专利名称：用于检测将固体和载气输送至流动气流的管道中的堵塞现象的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种可用于监测和检测管道中堵塞现象(pluggage)的方法和系统， 所述管道用于将固体、液体和/或气体通过管壁或室壁输送至流动气体中，其中所述堵塞 可减少或阻碍此类输送。
背景技术：
工程领域很久以来一直使用细长中空管，该细长中空管横过气流承载管壁或室 壁，从而使得管能够从管或室外部源向管或室内部的点输送夹带在载气中的微细固体。该 细长中空管通常称为“喷管”。一般来讲，喷管具有固体和载气流过的孔。该孔与外部固体 和气体进料源输送相通，并且在管或室内部的点是打开的，以实现固体和载气通过喷管孔 向目标气流的输送。从业人员所面临的困难是喷管孔和一个或多个孔开口的堵塞问题。当供应材料是 固体时堵塞是个问题。固体通常以悬浮在载气中或由载气所承载的颗粒形式进行供应。当 使用多个喷管时，如果怀疑有堵塞现象，在没有对每个喷管进行检查的情况下，从业人员不 能确定哪个喷管被堵了。这类逐个喷管检查是耗时的并且可能要求关闭整个喷管阵列以进 行检查。因此，需要一种方法和装置来对各个喷管的堵塞情况进行监测，使得问题喷管能够 被识别、从运行中移除和被拔出，而整个过程并不影响其余喷管的工作。
发明内容
本发明涉及一种包括管或室的系统，所述管或室的尺寸设计并构造成使得气流可 以流过其中，所述管或室的至少一个壁限定一个或多个管开口。该系统还包括设置在每个 管开口中的一个或多个细长喷管，至少一个所述细长喷管与以下各项流体连通(i)包括来 自管的外部源的颗粒状固体和载气的进料和(ii)当流动时与气流的至少一部分相交的管 或室内部的点。每个细长喷管限定至少一个纵向孔和一个或多个开口，通过所述纵向孔至 少部分地发生流体连通。该系统进一步包括与各自细长喷管相关联的至少一个检测装置。 当进料流动通过细长喷管的纵向孔时，检测装置适于监测进料的流率或指示流率的参数。 检测装置能够检测到进料流率的减小，该减小明显到足以指示通过细长喷管的进料流量的 减小。当使用喷管阵列且在正常工作条件下通过喷管的进料易于堵塞时，这类喷管是非常 有用的，例如，将悬浮于载气(诸如空气)中的活性炭颗粒进料注入煤燃烧所产生的烟道气 中来捕集汞。采用本发明的喷管，可通过各种方法来确定流率。在一种这样的方法中，操作人员记录下温度监测器的温度输出。温度的变化通过温度监测器进行报告。该温度变化通过耦 接至加热元件(通常称为“热丝”)的热电偶进行报告。流率的降低减弱了流动进料气体的 冷却，这样增加了通过热电偶所感测的且传送至温度监测器的“热丝”的温度。操作人员能 够根据该指示进行操作，关闭问题喷管并根据需要对其进行修理。由于监测是针对每个喷 管的，因此在无目标查找问题喷管时无需中断所有喷管的工作，如果喷管没有如本发明的 喷管所提供的那样被各自温度监测，就会存在无目标查找的情况。短语“多种、固体和载气”和“一种固体和载气”是指一种包括固体和载气的混合 物。例如，在优选的实施例中，本发明的方法包括固体的气体悬浮物的进料，例如空气悬浮 物和颗粒状活性炭。尽管本发明涉及多种喷管构造和进料方法，但是这样一种已知的喷管构造和进料 方法包括从管或室的外部源将固体和载气通过气流承载管或室的壁供应至载气流。本方法 包括a.设置至少一个细长喷管，使得其与管或室的外部的进料源以及管和室内部在与 载气流的至少一部分相交的点处流体连通，喷管具有纵向孔并终止于远端开口，通过该孔 发生流体连通；和b.进料通过喷管孔和远端开口进行输送，由此进料与载气流的至少一部分相混
口 O另一有用的喷管构造和进料方法可以在2009年7月8日共同提交的专利申请，
PCT申请No._，[代理人案卷号B2-7838-PCT]中找到，其公开内容以引用的方式并入
