CN101152932B - 具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置及其供料方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置及采用该供料装置供料的方法，包括上部供料器主体和下部出料装置，出料装置包括至少三个几何形状和尺寸相同的、锥尖向下的圆锥筒状出料器和导向器，出料器、导向器之间通过连接板固定连接；出料器顶端设有进料口，底端设有出料口，所有进料口均在同一水平面上、且相邻两个进料口基本相切；所述导向器的底面圆直径与所有出料器的进料口相切所形成的内圆的直径基本相同，且锥尖向上地放置在所述的内圆之上；还包括气体入口设置，其上设有气体进口。本发明可使供料装置中的含碳固体粉料和气体混合物能够以稳定可控的质量流率和较高的输送浓度从多个出口均匀地排出，通过多个喷嘴均匀的向反应器供料。

Description

具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置及其供料方法

技术领域

本发明涉及一种具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置及采用该供料装置供料的方法，可以以稳定可控的质量流率和高的输送浓度向反应器供给含碳固体粉料。具体的说，本发明涉及一种使含碳固体粉料(特别是干燥的煤粉)从具有多个出料口的装置中利用气力输送方法均匀地、稳定地、高浓度地排出，并通过多个喷嘴给反应器供料的装置和供料方法。

背景技术

原料在向反应器(例如气化炉和炼铁高炉等)供料过程中，如果加入的原料质量流率不稳定，重要的操作参数如氧碳比等也就不稳定，结果会造成反应器内局部过热，影响反应的稳定进行和反应器的稳定操作，而且产生的局部高温还有可能损坏反应器衬里和喷嘴。对于采用多个喷嘴进料的反应器，为防止产生上述问题，除要求进料流率稳定以外，同时还要求进入每个喷嘴的原料流率必须基本相同，这就要求加料装置内的原料必须被均匀分配成多股物料进入反应器。已公开的一种加料装置专利CN1032746A包括“至少两个几何形状相同的、具有锥尖向下的圆锥形壁的容器”，“所述容器的位置彼此相邻且相交，在相交点形成介于二者之间的虚共有平面，该相交部分的底端在垂直于该二容器排出口的虚共有水平面的特定距离上”，而“控制混合物通过所述容器各自的出口孔的流率，其方法是控制经由容器底部的壁注入的第一气体的流率”，因此，两个以上出口的该加料装置技术结构复杂，加工制造困难，同时操作控制方法复杂，流量调节范围小。已公开专利CN1670137A属于从加料设备上部输送煤粉的技术，在加料设备内部设置了输煤管，并从设备底部通入流化风经多孔材料分布使煤粉流化后才能输送；该技术的不足在于设备内煤粉的流化状态对稳定输送至关重要，对多孔材料的性能包括使用寿命等要求也很高；如果流化性能不佳会造成粉煤流率波动，不稳定，当发生堵塞时，由于部分输送管道在设备内部，疏通时需花费较多的时间和精力。已公开专利CN1064314A公开了一种高炉喷煤的浓相输送方法，采用单管输送至莲式分配器后再将煤粉分配至多根支管送入高炉；然而莲式分配器仅适用于原料输送浓度不高的情况，在流化罐罐压为0.3～0.7Mpa时的输送固气比仅为50～80kg/kg，如果输送浓度继续提高就易引起莲式分配器的堵塞，影响生产正常运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有多个出料口的供料装置和向反应器供料的方法，该装置能使含碳固体粉料均匀地、质量流率稳定地从多个出口排出，以高的输送浓度通过多个喷嘴向反应器供料，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置，包括上下两部分；上部为供料器主体，其顶部设有至少一个用于接受含碳固体粉料和气体混合物的接料口、一个进气口和一个排气口，其底端设有一个排出所述混合物的排料口；所述下部为出料装置，所述出料装置上端设有进料口，下端设有出料口，所述上部供料器主体的下端和下部出料装置上端相互固定连接，所述供料器主体的排料口与出料装置的进料口相通；其特征在于，所述出料装置包括至少三个几何形状和尺寸相同的、锥尖向下的圆锥筒状出料器和设置在供料装置内部的一个锥尖向上的圆锥体导向器，所述多个出料器及导向器之间通过连接板固定连接；

