專(zhuān)利名稱(chēng)：管道及輸送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管道及輸送方法，尤其涉及一種輸送多相流體，如氣固混合物的管道和輸送方法。
背景技術(shù)：
多相流體，如氣固混合物，存在于許多技術(shù)領(lǐng)域，如含碳燃料的氣化過(guò)程中等。氣化是指把含碳燃料，如煤轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，如煤氣或合成氣的過(guò)程。通常，在氣化過(guò)程中，含碳燃料隨著可控量的氧氣或其他流體被氣力輸送進(jìn)氣化爐中。在傳統(tǒng)的采用氣力輸送的氣化系統(tǒng)中，其常設(shè)置有存儲(chǔ)裝置、氣化爐及復(fù)數(shù)個(gè)連通相應(yīng)存儲(chǔ)裝置和氣化爐的輸送管道。在操作中，含碳燃料和輸送氣體被輸送進(jìn)存儲(chǔ)裝置以在其內(nèi)形成氣固混合物，從而該氣固混合物通過(guò)輸送管道氣力輸送進(jìn)相應(yīng)的氣化爐中。然而，在輸送氣固混合物的過(guò)程中，輸送管道常會(huì)發(fā)生磨損。特別是當(dāng)輸送管道具有彎曲部時(shí)，在輸送氣固混合物的過(guò)程中，彎曲部的磨損會(huì)更加嚴(yán)重。這樣，由于輸送管道的磨損，該輸送管道的壽命就會(huì)被縮短。目前，已經(jīng)嘗試多種措施來(lái)防止輸送管道的磨損。比如，將輸送管道設(shè)計(jì)成具有較厚的外壁及/或帶有T形的彎曲部。然而，具有較厚外壁的輸送管道可會(huì)增加生產(chǎn)成本。在輸送管道的T形彎曲部處常會(huì)產(chǎn)生盲點(diǎn)，從而造成含碳燃料的沉積，這對(duì)氣固混合物在輸送管道中的流動(dòng)來(lái)說(shuō)是不利的。所以，需要提供一種新的可輸送多相流體，如氣固混合物的管道和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種輸送多相流體的管道。該管道包括收容元件和管狀元件。收容元件設(shè)置有空腔及與所述空腔相連通的入口。管狀元件穿過(guò)所述收容元件且其至少一部分設(shè)置在所述空腔內(nèi)，從而所述收容元件的入口可通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通。本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供了一種氣化固體粉料的氣化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置、氣化裝置及管道。管道包括與所述存儲(chǔ)裝置及所述氣化裝置相連通的管狀元件及收容元件，該收容元件設(shè)置有可收容至少一部分所述管狀元件的空腔及通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通的入口。本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供了一種輸送多項(xiàng)流體的方法。該方法包括通過(guò)管道的管狀元件輸送多相流體，所述管道設(shè)置有收容元件，該收容元件設(shè)置有空腔及與所述空腔相連通的入口，所述管狀元件穿過(guò)所述收容元件且其至少一部分設(shè)置在所述空腔內(nèi)，從而所述收容元件的入口可通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通；及通過(guò)所述入口輸送氣體進(jìn)入所述收容元件以增加其內(nèi)的壓力來(lái)把所述氣體壓入所述管狀元件中，從而在所述多相流體和設(shè)置在所述空腔內(nèi)的管狀元件的至少一部分間形成氣膜。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1為本發(fā)明管道的一個(gè)實(shí)施例的立體示意圖；圖2到圖4為本發(fā)明管道的多個(gè)實(shí)施例的橫截面示意圖；及圖5為本發(fā)明氣化系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示為本發(fā)明管道10的一個(gè)實(shí)施例的立體示意圖。在本發(fā)明實(shí)施例中，管道 10可用來(lái)輸送多相流體100。