CN102549118A - 用于气化器的固体燃料传输*** - Google Patents

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CN102549118A CN2010800450268A CN201080045026A CN102549118A CN 102549118 A CN102549118 A CN 102549118A CN 2010800450268 A CN2010800450268 A CN 2010800450268A CN 201080045026 A CN201080045026 A CN 201080045026A CN 102549118 A CN102549118 A CN 102549118A
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Abstract

一种用于气化***中的***包括节距递增的螺旋进料器和设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器。高压容器包括用于连接到固体泵的出口和运送气体线路上的入口和从固体泵输送的固体燃料通过其中而传输到气化器的出口。出口在固体泵和运送气体线路的下游。

Description

用于气化器的固体燃料传输***
背景
本发明大体涉及煤和生物量气化***，并且更具体而言，涉及用于将固体颗粒燃料传输到很可能在高压下运行的气化器的***。
在目前的商业化气化***中，使用或者浆料进料技术或者干式进料技术来将诸如煤的固体颗粒燃料供应到气化器中。由于在使用高水分含量的固体颗粒燃料来制作浆料方面的限制的原因，通常利用干式进料***来将这种固体颗粒燃料供应到气化器中。在现有的干式进料***中，可使低等煤干燥，以去除存在于煤中的固有水分的三分之二或更多。这改进了干式进料***装备中的干燥固体的流动特性和气化器的总效率。但是，装置的总动力产量降低了，因为干燥过程会消耗大量能量。
在化工、石油化工和动力行业中，诸如气化器或燃烧器的大多数反应器在高压条件下运行。在大约100psi至大约1000psi的压力范围的情况下，将固体燃料或反应剂供应到高压气化器中是重大挑战。在现有的气化***中，使用或者浆料进料***或者活底料斗干式进料***来将固体燃料供应到高压气化器中。但是，不是所有种类的固体颗粒燃料都可转化成固体浓度相当高的浆料。因此，浆料进料***可能不适于所有种类的固体颗粒燃料。
在活底料斗干式进料***中，必须使固体燃料干燥到某个水平，以避免在活底料斗中有起拱或壅塞，以及实现合理的可靠性。例如，褐煤必须干燥到少于大约10％的水分含量，而烟煤则必须干燥到少于大约2％的水分含量。但是，现有的干式进料技术也许无法处理未被预干燥到某个水平的固体燃料。
因此，提供一种可在不进行预干燥过程的情况下将水分含量高的固体颗粒燃料供应到高压气化器中的干式进料***将是合乎需要的。
简要描述
根据本文公开的一个实施例，一种用于气化***中的***包括节距递增的螺旋进料器和设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器。高压容器包括用于连接到固体泵的出口和运送气体线路上的入口和从固体泵输送的燃料通过其中而传输到气化器的出口。出口在固体泵和运送气体线路的下游。
根据本文公开的另一个实施例，一种用于气化***中的***，包括用于输送加压固体颗粒燃料的固体泵、运送气体线路、节距递增的螺旋进料器、设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器，以及流动线路。高压容器包括用于连接到固体泵的出口和运送气体线路上的入口和在固体泵和第一运送气体线路的下游的出口。流动线路将出口连接到气化器上，以将从固体泵输送的固体颗粒燃料传输到气化器。
根据本文公开的另一个实施例，一种用于气化***中的***，包括用于输送加压固体颗粒燃料的多个固体泵、多个运送气体线路、在上游端处具有最小节距而在下游端处具有最大节距的节距递增的螺旋进料器、设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器，以及封闭在高压容器中的、用于驱动节距递增的螺旋进料器的马达。高压容器包括用于连接到多个固体泵和运送气体线路中的至少一个上的多个入口和从固体泵输送的燃料通过其中传输到气化器的出口。出口在固体泵和运送气体线路的下游。
根据本文公开的另一个实施例，一种用于气化***中的***，包括：用于输送加压固体颗粒燃料的多个固体泵；多个运送气体线路；沿高压容器中的流向具有递增的节距的节距递增的螺旋进料器，其在上游端处具有最小节距，而在下游端处具有最大节距；设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器；流动线路；以及封闭在高压容器中的、用于驱动节距递增的螺旋进料器的马达。高压容器包括用于连接到多个固体泵和运送气体线路中的至少一个上的多个入口和在所述下游端处的出口，该出口在固体泵和运送气体线路的下游。流动线路将该出口连接到气化器上，以将从固体泵输送的固体颗粒燃料传输到气化器。
附图
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1示出了根据本文公开的各方面的进料传输***的一个实施例。
图2示出了根据本文公开的各方面的、安装在气化器的下方的进料传输***。
图3示出了根据本文公开的各方面的节距递增的螺旋进料器。
图4示出了根据本文公开的各方面的、安装在气化器的上方的进料传输***。
详细描述
本文公开的实施例包括用于将固体颗粒燃料传输到气化器的***。该***主要包括螺旋进料器和封闭螺旋进料器的高压容器。固体泵和运送气体线路连接到高压容器的入口上。高压容器的出口连接到气化器上，例如气化器或燃烧器。来自固体泵的燃料进入高压容器，并且被螺旋进料器传输到出口。随后燃料通过流动线路而被从出口传输到气化器。如本文所用，诸如“一个”、“一种”和“该”的单数形式包括复数个指示物，除非上下文清楚地另有规定。