所述出料器顶端设有一个圆形进料口，底端设有一个圆形出料口，所有进料口均在同一水平面上，且相邻两个进料口基本相切；

所述圆锥体导向器的底面圆直径与所有出料器的进料口相切所形成的内圆的直径基本相同，且锥尖向上地放置在所述的内圆之上；

还包括设置在供料装置下部的气体入口装置，其上设有可将流化载气输入到供料装置内部的气体进口。

进一步，所述供料器主体由圆柱筒状容器和连接在其下端的锥尖向下的圆锥筒状容器构成，锥筒下端的出口为排出所述混合物的排料口，所述气体入口装置固定设置在供料器主体下端的圆锥筒状容器的器壁上。所述气体入口装置呈环形导管式结构，其包括：至少一根进气环和数根进气导管；所述进气环上设有至少一个气体进口；所述进气导管一端与进气环相连接且相通、另一端端部固定设有多孔材料制成的进气头，所述进气头嵌设在供料器主体下端的圆锥筒状容器的器壁上，所述进气头在圆锥筒状容器的至少一个水平圆周上均匀分布。所述气体入口装置也可以呈夹套式锥形结构，其嵌设在供料器主体下端的圆锥筒状容器的器壁上，包括内锥和外锥；所述内锥与外锥之间形成的间隙空间，所述内锥为多孔的圆锥台，内锥的内表面和其所嵌入连接的圆锥筒状容器的内表面在同一锥面上，所述进气口设置在外锥上。

进一步也可以在每个出料器器壁上均设有气体入口装置，气体入口装置可以呈环形导管式结构也可以为夹套式锥形结构。

本发明还公开了一种采用上述供料装置给反应器供料的方法，包括如下步骤：

(1).通过供料器主体顶部的排气口排气，将含碳固体粉料和气体混合物由供料器主体的接料口引入上部供料器主体内；

(2).通过供料器主体顶部的进气口输入上部载气，使供料器主体内的压力高于反应器中的压力，优选的压力差为0.2～1MPa；对应于不同的反应器操作压力，供料装置的操作压力范围为0.2～5Mpa；

(3).通过设置在供料装置下部的气体入口装置以选定的气体流率注入下部载气，给含碳固体粉料适量充气以破坏架桥，增加含碳固体粉料流动性和流动的稳定性；所选定的气体流率在载气注入处所在的水平截面处的表观速度小于含碳固体粉料粒子在供料装置内的最终沉降速度；

(4).在供料装置和反应器之间压差的作用下，含碳固体粉料被载气携带从多个出料口均匀排出，并通过多个喷嘴送进反应器。

(5).进入反应器的含碳固体粉料质量流率以供料装置和反应器之间的压差为主进行调节；

(6).保持供料装置内的含碳固体粉料存量至少为供料装置所能容纳的最多含碳固体粉料质量的30％～80％。

由以上公开的技术方案可知，本发明供料装置通过在供料器主体的下方设置至少三个相同的出料器，可以使供料装置中的含碳固体粉料和气体混合物能够以稳定的质量流率和较高的输送浓度从多个出口均匀地排出，通过多个喷嘴均匀的向反应器供料，同时，设置在供料器内的导向器可以消除由于出料器内圆的存在而形成的阻碍含碳固体粉料向下流动的死区；此外配合设置在供料装置下部的气体入口装置可以给含碳固体粉料适量充气以破坏架桥，增加含碳固体粉料流动性和流动的稳定性。