多相流體100可包括可包括兩相或多相，比如氣固混合物或液固混合物。在非限定示例中，多相流體100可包括由氣體和具有期望粒度分布的固體粉料相混合而成的氣固混合物。如圖1所示，管道10包括管狀元件12和設(shè)置在至少一部分管狀元件12外圍的收容元件14。在一些實(shí)施例中，管狀元件可包括管子，其可用來(lái)接收并輸送多相流體100，如氣固混合物到后續(xù)的裝置中，如根據(jù)不同應(yīng)用輸送進(jìn)氣化爐或煉鋼爐中進(jìn)行處理。在本實(shí)施例中，管道元件12設(shè)置有側(cè)壁16及設(shè)置在側(cè)壁16兩端分別用來(lái)接收和排出多相流體100的入口 18和出口 20。收容元件14包括兩端部22、M及將兩端部22和 24連接起來(lái)的側(cè)壁沈，從而其共同形成空腔11 (如圖2所示)。在一些示例中，管狀元件12的側(cè)壁16可包括環(huán)形橫截面。與管狀元件12的側(cè)壁 16相似，收容元件14的側(cè)壁沈也可包括環(huán)形橫截面。在其他示例中，側(cè)壁16和/或側(cè)壁 26可包括其他形狀的截面，如多邊形。在如圖1所示的實(shí)施例中，管狀元件12經(jīng)由收容元件14的端部22J4從而穿過(guò)空腔11。在一些示例中，管狀元件12可與收容元件14同軸。在其他例子中，管狀元件12 也可與收容元件14不同軸。在本發(fā)明實(shí)施例中，管狀元件12和收容元件14可通過(guò)多種技術(shù)組裝在一起。例如，管狀元件12的側(cè)壁16可與相應(yīng)的收容元件14的端部22J4焊接在一起。收容元件14也可通過(guò)法蘭(未顯示)以可拆卸的方式和管狀元件12組裝在一起。在一些示例中，至少一部分管狀元件12被收容進(jìn)收容元件14內(nèi)，從而在側(cè)壁16 和側(cè)壁沈之間形成空間觀(guān)。在一些應(yīng)用中，管狀元件12的入口 18和出口 20可延伸出收容元件14。在另一些應(yīng)用中，管狀元件12的入口 18和出口 20可未延伸出收容元件14，比如入口 18和/或出口 20可與相應(yīng)的收容元件14的端部22J4分別相齊平。圖2到圖4所示為本發(fā)明管道10的多個(gè)實(shí)施例的橫截面示意圖。如圖1到圖2 所示，管狀元件12進(jìn)一步包括可與入口 18和出口 20相連通的彎曲部30。這樣，多相流體 100可沿著第一方向A通過(guò)入口 18進(jìn)入到管狀元件12中，然后其可沿著不同于第一方向A 的第二方向B通過(guò)出口 20從管狀元件12中排出。在一些示例中，第一方向A和第二方向 B之間的夾角(未顯示)可在大于0度小于180度的范圍內(nèi)，這也可表明管狀元件12的彎曲部30的彎曲角度(未顯示)也可在大于0度小于180度的范圍內(nèi)。在一個(gè)非限定示例中，管狀元件12的彎曲角度可為90度。在一些示例中，至少一部分彎曲部30可設(shè)置于收容元件14的空腔11內(nèi)。在一些
5應(yīng)用中，管狀元件12也可不設(shè)置彎曲部30或彎曲部30可不設(shè)置于空腔11內(nèi)，這樣，管狀元件12的平坦部(未顯示)可穿過(guò)收容元件14。相似的，收容元件14也可設(shè)置或不設(shè)置彎曲部32。在一些實(shí)施例中，管狀元件12的至少一部分可包括一種或多種多孔材料(Porous Materials)。該多孔材料可包括金屬，金屬合金或其他合適的多孔材料。金屬可包括但不限于不銹鋼、鎳、銅和鈦的一種或多種。金屬合金可包括但不限于鈦合金和銅合金的一種或多種。在非限定示例中，收容元件14可包括金屬材料，如不銹鋼或其他耐高壓的合適材料。在本發(fā)明實(shí)施例中，收容元件14可進(jìn)一步包括可與空腔11相連通的入口 34，從而氣體36可通過(guò)入口 34進(jìn)入到空間觀(guān)內(nèi)以增加收容元件14內(nèi)的壓力至期望的水平。分支管道13可通過(guò)入口 34與收容元件14相連通。這樣，由于管狀元件12由多孔材料組成，通過(guò)分支管道13和入口 M的氣體36，可通過(guò)多孔的側(cè)壁16與管狀元件12的內(nèi)部相連通。在一些示例中，空腔11中的壓力可高于管狀元件12中的壓力，這樣，來(lái)自于入口 34的氣體36可進(jìn)入到設(shè)置于收容元件14內(nèi)的管狀元件12中，從而在多相流體100和管狀元件12的側(cè)壁16之間形成氣膜15來(lái)防止多相流體100對(duì)管狀元件12進(jìn)行磨損。