固體給料器排出端口的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝伺c固體流和輸送流體流連通的固體給料器。該固體給料器可包括帶有在其中的固體流的出口通道和與出口通道連通的排出端口。排出端口還可包括與輸送流體流連通的入口和流動通道。流動通道可包括與入口相比關(guān)于出口通道的減小的截面區(qū)域。
【專利說明】固體給料器排出端口
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請大體上涉及氣動輸送系統(tǒng)，且更特定而言涉及用于固體給料器的改進的排出端口。帶有改進的排出端口的固體給料器在氣動輸送系統(tǒng)(諸如用于氣化系統(tǒng)等中的那些)中提供穩(wěn)定的固體流。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的集成氣化聯(lián)合循環(huán)(“IGCC”)發(fā)電系統(tǒng)可包括氣化系統(tǒng)，其集成有至少一個功率產(chǎn)生渦輪系統(tǒng)。例如，已知的氣化器可將燃料(例如煤)與空氣或氧氣、蒸汽和其它添加物的混合物轉(zhuǎn)化成部分燃燒氣體的輸出，通常稱為合成氣體或“合成氣”。這些熱的部分燃燒氣體通常使用常規(guī)技術(shù)洗滌以去除污染物且然后供應到燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器。燃氣渦輪發(fā)動機繼而向發(fā)電機提供功率以用于發(fā)電或用以驅(qū)動另一類型的負載。來自燃氣渦輪發(fā)動機的排氣可供應至熱回收蒸汽發(fā)生器以便生成蒸汽渦輪用的蒸汽。由蒸汽渦輪生成的功率還可驅(qū)動發(fā)電機或另一類型的負載。類似類型的發(fā)電系統(tǒng)可為已知的。
[0003]這些已知的氣化系統(tǒng)一般需要輸送系統(tǒng)以將具有相對穩(wěn)定的流率的煤遞送至氣化器以確保一致的性能。一種已知類型的輸送系統(tǒng)是氣動輸送系統(tǒng)，其中，精細磨碎的煤顆粒使用氣體流(例如氮氣、二氧化碳或天然氣)作為傳輸介質(zhì)或載氣而被輸送通過管道到氣化器。然而，在氣動輸送系統(tǒng)中的煤或任何其它類型的輸送固體的流率一般可表現(xiàn)出隨時間變化的波動。這些固體流率波動可為在固體和載氣之間的流動分離的結(jié)果，流動分離可由氣動輸送系統(tǒng)本身的元件造成。例如，管道的截面區(qū)域的急劇彎曲或改變可導致固體移動相對于氣體移動的分裂(disruption)。這可引起載氣中富含固體的一些區(qū)域和缺乏固體的其它區(qū)域。在這樣的情形中，沿管道經(jīng)過固定點的固體的流率對時間的曲線可采取不規(guī)則波形的形狀，其中波峰代表富含固體的載氣區(qū)域且波谷代表缺乏固體的氣體區(qū)域。流率波動還可由諸如固體加壓設(shè)備的氣動輸送系統(tǒng)的其它元件造成。這種設(shè)備就其本性而言可導致顆粒的聚集或團聚，其可引起加壓裝置下游的固體濃度的脈動。如上所述，這種不穩(wěn)定的流率可引起表現(xiàn)為較低碳轉(zhuǎn)化等的形式的不良的氣化器控制和因此不良的氣化器性倉泛。
[0004]因此，需要大體而言改進的氣動輸送系統(tǒng)和具體而言改進的固體給料器。這種改進的氣動輸送系統(tǒng)和固體給料器可提供具有相對穩(wěn)定的流率的固體(例如煤)，其繼而可提供改進的整體氣化器性能和因此改進的功率設(shè)施性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請因而提供了一種與固體流和輸送流體流連通的固體給料器。該固體給料器可包括其中帶有固體流的出口通道和與出口通道連通的排出端口。排出端口還可包括與輸送流體流連通的入口和流動通道。流動通道可包括與入口相比在出口通道周圍的減小的截面區(qū)域。
[0006]本申請還提供了一種使經(jīng)由輸送氣體流離開固體給料器的固體流平穩(wěn)的方法。該方法可包括以下步驟:提供輸送氣體流到固體給料器的排出端口 ；減小通過排出端口的流動通道的截面區(qū)域，以便增加輸送氣體流的速度；在流動通道中合并固體流和輸送氣體流；以及通過輸送氣體流的剪切作用來破碎固體流。
[0007]當結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求來回顧以下詳細描述后，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，本申請的這些和其它特征及改進將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是可與氣化器等一起使用的氣動輸送系統(tǒng)的一部分的示意圖。