图1示出了用于将燃料传输到气化器的***10的一个实施例。***10包括节距递增的螺旋进料器12、设置在螺旋进料器12周围的高压容器14、固体泵16以及运送气体线路18和20。在使用固体颗粒燃料(包括(但不限于)煤、生物量、焦炭(petcoke)、油砂、重油和它们的混合物)的气化***中采用***10。在一个实施例中，固体泵是利用了StametTM Posimetric
Figure BPA00001531331400041
进料技术的旋转式收缩空间固体传输和计量泵，其另外被称为可从佐治亚州亚特兰大GE Energy商购获得的StametTM固体泵。这个泵能够从大气压力至大大超过1000psig的压力而传输固体，在泵旋转速度和固体质量流之间有强线性关系。
螺旋进料器12被封闭在高压容器14中。螺旋进料器12的节距在容器的上游端22处为最小，而在容器的下游端24处为最大。***10进一步包括用于驱动螺旋进料器12的马达26。马达26也被封闭在高压容器14中。
高压容器具有多个入口28和出口30。各个入口28通过管线34而连接到固体泵16的出口32上。运送气体线路18与管线34处于连通。运送气体35被输送通过运送气体线路18，以使得固体颗粒燃料36能够从固体泵16输送到高压容器14。***10还包括直接连接到高压容器14的入口28上的专用的运送气体线路20，以使得燃料36能够传输到高压容器14的出口32。出口32在固体泵16和运送气体线路18和20的下游。螺旋进料器12的节距在出口32处为最大。出口32连接到流动线路38上。流动线路38将燃料输送到气化器。
固体泵16通过管线34而将加压固体颗粒燃料36输送到高压容器14。固体颗粒燃料36可包括燃料，例如(但不限于)煤、生物量、焦炭、油砂、重油和它们的混合物。通过将多个固体泵16连接到高压容器14上而实现高的固体流率。由马达26驱动的螺旋进料器12通过出口32而将固体颗粒燃料36传输到流动线路38。节距递增的螺旋进料器12的节距沿容器14中的流40的方向增大。输送通过专用的运送气体线路20的运送气体42使得固体颗粒燃料36能够传输通过高压容器14。
参照图2，运送气体35和42通过流动线路38而将固体颗粒燃料36传输到气化器48的喷射器46。流动线路38连接到喷射器46上。在这个实施例中，具有固体泵16的燃料传输***10位于地面上，或者位于气化器48的下方。从气化器的下方引入运送气体35和42，以将燃料36传送到喷射器46。
整个螺旋进料器12和马达26被封闭在高压容器14中。这使得***10能够在较高的压力条件下使用。***10使运行压力保持大于***10连接到其上的气化器(例如气化器48)或燃烧器中的压力，以便与气化器保持有正压差。在一个实施例中，***10具有大于大约500psig的运行压力。
由于螺旋进料器12被封闭在高压容器14中，以及固体颗粒燃料36被运送气体35和42吹扫或传送，所以不需要对***10进行额外的密封。高压容器14被流过运送气体线路18和20的运送气体35和42加压，以相对于气化器48而保持正压差。这个正压差可避免有任何合成气通过固体泵16从气化器48泄漏到大气。而且，螺旋进料器12的递增节距的螺旋设计在混合期间实现均匀的气体-固体比率。
可在使用水分含量高的固体颗粒燃料的气化装置中采用燃料传输***10作为干式进料***。流动线路中的固体燃料运送在传输体系中运行，从而导致***中有固体燃料的密相传输流。在传输流体系中，来自同一固体泵16的所有固体颗粒具有基本相同的驻留时间。因此，由于固体燃料的传输流的原因，固体泵16在这个***中可被用作计量泵。可避免一些潜在问题，例如由于固体燃料中的高水分水平而引起的颗粒壅塞或起拱。因此，在没有任何预干燥的情况下，水分水平较高的固体颗粒燃料可被运送到气化器。在传输流体系中运送固体颗粒燃料36，从而导致有较短的预留时间，并且从而导致容器14有较小的容积。
图3示出了节距递增的螺旋进料器12。螺旋进料器连接到马达26上。螺旋进料器包括轴50和围绕轴50的螺纹52。螺旋节距可限定为在两个连续的螺纹之间的距离。螺旋进料器12是节距递增的螺旋进料器，因为两个连续的螺纹之间的节距沿容器中的流向(即，沿着螺旋进料器的长度)增大。节距在上游端22处为最小，并且朝下游端24逐渐增大。节距在下游端24处为最大。例如，在上游端22处的节距“P1”为在前两个连续的螺纹之间的距离，而在下游端24处的节距“Px”为在后两个连续的螺纹之间的距离。螺旋进料器12的节距(即在所有连续的螺纹对之间的距离)从“P1”至“Px”逐渐增大。这个距离与那个位置处的固体流量成比例，以在螺旋进料器上保持均匀的固体/气体比率。因此，传输线路38中的固体流率以及固体加载比率是恒定的。
图4示出了另一个实施例，其中燃料传输***10与其固体泵16位于气化器48的上方，即与地面相距～200英尺。流动线路38将高压容器14的出口30连接到气化器48的喷射器46上。从气化器48的上方引入运送气体35和42，以将燃料36向下传送到喷射器46。
因而，上面描述的用于将燃料传输到气化器的***提供了这样一种方式：在没有任何预干燥过程的情况下，将水分水平高的固体颗粒燃料供应到高压气化器(例如气化器或燃烧器)中，从而导致有较高的能量效率。在塞式流动模式中传输固体颗粒燃料，从而导致有较小的高压容器大小，并且因此导致有减少的资本支出。该***可用作缓冲器，以最大程度地减小不同的固体泵引起的流量波动的影响。而且，在该***中采用的固体泵可用作计量仪器，这会提高***的柔性和可控性。可基于期望的固体燃料供应速率来选择固体泵的数量和递增节距的螺旋。
将理解，未必可根据任何特定的实施例来实现所有上面描述的这样的目标或优点。因而，例如，本领域技术人员将认可，可用实现或优化本文教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行本文描述的***和技术，而不必实现本文可教导或提出的其它目标或优点。
虽然在本文中示出和描述了本发明的仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多改良和改变。因此，将理解，所附权利要求意图覆盖落在本文的真实精神内的所有这样的改良和改变。