在一些應(yīng)用中，管狀元件12中的壓力可在IMpa到IOMpa的范圍內(nèi)。空間28中的壓力可根據(jù)進(jìn)入收容元件14中的氣體流動(dòng)來(lái)控制。這樣，在操作中，多相流體100被輸送進(jìn)管狀元件12中。其間，氣體36通過(guò)入口 34進(jìn)入到收容元件14中以增加其內(nèi)的壓力。該壓力可高于管狀元件12中的壓力，從而在收容元件14和管狀元件12間形成壓力差。由于該壓力差，在收容元件14中的氣體36通過(guò)管狀元件12的側(cè)壁16而進(jìn)入到管狀元件12中，從而在多相流體100和側(cè)壁16之間形成氣膜15以防止多相流體100對(duì)管狀元件12進(jìn)行磨損。將多相流體100輸送進(jìn)管狀元件 12中的步驟，可在氣體36被輸送進(jìn)收容元件14的步驟之前、之后或與之同時(shí)進(jìn)行。圖1所示的實(shí)施例僅是示意性的。根據(jù)不同的應(yīng)用需要，比如不同的磨損情況可確定管狀元件12設(shè)置多孔材料的部分。在一個(gè)示例中，設(shè)置于空腔沈內(nèi)的管狀元件12可包括多孔材料。進(jìn)一步的，當(dāng)管狀元件12包括彎曲部30時(shí)，彎曲部30的下部38的磨損會(huì)較為嚴(yán)重。因此，設(shè)置于空腔20內(nèi)的彎曲部分18的至少一部分，比如下部38可包括多孔材料。這樣，在操作中，氣體36就可進(jìn)入到管狀元件12中在彎曲部30附近形成氣膜15以避免彎曲部30的發(fā)生磨損。在本發(fā)明實(shí)施例中，入口 34可開(kāi)設(shè)于收容元件14的彎曲部32處并靠近彎曲部30 的下部38以便將氣體36從彎曲部30的下部38輸送進(jìn)管狀元件12中，從而保護(hù)彎曲部 30。在一定的應(yīng)用中，入口 34也可開(kāi)設(shè)于收容元件14的其他位置，比如，入口 34可開(kāi)設(shè)于遠(yuǎn)離彎曲部30的位置或開(kāi)設(shè)于端部22和/或M處。在一些示例中，如圖1所示。氣體36可與管狀元件12中的多相流體100的流動(dòng)以并流(Cocurrent Flow)的形式被輸送進(jìn)收容元件14中，且分支管狀元件13的下部(未標(biāo)示)可與收容元件14的下部(未標(biāo)示)相齊平。在一定的應(yīng)用中，設(shè)置在彎曲部分32 處的分支管狀元件13的下部可不與收容元件14的下部相齊平。在其他示例中，如圖3-4所示，氣體36可與管狀元件12中的多相流體100的流動(dòng)以反流(Anti-cocurrent Flow)的形式被輸送進(jìn)收容元件14中。在此，“并流”可表示氣體 36通過(guò)入口 34進(jìn)入收容元件14的流動(dòng)方向(未標(biāo)示)實(shí)質(zhì)上與管狀元件12中多相流體100的至少一部分的流動(dòng)方向相同?！胺戳鳌笨杀硎練怏w36通過(guò)入口 34而流入容量元件14 的流動(dòng)方向與管狀元件12中多相流體100的至少一部分的流動(dòng)方向相反。圖2到圖4中所示的實(shí)施例相似。圖2到圖4中的實(shí)施例不同之處在于入口 34 設(shè)置于收容元件14上的位置。圖3和圖4的區(qū)別在于在圖3中，分支管狀元件13的外側(cè) (未標(biāo)示)可與收容元件14的側(cè)壁沈的一側(cè)(未標(biāo)示)相齊平，而在圖4中，分支管狀元件13的外側(cè)與收容元件14的側(cè)壁沈的一側(cè)不齊平。對(duì)于圖1到圖4所示的實(shí)施例，在一些示例中，假如沒(méi)有開(kāi)設(shè)于收容元件14上的入口 34，收容元件14的空腔11可以是封閉的來(lái)促使其內(nèi)壓力的增加，從而使氣體36增壓以進(jìn)入并保護(hù)管狀元件12。在非限定示例中，收容元件14中的氣體36的量可不多于管狀元件12中氣體量的20%。在其他示例中，除了入口 M外，收容元件14也可不封閉。例如收容元件14可設(shè)置具有一定尺寸大小的出口(未標(biāo)示)。從而，通過(guò)調(diào)節(jié)通過(guò)入口 34和通過(guò)出口的氣體36 來(lái)控制收容元件14內(nèi)的壓力。