專利名稱：利用輻射源控制懸浮密度的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制固體粒子和氣體混合物在從一個容器輸送到至少一個用于將其噴入反應器的裝置時的懸浮密度的方法和裝置，其目的是使進入反應器的混合物的質量流速保持均勻恒定。詳細地說，本發明涉及一種控制送往燃氣發生器并將在燃氣發生器內停留約0.2秒的粉碎固體煤粒和氣體的燃料混合物的懸浮密度的方法和裝置，使該混合物的懸浮密度控制在約50～800公斤/米3的范圍內，最好為200～500公斤/米3。
利用固體的重力流動的常用煤進料系統，例如燒煤鍋爐的煤進料，允許煤的懸浮密度和質量流速(即固體的密度與速度的乘積)有較大的波動。
但是，進入煤的氣化反應器(以下簡稱燃氣發生器)內的燃燒器的煤的懸浮密度和質量流速的波動對燃氣發生器的作業產生不利的影響。例如，這種波動使燃料在燃氣發生器內的燃燒效率低并破壞燃燒器附近的反應區內通往燃燒器表面的熱流，結果在燃燒器表面產生熱應力。由于煤在反應器的反應區內的停留時間僅約為200毫秒或少于200毫秒(宜為80毫秒)，因此煤的懸浮密度和質量流速在這段時間或更短的時間內應保持恒定以保持局部條件恒定。
美國專利說明書第4，049，394號涉及使燃料和氣化劑在進入燃氣發生器時保持預定的體積比。但該專利并未涉及控制懸浮密度以使進入反應器的燃料和氣化劑的質量流速保持均勻恒定。
因此，本發明的目的在于控制煤的懸浮密度，使進入燃氣發生器的燃燒器的燃料混合物的質量流速在0.2秒或少于0.2秒這樣短的時間內保持均勻恒定。
因此，本發明涉及一種控制固體粒子和氣體混合物在從一個容器輸送到至少一個用于將其注入反應器的裝置的過程中的懸浮密度的方法，該方法的特點在于包括下列步驟配置至少一個輻射源以穿透上述所輸送的混合物的截面積;
在上述輻射源的相反方向配置至少一個輻射檢測器，以接收來自上述輻射源的輻射線，該輻射線中至少有一部分是通過上述混合物傳送的;
使輻射線從上述輻射源傳送到上述檢測器;
用上述檢測器接收輻射線，該檢測器包括使傳送來的輻射線轉化為測得所述混合物懸浮密度的信號的裝置;
將與測得的上述混合物的懸浮密度有關的信號傳送至一個用以將測得的懸浮密度與預選值進行比較的裝置;
將測得的懸浮密度與預選值進行比較;
調節所述混合物的懸浮密度使基本上達到預選值。
本發明還提供一種控制固體粒子和氣體混合物在從一個容器輸送到至少一個用于將其注入反應器的裝置的過程中的懸浮密度的裝置，該裝置的特點在于用以配置至少一個輻射源以穿透上述所輸送的混合物的截面積的裝置;
用以在上述輻射源的相反方向配置至少一個輻射檢測器以接收來自上述輻射源的輻射線(該輻射線中至少有一部分是通過上述混合物傳送的)的裝置;
用以使輻射線從上述輻射源傳送到上述檢測器的裝置;
用以使上述檢測器(該檢測器包括使被傳送的輻射轉化為測得所述混合物的懸浮密度信號的裝置)接收輻射線的裝置;
為了將與測得的上述混合物的懸浮密度有關的信號傳送至一個可以將測得的懸浮密度與預選值進行比較的裝置所采用的裝置;
用以將測得的懸浮密度與預選值進行比較的裝置;
用以調節所述混合物的懸浮密度使其基本上達到預選值的裝置。
在燃氣發生器中生成合成氣的方法是在氧或含氧氣體的存在下，在800～2000℃高溫和1～200巴的壓力下使有機或含碳燃料進行部分燃燒。含氧氣體包括空氣，富氧空氣和隨意用蒸汽、二氧化碳和(或)氮稀釋的氧。
在本發明中，燃料和氣體的混合物是從一個最好有多個出口的進料容器裝置中卸出，每個出口至少與一個與燃氣發生器相連的燃燒器相通。一般，燃氣發生器的燃燒器配置在完全相反的方向。通常，燃燒器的出料端的位置應能將所產生的火焰和燃燒劑導入燃氣發生器。
在制造合成氣的過程中，粉碎的燃料粒子進入燃氣發生器內的燃燒器的均勻性特別重要，要使供入燃燒器的燃料的質量流速的波動盡量減少。如果粉碎的燃料粒子的質量流速發生波動，就會在燃氣發生器內在過熱區的附近產生欠熱區。結果在欠熱區內燃料氣化不完全，而在過熱區內燃料則完全轉化為價值較低的產物，即二氧化碳和水蒸汽。另外，燃氣發生器內的局部高溫會使通常用于燃氣發生器壁內表面的耐火襯損壞。
