabilnie odprowadzane, jest to również istotne podczas transportu pomiędzy zbiornikiem zasilającym a zbiornikiem docelowym. Strumień 64 gazu uzupełniającego jest wykorzystywany po stronie odprowadzania ze zbiornika zasilającego 32 tak, aby zapewniać stabilne transportowanie w położeniach po stronie odprowadzania.

Chociaż zilustrowano i opisano tu tylko niektóre właściwości wynalazku, fachowcom w tej dziedzinie techniki przyjdzie na myśl wiele modyfikacji oraz zmian. Dlatego też należy rozumieć, że dołączone zastrzeżenia przewidują obejmowanie wszystkich takich modyfikacji i zmian jako podlegających istocie wynalazku.

Claims (9)

1. Zbiornik zasilający do pneumatycznego transportu cząstek stałych, zawierający część cylindryczną zawierającą co najmniej jeden wlot do wprowadzania gazu nośnego i zawiera co najmniej jeden wlot do wprowadzania cząstek stałych, pierwszą część stożkową, mająca pierwszy kąt stożka, rozciągającą się do dołu od cylindrycznej części i ukształtowaną tak, że znajduje się w połączeniu przepływowym z częścią cylindryczną, a także drugą część stożkową, mającą drugi kąt stożka, rozciągającą się do dołu od pierwszej części stożkowej i ukształtowaną tak, że znajduje się w połączeniu przepływowym z pierwszą częścią stożkową, przy czym druga część stożkowa ma co najmniej jeden wylot do odprowadzania cząstek stałych, znamienny tym, że pierwsza część stożkowa (16, 36) zawiera wiele wlotów do wprowadzania strumieni (24, 26, 28, 72, 74) gazu fluidyzacyjnego, a przy tym stosunek kąta stożka Alfa (a) pierwszej części stożkowej (16) do kąta stożka Beta (β) drugiej części stożkowej (18) mieści się w zakresie od 1,2 do 4.

2. Zbiornik zasilający według zastrz. 1, znamienny tym, że część cylindryczna (14, 34) ma wiele wlotów do doprowadzania cząstek stałych (12, 40) i ma wiele wlotów do doprowadzania gazu nośnego (20, 52).

3. Zbiornik zasilający według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera rozdzielacz gazu fluidyzacyjnego ukształtowany do rozdzielania strumienia gazu fluidyzacyjnego na wiele strumieni.

4. Zbiornik zasilający według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza część stożkowa (16, 36) ma kąt stożka Alfa (a) zawierający się w zakresie od 60 do 70 stopni.

5. Zbiornik zasilający według zastrz. 1, znamienny tym, że druga część stożkowa (18, 38) ma kąt stożka Beta (β), który jest mniejszy niż 40 stopni.

6. Zbiornik zasilający według zastrz. 5, znamienny tym, że druga część stożkowa (18, 38) ma kąt stożka Beta (β) zawierający się w zakresie od 30 do 40 stopni.

7. Zbiornik zasilający według zastrz. 1, znamienny tym, że do wylotu do odprowadzania cząstek stałych drugiej części stożkowej (18, 38) jest dołączony wylotowy przewód rurowy (50), z którym jest połączony przewód rurowy (62) strumienia gazu uzupełniającego do doprowadzania gazu u zupełniającego (64) do wylotowego przewodu rurowego (50).

8. Zbiornik zasilający według zastrz. 7, znamienny tym, że wylotowy przewód rurowy (50) zawiera skierowaną do góry część (60), w której cząstki stałe przepływają w kierunku pierwszej części stożkowej (36).

9. Zbiornik zasilający według zastrz. 1, znamienny tym, że wloty do wprowadzania strumieni (24, 26, 28, 72, 74) gazu fluidyzacyjnego pierwszej części stożkowej są rozmieszczone obwodowo.