Claims (25)

1.一种用于气化***中的***，包括：
节距螺旋进料器；以及
设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器，所述高压容器包括：
用于连接到固体泵的出口和运送气体线路上的入口；以及
出口，从所述固体泵输送的燃料通过所述出口而传输到气化器，所述出口在所述固体泵和所述运送气体线路的下游。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，流动线路将所述出口连接到所述气化器上，以将所述燃料从所述出口传输到所述气化器。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***在所述气化器的下方。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***在所述气化器的上方。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述燃料包括固体颗粒燃料。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，将所述固体泵用作计量泵。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述气化器包括一个气化器。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***进一步包括用于驱动所述节距递增的螺旋进料器的马达。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述马达被封闭在所述高压容器中。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述节距递增的螺旋进料器的节距沿所述容器中的流向增大。
11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述节距递增的螺旋进料器的节距在所述出口处为最大。
12.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述节距递增的螺旋进料器的节距在上游端处为最小，而在下游端处为最大。
13.一种用于气化***中的***，包括：
用于输送加压固体颗粒燃料的固体泵；
运送气体线路；
节距递增的螺旋进料器；
设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器，所述高压容器包括：
用于连接到所述固体泵的出口和所述运送气体线路上的入口；以及
在所述固体泵和所述第一运送气体线路的下游的出口；以及
流动线路，其将所述出口连接到气化器上，以将从所述固体泵输送的所述固体颗粒燃料传输到所述气化器。
14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，运送气体被输送通过所述流动线路和所述运送气体线路。
15.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述高压容器在所述气化器的下方。
16.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述高压容器在所述气化器的上方。
17.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述***进一步包括封闭在所述高压容器中的、用于驱动所述节距递增的螺旋进料器的马达。
18.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述节距递增的螺旋进料器的节距沿所述容器中的流向增大，并且在上游端处为最小，而在下游端处为最大。
19.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述节距递增的螺旋进料器的节距在所述出口处为最大。
20.一种用于气化***中的***，包括：
用于输送加压固体燃料的多个固体泵；
多个运送气体线路；
在上游端处具有最小节距而在下游端处具有最大节距的节距递增的螺旋进料器；
设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器，所述高压容器包括：
用于连接到多个固体泵和所述运送气体线路中的至少一个上的多个入口；以及
出口，从所述固体泵输送的所述固体燃料通过所述出口而传输到气化器，所述出口在所述固体泵和所述运送气体线路的下游；以及
封闭在所述高压容器中的、用于驱动所述节距递增的螺旋进料器的马达。
21.根据权利要求20所述的***，其特征在于，所述***在所述气化器的下方。
22.根据权利要求20所述的***，其特征在于，所述***在所述气化器的上方。
23.一种用于气化***中的***，包括：
用于输送加压固体燃料的多个固体泵；
多个运送气体线路；
节距递增的螺旋进料器，其沿所述高压容器中的流向具有递增的节距，在上游端处具有最小节距，而在下游端处具有最大节距；
设置在所述节距递增的螺旋进料器周围的高压容器，所述高压容器包括：
用于连接到多个固体泵和所述运送气体线路中的至少一个上的多个入口；以及
在所述下游端处的出口，所述出口在所述固体泵和所述运送气体线路的下游；
流动线路，其将所述出口连接到气化器上，以将从所述固体泵输送的所述固体燃料传输到所述气化器；以及
封闭在所述高压容器中的、用于驱动所述节距递增的螺旋进料器的马达。
24.根据权利要求23所述的***，其特征在于，所述高压容器在所述气化器的下方。
25.根据权利要求23所述的***，其特征在于，所述高压容器在所述气化器的上方。
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