附图说明

图1是本发明供料装置的正视剖面结构示意图；

图2是图1所示供料装置的A-A断面结构示意图；

图3是本发明的一个实施方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置，包括上下两部分；上部为供料器主体1，其顶部设有至少一个用于接受含碳固体粉料和气体混合物的接料口101、一个进气口102和一个排气口103，其底端设有一个排出所述混合物的排料口104；所述下部为出料装置2，所述出料装置上端设有进料口，下端设有出料口，所述上部供料器主体1的下端和下部出料装置2的上端相互固定连接，所述供料器主体1的排料口104与出料装置2的进料口相通；所述出料装置2包括四个几何形状和尺寸相同的、锥尖向下的圆锥筒状出料器201和设置在供料装置内部的一个锥尖向上的圆锥体导向器202，所述多个出料器201、导向器202之间通过连接板203固定连接；

所述出料器201顶端设有一个圆形进料口204，底端设有一个圆形出料口205，所有进料口204均在同一水平面上，且相邻两个进料口204基本相切；四个出料器的进料口204相切形成一个内圆206和一个外圆209，所述外圆209的直径与排料口104的内径相同。

所述圆锥体导向器202的底面圆直径与所有出料器的进料口204相切所形成的内圆206的直径基本相同，且锥尖向上地放置在所述的内圆206之上；

还包括设置在供料装置下部的气体入口装置3，其上设有可将流化载气12输入到供料装置内部的气体进口301。

所述供料器主体1由圆柱筒状容器105和连接在其下端的锥尖向下的圆锥筒状容器106构成，所述圆锥筒状容器106下端为出口供料器主体1的排料口104，所述气体入口装置3固定设置在供料器主体1下端的圆锥筒状容器106的圆锥器壁上。

所述气体入口装置3呈环形导管式结构，其可以设置在供料器主体1下端的圆锥筒状容器106的器壁上，也可以设置在出料器器壁上，当设置在出料器上时，要求在每个出料器上均设有气体入口装置。所述环形导管式气体入口装置3包括：至少一根进气环302和数根进气导管303；所述进气环302为设置在圆锥状器壁***的环型管状结构，所述进气环302上设有至少一个气体进口301；所述进气导管303一端与进气环302相连接且相通、另一端端部固定设有多孔材料制成的进气头304，所述进气头304嵌设在供料器主体1下端的圆锥筒状容器106的器壁上，所述进气头304在圆锥筒状容器106的至少一个水平圆周上均匀分布。图1仅示意出环形导管式气体入口装置设置在圆锥筒状容器106的圆锥器壁上的情形，有关在出料器器壁上的设置方式与此相类似。

所述气体入口装置也可以呈夹套式锥形结构，图1中所示为设置在出料器201上的夹套式锥形气体入口装置3’，当设置在出料器上时，要求在每个出料器201上均设有气体入口装置，所述气体入口装置3’嵌设在出料器的圆锥筒状器壁上，其包括内锥302’和外锥303’；所述内锥302’与外锥303’之间形成的间隙空间304’，所述内锥302’为多孔的圆锥台，内锥302’的内表面和其所嵌入连接的出料器201的内表面在同一锥面上，所述进气口301’设置在外锥303’上。下部载气可通过进气口301’进入间隙空间304’后，再经过由多孔材料制造或组合连接形成的内锥302’渗入到混合物之中。图1仅示意出夹套式锥形气体入口装置嵌设在出料器的圆锥筒状器壁上的情形，有关在圆锥筒状容器106的设置方式与此相类似。图1为融合两种结构形式的气体入口装置的供料装置结构视图，实际使用时，可以根据需要选择其一即可。

进一步，所述圆锥筒状容器106的锥角、出料器201的锥角以及导向器202的锥角相同，均为20～60°，锥角的选择与含碳固体粉料和其所接触壁面的摩擦角有关。所述供料装置的中心轴线107与位于供料装置下部的出料器201的中心轴线207相互平行，所述导向器201的中心轴线208和供料装置的中心轴线107重合；所述出料器进料口204所在水平面上的所有进料口的面积总和占该水平面面积的60～90％。

