专利名称：利用辐射源控制悬浮密度的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制固体粒子和气体混合物在从一个容器输送到至少一个用于将其喷入反应器的装置时的悬浮密度的方法和装置，其目的是使进入反应器的混合物的质量流速保持均匀恒定。详细地说，本发明涉及一种控制送往燃气发生器并将在燃气发生器内停留约0.2秒的粉碎固体煤粒和气体的燃料混合物的悬浮密度的方法和装置，使该混合物的悬浮密度控制在约50～800公斤/米3的范围内，最好为200～500公斤/米3。
利用固体的重力流动的常用煤进料系统，例如烧煤锅炉的煤进料，允许煤的悬浮密度和质量流速(即固体的密度与速度的乘积)有较大的波动。
但是，进入煤的气化反应器(以下简称燃气发生器)内的燃烧器的煤的悬浮密度和质量流速的波动对燃气发生器的作业产生不利的影响。例如，这种波动使燃料在燃气发生器内的燃烧效率低并破坏燃烧器附近的反应区内通往燃烧器表面的热流，结果在燃烧器表面产生热应力。由于煤在反应器的反应区内的停留时间仅约为200毫秒或少于200毫秒(宜为80毫秒)，因此煤的悬浮密度和质量流速在这段时间或更短的时间内应保持恒定以保持局部条件恒定。
美国专利说明书第4，049，394号涉及使燃料和气化剂在进入燃气发生器时保持预定的体积比。但该专利并未涉及控制悬浮密度以使进入反应器的燃料和气化剂的质量流速保持均匀恒定。
因此，本发明的目的在于控制煤的悬浮密度，使进入燃气发生器的燃烧器的燃料混合物的质量流速在0.2秒或少于0.2秒这样短的时间内保持均匀恒定。
因此，本发明涉及一种控制固体粒子和气体混合物在从一个容器输送到至少一个用于将其注入反应器的装置的过程中的悬浮密度的方法，该方法的特点在于包括下列步骤配置至少一个辐射源以穿透上述所输送的混合物的截面积;
在上述辐射源的相反方向配置至少一个辐射检测器，以接收来自上述辐射源的辐射线，该辐射线中至少有一部分是通过上述混合物传送的;
使辐射线从上述辐射源传送到上述检测器;
用上述检测器接收辐射线，该检测器包括使传送来的辐射线转化为测得所述混合物悬浮密度的信号的装置;
将与测得的上述混合物的悬浮密度有关的信号传送至一个用以将测得的悬浮密度与预选值进行比较的装置;
将测得的悬浮密度与预选值进行比较;
调节所述混合物的悬浮密度使基本上达到预选值。
本发明还提供一种控制固体粒子和气体混合物在从一个容器输送到至少一个用于将其注入反应器的装置的过程中的悬浮密度的装置，该装置的特点在于用以配置至少一个辐射源以穿透上述所输送的混合物的截面积的装置;
用以在上述辐射源的相反方向配置至少一个辐射检测器以接收来自上述辐射源的辐射线(该辐射线中至少有一部分是通过上述混合物传送的)的装置;
用以使辐射线从上述辐射源传送到上述检测器的装置;
用以使上述检测器(该检测器包括使被传送的辐射转化为测得所述混合物的悬浮密度信号的装置)接收辐射线的装置;
为了将与测得的上述混合物的悬浮密度有关的信号传送至一个可以将测得的悬浮密度与预选值进行比较的装置所采用的装置;
用以将测得的悬浮密度与预选值进行比较的装置;
用以调节所述混合物的悬浮密度使其基本上达到预选值的装置。
在燃气发生器中生成合成气的方法是在氧或含氧气体的存在下，在800～2000℃高温和1～200巴的压力下使有机或含碳燃料进行部分燃烧。含氧气体包括空气，富氧空气和随意用蒸汽、二氧化碳和(或)氮稀释的氧。
在本发明中，燃料和气体的混合物是从一个最好有多个出口的进料容器装置中卸出，每个出口至少与一个与燃气发生器相连的燃烧器相通。一般，燃气发生器的燃烧器配置在完全相反的方向。通常，燃烧器的出料端的位置应能将所产生的火焰和燃烧剂导入燃气发生器。
在制造合成气的过程中，粉碎的燃料粒子进入燃气发生器内的燃烧器的均匀性特别重要，要使供入燃烧器的燃料的质量流速的波动尽量减少。如果粉碎的燃料粒子的质量流速发生波动，就会在燃气发生器内在过热区的附近产生欠热区。结果在欠热区内燃料气化不完全，而在过热区内燃料则完全转化为价值较低的产物，即二氧化碳和水蒸汽。另外，燃气发生器内的局部高温会使通常用于燃气发生器壁内表面的耐火衬损坏。