此外，雖然在一些實(shí)施例中僅包括單個(gè)側(cè)壁16、單個(gè)側(cè)壁沈、 單個(gè)彎曲部分30、單個(gè)入口 34和單個(gè)管狀元件12，但是一個(gè)以上的側(cè)壁16、一個(gè)以上側(cè)壁 26、一個(gè)以上彎曲部30、一個(gè)以上的入口 ；34和/或一個(gè)以上的管狀元件12也可設(shè)置。在一些示例中，基于不同的應(yīng)用，管道10可應(yīng)用在不同的技術(shù)領(lǐng)域。圖5所示為設(shè)置有管道10的氣化系統(tǒng)40的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。多相流體100可包括由氣體和固體粉料混合而成的氣固混合物。這種氣固混合物中的固體粉料可包括含碳燃料。該含碳燃料可包括但不限于煤、含浙青材料(Bituminous)、煤煙(Soot)、生物材料(Biomass)、石油焦 (Petroleum Coke)或其組合。如圖5所示，氣化系統(tǒng)40包括存儲(chǔ)裝置42、復(fù)數(shù)個(gè)氣體管道(未顯示)、氣化裝置 44和置于存儲(chǔ)裝置42和氣化裝置44之間的并與其相連通的的管道10。在一些實(shí)施例中， 存儲(chǔ)裝置42可設(shè)置以經(jīng)由進(jìn)料裝置并通過(guò)比如管道的輸送方式來(lái)接收固體粉料46。氣體管道與存儲(chǔ)裝置42相連通，從而將氣體48輸送進(jìn)存儲(chǔ)裝置42中與固體粉料46相混合以形成氣固混合物。在操作中，來(lái)自固體粉料源(未顯示)的固體粉料46被輸送進(jìn)存儲(chǔ)裝置42中。同時(shí)，氣體48 (第一氣體)也通過(guò)氣體管道被輸入進(jìn)存儲(chǔ)裝置42中以形成氣固混合物并增加存儲(chǔ)裝置42中的壓力。隨后，氣固混合物被輸送來(lái)通過(guò)管道10的管狀元件12(如圖1-4 所示)。其間，氣體36(第二氣體)被輸送進(jìn)收容元件14中以增加其內(nèi)的壓力，從而在管道 10的收容元件14和管狀元件12之間形成壓力差。在一些示例中，氣體36可與氣體48相同，也可與其不同。氣體48和/或氣體36可包括但不限于二氧化碳、惰性氣體如氮?dú)?、或其他合適的氣體中的一種或多種。在輸送過(guò)程中，氣體36進(jìn)入進(jìn)管狀元件12中，從而在固體粉料46和管狀元件12 的側(cè)壁16之間形成氣膜來(lái)防止管狀元件12發(fā)生磨損。最后，氣固混合物被輸送進(jìn)氣化裝置44中進(jìn)行氣化。在一些應(yīng)用中，管道10可通過(guò)管狀元件12直接與存儲(chǔ)裝置42和/或氣化裝置44 相連通。在一定的應(yīng)用中，管道10可作為轉(zhuǎn)接器，從而管狀元件12可通過(guò)設(shè)置存該管狀元件12于相應(yīng)的儲(chǔ)裝置42和氣化裝置44之間的額外的管道與其相連通。在本發(fā)明的實(shí)施例中，管道10設(shè)置有收容元件來(lái)收容通過(guò)該收容元件的多孔管狀元件。在多相流體通過(guò)多孔管狀元件的輸送過(guò)程中，收容元件中的氣體可進(jìn)入到管狀元件中，從而形成氣膜來(lái)防止管狀元件的磨損。在一定的示例中，多孔管狀元件可包括彎曲部，其在輸送的過(guò)程中可能會(huì)受到嚴(yán)重的磨損。隨著管道10的設(shè)置，彎曲部的磨損可以減少或防止。這樣，輸送多相流體的管狀元件的壽命可被延長(zhǎng)。此外，管道10的結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，從而也可以減少制造成本。 雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì)本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書(shū)的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種輸送多相流體的管道，包括收容元件，其設(shè)置有空腔及與所述空腔相連通的入口 ；及管狀元件，其穿過(guò)所述收容元件且其至少一部分設(shè)置在所述空腔內(nèi)，從而所述收容元件的入口可通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的管道，其中所述管狀元件設(shè)置有延伸出所述收容元件的入口和出口。
