一种压送式高压密相多路气力输送发料罐及其输送系统的制作方法

本发明涉及一种利用压送式多路高压密相气力输送以提供超浓相、高稳定性、大输送量的粉体物料供给发料罐及其输送系统，其特别适用于干煤粉加氢煤气化、IGCC发电、化工、冶金飞、等加工行业得粉体物料输送。

背景技术：

近数十年来，随着干煤粉加压气化和加氢气化、IGCC技术的发展，为降低输送系统的投资成本、占地面积和系统复杂性，单罐多路高压密相气力输送技术受到越来越多的关注。

目前，应用于高压干煤粉气化工艺的煤粉供料技术多为流化罐式高压密相气力输送技术。公开的技术如CN101798022B等均采用流化罐以上出料、下出料或侧出料形式进行高压密相气力输送，其输送罐结构相对复杂，罐内流化风控制要求较高，且输送管必须深入罐内流化区域，对罐内整体流动有一定的影响；同时由于输送处于流态化，其输送煤粉浓度相对受限，对于要求更高煤粉浓度的高压干煤粉加氢气化工艺不是十分合适。为进一步降低输送系统的投资成本和占地面积，简化输送系统，降低维修成本，利用单一发料罐同时进行多路粉体的高压密相输送技术越来越受到重视。CN101544310A利用一个发料罐实现了多路输送，但该发料罐采用布风板、多出料管的输送方式，气室结构复杂，出料管在发料罐内分布多且长，破坏了发料罐内空间一体化结构，使得各路输送罐输送物料量无法实现等量稳定输送。且在上升管加速段易发生堵塞，堵塞后疏通和维修非常困难且耗时耗力，给实际工程应用带来极大不便。采用下出料形式的发料罐，其在锥形出料口的周围布置有许多气流入口，气流注入的大小对罐内流动的影响较大，不利于输送稳定控制，且煤粉浓度相对较低。CN103213845A在发料罐底部安装一星形给料器来控制物料流率，这使得发料罐增设了动力运转部件，使得高压系统安全性受到严重影响。此外，单一发料罐多路输送设计的难点在于如何保证发料罐内的粉体运动具有很好的整体流动性能和单路流动性能，同时还要兼顾整体流动与单路流动之间的干扰与协调机制。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种压送式高压密相多路气力输送发料罐及其输送系统，解决单一发料罐采用多路下出料压送式输送时带来的发料罐内粉体整体流动或单路流动不通畅和流动不均匀，以及发料罐内粉体整体流动与单路流动的相互干扰与协同作用的问题。

技术方案：一种压送式高压密相多路气力输送发料罐，包括外筒体和2～6个锥斗，每个锥斗的母线夹角为10°～30°，所有锥斗竖直设置于外筒体内部，并沿外筒体圆周均匀分布；每个锥斗的最大水平截面均位于同一水平面，每个锥斗底部的圆形出口的中心点至外筒体内壁面的垂直距离均为外筒体内径的四分之一，所有锥斗之间采用平滑相贯线相互交接形成多锥斗互联体，沿圆周相邻两个锥斗的最大水平截面的周线的一个相交点位于外筒体上，每个锥斗与外筒体采用平滑相贯线连接。

进一步的，所述发料罐中，沿着相邻两锥斗相贯线垂直向上焊接分隔薄板，该分隔薄板与外筒体母线相平行且一端与外筒体的壁面连接，分隔薄板的另一端止于外筒体的中心轴线上，所有分隔薄板的高度一致并在外筒体的中心轴线处相连接在一起；分隔板的顶端水平线不低于相邻两锥斗相贯线与外筒体的交点位置。

进一步的，所述发料罐的外筒体具有下封头，所述下封头底部设有若干出料直管段，每个出料直管段对应连接一个锥斗的出料口，在每个锥斗的四周壁面上对称开具8-30个直径为5-10毫米的小孔；在发料罐外筒体的下封头中心设有带放料阀的放料管。