有多種因素會明顯地影響供入燃燒器的燃料的質量流速。特別是燃料從進料容器的卸出和燃料通過導管從進料容器氣動輸送至燃氣發生器這兩個因素對燃料的質量流速的影響最大。具體地說，懸浮密度為50～800公斤/米3的燃料和氣體的混合物通過直徑約小于40毫米的導管輸送時，由于多種影響(如摩擦損耗、限制、曲度等)的綜合，其在導管內的壓力明顯下降。
本發明以指示密度的裝置測定從進料容器和(或)通向燃氣發生器的輸送導管卸出的混合物的局部懸浮密度，以獨立地控制輸送到反應器的混合物的懸浮密度和質量流速，這樣做是有利的。
本發明的一個優點是控制煤和氣體混合物的懸浮密度，使進入反應器的混合物具有均勻、穩定的質量流速。
本發明的另一優點是能迅速檢測出煤的質量流速的變化，使氧或氧化劑的量可按其與進入燃氣發生器的煤的質量流速的比例及時得到調節，從而使氣化過程進行得更為有效和安全。
雖然下面對本發明所作的描述主要在粉碎的煤粒方面，但本發明的方法和裝置也適用于催化劑和其它細碎的可以部分燃燒的活性固體燃料，如褐煤、無煙煤、褐煙煤、煙灰、石油焦炭等。固體碳質燃料的大小最好是90%(重量)的燃料的粒子小于ASTM的6號篩孔。
下面通過實例并結合附圖對本發明作更詳細的描述，該示意圖系表示本發明的一種裝置的剖面圖。該圖屬生產流程圖，泵、壓縮機、凈化裝置等輔助設備均未在圖中示出。
圖中所示為一種用于控制粉碎固體粒子和氣體的混合物在由一容器(如進料斗10)出來經導管18氣動輸送至將其注入反應器16的裝置(如燃燒器17)的過程中的懸浮密度的裝置，包括進料斗10，并宜包括將氣體注入進料斗的下部。
氣體(如氮，二氧化碳或合成氣)可由氣體源12通過多孔材料14注入進料斗的下部，這樣可使氣體遍布在進料斗10下部的床層15的各處。
將氣體注入進料斗10的下部可使從進料斗10出來的混合物的出料流速均勻，并便于采用較小直徑(例如40毫米)的導管18，以保持導管18內的高速度(如10米/秒)，而這種高速度是使具有本發明所采用的懸浮密度的混合物進入燃氣發生器16的燃燒器17時的質量流速保持均勻所需要的。
至少有一種輻射源20(如
射線源)配置在氣體由氣體源12注入進料斗10下部位置的下游和燃燒器17的上游，使輻射線能穿透混合物的截面積。可采用一平行光管以減少檢測器22所接收的輻射線的散射從而提高光密度計在低懸浮密度情況下的靈敏度。
輻射源20宜配置在進料斗10的排出口21的附近，但要在氣體由氣體源12注入進料斗10的位置的下游，因為將氣體注入進料斗10的下部會使混合物的懸浮密度產生波動。
除了配置在進料斗10的排出口21附近的輻射源之外，還可在排出口21南掠蔚忌掌 7的上游處配置另一輻射源(未在圖中示出)。但如果輻射源和檢測器十分靠近來自氣體源30的注入氣體，那么由于上述原因就需要對懸浮密度加以校正。
在輻射源20的相反方向配置至少一個輻射檢測器/發送器22，以接收來自輻射源20并已穿透至少一部分混合物的輻射線。檢測器/發送器22包括將接收到的輻射線轉化為測得混合物的懸浮密度信號的裝置。要認識到，可采用技術上熟知的任何其它方法來進行這種檢測/發送。
將與測得的混合物的懸浮密度有關的信號由檢測器/發送器22傳送至一處理機一控制器25。
該處理機-控制器25將測得的懸浮密度與預選值進行比較。如果測得的懸浮密度大于預選值，可通過操縱流量控制閥27來提高來自氣體源12的氣體的注入速率以降低混合物的懸浮密度，從而使進入燃氣發生器的混合物的質量流速達到均勻、恒定。同樣，如果測得的懸浮密度小于預選值，可通過降低來自氣體源12的氣體的注入速率來提高混合物的懸浮密度，從而使進入燃氣發生器的混合物的質量流速達到均勻、恒定。
處理機-控制器25傳送信號(為便于說明，圖中用虛線26表示信號)以操縱閥27，使來自氣體源12的氣體的注入速率提高或降低。
