专利名称：用于气化器的固体燃料运送和喷射系统的制作方法
用于气化器的固体燃料运送和喷射系统
背景技术：
本发明大体涉及固体燃料(煤、生物质、石油焦炭和废弃物等等)气化系统，更具体地说，涉及ー种用于将固体颗粒燃料运送和喷射到气化器-尤其是高压气化器中的系统。目前，浆料供给和干式供给技术两者在煤气化系统中都得到商用。某些气化器使用煤-水浆料用于燃料供给，但对于高水分含量的低级煤，浆料供给可能由于太多的水引入气化器中而不工作，或者效率太低。在这种情况下，采用干式供给系统。在某些干式供给系统中，可将低级煤干燥以除去2/3或更多的存在于煤中的内在水分。这提高了干式供给系统设备中的固体流动特性和气化器的总效率。然而，可能减少了エ厂的总的功率生产率， 因为干燥エ艺消耗了大量的能量。另外，可包括压缩机、锁式料斗、锁式料斗阀门、干燥设备和附加储存容量的干式供给系统设备同基于浆料的系统相比产生了相对昂贵的系统。其它燃料供给系统(例如美国专利申请No. US20090107046中所述的系统)利用固体泵和除湿系统而将高水分含量的固体燃料(例如煤)加压并运送至气化器中。固体燃料(例如煤)被研磨成预定的尺寸，并调整颗粒燃料中的水分含量。燃料通过缓冲容器或者直接运送至气化器的喷射器中。位于气化器上游的固体泵有利于将煤从泵入口处的大气压カ加压至高于气化器操作压カ的压力，以便有利于将煤气动地运送到气化器中。然而，由于长距离管道运送，喷射到气化器中的固体流量的稳定性是有问题的。同样，在这种配置下，固体泵由于大的缓冲槽而不能用作喷射到气化器中的固体的计量仪器。 此外，固体燃料与炉渣添加剂和再循环的细粉一起喷射到气化器中，这可能导致降低的混合作用和碳转换。因此将需要提供固体燃料至气化器的稳定输送，并增强碳转换。
发明内容
根据本文公开的ー个实施例，用于在气化系统中使用的系统包括固体泵和高压过渡容器，固体泵传送加压的燃料。过渡容器包括第一入ロ、第二入口和出ロ，第一入口连接在固体泵的出口上，使得来自固体泵的所有燃料穿过过渡容器，第二入口用于连接到运送气体管线上，并且燃料通过出口而被输送至气化器中。过渡容器在流动方向上是伸长的，使得通过所述运送气体管线引入的运送气体将燃料携帯至气化器中。根据本文公开的另ー实施例，用于在气化系统中使用的系统包括多个固体泵和高压过渡容器，该多个固体泵传送加压的固体颗粒燃料。过渡容器包括多个第一入ロ、第二入口和出口，第二入口用于连接到运送气体管线上，并且燃料通过出口被输送至气化器的喷射系统中。各个第一入口连接到固体泵的出口上，使得来自固体泵的所有固体颗粒燃料穿过过渡容器。过渡容器在流动方向上是伸长的，使得通过所述运送气体管线引入的运送气体将燃料携帯至喷射系统中。根据本文公开的另ー实施例，用于在气化系统中使用的系统包括用于气化器的喷射系统、多个固体泵和高压过渡容器，该多个固体泵传送加压的固体颗粒燃料。喷射系统包括浆料喷射器和多个进料喷射器。过渡容器包括多个第一入ロ、第二入口和出ロ，第二入ロ用于直接连接到运送气体管线上，并且燃料通过出口被输送至进料喷射器中。各个第一入 ロ直接连接到固体泵的出口上，使得来自固体泵的所有固体颗粒燃料穿过过渡容器。过渡容器在流动方向上是伸长的，使得通过所述运送气体管线引入的运送气体将燃料携帯至进料喷射器中。
当參照附图阅读以下详细说明吋，本发明的这些以及其它特征、方面和优势将变得更好理解，其中在所有附图中相似的符号表示相似的部件，其中图1显示了根据本文所公开的方面的用于输送和喷射燃料的系统的ー个实施例。图2显示了根据本文所公开的方面的具有喷射系统的气化器的截面图。图3显示了图2的局部视图，其显示了根据本文所公开的方面的进料喷射器。图4显示了根据本文所公开的方面的用于输送和喷射燃料的系统的另ー实施例， 其具有辅助过渡容器。图5显示了根据本文所公开的方面的用于输送和喷射燃料的系统的另ー实施例， 其中过渡单元直接连接在喷射器上。图6显示了根据本文所公开的方面的用于输送和喷射燃料的系统的另ー实施例， 其中过渡单元连接在进料器上。