一种下出料压送式多路高压超浓相气力输送系统，包括发料罐，所述发料罐包括外筒体和2～6个锥斗，每个锥斗的母线夹角为10°～30°，所有锥斗竖直设置于外筒体内部，并沿外筒体圆周均匀分布；每个锥斗的最大水平截面均位于同一水平面，每个锥斗底部的圆形出口的中心点至外筒体内壁面的垂直距离均为外筒体内径的四分之一，所有锥斗之间采用平滑相贯线相互交接形成多锥斗互联体，沿圆周相邻两个锥斗的最大水平截面的周线的一个相交点位于外筒体上，每个锥斗与外筒体采用平滑相贯线连接。

进一步的，所述发料罐中，沿着相邻两锥斗相贯线垂直向上焊接分隔薄板，该分隔薄板与外筒体母线相平行且一端与外筒体的壁面连接，分隔薄板的另一端止于外筒体的中心轴线上，所有分隔薄板的高度一致并在外筒体的中心轴线处相连接在一起；分隔板的顶端水平线不低于相邻两锥斗相贯线与外筒体的交点位置。

进一步的，所述发料罐的外筒体具有下封头，所述下封头底部设有若干出料直管段，每个出料直管段对应连接一个锥斗的出料口，在每个锥斗的四周壁面上对称开具8-30个直径为5-10毫米的小孔。

进一步的，在发料罐外筒体的下封头中心设有带放料阀的放料管。

进一步的，每个所述直管段的侧面上均设有松动风入口，所述松动风入口与外筒体下封头的距离为100-500mm，所述松动风入口与下封头竖直向下方向的夹角小于90度。

进一步的，每个所述直管段往下依次顺序连接第一收缩段、第二直管段、第二收缩段，所述第二收缩段的出口通过弧形粉体输送管连接输送管线，所述输送管线的出口通过进口阀门连接到气化炉的入口；其中，所述第二直管段上设有高压密封球阀，所述弧形粉体输送管上设有切向输送调节风入口；所述发料罐的外筒体顶部设有上封头，所述上封头的顶部设有充压口；气源的多路输出分别通过流量计和调节阀连通到充压口、每个松动风入口以及每个切向输送调节风入口。

进一步的，所述第一收缩段的收缩锥线夹角为8°-25°，所述第二收缩段的收缩锥线夹角为8°-25°；所述弧形粉体输送管R/D比值为8-30之间。

有益效果：本发明的一种压送式高压密相多路气力输送发料罐，极大地简化了发料罐的结构，罐内无任何转动部件和辅助附件，避免了流化罐形式的结构复杂、罐内流化风控制要求较高、输送管对罐内粉体流化和整体流动不利等不足，消除了流化罐出料方式中易堵塞、消堵困难和各路输送管路物料输送量不稳定的缺陷，实现了发料罐内部自然圆滑连接，保证了发料罐内粉体自由向下整体流动，防止了发料罐内粉体的堆积、滞留现象，以及多锥斗间的气体和粉体的相互干扰和串流现象。

发料罐中锥斗为非承压设计，采用薄钢板卷制而成，锥斗上对称开有多个5-10毫米的小孔来实现锥斗与外筒体间的气路连通，不仅极大地降低了发料罐的制作成本和卷制的难度，并为粉体在锥斗内的整体自由流动性能提供了有利保证，同时还使得高压输送系统安全性得到了更有力地保证。

本发明的一种下出料压送式多路高压超浓相气力输送系统，基于上述发料罐结构，不仅能够实现单一发料罐高压高浓度下多点同时等量稳定密相气力输送，煤粉体积浓度高达0.15-0.52，对于氢气为输送介质情况下，输送煤粉固气比可达250-300kg煤粉/kg氢气，极大地减少了输送系统发料罐的数量，降低了高压密相输送系统的投资成本和占地面积；同时还可实现定点控制输送和定量调节等功能，并达到以最小的输送介质输送最大的粉体量，提高了设备运行的可靠性和可控性，尤其对气力输送终端后续工序稳定性要求较高和超高煤粉浓度的工艺其作用更为显著。