另一種可供選用或增加的方法是通過處理機-控制器25傳送的信號29操縱流量控制閥28以將氣體從進料斗10放出。
雖然圖中示出的懸浮密度控制系統是其各獨立的部件，看起來是分散的，但熟悉本技術的專業人員都易于理解，這些部件可組成單一的設備，或另外使其最便于適應現有的特定的應用。此外，雖然所示的具體方案是采用電子的過程控制系統以控制懸浮密度，使送入燃氣發生器的煤的質量流速保持均勻恒定，但熟悉本技術的專業人員也會理解，實現本發明時，也可采用手動控制或氣動控制。
對本發明所作的上述描述僅僅是為了對本發明作些說明，所述的方法和裝置的細節在不偏離本發明的精神的情況下在所附的權利要求的范圍內還可有各種變化。
權利要求
1.一種控制粉碎固體粒子和氣體混合物在從一個容器輸送到至少一個用于將其注入反應器的裝置的過程中的懸浮密度的方法，該方法的特點在于包括下列步驟配置至少一個輻射源以穿透上述所輸送的混合物的截面積；在上述輻射源的相反方向配置至少一個輻射檢測器，以接收來自上述輻射源的輻射線，該輻射線中至少有一部分是通過上述混合物傳送的；使輻射線從上述輻射源傳送到上述檢測器，用上述檢測器接收輻射線，該檢測器包括使傳送來的輻射線轉化為測得所述混合物的懸浮密度的信號的裝置；將與測得的上述混合物的懸浮密度有關的信號傳送至一個用以將測得的懸浮密度與預選值進行比較的裝置；將測得的懸浮密度與預選值進行比較；調節所述混合物的懸浮密度使其基本上達到預選值。
2.權利要求1所述的方法，其特點在于將氣體注入所述容器的下部。
3.權利要求1或2所述的方法，其特點在于所述的輻射源配置在所述的氣體注入所述容器下部的位置的下游和將上述混合物注入上述反應器所用裝置的上游。
4.權利要求1～3中任一權利要求所述的方法，其特點在于減少所述檢測器所接收到的輻射線的散射。
5.權利要求1～4中任一權利要求所述的方法，其特點在于所述的調節混合物的密度包括調節注入所述容器下部的氣體的流速。
6.權利要求1～5中任一權利要求所述的方法，其特點在于將氣體從所述的容器中放出。
7.一種控制粉碎固體粒子和氣體混合物在從一個容器輸送到至少一個用于將其注入反應器的裝置的過程中的懸浮密度的裝置，其特點在于用以配置至少一個輻射源以穿透上述所輸送的混合物的截面積的裝置;用以在上述輻射源的相反方向配置至少一個輻射檢測器以接收來自上述輻射源的輻射線(該輻射線中至少有一部分是通過混合物傳送的)的裝置;用以使輻射線從上述輻射源傳送到上述檢測器的裝置;用以使上述檢測器(該檢測器包括使被傳送的輻射線轉化為測得所述混合物的懸浮密度的信號的裝置)接收輻射線的裝置;為了將與測得的上述混合物的懸浮密度有關的信號傳送至一個可以將測得的懸浮密度與預選值進行比較的裝置所采用的裝置;用以將測得的懸浮密度與預選值進行比較的裝置;用以調節所述混合物的懸浮密度使其基本上達到預選值的裝置。
8.權利要求7所述的裝置，其特點在于將氣體注入所述容器的下部所采用的裝置。
9.權利要求8或9所述的裝置，其特點在于所述的輻射源配置在所述的氣體注入所述容器下部的位置的下游和將上述混合物注入上述反應器所用的裝置的上游。
10.權利要求7～9中任一權利要求所述的裝置，其特點在于減少所述的檢測器所接收到的輻射線的散射所采用的裝置。
11.權利要求7～10中任一權利要求所述的裝置，其特點在于調節該混合物的密度所采用的裝置包括調節注入所述容器下部的氣體的流速所采用的裝置。
12.權利要求7～11中任一權利要求所述的裝置，其特點在于將氣體從所述的容器中放出所采用的裝置。
全文摘要
一種利用輻射源和輻射檢測器直接控制輸送到反應器的粉碎固體粒子和氣體的混合物的懸浮密度和間接控制該混合物的質量流速的方法和裝置。
文檔編號G01F1/74GK1032496SQ8810671
公開日1989年4月26日 申請日期1988年9月16日 優先權日1987年9月18日
發明者托馬斯·沙溫·戴維茨 申請人:國際殼牌研究有限公司