具体实施例方式本文公开的实施例包括ー种用于将燃料从固体泵输送并喷射至气化器中的系统。 该系统主要包括高压过渡容器和喷射系统。过渡容器包括用于连接到固体泵和运送气体管线上的入口以及燃料从中穿过而输送至喷射系统中的出口。喷射系统包括浆料喷射器和多个进料喷射器，它们连接在过渡容器的出口上。除非上下文中明确做出其它指示，否则本文使用的単数形式，例如“一”、“ー个”和“该”包括复数个所指对象。图1显示了用于将燃料输送和喷射到气化器12中的系统10的一个实施例。系统 10包括固体泵14、高压过渡容器16和喷射系统18。系统10用于利用固体颗粒燃料的气化系统中。在一个实施例中，固体泵14是利用Mamet Posimetric 进料技术的旋转式收敛空间固体输送和计量泵，另外被称为商业上可从GE Energy, Atlanta, GA得到的Mamet 固体泵。这种泵能够在泵转速和固体质量流量之间的强线性关系下将固体从大气压カ输送至远超出IOOOpsig的压力。过渡容器16包括第一入口 20、第二入口 22和出口 24。第一入口 20定位在过渡容器16的侧壁上。固体泵14的出ロ沈利用倾斜的管道28而直接连接在第一入口 20上， 使得所有由固体泵14传送的固体颗粒燃料30都穿过过渡容器16。在一个实施例中，第一入口 20处于过渡容器16的不同高度，以使得能实现多个固体泵14的连接。第二入口 22 处于过渡容器16的底部32处，并且连接在运送气体管线34上。出口 M位于过渡容器16 的顶部部分36处。出口管道38将出ロ M连接到喷射系统18上。过渡容器16是高压力容器，其具有大约500psi至大约IOOOpsi的操作范围。包括但不局限于煤、生物质、石油焦炭和其混合物的固体颗粒燃料被固体泵14加压，并通过管道28而供给到过渡容器16中。运送气体40从第二入ロ 22进入过渡容器16中，并通过出口管道38而将固体颗粒燃料30携帯至喷射系统18中。在一个实施例中，系统10还包括位于过渡容器16中的分配器42或喷嘴(未显示)，以便分配运送气体40，以用于将固体颗粒燃料30携帯至出ロ管道38中。过渡容器16在穿过过渡容器16的运送气体40的流动方向44上的结构是细长且伸长的，使得运送气体40的表面速度足够高，以便在燃料30进入过渡容器16中之后将所有固体燃料微粒30立即携带至出ロ管道38上。过渡容器16提供了“过渡”，其在于所有固体颗粒燃料30在进入气化器12中之前必须过渡或穿过过渡容器16。通过容器16的过渡改变或调整了固体颗粒燃料30的压カ条件，以使得能平滑地传送到喷射系统18。来自固体泵14的固体燃料微粒30同传统的进料容器(未显示)相比被稳定且平滑地输送至喷射系统18中，从而消除了例如堵塞、插入、小径分支(rat holing)的负面效应。过渡容器16可根据现场条件而安装在地面上或安装在气化器12的顶部处。在输送流态下操作过渡单元和运送管线中的固体流。因此，可将过渡単元中的固体微粒的停留时间最大限度地减小至几分钟。因而过渡単元的体积比现有气化系统中所使用的缓冲槽显著地小，通常在大约30分钟至大约2小时的停留时间的范围内。系统10还包括吹扫气体管线46和卸料斗48。吹扫气体管线46与分配器42和卸料斗48流动连通。没有被运送气体40所传送的固体颗粒燃料将沉淀在分配器42中。吹扫气体通过吹扫气体管线46而被引入过渡容器中，以便清洁分配器42。吹扫气体将未传送的燃料从分配器42转移至卸料斗48中。卸料斗48中所收集的燃料可被周期性地清洁。在一个实施例中，喷射系统18包括浆料喷射器60和多个进料喷射器62。再循环的细粉和炉渣添加剂68被制成浆料并通过浆料喷射器60喷射到气化器12中。来自过渡容器16的出口管道38连接在进料喷射器62上。固体颗粒燃料30通过进料喷射器62而被传送至气化器中。浆料喷射器60安装在气化器12的顶部，并且进料喷射器62安装在气化器12的侧壁64上。进料喷射器62对称地安装在气化器12周围，即进料喷射器相对于气化器12的中心轴线66对称地安装。喷射器62可水平地安装，或者安装成具有某些角度， 以用于具有不同反应性的不同原料。參照图2和图3，固体进料喷射器62相对于气化器12的侧壁64以斜角进行安装。 在一个实施例中，斜角相对于侧壁64的切线方向68小于30度。在另ー实施例(未显示) 中，进料喷射器垂直于气化器的侧壁。进料喷射器62包括用于运送固体颗粒燃料30的中心通道70和与中心通道70同心的旋流通道72。旋流通道72包括旋流器74以产生旋流气体。固体颗粒燃料30与运送气体40 (例如，诸如氮气或ニ氧化碳)一起被喷射穿过中心通道70，这种运送气体携帯着固体颗粒燃料30。气化剂76，例如氧气或蒸汽，被喷射穿过旋流通道72，以便产生旋流气体78。进料喷射器62围绕气化器12的对称排列在气化器12中产生了均勻的流场。由于来自进料喷射器62的旋流气体78的作用，具有不同流体动力学特性的燃料微粒将在喷雾中分离。