附图说明

图1是实施例中压送式高压密相五路气力输送发料罐的正剖面示意图；

图2是图1中沿A-A处剖面俯视示意图；

图3是一种下出料压送式五路高压超浓相气力输送系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种压送式高压密相五路气力输送发料罐，包括外筒体1和5个锥斗4，每个锥斗4的母线夹角为10°～30°，所有锥斗4竖直设置于外筒体1内部，并沿外筒体1圆周均匀分布。每个锥斗4的最大水平截面均位于同一水平面，每个锥斗底部的圆形出口3的中心点至外筒体1内壁面的垂直距离均为外筒体内径的四分之一，如图2所示。所有锥斗之间采用平滑相贯线相互交接形成多锥斗互联体，沿圆周相邻两个锥斗4的最大水平截面的周线的一个相交点位于外筒体1上，每个锥斗4与外筒体1采用平滑相贯线连接，如图1所示。该结构实现发料罐内部单个锥斗与外筒体，以及锥斗与锥斗间均自然圆滑过渡和无死区连接设计。沿圆周相邻两个锥斗的最大水平截面的周线的一个相交点位于外筒体上，此结构保证了发料罐内不会出现塔台，从而避免粉体的堆积导致粉体整体向下流动受阻或形成粉体搭桥。

由于所有锥斗均采用相贯线与外筒体焊接而成，为降低锥斗的制作成本和卷制的难度，锥斗采用4-6mm薄钢板卷制而成，钢板材质可采用普通碳钢或不锈钢，在每个锥斗4的四周壁面上对称开具8-30个直径为5-10毫米的小孔。

为进一步提升每个锥斗独立输送的稳定性，在发料罐中沿着相邻两锥斗相贯线垂直向上焊接厚度为2-5mm的分隔薄板，该分隔薄板与外筒体1母线相平行且与外筒体1的壁面相焊接，分隔薄板另一端止于外筒体1的中心线上，所有分隔薄板的高度一致并在外筒体1的中心轴线上以焊接形式相连接在一起；分隔板的顶端水平线不低于相邻两锥斗相贯线与外筒体1的交点位置。

发料罐的外筒体1具有下封头5，下封头5底部设有若干出料直管段8，每个出料直管段8对应连接一个锥斗4的出料口，每个直管段8的侧面上均设有松动风入口9，松动风入口9与外筒体下封头5的距离为100-500mm，松动风入口9与下封头5竖直向下方向的夹角小于90度。在发料罐外筒体1的下封头中心设有带放料阀7的放料管6。

如图3所示，基于上述发料罐的输送系统，每个直管段8往下依次顺序连接第一收缩段10、第二直管段11、第二收缩段13，第二收缩段13的出口通过弧形粉体输送管14连接输送管线16，输送管线16的出口通过进口阀门18连接到气化炉19的入口。其中，第二直管段11依次上设有两个高压密封球阀12a,12b，弧形粉体输送管14上设有切向输送调节风入口15。第一收缩段10的收缩锥线夹角为8°-25°，第二收缩段13的收缩锥线夹角为8°-25°。弧形粉体输送管14的R/D比值为8-30之间。输送管线16具有水平段和垂直段，水平段和垂直段上分别设有差压测量装置22,23。R/D为弧形粉体输送管的弯管弧形半径与管子直径比。

发料罐的外筒体1顶部设有上封头2，上封头2的顶部设有设有发料罐充压口201、粉体进口202、发料罐卸压口203、发料罐氮气置换气充压口204、发料罐氮气置换气卸压口205、安全阀接口206、气体取样口207。在发料罐侧壁面设有发料罐料位计测口208、发料罐测压口209、发料罐测温口210。气源17通过多路管路分别连接到充压口201、每个松动风入口9以及每个切向输送调节风入口15，每路管路上均设有流量20计和调节阀21。