有多种因素会明显地影响供入燃烧器的燃料的质量流速。特别是燃料从进料容器的卸出和燃料通过导管从进料容器气动输送至燃气发生器这两个因素对燃料的质量流速的影响最大。具体地说，悬浮密度为50～800公斤/米3的燃料和气体的混合物通过直径约小于40毫米的导管输送时，由于多种影响(如摩擦损耗、限制、曲度等)的综合，其在导管内的压力明显下降。
本发明以指示密度的装置测定从进料容器和(或)通向燃气发生器的输送导管卸出的混合物的局部悬浮密度，以独立地控制输送到反应器的混合物的悬浮密度和质量流速，这样做是有利的。
本发明的一个优点是控制煤和气体混合物的悬浮密度，使进入反应器的混合物具有均匀、稳定的质量流速。
本发明的另一优点是能迅速检测出煤的质量流速的变化，使氧或氧化剂的量可按其与进入燃气发生器的煤的质量流速的比例及时得到调节，从而使气化过程进行得更为有效和安全。
虽然下面对本发明所作的描述主要在粉碎的煤粒方面，但本发明的方法和装置也适用于催化剂和其它细碎的可以部分燃烧的活性固体燃料，如褐煤、无烟煤、褐烟煤、烟灰、石油焦炭等。固体碳质燃料的大小最好是90%(重量)的燃料的粒子小于ASTM的6号筛孔。
下面通过实例并结合附图对本发明作更详细的描述，该示意图系表示本发明的一种装置的剖面图。该图属生产流程图，泵、压缩机、净化装置等辅助设备均未在图中示出。
图中所示为一种用于控制粉碎固体粒子和气体的混合物在由一容器(如进料斗10)出来经导管18气动输送至将其注入反应器16的装置(如燃烧器17)的过程中的悬浮密度的装置，包括进料斗10，并宜包括将气体注入进料斗的下部。
气体(如氮，二氧化碳或合成气)可由气体源12通过多孔材料14注入进料斗的下部，这样可使气体遍布在进料斗10下部的床层15的各处。
将气体注入进料斗10的下部可使从进料斗10出来的混合物的出料流速均匀，并便于采用较小直径(例如40毫米)的导管18，以保持导管18内的高速度(如10米/秒)，而这种高速度是使具有本发明所采用的悬浮密度的混合物进入燃气发生器16的燃烧器17时的质量流速保持均匀所需要的。
至少有一种辐射源20(如
射线源)配置在气体由气体源12注入进料斗10下部位置的下游和燃烧器17的上游，使辐射线能穿透混合物的截面积。可采用一平行光管以减少检测器22所接收的辐射线的散射从而提高光密度计在低悬浮密度情况下的灵敏度。
辐射源20宜配置在进料斗10的排出口21的附近，但要在气体由气体源12注入进料斗10的位置的下游，因为将气体注入进料斗10的下部会使混合物的悬浮密度产生波动。
除了配置在进料斗10的排出口21附近的辐射源之外，还可在排出口21南掠蔚忌掌 7的上游处配置另一辐射源(未在图中示出)。但如果辐射源和检测器十分靠近来自气体源30的注入气体，那么由于上述原因就需要对悬浮密度加以校正。
在辐射源20的相反方向配置至少一个辐射检测器/发送器22，以接收来自辐射源20并已穿透至少一部分混合物的辐射线。检测器/发送器22包括将接收到的辐射线转化为测得混合物的悬浮密度信号的装置。要认识到，可采用技术上熟知的任何其它方法来进行这种检测/发送。
将与测得的混合物的悬浮密度有关的信号由检测器/发送器22传送至一处理机一控制器25。
该处理机-控制器25将测得的悬浮密度与预选值进行比较。如果测得的悬浮密度大于预选值，可通过操纵流量控制阀27来提高来自气体源12的气体的注入速率以降低混合物的悬浮密度，从而使进入燃气发生器的混合物的质量流速达到均匀、恒定。同样，如果测得的悬浮密度小于预选值，可通过降低来自气体源12的气体的注入速率来提高混合物的悬浮密度，从而使进入燃气发生器的混合物的质量流速达到均匀、恒定。
处理机-控制器25传送信号(为便于说明，图中用虚线26表示信号)以操纵阀27，使来自气体源12的气体的注入速率提高或降低。