[0009]圖2是已知的固體給料器的透視圖。
[0010]圖3是可如本文中描述的帶有改進的排出端口的固體給料器的頂視剖面圖。
[0011]圖4是圖3的排出端口的側(cè)視剖面圖。
[0012]圖5是排出端口的備選實施例的側(cè)視剖面圖。
[0013]圖6是排出端口的備選實施例的頂視剖面圖。
[0014]圖7是圖6的排出端口的側(cè)視剖面圖。
[0015]圖8是排出端口的備選實施例的頂視剖面圖。
[0016]圖9是圖8的排出端口的側(cè)視剖面圖。
[0017]圖10是圖2的出口通道密封氣體分配環(huán)的一部分的側(cè)視剖面圖。
[0018]圖11是圖2的排出端口密封氣體分配環(huán)的頂視剖面圖。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)在參照附圖，其中，在所有若干圖中相似的標號指代相似的元件，圖1示出可如本文中描述的用于與氣化系統(tǒng)105等的至少一部分一起使用的氣動輸送系統(tǒng)100的一部分。氣動輸送系統(tǒng)100可包括其中有一定量的煤120的煤源110。煤源110可具有任何期望的尺寸或形狀。同樣，煤源110可包含任何類型的煤、石油焦炭、固體生物質(zhì)、其它固體含碳燃料或者它們的混合物(它們均稱為“煤120” )。煤120可在使用之前被磨碎或以其它方式制備，包括與其它磨碎的顆粒物混合，例如不含碳的礦物質(zhì)，其可被添加以增強氣化器中煤的氣化特性。
[0020]氣動輸送系統(tǒng)100可包括定位在煤源110下游且與其連通的固體給料器130。固體給料器130可為旋轉(zhuǎn)的、會聚式通道固體加壓和計量裝置，例如由紐約州斯卡奈塔第的通用電氣公司的GE能源部門提供的顆粒固體泵，Posimetric?給料器。其它類型的給料器、固體泵或者其它類型的輸送裝置可在本文中使用。在該實施例中，固體給料器130可由帶有速度控制器150的馬達140驅(qū)動。固體給料器130可將固體從給料器130的入口 125處的大氣壓加壓至給料器130的排出口 160處的遠高于1000 psig(約70 kg/cm2)的壓力?？稍诒疚闹惺褂闷渌麡?gòu)型。
[0021]固體給料器130的排出口 160可與輸送氣體流180連通，例如氮氣、二氧化碳、天然氣或者從下游過程循環(huán)的氣體。還可使用其它氣體。輸送氣體180與來自固體給料器130的排出口 160的固體流170混合，并且經(jīng)由管道200輸送固體給料器130下游的固體170。固體給料器130還可與諸如氮氣的密封氣體流190連通，密封氣體流190以如下方式被噴入固體給料器130中，即以便防止任何輸送氣體180對抗固體流170向后移動通過給料器以及經(jīng)由入口 125泄漏到大氣中。
[0022]氣動輸送系統(tǒng)100還可包括定位在固體給料器130的下游的流量計210。流量計210可為適用于測量氣動輸送的固體的流率的常規(guī)設(shè)計，并且可包括流量元件220、流量傳感器230和/或其它構(gòu)件。其它類型的流量測量裝置可在本文中使用。
[0023]流量計210的輸出可傳達至控制器240?？刂破?40可為任何類型的常規(guī)微處理器等?？刂破?40可與固體給料器130的速度控制器150以及一些流量控制閥250通信，流量控制閥250與輸送氣體流180和密封氣體流190連通?？刂破?40如可期望地那樣控制固體流170的速度。任何其它類型的控制裝置可用在本文中使用。
[0024]氣動輸送系統(tǒng)100還可包括氣化器260，僅僅示出其一部分。氣化器260可定位在流量計210的下游。氣化器260可為常規(guī)設(shè)計且可包括燃料噴射器270或其它類型的吸入裝置。輸送至氣化器260的固體流170與氧氣、水和可能地其它反應物起反應，以經(jīng)由公知的、受控化學反應生成合成氣產(chǎn)品。
