粉体锁斗充压系统及使用其的粉体锁斗充压方法与流程

本发明涉及气固两相流领域，具体涉及加压粉体锁斗的充压过程，特别涉及一种粉体锁斗充压系统及使用其的粉体锁斗充压方法。

背景技术：

粉体锁斗是许多工业生产过程中必不可少的关键设备，它使不同功能的工艺设备和生产环节联结贯通，形成统一的整体。粉体锁斗同时连接上方的常压储仓和下方的高压反应器，通过依次经历受料、充压、下料和泄压四个过程，可成功使得粉体从常压过渡到高压，达到低压接粉、高压下粉的目的，从而实现向高压反应器的供料。

为了满足高压反应器连续稳定运行，往往要求在规定时间内完成粉体锁斗的倒料过程。对于特定的粉体介质，粉体锁斗的受料时间往往取决于上方常压储仓结构和出料口的阀门尺寸。而粉体锁斗的泄压时间与除尘器结构强度密切相关，目前工业上采用多级泄压操作，既可较快完成泄压又避免了除尘器受到高压气流的过度冲蚀。另一方面，粉体高压下料一直是个技术难点，尽管国内外专家学者致力于攻克该课题，但短时间内难以妥善解决。相较而言，看似简单的充压过程占据了粉体锁斗运行周期的绝大部分，存在较大的优化空间。

以气流床粉煤加压气化工艺为例，其煤粉锁斗运行周期长达50min，制约了气化炉满负荷、甚至高负荷运转需求，也在一定程度上影响了气化装置的连续、稳定和长周期运行，亟待解决。究其原因，煤粉锁斗的充压过程存在较长的低速率充压阶段，锁斗充压效率较低，充压时间约28min，占据了总运行周期的50％以上。

由此可见，通过优化粉体锁斗充压方法，来提高锁斗充压效率，缩短锁斗运行周期，是现阶段非常有必要采取的措施。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中煤粉锁斗的充压过程存在较长的低速率充压阶段、锁斗充压效率低、锁斗运行周期长等缺陷，提供一种粉体锁斗充压系统及使用其的粉体锁斗充压方法，该方法在保障设备不被高压气流损坏的前提下最大化利用气源供气能力，极大地提高粉体锁斗充压效率，缩短了锁斗运行周期，优化了对高压反应器的连续稳定供料。

本发明的发明目的之一是提出一种方法，来改善现有工业锁斗充压时间长的现状，达到优化操作的目的。本发明旨在去除当前工业锁斗充压操作中存在一段较长的低速充压阶段，达到全程高速充压、缩短充压时间的目的，同时由于合理控制各股气流的充压顺序和充压时间，既不会影响后续工艺操作又能保障设备结构。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种粉体锁斗充压系统，其包括一锁斗，所述锁斗包括一锥部，其特点在于，一锁斗顶部进气管路通过一除尘器与所述锁斗的顶部连接，所述锁斗顶部进气管路上设有一锁斗顶部进气阀门；一锥部上支路进气管路通过一通气管与所述锥部的上部连接，所述锥部上支路进气管路上设有一锥部上支路进气阀门；一锥部下支路进气管路通过一通气锥与所述锥部的下部连接，所述锥部下支路进气管路上设有一锥部下支路进气阀门；一锁斗底部进气管路通过一竖直管与所述锁斗的底部连接，所述锁斗底部进气管路上设有一锁斗底部进气阀门；所述锁斗顶部进气管路、锥部上支路进气管路、锥部下支路进气管路和锁斗底部进气管路连接一供气系统。

较佳地，所述锥部上支路进气阀门与所述通气管之间设有一压差控制阀。

所述通气管是紧附在锁斗壁面上的，上面开有许多小孔，气体经过通气孔进入锁斗；煤化工装置上也为“笛管”，此处为了推广至一般锁斗充压方法，命名为“通气管”。支路进气阀门是控制开关的，在远端。布置压差控 制阀是为了控制气体流量，保护后面的“通气管”。

