專利名稱：被動式固體供應系統以及供應固體的方法
技術領域：
本發明總體涉及具有固體除氣區和固體泵送區的固體供應系統，以及用于將例如研磨成粉的干煤供應到例如氣化處理設備的方法。所述固體除氣區包括一容器，所述容器具有由一個或多個傾斜壁限定的通道。所述固體泵送區包括固體輸送泵，例如帶(牽引器)、滾筒或旋轉式泵。
背景技術：
煤氣化工藝需要將煤或其他含碳固體變成合成氣體。雖然干煤和水漿體都可以用在氣化處理中，但是干煤泵送比目前的水漿體技術熱效率更高。許多設備已經被用于泵送微粒材料。這種輸送設備包括輸送帶、回轉閥、閘斗倉、螺旋式送料器等。 目前，被用于將干煤泵送到高壓的其中一種裝置是循環閘斗倉。雖然循環閘斗倉送料氣化器的熱冷氣體效率比氣化領域中的其他當前可用技術更高，但是循環閘斗倉的機械效率相對較低。由于在循環閘斗倉工藝中所需的高壓罐、閥和氣體壓縮器，循環閘斗倉的資本成本和操作成本也很高。在干煤氣化中，干煤擠壓泵的使用已經變得更普遍。但是，與當前可用的干煤擠壓泵相關的一些問題是內部剪切故障區和流動停滯問題。故障區的存在可以導致泵的機械效率的降低，因為它們導致了將來自于機械驅動的力轉化成微粒材料的輸送的能力的損失。例如，在諸如轉盤式泵之類的干煤擠壓泵中，微粒材料進入兩個驅動盤壁之間的輸送管道并且通過驅動壁的運動從入口向出口驅動。驅動壁的運動將這些顆粒壓緊使得這些顆粒傳送相互接觸位置兩側上的應力并且所述微粒材料接合這些驅動壁，導致驅動力從驅動壁傳遞到所述微粒材料。當所述微粒材料進入輸送管道時，在進入泵送裝置之前或者進入泵送裝置時，其應該被足夠壓緊或壓縮以使這些顆粒傳送它們接觸位置兩側的應力，從而導致稱做瞬時固體或橋的形成，所述瞬時固體或橋是由壓緊的微粒材料組成的，所述壓緊的微粒材料允許固體輸送泵在微粒材料中形成落差(head)或壓力并通過固體輸送泵將微粒材料有效地輸送到更高壓力區。當另外的微粒材料進入入口時，連續的橋應該在輸送管道內累積地形成。細小的微粒和粉末材料，比如干的研磨成粉的煤，通過泵送系統難于有效地輸送。細小的微粒和粉末材料在松散地輸送時或在通過入口松散地掉落時易于充滿氣體或者與空氣很好地混合。充滿氣體的細小微粒和粉末材料不可能被足夠地壓緊以在泵送裝置的轉盤之間形成接觸顆粒的應力傳送橋。結果，通過轉盤作用在材料上的摩擦力不足以將驅動力傳遞到所述材料。因此，細小的微粒和粉末材料會在轉盤之間滑動并且不可能通過泵送裝置有效地輸送。如果施加太多的外力來試圖壓縮所述粉末材料或對所述粉末材料除氣，該材料易于過度變實，堵塞入口或輸送槽。因此，在工業中存在對于使用干燥的固體輸送泵有效輸送尤其是研磨成粉的煤的細小微粒材料的有效微粒輸送系統的需求，所述干燥的固體輸送泵需要使泵能夠在微粒材料中形成落差或壓力的顆粒橋。
發明內容
本發明的一個實施方式是一種固體供應系統，包括(i)固體除氣區,和(ii)固體泵送區；其中固體除氣區與固體泵送區流動聯通；所述固體除氣區包括一容器，所述容器具有由一個或多個傾斜壁限定的通道；用于將固體引入所述通道中的入口 ；用于從所述通道將固體分配到所述固體泵送區中的出口 ；其中所述一個或多個傾斜壁在從所述入口向所述出口的縱向方向上收斂/集中(converge),相對于豎直平面形成壁角；所述固體除氣區可操作成對固體除氣并借助于重力將固體輸送到所述固體泵送區，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以被有效地輸送通過所述固體泵送區；所述固體除氣區流體連接到具有比所述固體除氣區更低壓力的區域，其中所述固體中的至少一部分流態化氣體被從所述固體除氣區抽出；以及 其中所述固體泵送區包括可操作成將所述固體輸送到一設備的固體輸送泵。在一個優選的實施方式中，固體供應系統的容器具有基本矩形的形狀并且具有由如下方程確定的最大的高寬比(H_/G)
H _ 2.51￥(1 - /csin ^cos(cr + fC(pn.a/!))
Cr 2( IV + (i) tan (pwaij (I + Arsin ^cos(^7 + K(p,vall))其中:5 m = & 爐d
、 .sin <p其中Hniax是最大高度，G是在通向固體輸送泵的入口處的相對的泵運動壁之間的間隙尺寸，W是除氣區的寬度，是微粒(顆粒)材料的內部摩擦角，fwall是微粒(顆粒)材料的壁摩擦角，K = I是固體的運行狀態(active state)。在另一個優選實施方式中，固體供應系統的所述容器具有基本圓錐形的形狀并且具有由如下方程確定的最大的高寬比(Hmax/D。)
H 腿2.5(1- ^sin 爐 cos(極 + ))
4 tan (pwaU (\ + k sin (p cos(cr + K(nwi,,))其中sin 故=
sin滬其中Hmax是最大高度，D。是除氣區出口直徑的尺寸，咿是微粒(顆粒)材料的內部摩擦角，是微粒(顆粒)材料的壁摩擦角，K = I是固體的運行狀態。在一個優選的實施方式中，固體包括Geldart分類的“A”或“C”型材料，甚至更優選的，所述固體包括研磨成粉的干煤。這里的本發明的另一個優選實施方式是用于輸送固體的方法，包括(i)提供固體除氣區和固體泵送區，其中所述固體除氣區與所述固體泵送區流動聯通；所述固體除氣區包括容器，所述容器具有由一個或多個傾斜壁限定的通道；用于將固體引入所述通道中的入口 ；用于從所述通道將固體分配到所述固體泵送區中的出口 ；其中所述一個或多個傾斜壁在從所述入口向所述出口的縱向方向上收斂，相對于豎直平面形成壁角；所述固體除氣區可操作成對所述固體除氣并借助于重力將所述固體輸送到所述固體泵送區；所述固體除氣區流體連接到具有比所述固體除氣區更低壓力的區域，其中所述固體中的至少一部分流態化氣體被從所述固體除氣區抽出；并且，所述固體泵送區包括可操作成輸送所述固體的固體輸送泵；(ii)在所述固體除氣區中對固體除氣，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以通過所述固體泵送區被有效地輸送；(iii)將所述固體泵送區中的固體泵送至一設備。通過參照如下的附圖和詳細實施方式將會理解本發明的另外的目的、特征和優點。