本文中。此外，可以使用多个喷管来提高载气流中固体和载气的分散性和均质性。当供应 的固体和载气用于捕集载气流中以极小量存在的组分时，良好的分散性和均质性是非常有 用的。下游均质性增加了待捕集组分与供应材料接触的统计概率，以实现后者的捕集，间隙 捕集、吸附、化学反应等等均可。如果喷管变得部分或完全地堵塞，重要的是要尽快对其进 行识别并校正。否则，例如，污染控制性能将大幅降低。此外，在采用多个喷管的情况下，有 时在从约10个至50个或更多的范围内，本发明的有用性是非常有益的，体现在快速定位哪 一个或多个喷管是堵塞的并以及时高效的方式移除问题喷管并进行维修，而无须关闭所有 喷管的工作来查找堵塞的喷管。本发明还涉及确定是否管道(例如，喷管孔)变得至少部分堵塞的方法，所述管道 用于包括(i)颗粒状固体和载气的进料通过并进入流动气体(例如，烟道气体)，且该管道 至少部分地浸于流动气体中，该方法包括a.确定伴随所述进料穿过所述管道时的所述进料穿过所述管道的流率或指示流 率的参数；和b.采用检测装置监测通过管道的进料流率或指示流率的参数，以确定流率的减 少，所述检测装置与所述管道或进料管线相关联，所述进料管线与所述管道流体连通，该减 小明显到足以指示通过管道的进料的流量的减小。流率可以直接地或间接地进行确定和监测，也就是说，用于确定或监测流率的装 置可以通过主动地测量通过管道的进料流率，或可以通过限定参数例如压力和/或温度的 集合来确定和监测流率。可以进一步分析这些参数以确定通过管道的进料流率。流率可以 根据从业人员所做的计算和本领域那些普通技术人员已知的其它方法进行确定，其中在已知条件下的进料的不同物理特性(包括压力、体积和/或温度)之间的关系是已知的。本发明的方法和系统适用于处理多种类型的用于供应到载气流中的固体和载气。 此外，本发明的方法和系统能够改善可按照它们的用途进行处理的多种方法，其用于例如 通过注入使处理的固体和载气与载气流接触，以从气流中移除或减少不需要的气流组分。以下文献公开了(i)能够与本发明的方法和系统一起使用的固体、液体和/或 气体，和/或(ii)通过使用本发明的方法和系统进行气流处理的示例US1，984，164、 US4, 500，327、US5, 900，042、US6, 514，907、US6, 808，692、US6, 818，043、US6, 848，374、 US6,878，358、US7,435，286、US7,507，083、US2002/0114749、US2004/013589、 US2005/0039598、US2006/0204418, US2006/0205592、US2007/0051239, US2007/0140940, US2007/0180990, US2007/0234902, US2007/0254807, US2008/0107579, US2008/0134888、 ΕΡ0, 277, 706和W02007/149867。所有上述文献均以引用的方式并入本文中，如同被全面阐 述一样。本发明的这些和其它特征、优点和实施例，在下文的具体实施方式
、附图和所附权 利要求书中将更加明显。
图1是设置在承载气流管内流动气流中的已知细长喷管的纵向截面图，所述细长 喷管具有与设置在该细长喷管纵向孔内的本发明的检测装置相关联的传感器；本图还给出 了纬度方向截面A-A。图2是本发明的流率监测和检测装置的局部截面图。在上述各图中，相似的附图标记用来指代该若干图中相相似功能类似的部件。