较佳地，所述锁斗顶部进气阀门与所述除尘器之间、所述压差控制阀与所述通气管之间、所述锥部下支路进气阀门与所述通气锥之间以及所述锁斗底部进气阀门与所述竖直管之间均设有一限流孔板。限流孔板具有限流作用。

本发明还提供一种使用如上述的粉体锁斗充压系统的粉体锁斗充压方法，其特点在于，所述粉体锁斗充压方法包括如下步骤：

S₁：除尘器和通气管组合充压阶段：同时打开锁斗顶部进气阀门和锥部上支路进气阀门，气体经由除尘器和通气管进入锁斗；

S₂：通气管和竖直管组合充压阶段：当锁斗压力达到特征值P_a时，关闭锁斗顶部进气阀门，打开锁斗底部进气阀门，气体经由竖直管进入锁斗，特征值P_a的设定取决于除尘器的性能和粉体流动性能；

S₃：通气管、通气锥和竖直管组合充压阶段：当锁斗压力达到特征值P_b时，打开锥部下支路进气阀门，气体经由通气锥进入锁斗，特征值P_b的设定取决于通气锥的强度；

S₄：通气锥和竖直管组合充压阶段：当锁斗压力达到特征值P_c时，关闭锥部上支路进气阀门，特征值P_c的设定取决于锁斗目标压力P_t；

S₅：通气锥“涓流”充压阶段：当锁斗压力达到特征值P_d时，关闭锁斗底部进气阀门，仅保留通气锥进气，直至锁斗压力达到锁斗目标压力P_t，充压过程完成，特征值P_d的设定取决于锁斗目标压力P_t。

上述各步骤采用多股气流组合充压方式，以确保充压速率达到供气系统允许最大值，充压效率最优化。同时，通过设置多个锁斗压力特征值P_a，P_b，P_c，P_d，P_t，并借助程序逻辑控制的方法，可有效保护设备免受高压气流损坏。程序逻辑控制能够控制阀门的开闭，开闭条件可以预先写在程序里。

该方法适用于不同压力的粉体锁斗充压系统，锁斗目标压力灵活多变，可根据下游设备和系统特性设定。

除尘器的主要作用是为了防止放空气体中夹带粉体。在步骤S₁中，顶部 的“反吹”进气，可将部分附着在除尘器内部滤芯上的粉体吹除，可提高除尘器的除尘性能，延长除尘器使用寿命；锥部的通气管进气，可缓解顶部气流对锁斗内粉体产生的压实效应。

较佳地，所述锥部上支路进气阀门与所述通气管之间设有一压差控制阀，合理设置压差值ΔP。

压差控制阀通过设置一定的压差来控制气体流量(可认为，气体流量和压差的0.5次方近似成正比)，达到保护通气管的作用。

较佳地，锁斗目标压力P_t为4.9MPa时，特征值P_a为0.59MPa±0.1MPa，特征值P_b为1MPa±0.1MPa，特征值P_c为4.65MPa±0.05MPa，特征值P_d为4.85MPa±0.02MPa。

较佳地，压差值ΔP为0.2MPa±0.02MPa。

较佳地，气体为惰性气体，如压缩空气、氮气或二氧化碳。

较佳地，粉体为煤粉、石油焦粉或生物质粉料。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各优选实施例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的粉体锁斗充压系统及使用其的粉体锁斗充压方法最大程度地利用了系统供气能力，满足充压效率最优化，缩短了粉体锁斗的充压时间和运行周期，优化了粉体锁斗向高压反应器的供料过程；本发明通过设置多个锁斗压力特征值，程序化控制操作，还能够达到保护设备免受高压气流损坏的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1的气流床粉煤加压气化工艺的煤粉供料单元的结构示意图。