[0025]圖2示出可如本文中描述的固體給料器300。一般而言，固體給料器300是對上述Posimetric?給料器的改進。固體給料器300包括給料器本體310。兩個或更多個圓盤320可安裝在輪轂(hub) 325上，輪轂325繼而安裝在給料器本體310內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸330上。圓盤320、輪轂325和旋轉(zhuǎn)軸330可由帶有如上所述的速度控制器150的馬達140驅(qū)動。其它類型的驅(qū)動裝置可在本文中使用。本體310的內(nèi)表面、輪轂325的外柱形表面以及兩個圓盤320的內(nèi)表面限定流動路徑340供固體流170通過。具體而言，流動路徑340可從低壓入口通道350圍繞輪轂325的外表面延伸到高壓出口通道360。一些端口可定位在出口通道360的周圍。在該示例中，示出了用于泄漏氣體的一個或多個泄放端口 370和用于密封氣體(例如氮氣等)的一個或多個注入端口 380。其它類型和配置的固體給料器300可在本文中使用。
[0026]固體給料器300的出口通道360可通往可如本文中所述的排出端口 400。排出端口 400可用螺栓固定或以其它方式附連至給料器本體310。排出端口 400可與輸送氣體流180或其它類型的輸送介質(zhì)連通，如下文將更詳細描述地。
[0027]圖3和圖4示出了排出端口 400的剖視圖。排出端口 400可經(jīng)由入口凸緣410連接至輸送氣體流180且在出口凸緣420處連接至氣動輸送管線200。排出端口 400可具有流動通道430，其從入口凸緣410線性地延伸至出口凸緣420且與出口通道360相交，使得輸送氣體流180拾取從出口通道360出現(xiàn)的固體且經(jīng)由氣動輸送管線200將它們傳輸?shù)较掠巍?br> [0028]排出端口 400的流動通道430可具有在入口凸緣410和出口凸緣420周圍的大體上圓形截面區(qū)域，圓形入口截面區(qū)域440和圓形出口截面區(qū)域445。圓形入口截面區(qū)域440和圓形出口截面區(qū)域445可等同或可不等同。流動通道430還可具有關(guān)于出口通道360的減小的截面區(qū)域450。在該示例中，減小的截面區(qū)域450可具有帶有倒圓邊緣的相對較窄的矩形形狀，但任何類型的減小的截面區(qū)域可在本文中使用。過渡截面區(qū)域可在矩形截面區(qū)域450的兩側(cè)上，以便連接圓形截面區(qū)域440和445與矩形截面區(qū)域450。示出了過渡入口截面區(qū)域460和過渡出口截面區(qū)域465。過渡入口截面區(qū)域460和過渡出口截面區(qū)域465可等同或可不等同。
[0029]當輸送氣體流180在入口凸緣410周圍進入排出端口 400通過圓形入口截面區(qū)域440時，輸送氣體180遇到過渡入口截面區(qū)域460和流動通道430的減小的截面區(qū)域450。減小的截面區(qū)域450比圓形入口截面區(qū)域440小得多，使得當輸送氣體180跨過出口通道360且拾取固體流170時，輸送氣體180的速度可顯著增加。輸送氣體180因此輸送固體流170通過出口凸緣420且進入輸送管線200中。
[0030]從出口通道360出現(xiàn)的煤120的任何團塊(agglomerate)可通過高速輸送氣體180與減小的截面區(qū)域450的剪切作用而破碎(解聚)，并且由也從出口通道360出現(xiàn)的更自由流動的固體攜帶出。由于流動通道430延伸通過過渡出口截面區(qū)域465且在出口凸緣420周圍進入圓形出口截面區(qū)域445中，截面區(qū)域中的增加產(chǎn)生了紊流旋渦。這種紊流可增強固體流170內(nèi)的輸送氣體180和夾帶固體(更自由流動的固體和解聚固體兩者)的混合，以便最大限度減小通過排出端口 400的流率波動。
[0031]圖5示出了可如本文中描述的排出端口 470的又一實施例。排出端口 470可類似于上述的排出端口 400，但帶有可變地減小的截面區(qū)域480?？梢苿影?90可定位在流動通道430的可變地減小的截面區(qū)域480內(nèi)。其它類型的結(jié)構(gòu)可在本文中使用以改變流動通道430的截面區(qū)域?？梢苿影?90可定位在軸500或其它類型的結(jié)構(gòu)上，以便改變可移動板490在流動通道430的可變地減小的截面區(qū)域480內(nèi)的位置?？梢苿影?90和軸500可經(jīng)由馬達、其它類型的驅(qū)動裝置或者人工設(shè)定而定位。
[0032]當可移動板490下降到可變地減小的截面區(qū)域480中時，通過其的輸送氣體流180的速度可增加。相反，提升可移動板490可降低通過其的輸送氣體流180的速度。可移動板490因此可維持輸送氣體180的相對恒定的高速，即使在通過固體給料器300的流率例如在啟動期間等時候降低的情況下。其它配置可在本文中使用。