圖I是包括固體除氣區和固體泵送(帶/牽引器)區的固體供應系統的立體圖。圖2是包括固體源區、固體除氣區和固體泵送(帶/牽引器)區的固體供應系統的立體圖。圖3是包括固體源區、固體除氣區和固體泵送(旋轉式)區的固體供應系統的立體圖。圖4是在Geldart的粉末分類中標示為“A”的固體的除氣曲線的圖示。圖5是Geldart粉末分類的圖示。圖6是在Geldart的粉末分類中標示為“A”的固體的流態化曲線的圖示。圖7是包括固體除氣區和部分固體泵送(帶/牽引器)區的固體供應系統的立體圖。圖8是錐形除氣區的設計參數圖。Da是錐頂的直徑，D0是錐的出口直徑，a是錐角，H是錐的高度。坐標系統(r, 0 , h)的原點在錐的頂點上。圖9是示出微粒(顆粒)材料中的壓力飽和度(紅線)。液體柱的壓力(藍線)隨著距離頂表面的深度線性增加。圖10是由綠線給出的來由方程4得出的壓力曲線的圖示。藍線給出了與錐具有相同高度的材料的流體靜力學結果。紅線給出了在具有直徑D。的缸體內隨高度變化的應力曲線結果。圖11是包括裝備有豎直表面以輔助除氣的固體除氣區以及固體泵送(帶/牽引器)區的固體供應系統的立體圖。
具體實施例方式根據本發明，提供了一種固體供應系統，包括固體源區、固體除氣區和固體泵送區。所述固體供應系統實現了輸送處于密相流的固體。所述固體除氣區實現了就在固體材料進入固體泵送區(例如可變速度的高壓固體輸送泵)之前對固體材料的除氣，并且實現了經由外部管道對任何帶入的氣體的排出。所述除氣區位于固體泵送區(例如固體輸送泵入口)之前。所述固體泵送區例如包括具有泵入口和泵出口的可變速度的高壓固體輸送泵，所述泵入口連接到所述固體除氣區。所述泵出口可以連接到諸如氣化處理之類的設備或者連接到用于將固體分配到一設備的分配容器。所述分配容器可以維持有比所述固體源區更高的壓力。當一定體積的微粒材料通過固體除氣區向下運動時，對該微粒材料逐漸地除氣。結果，所述微粒材料在臨近通向固體泵送區的入口端口處達到一定的緊密程度并且在臨近入口端口的固體泵送區元件之間形成了相對堅實的應力傳送顆粒接觸橋。因此，微粒材料被有效地輸送到輸送槽中并且由固體輸送泵的運動驅動，而在微粒材料與固體輸送泵的內部表面之間沒有顯著的滑動。通過所述固體除氣區運動的所述微粒材料可以被除氣到非常低的水平，最好在流態化閾值之下。本發明包括一種固體供應系統，其中在大氣壓力下或低壓下將諸如研磨成粉的煤之類的固體提供并存儲在貯存器中，所述固體從所述貯存器通過固體輸送泵(例如可變速度的高壓固體輸送泵)被排出并輸送到一設備。固體除氣區就設置在所述固體泵送區的上游以保持合適的入口狀態以便于泵將合適地操作。高壓固體輸送泵可以連接到氣化處理設備或需要通過密相排出管線供應諸如研磨成粉的煤之類的固體的其他設備。固體輸送泵出口還可以連接到用于將固體分配到一設備的分配容器。在一些系統中，從固體輸送泵到一 設備的密相排出可以利用添加流態化氣體來稀釋以改進流動特性。圖I示出了用于輸送研磨成粉的干煤的包括固體除氣區和固體泵送區的固體供應系統的立體圖。該系統通過消除剪切故障區和滯流區從而具有增加的效率。剪切故障區干擾在微粒材料兩側傳送驅動應力的能力。滯流區存在于以基本直角將研磨成粉的干煤驅動到壁中的區域或者研磨成粉的干煤被在相反方向上運動的其他研磨成粉的干煤撞擊的區域。通過顯著減少或消除故障區和滯流區，系統的機械效率可以接近大致80%。此外，該系統能夠將研磨成粉的干煤泵送到具有每平方英寸1200磅絕對值以上的內部壓力的氣體壓力te中。在一個優選的實施方式中，固體泵送區包括入口和出口，固體泵送區出口與固體泵送區入口之間的壓力差是200-2000psig。更優選地，所述固體泵送區包括入口和出口，固體泵送區出口與固體泵送區入口之間的壓力差是500-1500psig。應該指出的是盡管所討論的系統是輸送研磨成粉的干煤的，但是該系統可以輸送任何干的微粒材料并且可以用在各種工業中，包括但不局限于如下的市場石化、電力、食品和農業。圖I中示出的固體供應系統總體包括固體除氣區和固體泵送區。所述固體除氣區總體包括入口管道8、入口管道排放區12、相對的傾斜壁16a和16b、相對的筆直壁36a和36b以及除氣高壓通風孔Ila和lib。在入口管道8處將研磨成粉的干煤引入固體除氣區中，并使其進入入口管道排放區12。除氣高壓傾斜壁16a和16b用于將固體通過固體除氣區輸送(并實現除氣)到固體泵送區入口 14中。真空或負壓源連接到除氣高壓通風孔Ila和Ilb以便于在固體除氣區中形成比連接到固體除氣區的入口的管道或供料系統中更低的壓力。這里應該指出的是正如在這里使用的術語“真空”、“真空壓力”或“負壓”是等價的，除非另有說明，這些術語的意思是在壓力方面相對于第二基準區，第一區具有更低的壓力。同樣地，這些術語并不局限于比標準大氣壓力更低的壓力。相對的傾斜壁16a和16b每個關于豎直平面形成一角度(Q )。傾斜壁16a和16b在從入口向出口的縱向方向上收斂，從而限定固體流動角度。固體流動角度可以從大約5度到大約85度，優選地從大約10度到大約55度，更優選地從大約15度到大約45度。所述固體流動角度應該足以對所述固體除氣并通過重力將所述固體輸送到固體泵送區。所述固體流動角度應該足以使固體在進入固體泵送區之前和進入固體泵送區時被壓緊并被通過固體泵送區有效地輸送。所述容器具有足以通過重力對固體除氣并將固體輸送到固體泵送區的高度或深度。所述高度或深度(即從容器的入口到出口的豎直距離)優選地從大約0. I米(m)到大約3. Om,更優選地從大約0. Im到大約2. Om,甚至更優選地從大約0. Im到大約I. 0m。所述高度或深度應該足以使固體在進入固體泵送區之前和進入固體泵送區時被壓緊并被通過固體泵送區有效地輸送。當固體流入所述容器中時由固體形成的頂表面26形成了在這里稱做微粒材料自由表面區域的表面區域，其足以對進入除氣區的流態化固體進行除氣并通過重力將所述固體輸送到固體泵送區，而沒有除氣固體的橋接或粘結。微粒材料自由表面區域可以從大約0. I平方米(m2)到大約10. Om2，優選地從大約0. Im2到大約5. Om2，更優選地從大約0. Im2到 大約1.0m2。微粒材料自由表面區域應該足以使固體在進入固體泵送區之前和進入固體泵送區時被壓緊并被通過固體泵送區有效地輸送。根據保持在固體除氣區中的固體的高度，入口管道8的外壁與筆直壁36a或36b或傾斜壁16a或16b中的任一個之間的距離(L)限定了微粒材料自由表面區域的長度。除氣高壓傾斜壁16a和16b以及筆直壁36a和36b的寬度(W)由第一帶組件28a和第二帶組件28b的寬度設定，并且限定了微粒材料自由表面區域的寬度。微粒材料自由表面區域應該足以將固體在進入固體泵送區之前和進入固體泵送區時除氣并將其壓緊并通過固體泵送區有效地輸送。當研磨成粉的干煤通過固體除氣區向下運動時，微粒材料被除氣并壓緊到一定程度。結果，研磨成粉的干煤在靠近固體泵送區的入口送料區14的位置上達到一定程度的除氣和壓緊并且在靠近入口送料區14的固體泵送區元件之間形成相對堅實的應力傳送顆粒接觸橋。因此，在固體泵送區元件之間有效地控制住合適壓緊的研磨成粉的干煤并使其在固體泵送區元件之間運動而在研磨成粉的干煤與固體泵送區的內表面之間沒有顯著的滑動。