较小的燃料微粒80或具有较低密度的微粒将由于旋流气体78的作用而被雾化成气化器12的大块气相。但较大燃料微粒82或具有较高密度的微粒的方向将不会受影响。较大的燃料微粒82将遵循原始流线，并附着到气化器12的内表面84上的炉渣之上。在气化器12中需要短暂停留时间的较小的燃料微粒80将被气化成大块气相。需要较长停留时间以用于较高碳转换的较大的燃料微粒82将随炉渣流下来，并起较长时间的反应。喷射系统18因此利用在较大微粒82和较小微粒80之间的流体动力学差异，以便针对不同微粒达到不同的停留时间。碳转换将得以増加，并且再循环的细粉的量可被显著地減少。图4显示了进料输送和喷射系统100的另ー实施例，其中过渡容器安装在气化器 102的顶部附近。这个实施例在固体燃料微粒通过短管道输送至喷射器104的情况下是有用的，以便最大限度地减小运送期间的不稳定性或堵塞。除了具有与之前相对于图1所述的实施例相同的构造的过渡容器108、吹扫气体管线110、卸料斗112、分配器114和出口管道116、固体泵118之外，系统100还包括辅助过渡容器106。辅助过渡容器106可直接连接在气化器喷射器104上。辅助过渡容器106是过渡容器108的按比例縮小的形式，并且包括连接在出口管道116上的入口 120和连接在喷射器上的出口 122。系统100还包括连接在出ロ管道116上、过渡容器108和辅助过渡容器106之间的补充气体管线124。补充气体 1 通过补充气体管线1 进行传送，以便使流向气化器102的供给流稳定。补充气体管线 124可按某些角度或通过利用某些特别设计(未显示)-例如气体分配器、多孔介质或文丘里管-而连接在管道116上。辅助过渡容器的容积比过渡容器16的容积小，为其1/20 1/5，即辅助过渡容器中的固体微粒停留时间处于0. 5 10秒的范围内。图5显示了用于将燃料输送和喷射到气化器202的系统200的另ー实施例。系统 200包括多个固体泵204和高压过渡容器206，其连接在气化器的喷射器208上。过渡容器 206包括第一入口 210、第二入口 212和出口 214。第一入口 210定位在过渡容器206的侧壁上，位于过渡容器206的顶部部分216和底部部分218之间。固体泵204的出口 220利用倾斜的管道222而直接连接在第一入ロ 210上，使得所有由固体泵204传送的燃料2M 都穿过过渡容器206。在一个实施例中，第一入口 210处于过渡容器206的不同高度处，以使得能实现多个固体泵204的连接。在这个实施例中，第二入口 212处于过渡容器206的顶部部分216处，并且连接在运送气体管线2 上。出口 214位于过渡容器206的底部部分218处。过渡容器的出ロ 214 直接连接在喷射器208上。系统200还包括连接在过渡容器206上的补充气体管线228。 补充气体管线2 位于第一入口 210的下游。来自运送气体管线2 的运送气体230通过第二入ロ 212而进入过渡容器206中， 并通过出ロ 214而将固体颗粒燃料2M携帯至喷射器208。对于某些高水分的燃料微粒， 出ロ 214可能被堵塞。穿过补充气体管线2 传送的补充气体232可用于促进固体燃料微粒通过出口 214而平滑地排出。补充气体管线2 可以不同的角度通过不同的设计(未显示)而连接在过渡单元206上，包括气体分配器、多孔板或文丘里管。图6显示了用于将燃料输送和喷射到气化器302中的系统300的另ー实施例。系统300包括多个固体泵304、高压过渡容器306和进料器308。过渡容器306包括其侧壁上的第一入口 310、第二入口 312和出口 314。固体泵的出口 316利用倾斜的管道318而直接连接在第一入ロ 308上。第二入ロ 312处于过渡容器306的顶部部分320处，并且连接在运送气体管线322上。出口 314位于过渡容器306的底部部分3 处。进料器308连接在过渡容器306的出ロ 314上。出ロ管道3 将进料器308连接到气化器302的喷射系统3 上。系统300还包括用以传送补充气体332的补充气体管线330，其连接在过渡容器306上、第一入口 310的下游以及进料器308之前。 来自运送气体管线322的运送气体3；34通过第二入ロ 312而进入过渡容器306中， 并通过出ロ 314而将固体颗粒燃料336携帯至进料器308。燃料336然后通过出ロ管道3 而被输送至喷射器3 中。运送气体338还被提供给进料器308，以便将燃料336输送至喷射器328。为了确保进料器308中的平滑的固体流动，可将运送气体338引入到具有不同设计(未显示)-例如气体分配器或多孔板-的进料器中。