[0033]圖6和圖7示出了可如本文中描述的排出端口 510的又一實施例。排出端口 510可大體上類似于上述排出端口 400，但額外地帶有定位在流動通道430的減小的截面區(qū)域450內(nèi)的一個或更多攪拌器(agitator) 520?？墒褂萌魏螖?shù)量的攪拌器520。攪拌器520可包括定位在軸540上以用于隨其旋轉(zhuǎn)的一些葉片530?？墒褂萌魏涡螤罨驍?shù)量的葉片530。軸540可為由馬達驅(qū)動的和/或可由通過其的輸送氣體流180的速度驅(qū)動。攪拌器520的葉片530可連續(xù)地在流動通道430的減小的截面區(qū)域450內(nèi)掃過。攪拌器520因此幫助通過其的固體流170內(nèi)的任何團塊的破碎。葉片530與流動通道430的減小的截面區(qū)域450的壁之間的足夠間隙可確保傳送氣體流180可一直流過其而不被阻止。其它類型的攪拌裝置可在本文中使用。
[0034]排出端口 400、470或510在固體給料器300上的使用因此幫助當固體流170抵達排出通道360的端部且進入氣動輸送管線200時固體流170中任何團塊的破碎。因此使固體流170平穩(wěn)且因此提供改進的固體流率控制。
[0035]圖8和圖9示出了可如本文中描述的排出端口 550的又一實施例。排出端口 550可大體上類似于上述的排出端口 400或其它排出端口。排出端口 550還可包括:下游止回閥560，其定位在流動通道430的減小的截面區(qū)域450的下游和出口凸緣420的上游；以及上游止回閥570，其定位在流動通道430的減小的截面區(qū)域450的上游和入口凸緣410的下游。其它位置可在本文中使用。
[0036]下游止回閥560可為擋板閥580等。其它類型的閥可在本文中使用。在回流狀況的事件中，下游止回閥560可下降以關(guān)閉流動通道430，且然后可通過回流的壓力保持在合適位置。下游止回閥560因此可在尺寸上比一般定位在出口通道360周圍的已知的止回閥更小，使得止回閥必須接近在其中升起的固體流170的頂部。此外，在流動通道430的減小的截面區(qū)域450的恰好(just)下游的下游止回閥560的位置確保止回閥560在稀釋相流動狀況下操作，而不是必須在固體在出口通道360內(nèi)壓緊的狀況下操作。同樣，給定該稀釋相，下游止回閥560可更緊密地關(guān)閉，同時所有回流壓力可集中在更小的區(qū)域中。
[0037]上游止回閥570可包括碟形止回閥590等。碟形止回閥590可為彈簧加載的。其它類型的閥可在本文中使用。上游止回閥590因此防止固體流170進入輸送氣體流180的源中。
[0038]排出端口 550還可包括定位在出口凸緣420周圍的下游截止閥600和定位在入口凸緣410周圍的上游截止閥610。截止閥600、610可包括處于任何定向以便隔離排出端口550的球型閥、刀型閘閥和/或其它類型的閥。
[0039]再次參照圖2，固體給料器300大體包括定位在出口通道360周圍的一個或多個氮氣注入端口 380。一般而言，氮氣或其它類型的惰性氣體可注入其中，以便確保返回通過流動路徑340的任何氣體泄漏可為惰性的，而不是有毒或可燃的。一個選項是使用定位在出口通道360周圍的出口通道分配環(huán)620。如圖10中所示，出口通道分配環(huán)620可包括一些層，其包括帶有定位于其中的一些小直徑孔640的注入層630。注入孔640可沿固體流的方向成角度，以便最大限度地減小堵塞。注入孔640可通過激光燒結(jié)技術(shù)或其它類型的制造技術(shù)制得。第二層可為燒結(jié)金屬多孔層650。燒結(jié)金屬多孔層650可為注入層630提供支承，同時還允許氮氣或其它氣體穿過。第三層可為開口分配通道層660。開口分配通道層660可傳輸來自注入端口 380的氮氣或其它氣體。其它配置可在本文中使用。
[0040]又一備選方案可為排出端口分配環(huán)670。排出端口分配環(huán)670可定位或合并到排出端口 400的底表面中。圖11示出排出端口分配環(huán)670的示例。排出端口分配環(huán)670可包括帶有定位于其中的一些孔690的注入層680。注入層680可由分配通道700圍繞。分配通道700可與注入端口 380連通。排出端口分配環(huán)670的使用可提供與出口通道分配環(huán)620相比更容易的接近。此外，根據(jù)注入孔690的尺寸和通過其的氮氣或其它氣體的流率，排出端口分配環(huán)670還可幫助破碎穿過排出端口 400的固體流170中的團塊。其它配置可在本文中使用。