所述固體泵送區包括通道10、泵送高壓排出出口 40、第一負載梁18a、第二負載梁18b、第一出口刮板20a、第二出口刮板20b、第一驅動器組件22a和第二驅動器組件22b。在入口送料區14處將研磨成粉的干煤引入固體輸送泵中，使其通過通道10并在泵送高壓排出出口 40處從泵排出。通道10由第一帶組件28a和第二帶組件28b限定，它們基本平行并分開一間隙尺寸“G”定位。該間隙尺寸“G”是在與由固體輸送泵的相對的運動壁形成的平面垂直的平面內測量的。對于帶(或牽引器)式泵，該間隙尺寸“G”可以測量為在固體輸送泵的入口處兩條運動帶之間的距離；或者對于皮輥泵，“G”可以測量為在固體輸送泵的入口處前兩個相對的運動滾子之間的距離；或者對于旋轉式固體輸送泵，“G”可以測量為在旋轉式固體輸送泵的入口處轉盤的兩個相對的壁之間的距離。第一帶組件28a是由鏈節轉動軸32和履帶輪34彼此連接的帶鏈節30構成的。鏈節轉動軸32使帶鏈節30能夠形成平坦表面以及使帶鏈節30能夠在第一驅動器組件22a周圍彎曲。第一帶組件28a限定了其中定位第一驅動器組件(未示出)的內部區。履帶輪34覆蓋鏈節轉動軸32的端部并起到了將與帶鏈節30正交的機械壓縮載荷傳遞到負載梁18a的作用。在一個示例性實施方式中，第一帶組件28a是由大約32個到大約50個帶鏈節和鏈節轉動軸32構成的。第一帶組件28a與第二帶組件28b —起將研磨成粉的干煤輸送通過通道10。第二帶組件28b包括帶鏈節30、鏈節轉動軸32、履帶輪34和第二內部區(未示出)。帶鏈節30、鏈節轉動軸32、履帶輪34和第二內部區以與第一帶組件28a的帶鏈節30、鏈節轉動軸32、履帶輪34和第一內部區相同的方式連接并起作用。第一和第二負載梁18a和18b分別定位在第一帶組件28a和第二帶組件28b內。第一負載梁18a承載來自于第一帶組件28a的機械載荷并且將第一帶組件28a的限定通道10的部分保持成基本直線的形式。通過通道10輸送的研磨成粉的干煤在遠離通道10的壓縮向外方向上以及朝向入口 14的剪切向上方向上在第一帶組件28a上形成堅實的應力。從帶鏈節30將向外壓縮的載荷攜帶到鏈節轉動軸中，進入履帶輪34中，并進入第一負載梁18a中。第一負載梁18a因此在通過通道10輸送研磨成粉的干煤時防止第一帶組件28a斷 裂入第一帶組件28a的第一內部區中。剪切向上的載荷從帶鏈節30直接傳遞到驅動鏈輪38a和38b以及驅動器組件22a中。第二負載梁18b以與第一負載梁18a相同的方式成型并起作用以在通道10處將第二帶組件28b保持成基本直線的形式并從帶鏈節30將向外壓縮和向上剪切的載荷傳遞到第二負載梁18b、驅動鏈輪38a和38b以及第二驅動器組件22b。第一刮板密封件20a和第二刮板密封件20b靠近通道10和出口 40定位。第一帶組件28a和第一刮板密封件20a在泵與外界大氣之間形成密封。因此，約束在第一帶組件28a與第一刮板密封件20a之間的少量研磨成粉的干煤成為第一帶組件28a的運動壓力密封。第一刮板密封件20a的外表面設計成關于第一帶組件28a的筆直部有一個小的角度以便于從運動的第一帶組件28a上刮掉研磨成粉的干煤流。所述角度防止可以導致低的泵機械效率的研磨成粉的干煤的滯流。在一個示例性實施方式中，第一刮板密封件20a關于第一帶組件28a的筆直部有15度的角度。第一刮板密封件20a可以由任何合適的材料制成，包括但不限于硬質工具鋼。第二刮板密封件20b以與第一刮板密封件20a相同的方式成型并起作用以防止第二帶組件28b處的滯流。第一驅動器組件22a定位在第一帶組件28a的第一內部區內并且在第一方向上驅動第一帶組件28a。第一驅動器組件22a包括定位在第一帶組件28a的相對端上的至少兩個驅動鏈輪38a和38b。每個驅動鏈輪38a和38b具有基本圓形的基底，其中多個鏈輪齒從基底凸出。所述鏈輪與第一帶組件28a相互作用并且圍繞驅動鏈輪38a和38b驅動第一帶組件28a。在一個示例性實施方式中，第一驅動器組件22a使第一帶組件28a以大約每秒0. I英尺至大約每秒5.0英尺(ft/s)之間的速率轉動。第一驅動器組件22a更優選地以大約0. 5ft/s至I. 5ft/s之間的速率轉動。所述驅動鏈輪38a和38b包括在現有技術中公知的使驅動組件起作用的所需的驅動機構。同樣地，第二驅動器組件22b包括定位在第二帶組件28b的第二內部區內的至少兩個驅動鏈輪38a和38b用于驅動第二帶組件28b。第二驅動器組件22b以與第一驅動器組件22a相同的方式成型并起作用，除了第二驅動器組件22b在第二方向上驅動第二帶組件28b之外。驅動鏈輪38a和38b包括在現有技術中公知的使驅動組件起作用的所需的驅動機構。圖2示出了用于輸送研磨成粉的干煤的包括固體源區、固體除氣區和固體泵送區的固體供應系統的立體圖。就像圖I中繪出的系統一樣，該系統通過消除剪切故障區和滯流區具有增加的效率。圖2中繪出的固體供應系統與圖I中繪出的固體供應系統基本類似，除了添加了固體源區之外。圖2中繪出的固體供應系統包括大氣壓力貯存器42、流態化排出出口 46、密相排出管道48和連接到固體除氣區中入口管道8的密相排出出口 54。優選地，在流態化排出出口 46與密相排出出口 54之間定位隔離閥56以輔助隔離該系統的用于清潔和維修目的部件和用于幫助調節從貯存器流出的固體流量的部件。固體，例如研磨成粉的干煤，借助于重力通過流態化排出出口 46、密相排出管道48和密相排出出口 54輸送到固體除氣區(經由入口管道8)。可以為多個大氣壓或一個大氣壓的貯存器42可以具有(經由流態化氣體連接機構44)添加的流態化氣體以便于固體的 密相流流入除氣區中。還可以將附加的流態化氣體提供到固體源區的出口，以便于保持并輔助調節流到固體除氣區的排出流量。在該實施方式中，在大氣壓貯存器42的底部與除氣高壓區的頂部之間定位壓差控制器50以控制壓差控制閥52。所述壓差控制閥52連接到除氣高壓通風孔Ila和Ilb以便于控制從固體除氣區排出或真空抽出的流態化氣體以便于在固體除氣區中關于固體源區的底部形成更低的壓力(或者“負壓”)。優選地，在流態化排出出口 46與密相排出出口 54之間定位隔離閥56以輔助隔離該系統的用于清潔和維修目的部件和用于幫助調節從貯存器流出的固體流量的部件。當研磨成粉的干煤通過固體除氣區向下運動時，微粒材料除氣并壓緊到一定程度。結果，研磨成粉的干煤在靠近固體泵送區的入口送料區的位置上達到一定程度的除氣和壓緊并且在靠近入口送料區的固體泵送區元件之間形成相對堅實的應力傳送顆粒接觸橋。