图2为本发明实施例1的组合式粉体锁斗充压系统。

图3为现有气流床粉煤加压气化工艺锁斗充压过程的锁斗压力时间序列和升压速率曲线。

图4为本发明实施例2的气流床粉煤加压气化工艺锁斗充压过程的锁斗压力时间序列和升压速率曲线。

图5为本发明实施例2的粉体锁斗充压方法的示意图。

具体实施方式

下面举两个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

实施例1

在气流床粉煤加压气化工艺中，煤粉供料单元如图1所示，包括锁斗供料和加压密相气力输送两个环节，其中1是常压储仓，2是煤粉锁斗，3是高压给料罐，4是气化炉。锁斗供料指煤粉从常压储仓1经煤粉锁斗2至高压给料罐3的过程，加压密相气力输送指煤粉从高压给料罐3至气化炉4的过程。

以下结合图2说明本发明在粉体锁斗充压中的一个实施方案，一种粉体锁斗充压系统，其包括一锁斗5，所述锁斗包括一锥部，一锁斗顶部进气管路通过一除尘器6与所述锁斗的顶部连接，所述锁斗顶部进气管路上设有一锁斗顶部进气阀门8；一锥部上支路进气管路通过一通气管14与所述锥部的上部连接，所述锥部上支路进气管路上设有一锥部上支路进气阀门9；一锥部下支路进气管路通过一通气锥15与所述锥部的下部连接，所述锥部下支路进气管路上设有一锥部下支路进气阀门10；一锁斗底部进气管路通过一竖直管16与所述锁斗的底部连接，所述锁斗底部进气管路上设有一锁斗底部进气阀门11；所述锁斗顶部进气管路、锥部上支路进气管路、锥部下支路进气管路和锁斗底部进气管路连接一供气系统7。

其中，所述锥部上支路进气阀门与所述通气管之间设有一压差控制阀12。布置压差控制阀是为了控制气体流量，保护后面的“通气管”。

其中，所述锁斗顶部进气阀门与所述除尘器之间、所述压差控制阀与所述通气管之间、所述锥部下支路进气阀门与所述通气锥之间以及所述锁斗底部进气阀门与所述竖直管之间均设有一限流孔板13。限流孔板具有限流作 用。

本发明的粉体锁斗充压系统可以应用于各种粉体锁斗的充压工艺，尤其适用于煤粉锁斗充压工艺。本发明在锁斗上设置多个通气管路，使得操作者可以灵活设置各个通气管路的开闭，为提升充压效率创造了条件。而且本发明还具有很好的结构强度，能够适用于各种目标压力值的充压要求。本发明既能使充压速率大大提高，而且也有防止过充的效果，运行安全可靠。

实施例2

在实施例1的粉体锁斗充压系统的基础上，本实施例结合图2-5说明本发明的粉体锁斗充压方法应用在气流床粉煤加压气化工艺中的一个实施方案。

气化炉压力为3.9MPa，负荷42t/h，输送气为CO₂。

气流床粉煤加压气化工艺中，密相气力输送系统要求输送压差为1MPa，则高压给料罐压力为4.9MPa。为保证煤粉锁斗的供料过程不会引起系统压力波动从而影响气化炉的稳定操作，煤粉锁斗目标压力应与高压给料罐压力相同。煤粉锁斗的各特征压力值依次为：P_a＝0.59MPa，P_b＝1MPa，P_c＝4.65MPa，P_d＝4.85MPa，P_t＝4.9MPa；压差控制阀的压差设计值ΔP＝0.2MPa；供气系统可提供的最大充压速率约为4kPa/s。

本发明方法应用在煤粉锁斗充压过程中的具体步骤为：

(1)同时打开煤粉锁斗5的锁斗顶部进气阀门8和锥部上支路进气阀门9，来自供气系统7的气体经限流孔板13由除尘器6和通气管14进入煤粉锁斗5。通过“反吹”的方式来提高除尘器6的除尘性能；通过在锥部上支路进气管路上安装压差控制阀12并设置压差值为0.2MPa来实现对通气管的保护。