此外，还可将液化气体(未显示) 引入水平进料器308中。上述用于将燃料输送和喷射至气化器的系统因而提供了ー种平滑且稳定地将具有高水分含量的固体燃料微粒从固体泵输送至气化器中并增强碳转换的途径。流的型式从松散的滴流转换成夹带流，并以高浓度供给到气化器中。采用过渡容器可消除例如堵塞、插入和小径分支的负面效应。因为过渡単元具有小的体积，所以系统中的固体流处于输送流态中，固体泵可以容易地控制固体流速，尤其是对于打开和关闭操作。另外，固体颗粒燃料， 即干燥原料和浆料通过不同的喷射器喷射到气化器中，从而导致气化器中更好的混合。对于较小和较大的微粒获得了不同的停留时间，从而增强了碳转换。将懂得，并不一定可根据任何特殊的实施例而获得所有上述这些目的或优势。因而，例如，本领域中的技术人员将认识到，本文描述的系统和技术可以如下方式来体现或实现该方式实现或优化了本文所教导的一项优势或一组优势，而不必实现本文可教导或提示的其它目的或优势。虽然在本文只显示和描述了本发明的某些特征，但是本领域中的技术人员将会想到许多改型和修改。因此，将理解，所附权利要求意图覆盖所有这些落在本发明的真实精神内的改型和修改。
权利要求
1.一种用于在气化系统中使用的系统，包括 固体泵，其传送加压的固体燃料；和高压过渡容器，其包括第一入ロ，其连接到所述固体泵的出ロ，使得来自所述固体泵的所有燃料穿过所述过渡容器；第二入口，其用于连接到运送气体管线上；和出口，所述燃料通过该出ロ输送到气化器，其中，所述过渡容器在流动方向上是伸长的，使得当所述燃料进入所述过渡容器吋，通过所述运送气体管线引入的运送气体将所述固体泵传送的燃料携帯至所述气化器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在干，所述第二入口在所述过渡容器的底部部分处，所述出口在所述过渡容器的顶部部分处，并且所述第一入口处于所述顶部部分和所述底部部分之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在干，所述系统在所述过渡容器中还包括分配ο
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括吹扫气体管线和卸料斗，其中所述吹扫气体管线与所述分配器和所述卸料斗流动连通，以便将未传送的燃料从所述分配器转移至所述卸料斗。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在干，所述过渡容器的出ロ连接到所述出口管道上，固体燃料通过所述出ロ管道而输送到所述气化器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括连接在所述出口管道上的补充气体管线。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括辅助过渡容器，该辅助过渡容器包括连接在所述出ロ管道上的入口和连接在所述气化器的喷射系统上的出ロ。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在干，所述第二入口在所述过渡容器的顶部部分处，所述出ロ在所述过渡容器的底部部分处，并且所述第一入ロ处于所述顶部部分和所述底部部分之间。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在干，所述过渡容器的出口直接连接在所述气化器的喷射系统上。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在干，还包括补充气体管线，其连接在所述过渡容器上、所述第一入ロ的下游。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括连接在所述过渡容器的出口上的进料器和将所述进料器连接到所述气化器的喷射系统上的出口管道。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括喷射系统，该喷射系统包括浆料喷射器和多个固体进料喷射器，其中来自所述过渡容器的所述燃料被输送 至所述进料喷射器中。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在干，所述固体进料喷射器相对于所述气化器的轴线对称地安装在所述气化器上。