因此，在固體泵送區元件之間有效地控制合適壓緊的研磨成粉的干煤并使其在固體泵送區元件之間運動而在研磨成粉的干煤與固體泵送區的內表面之間沒有顯著的滑動。該固體除氣區與固體泵送區與之前圖I描述的基本相同。圖3示出了用于輸送研磨成粉的干煤的包括固體源區、固體除氣區和固體泵送區的固體供應系統的立體圖。盡管所討論的系統是輸送研磨成粉的干煤的，但是該系統可以輸送任何干的微粒材料并且可以用在各種工業中，包括但不局限于如下的市場石化、電力、食品和農業。圖3中示出的固體供應系統與圖2中繪出的固體供應系統基本相同，除了固體泵送區包含代替帶(牽引器)式泵的旋轉式泵之外。圖3中示出的固體供應系統包括固體泵送區的入口送料區14、旋轉式固體輸送泵60和出口管道62。在一個更優選的實施方式中，隔離閥64定位在出口管道62之后以輔助隔離該系統的用于清潔和維修目的的部件。圖7示出了用于輸送研磨成粉的干煤的包括固體除氣區和部分固體泵送區的固體供應系統的立體圖。圖7中繪出的固體供應系統與圖I中繪出的固體供應系統基本相同。圖7用于示出用于確定固體除氣區中的長度(L)的計算，即在除氣表面26處的入口管道8的外壁與筆直壁36a或36b或傾斜壁16a或16b中任一個之間的距離的計算。正如上面指出的，入口管道8的外壁與筆直壁36a或36b或傾斜壁16a或16b中任一個之間的距離(L)限定了除氣表面26的長度。除氣高壓傾斜壁16a和16b和筆直壁36a和36b的寬度(W)由第一帶組件28a和第二帶組件28b的寬度設定。參見圖7，確定L的第一步是確定理論最小長度“Lmin”，其是基于Ms =固體的向下質量流量(lbs/s)和P =固體在入口管道8中的流動密度(lbs/ft3)計算的。一般地，0. 8 P mf小于或等于P，P小于或等于P ABD ( P mf是固體在最小流態化點上的密度，P ABD是松裝密度，Pnlf和Pabd是測量得到的值或計算得到的值)。除氣高壓傾斜壁的寬度(W)—般由固體輸送泵的形狀限定。Lmin計算滿足Vs (單位是ft/s的固體凈向下速度)小于或等于UdA (為時間的函數的除氣容器中的層高度沉降(除氣)，等于dH/dt，單位是米/秒)。在圖4中圖示出了 UdA。對于基本是矩形形狀的除氣區的Lmin計算如下Lmin (對于矩形區)=Ms/ (2 P ) (W) (UdA) (方程 IA)參見圖7，對于基本是矩形形狀的除氣區，本實施方式中優選的長度L從大約0. 5倍的Lniin到大約I. 5倍的Lniint5更優選地，本實施方式中的長度L從大約0. 8倍的Lniin到大 約I. 25倍的Lmin0對于基本是錐形形狀的除氣區，Damin是基本是錐形形狀的除氣區的理論最小直徑。在圖8中示出了基本是錐形區的Da。同樣地，對于基本是錐形形狀的除氣區的Damin計算如下Damin (對于錐形區)=[4*Ms/( P ) (UdA) (Ji)]0-5 (方程 IB)參見圖8，對于基本是錐形形狀的除氣區，本實施方式中優選的直徑Da是從大約
0.5倍的Da min到大約I. 5倍的Da min。更優選地，本實施方式中的Da是從大約0. 8倍的Damin到大約1.25倍的1_。本發明需要將固體提供到固體源區，例如保持在大氣壓力下的貯存器，使固體通過固體除氣區來對固體除氣，并使固體通過固體泵送區，例如可變速度的高壓固體輸送泵。所述固體輸送泵用于對所述固體增壓并將所述固體輸送到一設備或一增壓分配容器以便進一步將所述固體分配到一設備。還可以通過將固體輸送通過排出管線或其他裝置來從分配容器向一設備供應固體。固體源區與固體除氣區流動聯通并且包括至少一個存儲容器或貯存器。所述固體，例如研磨成粉的干煤，通過重力從所述固體源區輸送到固體除氣區。所述固體源區，例如貯存器，可以具有添加進來以便于固體密相流進入除氣區中的流態化氣體。還可以將附加的流態化氣體提供到固體源區的出口，以便于保持密相流通過排出出口并且輔助調節到固體除氣區的排出流量。所述固體源區，例如貯存器，還可以包括氣動輔助設備以便于固體密相流流入除氣區中。盡管本發明的目的不需要，但是可以在固體源區，例如貯存器，與固體除氣區之間的一個或多個位置添加閥，例如隔離閥，以輔助將該系統的用于清潔和維修目的的部件隔離。此外，在固體源區中可以設置通氣口用于幫助調節從貯存器流出的固體流量。貯存器一般保持在大氣壓下或大氣壓附近。貯存器可以被從惰性氣體源惰性化(例如用氮氣或N2)或者保持非惰性化的，這取決于其中的細小固體的可燃性。貯存器出口連接到固體除氣區。從固體源向收集和存儲貯存器供應固體，比如研磨成粉的煤。所述貯存器具有提供的流態化氣體以在貯存器內將固體流態化以維持密相流通過出口并進入固體除氣區中。所述貯存器可以在其頂部附近具有一個或多個通氣入口。可以通過任何公知的方法從固體源對貯存器進行填充，包括但不局限于重力、帶式送料器或旋轉式送料泵等。固體源區可以具有單個貯存器，其接收研磨成粉的煤形式的固體。煤源可以包括從諸如袋濾室和吸塵器之類的源回收的研磨成粉的煤。煤源還可以包括諸如來自于粉碎機或破碎機的研磨成粉的煤的主要來源。圖5是Geldart粉末分類的圖形表示。例如見Geldart, D, PowderTechnology, 7，285-292 (1973)。參見圖5，標記“A”包括具有顯著的除氣時間的暴露在空氣中的材料(Umb>Umf)，比如研磨成粉的干煤、FCC催化劑等。標記“B”包括在Umf (Umb = Umf)以上起泡的材料，比如500微米的沙子等。標記“C”包括有黏著力的材料，比如面粉、飛塵等。標記“D”包括可噴射的材料，比如小麥、2000微米的聚乙烯小球等。該圖在環境條件下適用。在本發明中，有用的固體一般落入圖5中的標示為“A”和“C”的區域內，因此若沒有附加的通氣則不承受流態化流動。圖6示出了每單元長度壓力下降與氣體速度之間的關系的圖示。示出了填充層區域、流態化非起泡區域Umf和流態化起泡區域Umb。對于依靠待工作的微粒(顆粒)材料的物理特性的固體輸送泵，固體的狀態必須在填充層區域內。固體源區可以與固體除氣區分開構造，在該種情況下，固體源區和通向固體除氣區的入口管道可以通過任何合適的方式連接，比如焊接、可連接的法蘭、螺栓連接器等。替代性地，固體源區和通向固體除氣區的入口管道可以成型為整體結構。固體除氣區與固體源區和固體泵送區流動聯通。固體除氣區由一容器組成，所述容器具有由至少兩個彼此相對的傾斜壁限定的通道，或者固體除氣區的形狀可以是圓錐形的或圓柱形的。固體除氣區可以操作成對固體除氣并將固體輸送到固體泵送區。重要的是，在固體除氣區中，固體在進入固體泵送區之前和進入固體泵送區時被足夠壓緊以通過固體泵送區被有效地輸送。可以對通過固體除氣區運動的微粒材料，例如研磨成粉的干煤，除氣到非常低的水平，最好在流態化閾值之下。