(2)当煤粉锁斗5压力升高至0.59MPa时，关闭锁斗顶部进气阀门8，打开锁斗底部进气阀门11，气体经限流孔板13由竖直管16进入煤粉锁斗5。

(3)当煤粉锁斗5压力升高至1MPa时，打开锥部下支路进气阀门10，气体经限流孔板13由通气锥15进入煤粉锁斗5。

(4)当煤粉锁斗5压力升高至4.65MPa时，关闭锥部上支路进气管路阀门9。

(5)当煤粉锁斗5压力升高至4.85MPa时，关闭锁斗底部进气阀门11。

(6)煤粉锁斗5压力升高至4.9MPa，充压过程完成。

图3是现有气流床粉煤加压气化工艺锁斗充压过程的锁斗压力时间序列和升压速率曲线。由图可见，尽管供气系统能满足在4kPa/s的充压速率下工作，但是由于操作方法的制约，当前煤粉锁斗充压过程存在一段长约10min的低速率(<1kPa/s)充压阶段，影响了充压效率，整个充压过程耗时约为28min。

若采用本发明的组合式程序控制锁斗快速充压方法，通过组合充压方法确保每阶段的充压速率都达到最大允许值4kPa/s，那么煤粉锁斗的压力时间序列和升压速率曲线将如图4所示。由图可见，采用本发明方法有效剔除了低速充压阶段，整个过程的充压速率基本维持在4kPa/s左右，充压耗时约为20min，与现有工艺相比充压时间缩短了约30％，优化了锁斗充压效率。

充压速率取决于两方面：1是供气系统性能；2是实际气体流量。本发明假设，整个系统的供气能力是一定的，为了达到最大充压速率就必须设置最大的进气流量。由于部分支路设置的压差控制阀、限流孔板等具有限流作用，因此有时需采用组合式充压、多支路同时进气来保证在最大充压速率下操作。

各阀门开闭，即各支路的进气顺序，是综合考虑了保护设备强度和保障粉体流动性能而选择的。

压力特征值的设置目的除了考虑了保护设备强度和保障粉体流动性能，还考虑了连锁系统的响应能力。具体来说，对于P_a，若P_a设置过低，除尘器反吹时间较短，没法有效将内壁粘附的粉体吹落，除尘器除尘效果和实用 寿命会有影响；但P_a若设置过高，锁斗内外压差变小，除尘器反吹的效果不明显，更重要的是过长时间的顶部充压极有可能压实锁斗内的粉体，不利于后续工艺操作。在充压过程中，锁斗内外压差(供气系统-锁斗内当前压力)是逐渐降低的，通过限流孔板的气体流量会逐渐降低。因此，可以逐渐地增加进气支路充气，以保障充压速率始终“居高不下”。P_b的设置是主要为了保护通气锥，若设置值过低，锁斗内外压差高，通气锥容易被高压气流毁坏；P_c和P_d主要是防止过充，而设置的保护值。

所以，每个特征值的设置都是综合考虑各因素的结果，是取决于整个系统的。

对于粉体锁斗充压，本发明综合考虑了充压速率、设备结构和粉体流动性能三方面因素。从提速角度来讲，组合、多支路进气可以满足高速；从设备结构角度讲，需要根据单个设备强度，按顺序进气；从粉体流动性能讲，顶部的压实充越少越好，底部的流化充可缓解这一效应。

以上虽然以煤粉锁斗充压方法为例描述了本发明，但本发明并不局限于对煤粉锁斗进行充压，也适用于其他粉体锁斗的充压，粉体可以是石油焦粉、生物质粉料等等。上述实施例中选用的气体也不对本发明构成限制，充压气体还可以选用惰性气体，或者压缩空气、氮气或二氧化碳等。另外，对于充压方法中各特征值的选择也并不局限在上述实施例中选用的数值。锁斗的目标压力可以根据实际需要而选择，相应地，各个特征值也需要根据该目标压力值以及整个系统的情况进行调整。但在各种条件下，本发明提出的充压方法均能够提高充压效率，实现全程高速充压，同时也能有效保护整个系统，使其安全可靠运行。另外，本发明的充压方法尤其适用于锁斗目标压力值高的情况，对于锁斗充压效率的提升效果十分显著。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。