[发明专利]被动式固体供应系统以及供应固体的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及具有固体除气区和固体泵送区的固体供应系统，以及用于将例如研磨成粉的干煤供应到例如气化处理设备的方法。所述固体除气区包括一容器，所述容器具有由一个或多个倾斜壁限定的通道。所述固体泵送区包括固体输送泵，例如带（牵引器）、滚筒或旋转式泵。

背景技术

煤气化工艺需要将煤或其他含碳固体变成合成气体。虽然干煤和水浆体都可以用在气化处理中，但是干煤泵送比目前的水浆体技术热效率更高。许多设备已经被用于泵送微粒材料。这种输送设备包括输送带、回转阀、闸斗仓、螺旋式送料器等。

目前，被用于将干煤泵送到高压的其中一种装置是循环闸斗仓。虽然循环闸斗仓送料气化器的热冷气体效率比气化领域中的其他当前可用技术更高，但是循环闸斗仓的机械效率相对较低。由于在循环闸斗仓工艺中所需的高压罐、阀和气体压缩器，循环闸斗仓的资本成本和操作成本也很高。

在干煤气化中，干煤挤压泵的使用已经变得更普遍。但是，与当前可用的干煤挤压泵相关的一些问题是内部剪切故障区和流动停滞问题。故障区的存在可以导致泵的机械效率的降低，因为它们导致了将来自于机械驱动的力转化成微粒材料的输送的能力的损失。

例如，在诸如转盘式泵之类的干煤挤压泵中，微粒材料进入两个驱动盘壁之间的输送管道并且通过驱动壁的运动从入口向出口驱动。驱动壁的运动将这些颗粒压紧使得这些颗粒传送相互接触位置两侧上的应力并且所述微粒材料接合这些驱动壁，导致驱动力从驱动壁传递到所述微粒材料。当所述微粒材料进入输送管道时，在进入泵送装置之前或者进入泵送装置时，其应该被足够压紧或压缩以使这些颗粒传送它们接触位置两侧的应力，从而导致称做瞬时固体或桥的形成，所述瞬时固体或桥是由压紧的微粒材料组成的，所述压紧的微粒材料允许固体输送泵在微粒材料中形成落差（head）或压力并通过固体输送泵将微粒材料有效地输送到更高压力区。当另外的微粒材料进入入口时，连续的桥应该在输送管道内累积地形成。

细小的微粒和粉末材料，比如干的研磨成粉的煤，通过泵送系统难于有效地输送。细小的微粒和粉末材料在松散地输送时或在通过入口松散地掉落时易于充满气体或者与空气很好地混合。充满气体的细小微粒和粉末材料不可能被足够地压紧以在泵送装置的转盘之间形成接触颗粒的应力传送桥。结果，通过转盘作用在材料上的摩擦力不足以将驱动力传递到所述材料。因此，细小的微粒和粉末材料会在转盘之间滑动并且不可能通过泵送装置有效地输送。如果施加太多的外力来试图压缩所述粉末材料或对所述粉末材料除气，该材料易于过度变实，堵塞入口或输送槽。

因此，在工业中存在对于使用干燥的固体输送泵有效输送尤其是研磨成粉的煤的细小微粒材料的有效微粒输送系统的需求，所述干燥的固体输送泵需要使泵能够在微粒材料中形成落差或压力的颗粒桥。

发明内容

本发明的一个实施方式是一种固体供应系统，包括：

（i）固体除气区，和

（ii）固体泵送区；

其中固体除气区与固体泵送区流动联通；所述固体除气区包括一容器，所述容器具有由一个或多个倾斜壁限定的通道；用于将固体引入所述通道中的入口；用于从所述通道将固体分配到所述固体泵送区中的出口；其中所述一个或多个倾斜壁在从所述入口向所述出口的纵向方向上收敛/集中（converge），相对于竖直平面形成壁角；所述固体除气区可操作成对固体除气并借助于重力将固体输送到所述固体泵送区，其中所述固体在进入所述固体泵送区之前或进入所述固体泵送区时被足够地压紧以被有效地输送通过所述固体泵送区；所述固体除气区流体连接到具有比所述固体除气区更低压力的区域，其中所述固体中的至少一部分流态化气体被从所述固体除气区抽出；以及

其中所述固体泵送区包括可操作成将所述固体输送到一设备的固体输送泵。

在一个优选的实施方式中，固体供应系统的容器具有基本矩形的形状并且具有由如下方程确定的最大的高宽比（H_max/G）：

其中：

其中H_max是最大高度，G是在通向固体输送泵的入口处的相对的泵运动壁之间的间隙尺寸，W是除气区的宽度，是微粒（颗粒）材料的内部摩擦角，是微粒（颗粒）材料的壁摩擦角，κ＝1是固体的运行状态（active state）。

在另一个优选实施方式中，固体供应系统的所述容器具有基本圆锥形的形状并且具有由如下方程确定的最大的高宽比（H_max/D_o）：

其中：