所述固體除氣區能夠被調節壓力并且可以在關 于固體源區(例如貯存器)的底部壓力是正壓或負壓下操作。固體除氣區設計標準是基于要從進料斗到泵入口輸送的微粒(顆粒)材料的特性。除氣區的主要功能是要提供過渡區，在該過渡區中，實現對通過氣動輸送的膨脹的微粒(顆粒)材料進行除氣以達到適合于供應到泵的密集狀態。在圖8中示出了這種除氣區的錐形幾何形狀的示例。如圖8中所示，錐形除氣區的開口直徑Da，是由材料的除氣速度、所需的質量流流速以及空隙度(希望是與最小流態化相關的空隙度，emf)限定的。錐的外徑D。由泵的進料入口的尺寸設定。除氣區的其他特性，比如錐的高度H和錐角基于微粒(顆粒)材料的輸送標準和特性確定。除氣區應該設計成進行合適微粒(顆粒)材料的合適的除氣和壓實，同時防止由于微粒(顆粒)材料的摩擦特性而導致的滯流或堵塞。參見圖8，選擇合適的除氣區高度H和錐壁角a是重要的以能夠實現穩定的狀態除氣、壓緊以及給泵的供給流。需要著重指出的是這里假設顆粒比出口直徑D。小的多。還假設粘附性是可忽略的。這兩個假設對于泵送操作也是適用的。眾所周知，存儲在儲存斗或筒倉(有時是圓柱形)的微粒(顆粒)材料對側壁施加摩擦應力。見 Nedderman, R. M. , Statics and Kinematics of Granular Material,pp. 47-126,1992,劍橋劍橋大學出版社；Sperl, M. , Experments on corn pressure insilo cells-translation and comment of Janssen’ s paper from 1895, GranularMatter, 2006，8 (2)，pp. 59-65 ;它們的內容通過引用結合入本文。由于這種現象，微粒(顆粒)材料柱的重量不僅由容器的底部承載，而且也由豎直側壁承載。雖然流體柱的壓力眾所周知在流體靜力學中是可改變的，壓力隨著距離頂部的深度線性增加，但是與側壁相互摩擦作用的微粒(顆粒)材料柱中的壓力易于隨著高度達到飽和(紅線)，如圖9中所示。在曲線最先變成豎直的點上，固體的重量傳遞到豎直壁，形成了塞緊，將固體摩擦地支撐在該點上方。微粒(顆粒)材料將它們的重量與側壁達到摩擦平衡的趨勢影響將它們從諸如圖7和8中示出的那些幾何形狀中排出的能力。由微粒(顆粒)材料的內部摩擦角< 、材料的壁摩擦角(Pwall、材料密度Pp、空隙度e和圓柱直徑D決定的在豎直方向上的應力與深度z (在圓柱的頂部z = 0)之間的關系限定了關鍵的聞度z。,在該關鍵的聞度上方將形成穩定的塞緊。如下的方程2A定義了對于基本是圓柱形的除氣區的運行狀態K = I下由固體特性印，all，P p和e決定的該關鍵聞度zcI - A-sin (pQos(m + K(p,,)~t = —-----方程 2A)
/) 4 tan (pm!；i (I + A-sin cpcos{m + K<p^.,))其中.Sinm = sm^walt
sin (p基本是圓錐形的除氣區的最大高寬比(H_/D。)由如下方程確定
H irv. 2.5(1 - ^sin r/ cos(fjr + K(p,,))—f^ = -——(、、(方程 2B)
IK 4 tan (p,..al,(\ + K-sm (pcosini + tap'—、、其中sing7=—
sm (p其中Hniax是最大高度，D。是除氣區出口表面的特征尺寸，是微粒(顆粒)材料的內部摩擦角，f wall是微粒(顆粒)材料的壁摩擦角，K = I是固體的運行狀態。優選地，對于基本是圓錐形的除氣區，Hmax/D。應該小于或等于大約2. 5*zc/D (正如方程2B中示出的)。在一個最優選的實施方式中，對于基本是圓錐形的除氣區，H_/D。小于或等于大約I. 0*Zc;/D。類似地，對于基本是矩形形狀的除氣區，如下的方程3A定義了對于基本是矩形的除氣區的運行狀態K = I下由固體特性中，Pp，正如由圖I中示出的除氣區的寬度那樣定義的W，固體輸送泵入口間隙“G”和e決足的該關鍵高度
zr.W7卩一灰-sin (pcos(m + Kcp. )1- =資I -TT—~方程 3A)
Cr 2 (ft + (j) tan \ + a: sin ^cos(^r + ))
^ , sin其中smGT = ——
sinp基本是矩形的除氣區的最大高寬比(H_/G)由如下方程確定
—2.5妒(I - Arsin爐cos(故 + iap'.'dl))~7\ :/G■(方f王 3B)
(I 2{IV + G)tan(pwjij(\ 十 /csm(/ cos(qj 十 K(p'xoii;)其中simir =
SMlp
其中Hniax是最大高度，G是正如在這里定義為在通向固體輸送泵的入口處相對的泵運動壁之間的尺寸的間隙尺寸，W是定義為如圖I中所示的除氣區的寬度，Cf)是微粒(顆粒)材料的內部摩擦角，fwall是微粒(顆粒)材料的壁摩擦角，K = I是固體的運行狀態。優選地，對于基本是矩形的除氣區，Hmax/G應該小于或等于大約2. 5*zc/G (正如方程2B中示出的)。在一個最優選的實施方式中，對于基本是矩形的除氣區，H_/G小于或等于大約
I.0*zc/G。上面提到的Nedderman指出在大致2. 5zc的深度處豎直應力將達到其飽和值的90%。這對堵塞成為問題之前可以形成多高的材料柱有影響。如果給定高度處的應力已經達到其飽和值，那意味著在該位置處的材料最可能維持甚至比其上方的材料的重量更大的應力(因此塞住)。結果，豎直圓柱區的高寬比應該優選地不超過2. 5Ze/D，更優選地不超過
zc/D。
上面的計算呈現了諸如圖9中示出的那種情況的完全豎直壁的極端情況。通氣區的設計包括圓錐，其中壁關于豎直方向具有一角度a。如果最大高度Hmax(具有作為直徑的D。)嚴格遵循上面的標準，那由下面的方程4定義的錐壁角由方程2A中的標準設定，除氣所需的直SDa由方程IB定義。a =TarT1 ((Da-D0) /2Hmax)(方程 4)對于圖7，基本是矩形除氣區的壁角由如下的方程5定義。S=Tarr1(IVHmax)(方程 5)在{() = 30°,(|)waii = 25°,Da = 0.6米和D。= 0. 3米的圓錐形除氣區示例中，方程