具体实施例方式下文将对本发明的示例性实施例进行描述，原因是这些实施例可能被用在构造和 使用系统和方法中，以便根据本发明的至少一个实施例来确定装置中何处何时发生了堵 塞。当然应当理解，在开发本发明的实际实施例过程中，必须做出大量针对各实施例的决策 以实现开发人员的特定目标，诸如遵从系统相关和行业相关的限制，从一个实施例至另一 个实施例所述限制会有所不同。此外应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于 享受本公开益处的本领域的那些普通的技术人员来说仍然是其日常工作。现参见附图，本发明提供一种可用于监测和检测管道中堵塞现象的方法和系统， 所述管道用于将固体、液体和/或气体通过管壁或室壁输送至流动气体中，其中所述堵塞 可减少或阻碍此类输送。这类检测是有用的，因为其使得操作人员准确地知道在喷管阵列 中，哪个管道或喷管正开始堵塞或已经发生了堵塞。可以通过如图2所示的检测装置52来 进行堵塞检测。应当理解在本发明范围和精神内能够确定流率的其它检测装置也可以使 用。同样，该类检测装置可以测量指示流率的参数，例如温度或压力。应当理解通过一个或 多个喷管的固体和载气的流率可以直接或间接地进行测量，并且仍落在本发明的范围和精 神之内。图1示出了细长喷管，总体体上由附图标记10表示。喷管10通过管32的管壁30 安装，管32按图1中箭头所指示的方向承载气流。喷管10使用安装法兰组件进行安装，该
6安装法兰组件总体上用附图标记34表示。喷管10具有限定纵向孔14的纵向延伸的管状主体壁12。(本文所用术语“纵向” 是指所述构件或有限空间的假想长轴线或与该轴线对齐的某物，而“纬度方向”是指大致与 所述构件或有限空间的假想长轴线垂直的假想短轴线或与该轴线对齐的某物。)纵向孔14 具有近端18和远端16。如图可见，纵向孔14在其近端18从管32外部的点延伸至在其远 端16管32内部的点。喷管10进一步在其远端16形成远端开口 17。通常纵向孔14具有 在从约Icm至约IOcm范围内的纬度方向直径。细长喷管优选地由坚固的金属构造成，诸如 碳钢或不锈钢；然而细长喷管也可以由适合于此情况的其它材料构造成。总体上用附图标记34表示的安装法兰组件由两个主要的部分组成，法兰沈和法 兰头40。对于图1所示的实施例，法兰沈环绕着管口 33且通过焊接便利地安装至管壁30。 法兰头40通过螺栓22和2 安装，法兰头40的尺寸设计成在喷管10的近端刚性保持喷 管10以使得其经过管口 33。密封50用于保持法兰头40至法兰沈的流体紧密安装。法兰 头40形成法兰开口 60以接收供应固体、液体和/或气体的装置。用于将固体和载气带入 进料法兰开口 60的所述装置示出为进料管线61。一般而言，进料管线是提供一个或多个通 道的任何装置或装置组，该一个或多个通道从诸如贮料仓的进料源(未示出)输送所述进 料。进料管线61可以是刚性管或柔性管，这可由技术人员提供。法兰开口 60的尺寸设计 成使得其能够供给穿过喷管孔14的所需的流量。在工作中，由载气和颗粒状活性炭的悬浮物所构成的进料通过法兰开口 60引入 至喷管孔14。该悬浮物流动通过纵向孔并通过孔14的远端开口 17，由此该悬浮物的至少 一部分与载气流的至少一部分混合。管的截面积通常较大(例如，anxaii，或更大)，并且长的细长喷管须引导物料跨 过其纬度方向横截面。在这些情况下，多个细长喷管可以以阵列的形式进行配置。当采用喷 管阵列时，喷管优选地进行定向并间隔开以提供与气流流动相交的均勻分布的远孔端。阵 列中的喷管无需具有相同的长度。喷管能够围绕并在气流流动的长度上径向间隔开。基于 烟道气体的特征，诸如管内较大体积和较高浓度的汞存在的位置，各细长喷管的数量、长度 和位置可以不同。细长喷管的数量、位置和长度可以依据烟道气体的特征进行优化，以增加 引导到管内较大体积和较高浓度的汞存在的那些位置的吸附剂的量。如图1和/或图2所示，与细长喷管10相关联的检测装置52包括设置在喷管孔 14内的温度传感器M。温度传感器M可以是能够传递喷管孔14内的温度或温度变化的 任何类型的装置。从简易性和经济性这两点来看，可以使用装入陶瓷或金属套筒74内的热 电偶56和筒式加热器58。应当理解也可以使用其它加热元件。