本发明还公开了一种采用上述供料装置给反应器供料的方法，使该供料装置中的含碳固体粉料和气体混合物以高的输送浓度和稳定可控的质量流率通过喷嘴向反应器供料。如图3所示，该供料***由供料装置，反应器4，压力测量装置5、6，压力调节***，流量调节器7，固体质量流量计8，喷嘴9，料位计10以及附属设备和仪表组成。所述的含碳固体粉料为可气力输送的平均粒径在30μm～200μm范围内的粉体物料，例如煤粉、石油焦粉、生物质粉料、固体废弃物粉料等；输送用的气体介质可以是氮气，二氧化碳，水蒸汽，合成气，烃类气体，或是这些气体的任意混合物。

本发明采用上述供料装置给反应器供料的方法，包括如下步骤：

(1).通过供料器主体1顶部的排气口103排气，把含碳固体粉料和气体混合物连续地或间歇地通过进料口由供料器主体的接料口101引入上部供料器主体1内；

(2).通过供料器主体顶部的进气口102输入上部载气11，使供料器主体内的压力高于反应器中的压力，优选的压力差为0.2～1MPa：对应不同的反应器压力，供料装置的操作压力范围为0.2～5Mpa；

(3).通过设置在供料装置下部的气体入口装置3以选定的气体流率注入下部载气12，给含碳固体粉料适量充气以破坏架桥，增加含碳固体粉料流动性和流动的稳定性；所选定的气体流率在载气注入处所在的水平截面处的表观速度小于含碳固体粉料粒子在供料装置内的最终沉降速度；

(4).在供料装置和反应器4之间压差的作用下，含碳固体粉料被载气携带从多个出料口205均匀排出，并通过多个喷嘴9送进反应器；

(5).含碳固体粉料质量流率通过加料装置和反应器之间的压差为主进行调节，同时通过调节进入流量调节器15的载气流率对含碳固体粉料质量流率进行微调。

(6).保持供料装置内的含碳固体粉料存量至少为供料装置所能容纳的最多含碳固体粉料质量的30％～80％。使用料位指示仪10监视供料装置内的含碳固体粉料存量，以保证供料装置内的含碳固体粉料存量不小于允许的最小值；当含碳固体粉料存量小于一定量时，供料装置可以连续或间歇地通过接料口101接受含碳固体粉料。料位指示仪可以是技术上众所周知的适用于粉体物料的料位指示仪表。

向供料装置内注入的气体主要有两路，上部载气11和下部载气12。上部载气11的主要作用是补充含碳固体粉料和气体混合物排出而产生的空间，以维持供料装置和反应器4的压差为设定值。如果从加料装置的底部注入的下部载气12的流率足够补充含碳固体粉料和气体混合物排出产生的空间，则上部载气11的流率为零。通常，下部载气12的流率是不足以补充含碳固体粉料和气体排出而产生的空间的，这是因为通常需使气体12的流率在允许的范围内尽量小，以保证被气体携带进入反应器的含碳固体粉料输送浓度尽量高，减少产品气中惰性气体的含量。

下部载气12是通过所述的气体入口装置3注入到供料装置内的，其目的是使出料口205附近的含碳固体粉料适量充气以破坏架桥，增加含碳固体粉料流动性和流动的稳定性，并使混合物能从四个出料口204均匀分配排出；下部载气12的流率存在一个最佳的范围，流率过小达不到上述效果，流率过大则会显著降低含碳固体粉料的排出浓度，甚至阻碍含碳固体粉料排出，结果是降低了含碳固体粉料质量流率和输送的稳定性。选择的下部载气12的流率在载气注入处所在的水平截面处的表观速度不超过供料装置内的粉体粒子的沉降速度。这里表观速度指不计粉体含碳固体粉料时按规定的截面积计算出的气体速度。粉体粒子的沉降速度是指在静止的气体中粒子在重力作用下加速达到的最终稳定的速度。