4得出大約22°的錐角。該圓錐的高度是0.35米。結果在圖10中示出了從方程4得出的應力曲線。以圓柱形除氣區的最大高度標準的計算為基礎的圓錐形除氣區的框架設計標準導致了超出圓柱形除氣區的設計極限的應力曲線。圓柱區標準是應力僅達到其飽和值的90%的高寬比。可以選擇更嚴格的標準，其用除了 2. 5之外的某一個乘積因子來換算z。。這會影響為圓錐形除氣區設定新錐角的方程2B。當微粒材料通過固體除氣區向下運動時，微粒材料除氣并壓緊到一定程度。結果，微粒材料在靠近固體泵送區的入口端口的位置上達到一定程度的除氣和壓緊并且在靠近入口端口的固體泵送區元件之間形成相對堅實的應力傳送顆粒接觸橋。因此，在固體泵送區元件之間有效地控制合適壓緊的微粒材料并使其在固體泵送區元件之間運動而在微粒材料與固體泵送區的內表面之間沒有顯著的滑動。除氣區配置成將細小微粒材料輸送到固體泵送區的入口端口以在輸送期間對該微粒材料除氣。該結構可以是能夠輸送微粒材料并對其除氣的任何傾斜壁容器。例如，該容器可以具有一個連續的傾斜壁，該傾斜壁在從入口向出口的縱向方向上集中，限定了通道，并關于豎直平面形成一角度，即圓錐形的容器。替代性地，所述容器可以具有第一傾斜壁和第二傾斜壁，它們彼此相對并且在從入口向出口的縱向方向上集中，限定了通道，每個關于豎直平面形成一角度。所述固體除氣區可以進一步包括螺釘或其他有助益的位移裝置。除氣器排出的氣體可以排到大氣和/或可以通過排風扇導出。替代性地，來自于除氣器的氣體可以返回到貯存器中。正如上面討論的，固體除氣區中的壓力不需要比大氣壓力低，但是需要在固體除氣區中除掉的氣體排出到比固體源區低的壓力。
圖11示出了用于輸送研磨成粉的干煤的包括固體除氣區和固體泵送區的固體供應系統。圖11中繪出的固體供應系統與圖I中繪出的固體供應系統基本相同，除了添加了桿、條或板形式的豎直表面并且向它們施加了振動之外。圖11中繪出的固體供應系統包括通過添加可以振動的桿、條或板37a形式的豎直表面來促進除氣并防止堵塞的裝置。振動可以使用振動器35a施加。該固體供應系統還可以使用氣動源，用于在將要在除氣器內部促進材料的除氣的除氣器殼體內部施加氣動脈沖。使用豎直表面結合振動或者在除氣器殼體內部使用氣動脈沖的效果是要明顯增加的除氣速度，方程IA和IB中的UdA。然后可以以比單獨使用重力裝置獲得的速度更高的速度將固體輸送到固體泵送區。固體除氣區和固體泵送區與上面圖I描述的一樣。在傾斜壁和重力的輔助下微粒材料通過固體除氣區向下運動逐漸脫氣。微粒材料在臨近通向固體泵送區的入口端口處達到一定的緊密程度并且在臨近入口端口的固體泵送區元件之間形成了相對堅實的應力傳送顆粒接觸橋。因此，微粒材料被有效地輸送到輸送槽中并且由固體輸送泵的運動驅動，而在微粒材料與固體輸送泵的內部表面之間沒有顯著的滑動。可以對通過固體除氣區運動的微粒材料除氣到非常低的水平，在流態化閾值之下。 微粒材料在固體除氣區內除氣并達到合適的緊密程度的能力部分取決于微粒材料的密度、體積模量和內部摩擦角。固體除氣區的長度和/或高度以及微粒材料自由表面區域是由微粒材料除氣的能力和獲得這種合適緊密程度所需的時間確定的。不同的微粒材料將以不同的速率除氣。因此，所需的固體除氣區的長度和微粒材料自由表面區域設計成實現對固體除氣區要輸送的特殊材料的足夠除氣。微粒材料的除氣所需的時間也受微粒材料與固體除氣區的內壁之間的摩擦影響。內表面可以由低摩擦材料制成或者涂敷低摩擦材料(例如聚四氟乙烯或其他超高分子重量材料或者具有15至30微英寸的表面粗糙度(Ra)的拋光金屬)以減小微粒材料與固體除氣區的內表面之間的摩擦。本發明的優點例如包括移除了除氣所需的任何延遲時間并改進了泵送料速率的一致性。本發明的其他優點包括提高了泵效率。所述除氣區一般操作成從固體流去除空氣并控制向固體泵送區的進料速率。固體除氣區可以與固體泵送區分開構造，在該種情況下，固體除氣區和通向固體泵送區的入口管道可以通過任何合適的方式連接，比如焊接、可連接的法蘭、螺栓連接器等。替代性地，固體除氣區和通向固體泵送區的入口管道可以成型為整體結構。固體泵送區與固體除氣區流動聯通。固體泵送區包括可操作成將固體輸送到一設備(例如氣化處理設備、增壓的研磨成粉的煤燃燒蒸汽鍋爐或需要適用于Geldart分類“A”或“C”型材料的送料系統的處理設備)的固體輸送泵。本文中，有用的固體泵，例如可變速度的高壓固體輸送泵可以計量進入設備或流到分配容器的固體流量，并且增加來自于大氣壓力的壓力。用于對設備供應或用于填充高壓分配容器的該系統可以連續地操作并且泵的速度可以控制以便于可以保持固體幾乎恒定的水平。泵能夠至少象使用的固體或排放以便備用的固體一樣快地向設備或分配容器提供固體。固體輸送泵可以直接排到高壓管路中用于流態化并輸送到諸如氣化處理設備、增壓的研磨成粉的煤燃燒蒸汽鍋爐或需要適用于Geldart分類“A”或“C”型材料的送料系統的處理設備之類的設備。可以在固體泵送區與設備或分配容器之間的一個或多個點處添加閥，例如隔離閥，以輔助將該系統的用于清潔和維修目的的部件減壓和隔離。此外，在分配容器上可以設置通氣口以便輔助容器的壓力調節并且幫助調節從分配容器流出的固體流量。在一個實施方式中，可以平行于第一泵添加附加的固體輸送泵以對相同的設備或分配容器或者其他的設備或分配容器進行供應。不同的固體輸送泵、設備和分配容器不必要具有相同的容積要求，它們的填充水平可以彼此獨立地保持。以比貯存器中更高的壓力離開固體輸送泵出口的計量好的增壓固體被輸送到一設備或增壓分配容器。固體輸送泵可以由控制系統控制，所述控制系統可以基于來自于所述設備的信號或者由測壓元件或高度傳感器提供的表示分配容器的重量的信號來改變驅動固體輸送泵的電動機的速度。所述控制系統可以向電動機提供控制信號。還可以基于處理狀態，比如發生在氣化處理過程中的狀態，向控制系統提供來自于其它系統的手動(經由操作人員的)或自動控制信號。可以向遠程位置提供系統數據信號以通知操作人員運行狀 態。本發明還包括一種配置，這種配置包含在單個貯存器與單個設備或增壓分配容器之間并聯的兩個或多個固體輸送泵。這種配置實現了更大的容量或在泵故障情況下的冗余。本發明還包括一種配置，這種配置包含串聯的兩個或多個固體輸送泵，適用于一個固體輸送泵不能獲得該系統所需的壓力增加的情況。串聯的固體輸送泵是串級配置，每個以更高的壓力向下一個固體輸送泵傳送細小固體。在本發明中，有用的示例性干煤噴出泵包括例如帶(牽引器)式泵、皮輥泵和旋轉式泵，比如在美國專利號7，387，197B2,5, 497，873，4，988，239和4，516，674以及美國專利申請公報號2006/0243583A1和2009/0178336A1中描述的，它們的全文通過引用結合入本文。例如在美國專利號7，387，197B2中描述了在本發明中有用的示例性帶(牽引器)式泵。