上述结构中，发料罐中的每个锥斗的母线夹角均采用10°-30°设计，在满足锥斗不过于细长致使加工不便的情况下，保证发料罐内任何粉体的堆积角均远小于锥斗壁面的倾斜角，尽量减小粉体在锥斗壁面的滞留阻力。该设计使得发料罐内的粉体可以自由向下整体性均匀流动，有效防止了发料罐内部以及连接部位的粉料堆积和流动不畅等关键技术性问题。同时，由于锥斗与外筒体，以及锥斗与锥斗间均实现了自然圆滑过渡和无死区连接设计，再结合每个锥斗的母线夹角均采用10°-30°小角度设计，这不仅大大有利于锥斗内粉体的自由流动，还使得锥斗的深度有适度的提升，从而提升了锥斗内的粉体的密封性能，进而解决了发料罐内多锥斗间粉体和气流的相互干扰和串流等普遍性共性技术问题，使得发料罐既可以实现多路同时等量粉体输送外，还可以实现单一锥斗独立输送的操作性能。

发料罐中分隔薄板的设计，将多个锥斗相互分隔开成多个自然圆滑过渡的空域，进一步弱化发料罐内多锥斗间粉体和气流的相互干扰和串流现象。分隔薄板不可以单块或部分设置，当设置分隔薄板时必须同时依据锥斗数量设置多块将每个锥斗均独立隔开，已保证发料罐的整体流动性和单锥斗的流动性以及锥斗间的协调性。

所有锥斗与外筒体间采用在锥斗四周壁面上对称开具8-30个5-10毫米的小孔相连通，此设计可实现外筒体承压，而内部锥斗不承压的功能，这将较大降低了锥斗因承压而导致的锥斗焊接部位变形引起的锥斗整体或部分壁面的较大的凸凹变形和中心线位移等严重后果，进而极大地增加了粉体在锥斗表面的流动阻力，影响锥斗内粉体的自由流动性能和粉体的下料特性。此外，锥斗不承压还可以避免因锥斗承压造成的锥斗互联体焊缝的撕裂而引起的发料罐的爆破危险，极大提高了发料罐的安全性能。

外筒体的下封头的中心的排料口6用于检修时排除通过锥斗通气孔漏落于锥斗与外筒体夹缝空间内的粉料，防止粉尘长期积累引起的爆燃危险。松动风入口9与发料罐外筒体下部封头距离为100mm-500mm之间，且松动风入口与出料直管段成一定的夹角布置，保证松动风向具有向上流向发料罐内的流动趋势，其主要用于防止粉体在发料罐的锥斗内搭桥或形成沟流，保证粉体在发料罐内整体处于松散自由状态并正常流动；同时通过控制该松动风流量或流速可在输送过程中改善松动风周围局部小区域的流化特性，具有调节发料罐粉体下料量和发料罐粉体出料气固比的作用。

在所有出口出料直管段下部均连接的第一收缩段向下引出粉体和输送风，其收缩锥线夹角为8°-25°，以保证第一收缩段内粉体自由向下整体流动。每个第一收缩段下部出口均连接有第二直管段，该第二直管段上连有两道高压密封球阀，其用于控制发料罐内煤粉和输送气体混合物向下流动，也可以用于有选择性地切断控制某路输送管的输送，以配合后续工艺的需要。第二收缩段的收缩锥线夹角为8°-25°，以保证第二收缩段内粉体自由向下整体流动。第二收缩段出口下部连接的弧形粉体输送管，其R/D比值为8-30之间，粉体输送管的弧形上设有切向输送调节风入口，其主要用于粉体输送前的引流作用，保证粉体输送进入正常输送状态，同时在需要调节输送固气比时，可通过调节切向输送调节风来实现。