另一种可供选用或增加的方法是通过处理机-控制器25传送的信号29操纵流量控制阀28以将气体从进料斗10放出。
虽然图中示出的悬浮密度控制系统是其各独立的部件，看起来是分散的，但熟悉本技术的专业人员都易于理解，这些部件可组成单一的设备，或另外使其最便于适应现有的特定的应用。此外，虽然所示的具体方案是采用电子的过程控制系统以控制悬浮密度，使送入燃气发生器的煤的质量流速保持均匀恒定，但熟悉本技术的专业人员也会理解，实现本发明时，也可采用手动控制或气动控制。
对本发明所作的上述描述仅仅是为了对本发明作些说明，所述的方法和装置的细节在不偏离本发明的精神的情况下在所附的权利要求的范围内还可有各种变化。
权利要求
1.一种控制粉碎固体粒子和气体混合物在从一个容器输送到至少一个用于将其注入反应器的装置的过程中的悬浮密度的方法，该方法的特点在于包括下列步骤配置至少一个辐射源以穿透上述所输送的混合物的截面积；在上述辐射源的相反方向配置至少一个辐射检测器，以接收来自上述辐射源的辐射线，该辐射线中至少有一部分是通过上述混合物传送的；使辐射线从上述辐射源传送到上述检测器，用上述检测器接收辐射线，该检测器包括使传送来的辐射线转化为测得所述混合物的悬浮密度的信号的装置；将与测得的上述混合物的悬浮密度有关的信号传送至一个用以将测得的悬浮密度与预选值进行比较的装置；将测得的悬浮密度与预选值进行比较；调节所述混合物的悬浮密度使其基本上达到预选值。
2.权利要求1所述的方法，其特点在于将气体注入所述容器的下部。
3.权利要求1或2所述的方法，其特点在于所述的辐射源配置在所述的气体注入所述容器下部的位置的下游和将上述混合物注入上述反应器所用装置的上游。
4.权利要求1～3中任一权利要求所述的方法，其特点在于减少所述检测器所接收到的辐射线的散射。
5.权利要求1～4中任一权利要求所述的方法，其特点在于所述的调节混合物的密度包括调节注入所述容器下部的气体的流速。
6.权利要求1～5中任一权利要求所述的方法，其特点在于将气体从所述的容器中放出。
7.一种控制粉碎固体粒子和气体混合物在从一个容器输送到至少一个用于将其注入反应器的装置的过程中的悬浮密度的装置，其特点在于用以配置至少一个辐射源以穿透上述所输送的混合物的截面积的装置;用以在上述辐射源的相反方向配置至少一个辐射检测器以接收来自上述辐射源的辐射线(该辐射线中至少有一部分是通过混合物传送的)的装置;用以使辐射线从上述辐射源传送到上述检测器的装置;用以使上述检测器(该检测器包括使被传送的辐射线转化为测得所述混合物的悬浮密度的信号的装置)接收辐射线的装置;为了将与测得的上述混合物的悬浮密度有关的信号传送至一个可以将测得的悬浮密度与预选值进行比较的装置所采用的装置;用以将测得的悬浮密度与预选值进行比较的装置;用以调节所述混合物的悬浮密度使其基本上达到预选值的装置。
8.权利要求7所述的装置，其特点在于将气体注入所述容器的下部所采用的装置。
9.权利要求8或9所述的装置，其特点在于所述的辐射源配置在所述的气体注入所述容器下部的位置的下游和将上述混合物注入上述反应器所用的装置的上游。
10.权利要求7～9中任一权利要求所述的装置，其特点在于减少所述的检测器所接收到的辐射线的散射所采用的装置。
11.权利要求7～10中任一权利要求所述的装置，其特点在于调节该混合物的密度所采用的装置包括调节注入所述容器下部的气体的流速所采用的装置。
12.权利要求7～11中任一权利要求所述的装置，其特点在于将气体从所述的容器中放出所采用的装置。
全文摘要
一种利用辐射源和辐射检测器直接控制输送到反应器的粉碎固体粒子和气体的混合物的悬浮密度和间接控制该混合物的质量流速的方法和装置。
文档编号G01F1/74GK1032496SQ8810671
公开日1989年4月26日 申请日期1988年9月16日 优先权日1987年9月18日
发明者托马斯·沙温·戴维茨 申请人:国际壳牌研究有限公司