一種優選的帶(牽引器)式泵包括由第一帶組件和第二帶組件限定的通道，其中第一帶組件和第二帶組件每個具有內部區，其中第一帶組件和第二帶組件彼此相對；用于將微粒材料，例如研磨成粉的干煤，引入所述通道中的入口 ；用于從所述通道排出微粒材料出口 ；定位在第一帶組件的內部區內的第一負載梁；定位在第二帶組件的內部區內的第二負載梁；靠近所述通道和所述出口定位的第一刮板密封件和第二刮板密封件；定位在第一帶組件的內部區內的第一驅動器組件，用于驅動第一帶組件；定位在第二帶組件的內部區內的第二驅動器組件，用于驅動第二帶組件。根據本發明，微粒材料從除氣區進入帶(牽引器)式泵入口，所述微粒材料被足夠壓緊以形成由壓緊的微粒材料組成的暫時的固體或橋，所述暫時的固體或橋使帶(牽引器)式泵在微粒材料中形成落差或壓力并通過帶(牽引器)式泵有效地輸送微粒材料。例如在美國專利申請公報號2006/0243583A1中描述了在本發明中有用的示例性的皮輥泵。一種優選的皮輥泵包括泵，其具有操作成接受微粒材料的入口 ；操作成使微粒材料增壓的滾子系統，所述滾子系統包括臨近所述入口的第一運動滾子，該第一運動滾子操作成將微粒材料增壓到第一壓力水平；臨近所述入口并且在橫向上移開第一運動滾子一段距離的第二運動滾子，該第二運動滾子接收具有第一壓力水平的微粒材料并且將該微粒材料進一步增壓到第二壓力水平；臨近所述滾子系統的出口，所述出口操作成以高壓將微粒材料分配到一設備。根據本發明，微粒材料從除氣區進入皮輥泵入口，所述微粒材料被足夠壓緊以形成由壓緊的微粒材料組成的暫時的固體或橋，所述暫時的固體或橋使皮輥泵在微粒材料中形成落差或壓力并通過皮輥泵有效地輸送微粒材料。例如在美國專利號5，497，873，4，988，239和4，516，674以及美國專利申請公報號2009/0178336A1中描述了在本發明中有用的旋轉式泵。一種優選的旋轉式泵包括具有可運動壁結構的泵，所述可運動壁結構限定了輸送通道并且具有用于接收微粒材料，例如研磨成粉的干煤進入所述通道的入口以及用于從所述通道噴出微粒材料的出口，其中所述可運動壁結構限定了至少一個可在從所述入口向所述出口的方向上運動的壁，以便將朝向所述出口的力施加在從所述入口進入的微粒材料上。將會意識到的是可以使用傳統的設備來執行固體供應系統的各種功能，比如監視和自動調節固體的流量以便于其可以完全自動地以有效的方式連續運行。這里描述的固體供應系統可以由控制系統控制。所述控制系統可以控制固體源 區、固體除氣區和固體泵送區的操作。示例性的操作包括控制整個固體供應系統的微粒材料流速、固體除氣區中泵馬達的速度等。例如，在固體泵送區中，可以由控制系統控制一個或多個固體輸送泵，所述控制系統基于來自于設備的信號，例如由測壓元件或高度傳感器提供的表示分配容器重量的信號，可以改變驅動每個固體輸送泵的電動機的速度。該控制系統可以向每個電動機提供控制信號。還可以基于處理狀態，比如發生在氣化處理過程中的狀態，向控制系統提供來自于其它系統的手動(經由操作人員的)或自動控制信號。還可以向遠程位置提供系統數據信號以向操作人員提供系統狀態信息。對于本領域技術人員來說本發明的各種修改和變型是顯而易見的，應該理解的是這些修改和變型要包括在本申請的范圍和權利要求的精髓和范圍內。雖然我們已經示出并描述了根據我們的發明的多個實施方式，但是應該清楚理解的是對于本領域技術人員來說許多改變是顯而易見的。因此我們不希望局限于所示出的和描述的細節而是顯示出了在所附權利要求范圍內的所有改變和修改。
權利要求
1.一種固體供應系統，包括 (i)固體除氣區，和 (ii)固體泵送區； 其中所述固體除氣區與固體泵送區流動聯通；所述固體除氣區包括容器，所述容器具有由一個或多個傾斜壁限定的通道；用于將固體引入所述通道中的入口 ；用于從所述通道將固體分配到所述固體泵送區中的出口 ；其中所述一個或多個傾斜壁在從所述入口向所述出口的縱向方向上收斂，相對于豎直平面形成壁角；所述固體除氣區可操作成對固體除氣并借助于重力將固體輸送到所述固體泵送區，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以被有效地輸送通過所述固體泵送區；所述固體除氣區流體連接到具有比所述固體除氣區更低壓力的區域，其中所述固體中的至少一部分流態化氣體被從所述固體除氣區抽出；以及 其中所述固體泵送區包括可操作成將所述固體輸送到一設備的固體輸送泵。
2.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或在進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以形成由壓緊的微粒材料組成的暫時的固體或橋，所述暫時的固體或橋使所述固體輸送泵在微粒材料中形成落差或壓力并通過所述固體輸送泵有效地輸送微粒材料。
3.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述容器具有足以對固體除氣并借助于重力將固體輸送到所述固體泵送區的壁角、高度和微粒材料自由表面區域，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以被有效地輸送通過所述固體泵送區。
4.根據權利要求3所述的固體供應系統，其中所述壁角為從大約5度到大約85度，所述容器的從入口到出口的高度為從大約0. Im到大約3m，所述容器的微粒材料自由表面區域為從大約0. Im2到大約10m2。
5.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述容器具有基本是矩形的形狀，并且具有由以下方程確定的最大高寬比(Hmax/G)
6.根據權利要求5所述的固體供應系統，其中所述壁角等于由以下方程確定的0 .0 =TarT1 (L/Hmax) 其中L是除氣區入口的特征尺寸，Hmax是最大高度；其中L為從大約0. 5*Lmin到大約I.5*Lmin，其中Lmin由以下方程確定 Lmin = Ms/(2 P ) (W) (UdA) 其中Ms是固體的向下質量流量，P是除氣區中固體的流動密度，W是除氣區的寬度，UdA是固體沉降或除氣速度。
7.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述容器具有基本是圓錐形的形狀，并且具有由以下方程確定的最大高寬比(Hmax/D。) = 2.5(1 - /csin (pcosim + Kip^aii)) 4 tan (I + a:sin (pcosim + Kipwatt)), sin mn 其中 MllfT =-— z、sin ￠9 其中Hmax是最大高度，D。是除氣區出口直徑的尺寸，是微粒(顆粒)材料的內部摩擦角，—wall是微粒(顆粒)材料的壁摩擦角，K = I是固體的運行狀態。