本发明的压送式五路高压密相气力输送发料罐为主体，在发料罐的顶部设有粉体进口、发料罐测压口、发料罐充压口、发料罐卸压口、发料罐置换气充压口、发料罐置换气卸压口、安全阀接口、气体取样口；在发料罐侧壁面设有发料罐料位计测口、发料罐测压口、发料罐测温口。输送粉料通过发料罐粉体进口加入，在达到一定的料位时，停止加料并关闭加料阀门。通过发料罐上的充压口和发料罐下部出料直管段上的松动风入口对发料罐充入输送介质氢气或二氧化碳或氮气，保证粉体在发料罐内处于松散易流动状态，在发料罐达到一定的高压值后关闭充压风和松动风。当利用氢气作输送介质时，需首先利用氮气通过发料罐置换气充压口和发料罐置换气卸压口置换发料罐内的空气，保证氧气含量小于0.5％。打开粉体输送管上的切向调节风系统，保证输送管内初始输送风的表观气速在一定值以上，保持通畅的初始输送管内环境，之后开启第一收缩段下部出口连接的第二直管段上的两道高压密封球阀，使发料罐内物料和输送气体混合物向下流动，并进入正常的粉体高压输送状态。在需要调节粉体输送固气比时，可通过调节切向输送调节风来实现。发料罐的压力通过发料罐充压口的充压风来调节。

结合图3，以向高压干煤粉加氢气化炉供煤粉的五路高压密相气力输送为例来说明本发明的实施方案。根据工艺需求，首先对系统进行常压氮气吹扫，保证输送系统内氧气含量小于0.5％。然后通过发料罐1的粉体进口202加入煤粉至设定料位后关闭粉体进口202，再利用氮气常压置换发料罐1内的空气，保证发料罐1内氧气含量小于0.5％。依据工艺压力的需要，通过发料罐1上的充压口201和发料罐的出料直管段8上的松动风入口9对对发料罐1内煤粉进行氢气充压至压力为7-8.6Mpa，保证粉体在发料罐1内处于松散易流动状态，在发料罐1达到一定的高压值后关闭发料罐充压口201的阀门和松动风入口9的阀门。维持发料罐1内压力比加氢气化炉20的压力高0.2-0.8Mpa。打开粉体输送管上的切向输送调节风入口15的阀门，保证输送管线16内压力稍高于加氢气化炉19的压力，再打开加氢气化炉煤粉输送管进口阀门18，维持初始输送风氢气的表观气速在0.6m/s以上，以保证输送管内通畅的初始环境，之后再先后开启第一收缩段13下部出口连接的第二直管段11上的两道高压密封球阀12a,12b，使发料罐1内煤粉和氢气混合物向下流动，经第二收缩段13及其出口下部连接的弧形粉体输送管14，进入煤粉高压输送管线16内，经煤粉加氢气化炉喷嘴，进入煤粉加氢气化炉19内进行气化。当输送达到稳定输送后，关闭弧形粉体输送管上的切向输送调节风入口15的阀门。

在需要调节煤粉输送固气比时，通过切向输送调节风入口15的阀门调节切向输送调节风来实现。发料罐1的压力通过发料罐充压口201的充压风来调节。

当发料罐1内的煤粉量下降至20-50％时，在保证发料罐1内压力不变的情况下，从发料罐1的粉体进口202继续加入煤粉至一定的料位时，关闭发料罐1的粉体进口202停止加入煤粉。继续加煤粉时，需保证发料罐1内的氧气含量小于0.5％。

上述输送煤粉过程中，发料罐1可实现五路输送管路同时输送，也可通过关闭某一路输送管路上的第一收缩段10下部出口连接的第二直管段11上的两道高压密封球阀12a,12b来实现对其中任何一路煤粉输送管路的关闭。当关闭某路输送管路煤粉输送时，需打开该路粉体输送管路上的切向输送调节风入口15的阀门，始终维持该输送管路的输送风氢气的表观气速在0.6m/s以上，以防止气化炉19内的高温气体回流至该输送管路系统中，同时为该输送管路的再次启动煤粉输送保持良好的初始环境。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，发料罐内的锥斗数量根据需要可以设置为2～6个，组建下出料压送式多路高压超浓相气力输送系统；应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。