加热器58和热电偶56中 的每一个的布线62彼此电绝缘并且从温度传感器M的同一端引出。通过提供防磨损保护 套筒74保护加热器和热电偶。温度传感器M设置在细长喷管10的纵向孔14的附近和/ 或其内。所述传感器可以永久地放置在纵向孔内或可以暂时地设置在孔内。电流流动通过 加热器58 (通常被称为“热丝”)，从而建立加热器58的预定温度。如下所述，本预定温度 通过温度监测器68保持在恒定的温度。颗粒状载气通过纵向孔流量的降低减弱了对热丝 的冷却，并从而引起热丝58温度的增加以及电路中的电特性的变化。如下所讨论，热电偶 56耦接至热丝58并将温度的变化转变为传送至温度监测器68的电压。如图2所示，检测装置52内的电源64通过多通道继电器(relay)66向单独的加热器58提供电能以用于温度控制。温度监测器68收集并分析温度传感器M输入的温度 数据，并且检测何时出现超温。从热电偶56接收温度状况并转送至温度监测器68。Vdc电 源70为检测装置52提供能量。显示已超温的警报72可以在温度监测器或能够发送至其它 位置而显示，诸如通过检测装置52中的全局继电器(global relay)66传送至控制室(未 示出)。尽管附图示出了一种这样的流率检测方法，但是应当理解，可以使用其它检测装 置采用其它方法来完成通过喷管的固体和载气流率的确定和监测。一个这样的非限制性实 例为压力传感器。此外，检测装置可以与进料管线(例如输送管线)相关联，该进料管线与管道流体 连通。如上所述，进料管线也会与提供固体颗粒和载气的进料源流体连通。检测装置可以 包括设置在进料管线内的传感器以监测进料通过供应管线的流率，所述进料管线与特定喷 管流体连通。应当理解，包括在检测装置内以测量和/或监测进料通过喷管的流率的传感 器或任何其它装置，可以设置在向喷管提供进料的系统内的喷管、进料管线或其它部件的 任何部分的内部或附近，只要通过喷管的流率在该部分是可确定的。此外，在描述检测装置 与管道或进料管线关系的上下文中的术语“相关联”可以包括检测装置或其部件的任何构 造，其与管道和/或进料管线内的材料流相接近或相连接，或以其他方式连通，使得材料流 的特性能够通过检测装置进行测量。如前文所述，本发明涉及一种用于确定诸如喷管10的管道是否变得堵塞的方法， 所述管道用于固体和载气通过并进入流动气体。该管道或细长喷管至少部分地浸于流动气 体中。在一个可用的应用中，通过管道的气体是含有颗粒状固体的气体，其中所述颗粒状固 体包括粉未状活性炭。其它颗粒状固体可以包括，例如天然碱或熟石灰等。应当理解，可以 使用能够吸收流动流体组分或与其反应的吸收剂或活性材料的任何颗粒状固体。流动流体 可以包括燃烧过程中产生的含有颗粒状固体和多种气体组分的烟道气体。流动流体可以是 包括例如汞、盐酸或三氧化硫成分的烟道气体废气。以下所给出的实例仅用于示例之目的，而并非旨在对本发明的范围进行限制。实例1本发明的有用应用的一个实例是用在处理含有汞的发电厂烟道气体中，其通过 将溴气处理的颗粒状汞吸附剂注入通过一系列细长喷管的组合载气的烟道气体中。温度 传感器(在这种情况下为热丝装置)被插入并永久地保持安装在细长喷管的入口，在所 述细长喷管入口，颗粒形式的汞控吸附剂和空气的混合物供给至细长喷管以分配至经过 大烟道气体管的烟道气体中。在正常工作条件下，烟道气体的温度在300° F(149°C)至 400° W204°C)的范围内；吸附剂/氮混合物的温度约为120° F(49°C )；以及温度传感器 保持在500° F(260°C)o如果吸附剂/氮的流率增加，那么传感器所测得的温度将降低。 如果吸附剂/空气的流率降低(如发生堵塞时的情况)或如果实际上没有流率(如发生完 全堵塞时的情况)，传感器测得的温度将增加。在后者情况下，温度上升可能是显著的。正 常运行情况下和发生大的堵塞问题期间，实际观察到的温度情况示出在下表1中。表 权利要求