在压差的作用下，含碳固体粉料被载气携带从供料装置的四个出料口均匀排出，进入四路输送管道13，管道中一定质量流率的含碳固体粉料稳定地依次流经粉煤切断阀14、流量调节器7和固体质量流量测量计8后通过位于输送管道13终端的喷嘴9进入反应器7；针对煤粉，其离开供料装置的输送浓度范围在400～700kg/m³。

通过供料装置顶部的进气口102进气和(或)排气口103排气，利用压力调节***使供料装置的压力稳定，并高于反应器4到某个设定值；加料装置的压力值和反应器4的压力值通过压力测量装置5和6将压力信号输送到压力调节***。

含碳固体粉料的质量流率主要通过供料装置和反应器4之间的压差控制，压差范围为0.2～1MPa，对应于反应器4的不同操作压力，供料装置的操作压力范围为0.2～5MPa；同时，还可以通过调节进入流量调节器7的载气流率对含碳固体粉料的质量流率进行微调。通过调节进入流量调节器7的调节载气15流率可以调节含碳固体粉料流速和含碳固体粉料输送浓度，以实现含碳固体粉料质量流率的微调，提高含碳固体粉料质量流率的控制精度；调节载气15可以使团聚的含碳固体粉料分散，显著提高管道中含碳固体粉料输送浓度的均匀性，增加含碳固体粉料和气体混合物在管道13中流动的稳定性；可以使四条输送管路13的阻力基本相同，从而可以更容易地使各条管路中的含碳固体粉料质量流率基本一致，有利于反应器的稳定和长周期操作。

Claims (13)

1.一种具有多个出料口的含碳固体粉料供料装置，包括上下两部分；上部为供料器主体(1)，其顶部设有至少一个用于接受含碳固体粉料和气体混合物的接料口(101)、一个进气口(102)和一个排气口(103)，其底端设有一个排出所述混合物的排料口(104)；所述下部为出料装置(2)，所述出料装置上端设有进料口，下端设有出料口，所述上部供料器主体(1)的下端和下部出料装置(2)的上端相互固定连接，所述供料器主体(1)的排料口(104)与出料装置(2)的进料口相通；其特征在于：

所述出料装置(2)包括至少三个几何形状和尺寸相同的、锥尖向下的圆锥筒状出料器(201)和设置在供料装置内部的一个锥尖向上的圆锥体导向器(202)，所述多个圆锥筒状出料器(201)及圆锥体导向器(202)之间通过连接板(203)固定连接；

所述出料器(201)顶端设有一个圆形进料口(204)，底端设有一个圆形出料口(205)，所有进料口(204)均在同一水平面上，且相邻两个进料口(204)基本相切；

所述圆锥体导向器(202)的底面圆直径与所有出料器的进料口(204)相切所形成的内圆(206)的直径基本相同，且锥尖向上地放置在所述的内圆(206)之上；

还包括设置在供料装置下部的气体入口装置(3)，其上设有可将流化载气输入到供料装置内部的气体进口(301)。

2.根据权利要求1所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，所述供料器主体(1)由圆柱筒状容器(105)和连接在其下端的锥尖向下的圆锥筒状容器(106)构成，所述圆锥筒状容器(106)下端为出口供料器主体(1)的排料口(104)，所述气体入口装置(3)固定设置在供料器主体(1)下端的圆锥筒状容器(106)的圆锥器壁上。

3.根据权利要求2所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，所述气体入口装置(3)呈环形导管式结构，其包括：至少一根进气环(302)和数根进气导管(303)；所述进气环(302)上设有至少一个气体进口(301)；所述进气导管(303)一端与进气环(302)相连接且相通、另一端端部固定设有多孔材料制成的进气头(304)，所述进气头(304)嵌设在供料器主体(1)下端的圆锥筒状容器(106)的器壁上，所述进气头(304)在圆锥筒状容器(106)的至少一个水平圆周上均匀分布。 