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在干，所述进料喷射器垂直于所述气化器的壁。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在干，所述进料喷射器相对于所述气化器的壁成斜角。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在干，所述进料喷射器中的各个包括用于运送燃料的中心通道和旋流通道。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在干，所述浆料喷射器安装在所述气化器的顶部部分处，并且所述进料喷射器对称地安装在所述气化器的侧壁周围。
18.根据权利要求12所述的系统，其特征在干，所述燃料包括固体颗粒燃料。
19.一种用于在气化系统中使用的系统，包括多个固体泵，其传送加压的固体颗粒燃料；和高压过渡容器，其包括多个第一入口，其中所述第一入口中的各个连接到所述固体泵的出口，使得来自所述固体泵的所有固体颗粒燃料穿过所述过渡容器；第二入口，其用于连接到运送气体管线上；和出口，所述燃料通过所述出ロ输送到气化器的喷射系统，其中，所述过渡容器在流动方向上是伸长的，使得当所述燃料进入所述过渡容器吋，通过所述运送气体管线引入的运送气体将所述固体泵传送的燃料携帯至所述气化器。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在干，所述第一入口处于所述过渡容器的不同高度上。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在干，所述第二入口在所述过渡容器的底部部分处，所述出ロ在所述过渡容器的顶部部分处，并且所述第一入ロ处于所述顶部部分和所述底部部分之间。
22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，还包括所述过渡容器中的分配器、吹扫气体管线和卸料斗，其中所述吹扫气体管线与所述分配器和所述卸料斗流动连通，以将未传送的燃料从所述分配器转移至所述卸料斗中。
23.根据权利要求19所述的系统，其特征在干，所述第二入口在所述过渡容器的顶部部分处，所述出口在所述过渡容器的底部部分处，并且所述第一入口处于所述顶部部分和所述底部部分之间。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在干，所述过渡容器的出ロ直接连接在所述喷射系统上。
25.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，还包括连接在所述过渡容器的出口上的进料器和将所述进料器连接到所述喷射系统上的出口管道。
26.根据权利要求19所述的系统，其特征在干，所述喷射系统包括安装在所述气化器的顶部部分处的浆料喷射器和对称地安装在所述气化器的侧壁周围的多个进料喷射器，其中来自所述过渡容器的燃料输送至所述进料喷射器中。
27.一种用于在气化系统中使用的系统，包括用于气化器的喷射系统，其包括浆料喷射器和多个固体进料喷射器；多个固体泵，其传送加压的固体颗粒燃料；和高压过渡容器，其包括多个第一入ロ，其中所述第一入ロ中的各个直接连接到所述固体泵的出ロ，使得来自所述固体泵的所有固体颗粒燃料穿过所述过渡容器； 第二入口，其用于直接连接到运送气体管线上；和出口，所述燃料通过所述出ロ输送到所述进料喷射器，其中，所述过渡容器在流动方向上是伸长的，使得当所述燃料进入所述过渡容器吋，通过所述运送气体管线引入的运送气体将所述固体泵传送的燃料携帯至所述气化器。
全文摘要
一种用于在气化系统中使用的系统包括固体泵和高压过渡容器，固体泵传送加压的燃料。过渡容器包括第一入口、第二入口和出口，第一入口连接在固体泵的出口上，使得来自固体泵的所有燃料穿过过渡容器，第二入口用于连接到运送气体管线上，并且燃料通过出口而被输送至气化器。过渡容器在流动方向上是伸长的，使得通过所述运送气体管线引入的运送气体加上压力差将燃料携带至气化器。
文档编号F23K3/02GK102575849SQ201080044995
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月9日 优先权日2009年9月29日
发明者M·王, Z·崔, 刘科, 陈伟 申请人:通用电气公司