[0041]應當顯而易見的是，前述內(nèi)容僅涉及本申請的某些實施例，并且，在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的一般要旨和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在本文中做出許多改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種與固體流和輸送流體流連通的固體給料器，包括: 帶有在其中的固體流的出口通道；以及 與所述出口通道連通的排出端口； 所述排出端口還包括與所述輸送流體流連通的入口和流動通道；以及 其中，所述流動通道包括與所述入口相比關(guān)于所述出口通道的減小的截面區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述入口包括圓形入口截面區(qū)域，且其中，所述圓形入口截面區(qū)域比所述減小的截面區(qū)域更大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述排出端口包括與輸送管線連通的出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體給料器，其特征在于，所述出口包括圓形出口截面區(qū)域，且其中，所述圓形出口截面區(qū)域比所述減小的截面區(qū)域更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述流動通道的減小的截面區(qū)域包括矩形截面區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述流動通道包括過渡入口截面區(qū)域和過渡出口截面區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述流動通道包括可變地減小的截面區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體給料器，其特征在于，所述流動通道在其中包括可移動板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述流動通道在其中包括一個或多個攪拌器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體給料器，其特征在于，所述一個或多個攪拌器包括多個葉片。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，還包括定位在所述流動通道的下游的下游止回閥和定位在所述流動通道的上游的上游止回閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體給料器，其特征在于，所述下游止回閥包括擋板止回閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體給料器，其特征在于，所述上游止回閥包括碟形止回閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，還包括定位在所述排出端口周圍的一個或多個截止閥。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述出口通道包括分配環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體給料器，其特征在于，所述分配環(huán)包括注入層、多孔層和開口分配通道層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體給料器，其特征在于，所述排出端口包括分配環(huán)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的固體給料器，其特征在于，所述分配環(huán)包括注入層和分配通道。
19.一種使經(jīng)由輸送氣體流離開固體給料器的固體流平穩(wěn)的方法，包括: 提供所述輸送氣體流到所述固體給料器的排出端口；減小通過所述排出端口的流動通道的截面區(qū)域，以便增加所述輸送氣體流的速度； 在所述流動通道中合并所述固體流和所述輸送氣體流；以及 通過所述輸送氣體流的剪切作用而破碎所述固體流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括增加所述流動通道下游的排出端口的截面區(qū)域以形成湍流渦旋，以增強所述固體流和所述輸送氣體流的進一步混合以及使所述固體流平穩(wěn)。`
【文檔編號】F23N1/00GK103492808SQ201180052960
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月29日
【發(fā)明者】T.F.萊寧格爾 申請人:通用電氣公司