3.如權(quán)利要求1所述的管道，其中所述管狀元件可與所述收容元件同軸。
4.如權(quán)利要求1所述的管道，其中設(shè)置在所述空腔內(nèi)的管狀元件的至少一部分是多孔的，從而所述入口與所述管狀元件相連通。
5.如權(quán)利要求1所述的管道，其中所述管狀元件設(shè)置有彎曲部，該彎曲部設(shè)置于所述空腔內(nèi)且其至少一部分是多孔的。
6.如權(quán)利要求1所述的管道，其中所述管狀元件用來(lái)輸送多相流體，該多相流體包括氣固混合物，所述入口用來(lái)輸送氣體進(jìn)入所述空腔以增壓所述收容元件內(nèi)的壓力從來(lái)所述增加所述氣體以進(jìn)入所述管狀元件。
7.一種氣化固體粉料的氣化系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)裝置；氣化裝置；及管道，該管道包括與所述存儲(chǔ)裝置及所述氣化裝置相連通的管狀元件及收容元件，該收容元件設(shè)置有可收容至少一部分所述管狀元件的空腔及通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通的入口。
8.如權(quán)利要求7所述的氣化系統(tǒng)，其中收容于所述空腔內(nèi)的管狀元件的至少一部分是多孔的從而所述入口與所述管狀元件相連通。
9.如權(quán)利要求7所述的氣化系統(tǒng)，其中所述管狀元件設(shè)置有彎曲部，該彎曲部設(shè)置于所述空腔內(nèi)且其至少一部分是多孔的。
10.如權(quán)利要求7所述的氣化系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)裝置可用來(lái)收容固體粉料和第一氣體從而在其內(nèi)形成氣固混合物，所述管狀元件可用來(lái)把來(lái)自所述存儲(chǔ)裝置中的氣固混合物輸送進(jìn)所述氣化裝置進(jìn)行氣化，所述入口可用來(lái)輸送第二氣體進(jìn)入所述空腔以增加所述收容元件內(nèi)的壓力從來(lái)所述增壓所述氣體以進(jìn)入所述管狀元件。
11.一種輸送多項(xiàng)流體的方法，包括通過(guò)管道的管狀元件輸送多相流體，所述管道設(shè)置有收容元件，該收容元件設(shè)置有空腔及與所述空腔相連通的入口，所述管狀元件穿過(guò)所述收容元件且其至少一部分設(shè)置在所述空腔內(nèi)，從而所述收容元件的入口可通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通；及通過(guò)所述入口輸送氣體進(jìn)入所述收容元件以增加其內(nèi)的壓力來(lái)把所述氣體壓入所述管狀元件中，從而在所述多相流體和設(shè)置在所述空腔內(nèi)的管狀元件的至少一部分間形成氣膜。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中設(shè)置于所述空腔內(nèi)的管狀元件的至少一部分是多孔的從而所述入口與所述管狀元件相連通。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述管狀元件設(shè)置有彎曲部，該彎曲部設(shè)置于所述空腔內(nèi)且其至少一部分是多孔的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輸送多相流體的管道及輸送方法。該管道包括收容元件和管狀元件。收容元件設(shè)置有空腔及與所述空腔相連通的入口。管狀元件穿過(guò)所述收容元件且其至少一部分設(shè)置在所述空腔內(nèi)，從而所述收容元件的入口可通過(guò)設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一部分管狀元件與所述管狀元件的內(nèi)部相連通。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種氣化固體粉料的氣化系統(tǒng)和一種輸送多項(xiàng)流體的方法。
文檔編號(hào)F16L41/02GK102466104SQ20101055117
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者呂靜, 胡立舜, 陳衛(wèi) 申請(qǐng)人:通用電氣公司