1.一种用于确定是否管道变得至少部分堵塞的方法，所述管道用于包括(i)颗粒状固 体和(ii)载气的进料通过并进入流动气体，且所述管道至少部分地浸于所述流动气体中， 所述方法包括a.确定伴随所述进料通过所述管道时的所述进料通过所述管道的流率或指示所述流 率的参数；和b.采用检测装置监测通过所述管道的所述进料的流率或指示所述流率的参数，以确定 所述流率的减少，所述检测装置与所述管道或进料管线相关联，所述进料管线与所述管道 流体连通，且所述减小明显到足以指示通过所述管道的所述进料的流量的减小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒状固体包括能够吸收所述流动气体的 组分或与流动气体的组分反应的吸收剂或活性材料，并且所述流动气体包括来自燃烧过程 的烟道气体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述检测装置包括设置在由所述管道限定的孔 内的传感器以测量通过所述管道的流率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述传感器包括加热元件和耦接至所述加热元 件的热电偶。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括建立设置在所述管道内的加热元件的恒定温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过所述管道的所述流率通过设置在所述管道 内的所述加热元件的从恒定温度的偏差进行监测。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述烟道气体的组分包括汞、盐酸或三氧化硫。
8.一种系统，包括管或室，所述管或室的尺寸设计并构造成使得气流可以在其中流动，所述管或室的至 少一个壁限定一个或多个管开口；一个或多个细长喷管，所述一个或多个细长喷管设置在各管开口中，至少一个所述细 长喷管与以下各项流体连通(i)包括来自所述管的外部源的颗粒状固体和载气的进料和 ( )当流动时与所述气流的至少一部分相交的所述管或室的内部的点，每个细长喷管限定 至少一个纵向孔并限定至少一个或多个开口，通过所述纵向孔至少部分地进行流体连通； 以及与各自细长喷管相关联的至少一个检测装置，当所述进料流动通过所述细长喷管的纵 向孔时，所述检测装置适于监测所述进料的流率或指示所述流率的参数，其中，所述检测装置能够检测到所述进料的流率的减小，所述减小明显到足以指示通 过所述细长喷管的所述进料的流量的减小。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述颗粒状固体包括能够吸收所述流动气体的 组分或与所述流动气体的组分反应的吸收剂或活性材料，并且所述流动气体包括来自燃烧 过程的烟道气体。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述检测装置包括设置在所述纵向孔内或附近 的传感器以测量通过所述细长喷管的进料流率。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述传感器包括加热元件和耦接至所述加热 元件的热电偶。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述烟道气体的组分包括汞、盐酸或三氧化硫。
全文摘要
公开了一种用于检测将固体和载气供应至流动气体的管道中的堵塞现象的方法和系统。
文档编号B01D53/64GK102089065SQ200980126534
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者J·E·米勒, X·刘 申请人:阿尔比马尔公司