8.根據權利要求7所述的固體供應系統，其中所述壁角等于由以下方程確定的aa =TarT1 ((Da-Dtj)AHnJ 其中Da是除氣區入口直徑，D0是除氣區出口直徑，Hfflax是最大高度；其中Da是從大約O- 5*Da fflin到大約I. 5*Da min，其中Da fflin由以下方程確定Damin = [4*MS/(P) (UdA) (Ji)]0.5 其中Ms是固體的向下質量流量，P是除氣區中固體的流動密度，UdA是固體沉降或除氣速度。
9.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述容器包括(i)一個在從入口向出口的縱向方向上收斂的連續傾斜壁，限定了通道，并且相對于豎直平面形成了壁角，或者(ii)彼此相對的第一和第二傾斜壁，它們在從入口向出口的縱向方向上收斂，限定了通道，并且每個傾斜壁相對于豎直平面形成了壁角。
10.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述固體泵送區包括帶(牽引器)式泵、皮輥泵或旋轉式泵。
11.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述固體包括Geldart分類的“A”或“C”類材料。
12.根據權利要求11所述的固體供應系統，其中所述固體包括研磨成粉的干煤。
13.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述設備包括氣化處理設備、增壓的研磨成粉的煤的燃燒蒸汽鍋爐或需要適用于Geldart分類“A”或“C”類材料的送料系統的處理設備。
14.根據權利要求I所述的固體供應系統，還包括平行的多個固體源系統和/或平行的多個固體泵送系統。
15.根據權利要求I所述的固體供應系統，其中所述固體泵送區包括入口和出口，固體泵送區出口與固體泵送區入口之間的壓力差為從200到2000psig。
16.一種輸送固體的方法，包括 (i)提供固體除氣區和固體泵送區，其中所述固體除氣區與所述固體泵送區流動聯通；所述固體除氣區包括容器，所述容器具有由一個或多個傾斜壁限定的通道；用于將固體引入所述通道中的入口 ；用于從所述通道將固體分配到所述固體泵送區中的出口 ；其中所述一個或多個傾斜壁在從所述入口向所述出口的縱向方向上收斂，相對于豎直平面形成壁角；所述固體除氣區可操作成對所述固體除氣并借助于重力將所述固體輸送到所述固體泵送區；所述固體除氣區流體連接到具有比所述固體除氣區更低壓力的區域，其中所述固體中的至少一部分流態化氣體被從所述固體除氣區抽出；并且，所述固體泵送區包括可操作成輸送所述固體的固體輸送泵； (ii)在所述固體除氣區中對固體除氣，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以通過所述固體泵送區被有效地輸送； (iii)將所述固體泵送區中的固體泵送至一設備。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或在進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以形成由壓緊的微粒材料組成的暫時的固體或橋，所述暫時的固體或橋使所述固體輸送泵在微粒材料中形成落差或壓力并通過所述固體輸送泵有效地輸送微粒材料。
18.根據權利要求16所述的方法，其中所述容器具有足以對固體除氣并借助于重力將固體輸送到所述固體泵送區的壁角、高度和微粒材料自由表面區域，其中所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以被有效地輸送通過所述固體泵送區。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述壁角為從大約5度到大約85度，所述容器的從入口到出口的高度為從大約0. Im到大約3m，所述容器的微粒材料自由表面區域為從大約0. Im2到大約IOm2O
20.根據權利要求16所述的方法，其中所述容器具有基本是矩形的形狀，并且具有由以下方程確定的最大高寬比(H x/G)
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述壁角等于由以下方程確定的0 0 =TarT1 (L/Hmax) 其中L是除氣區入口的特征尺寸，Hmax是最大高度；其中L為從大約0. 5*Lmin到大約I.5*Lmin，其中Lmin由以下方程確定
22.根據權利要求16所述的方法，其中所述容器具有基本是圓錐形的形狀，并且具有由以下方程確定的最大高寬比(H x/D。)
23.根據權利要求22所述的方法，其中所述壁角等于由以下方程確定的a a =TarT1 ((Da-Dtj)AHnJ 其中Da是除氣區入口直徑，D0是除氣區出口直徑，Hfflax是最大高度；其中Da是從大約O- 5*Da fflin到大約I. 5*Da min，其中Da fflin由以下方程確定Damin = [4*MS/(P) (UdA) (Ji)]0.5 其中Ms是固體的向下質量流量，P是除氣區中固體的流動密度，UdA是固體沉降或除氣速度。
24.根據權利要求16所述的方法，其中所述容器包括(i) 一個在從入口向出口的縱向方向上收斂的連續傾斜壁，限定了通道，并且相對于豎直平面形成了壁角，或者(ii)彼此相對的第一和第二傾斜壁，它們在從入口向出口的縱向方向上收斂，限定了通道，并且每個傾斜壁相對于豎直平面形成了壁角。
25.根據權利要求16所述的方法，其中所述固體泵送區包括帶(牽引器)式泵、皮輥泵或旋轉式泵。
26.根據權利要求16所述的方法，其中所述固體包括Geldart分類的“A”或“C”類材料。
27.根據權利要求26所述的方法，其中所述固體包括研磨成粉的干煤。
全文摘要
一種固體供應系統，具有固體除氣區和固體泵送區，以及用于將固體(例如研磨成粉的干煤)供應到一設備(例如氣化處理設備)的方法。所述固體除氣區包括容器，所述容器具有由一個或多個傾斜壁限定的通道。所述固體除氣區可操作成對所述固體除氣并將所述固體輸送到所述固體泵送區。在固體除氣區中，所述固體在進入所述固體泵送區之前或進入所述固體泵送區時被足夠地壓緊以通過所述固體泵送區被有效地輸送。
文檔編號F23K1/00GK102753892SQ201080063838
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月15日
發明者J·R·比蘭伯格, J·W·福爾頓, M·F·雷特曼, R·P·戴沃利, S·W·邁爾 申請人:埃克森美孚研究工程公司