4.根据权利要求1所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，每个出料器器壁上均设有气体入口装置，所述气体入口装置呈环形导管式结构，其包括：至少一根进气环和数根进气导管；所述进气环上设有至少一个气体进口；所述进气导管一端与进气环相连接且相通、另一端端部固定设有多孔材料制成的进气头，所述进气头嵌设在出料器器壁上，所述进气头在出料器的至少一个水平圆周上均匀分布。

5.根据权利要求1所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，每个出料器(201)器壁上均设有气体入口装置(3’)，所述气体入口装置(3’)嵌设在出料器的圆锥筒状器壁上，其呈夹套式锥形结构，包括内锥(302’)和外锥(303’)；所述内锥(302’)与外锥(303’)之间形成的间隙空间(304’)，所述内锥(302’)为多孔的圆锥台，内锥(302’)的内表面和其所嵌入连接的出料器(201)的内表面在同一锥面上，所述进气口(301’)设置在外锥上。

6.根据权利要求2所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，所述气体入口装置呈夹套式锥形结构，其嵌设在所述圆锥筒状容器的圆锥筒状器壁上，包括内锥和外锥；所述内锥与外锥之间形成的间隙空间，所述内锥为多孔的圆锥台，内锥的内表面和其所嵌入连接的圆锥筒状容器的内表面在同一锥面上，所述进气口设置在外锥上。

7.根据权利要求2所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，所述圆锥筒状容器的锥角与出料器的锥角相同，均为20～60°。

8.根据权利要求1所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，所述供料装置的中心轴线与位于供料装置下部的出料器的中心轴线相互平行；所述出料器进料口所在水平面上的所有进料口的面积总和占该水平面面积的60～90％。

9.根据权利要求1所述的含碳固体粉料供料装置，其特征在于，所述导向器的锥角与出料器的锥角相同，均为20～60°，所述导向器的中心轴线和供料装置的中心轴线重合。

10.一种采用权利要求1至9任一项所述的供料装置向反应器供料的方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1).通过供料器主体顶部的排气口排气，将含碳固体粉料和气体混合物由供料器主体的接料口引入上部供料器主体内；

(2).通过供料器主体顶部的进气口输入上部载气，使供料器主体内的压力高于反应器中的压力；对应于不同的反应器操作压力，供料装置的操作压力范围为0.2～5Mpa；

(3).通过设置在供料装置下部的气体入口装置以选定的气体流率注入下部载气，给含碳固体粉料适量充气以破坏架桥，增加含碳固体粉料流动性和流动的稳定性；所选定的气体流率在载气注入处所在的水平截面处的表观速度小于含碳固体粉料粒子在供料装置内的最终沉降速度，其中，所述表观速度为不计粉体含碳固体粉料时按规定的截面积计算出的气体速度，所述沉降速度是指在静止的气体中粒子在重力作用下加速达到的最终稳定的速度；

(4).在供料装置和反应器之间压差的作用下，含碳固体粉料被载气携带从多个出料口均匀排出，并通过多个喷嘴送进反应器；

(5).进入反应器的含碳固体粉料质量流率以供料装置和反应器之间的压差为主进行调节；

(6).保持供料装置内的含碳固体粉料存量至少为供料装置所能容纳的最多含碳固体粉料质量的30％～80％。

11.根据权利要求10所述的向反应器供料的方法，其特征在于，所说的载气选自氮气、二氧化碳、水蒸气、合成气、烃类气体或它们任意混合物；所说的含碳固体粉料是平均粒径在30μm～200μm范围内的含碳的粉态固体，其选自煤粉、石油焦粉、生物质粉料或固体废弃物粉料。

12.根据权利要求10所述的向反应器供料的方法，其特征在于，所说的含碳固体粉料为煤粉，所述煤粉离开供料装置的浓度范围在400～700kg/m³。

13.根据权利要求10所述的向反应器供料的方法，其特征在于，供料器主体内的压力与反应器中的压力的压力差为0.2～1MPa。

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