CN101080355B - 用于输送固体颗粒材料的管件 - Google Patents

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Abstract

一种用于输送固体颗粒材料的管件(100)，包括一外部管状元件(1)，该外部管状元件沿纵轴线(A)延伸并且具有彼此轴向偏离的第一部分(9)和第二部分(12)。一内部管状元件(20)可设置在所述外部管状元件(1)内部，并且适于从一端向另一端纵向输送固体颗粒材料。内部管状元件(20)包括可透过充气流体的壁部分(23)，并且与所述第一和第二部分(9，12)密封连接并由其柔性支撑，从而形成位于所述第一和第二部分(9，12)与内部管状元件(20)和外部管状元件(1)之间的充气流体分布腔(40)。充气流体分布腔(40)具有充气流体入口(15)，从而界定从所述充气流体入口(15)经由充气流体分布腔(40)穿过可透过充气流体的壁部分(23)的充气流体流动路径(19)。

Description

用于输送固体颗粒材料的管件
技术领域
本发明涉及用于输送固体颗粒材料的管件。
背景技术
US 6,227,768，DE 12,69,571和WO 2004/087331中描述了适于在低压到适度压力(即，高达15bar左右)下输送固体颗粒材料的管件实例。
公开于US6,227,768中的管件包括内管道，该内管道适于将颗粒材料从管道的第一端输送到第二端并且具有可透气壁，该内管道纵向布置在具有防渗壁的外管道中。所述外管道在第一和第二端内设置有向内突出的密封支撑环，其中所述内管道刚性固定到所述外管道上，使得气体分布腔位于所述外管道、内管道和向内突出的密封支撑环之间。压缩气体吸入喷嘴横穿外管道，并且气体压力源连接到气体吸入喷嘴上，所述气体吸入喷嘴将气体输送到气体分布腔并穿过可透气壁。
US 6,227,768中公开的管件可在以较合适的温度和压力输送例如粉末的固体颗粒负载的管路系统中使用。这种管路系统例如可以设置在用于颗粒材料的储料仓或贮槽的下游。
在操作中，外部气体压力横穿可透气内管道以辅助输送固有或夹带的颗粒材料。
US 6,227,768所公开管件的问题在于，当它与其他管路充分紧密地连接以承受升高的压力和/或温度时，可以预料的是，内管道将在由连接导致的机械负载下损坏。
取决于所用材料，由内外管道之间的热膨胀差导致的轴向负载可能导致内管道损坏。
当管件在一管路系统中使用，其中该管路系统用于在煤气化站输送碎煤和飞灰时，上述问题变得更加明显。煤气化在本领域中公知并且包括固体颗粒含碳材料，例如煤、石油焦炭和生物燃料的部分燃烧。部分燃烧过程通常在高温高压下进行，所述高压可以高至80，或高至100bar。因此，管路系统必须适于承受高温和/或高压。
已知管件的另一缺陷是内管道的更换非常麻烦。
已知管件的又一缺陷是只能从一侧检查内管道。
发明内容
本发明的目的是使上述一项或多项缺陷最小化。
本发明的另一目的在于提供能够承受高温和/或高压的可换管件。
本发明通过提供在高压下输送固体颗粒材料的管件而实现一项或多项上述或其他目的，所述管件至少包括：
外部管状元件，该外部管状元件沿纵向轴线延伸并且具有相对于彼此轴向偏离的第一部分和第二部分；
内部管状元件，该内部管状元件设置在所述外部管状元件内部，适于从一端向另一端输送固体颗粒材料并且包括可透过充气流体的壁部分；
其中所述内部管状元件与所述第一和第二部分密封连接，从而在所述第一和第二部分以及内外管状元件之间形成充气流体分布腔，该充气流体分布腔具有充气流体入口以限定从充气流体入口经由充气流体分布腔穿过可透过充气流体的壁部分的充气流体流动路径；并且
其中，所述内部管状元件由所述第一和第二部分两者柔性支撑。
本发明管件的重要优点在于，内部管状元件经由外部管状元件承受的机械负载降低。如果通过外部管状元件与其他管件进行连接的话，由这种连接引起的作用力将使内部管状元件承受(与刚性支撑的内部管状元件的情况相比)更小的负载。
本发明的另一优点在于，所述管件适于在高温和高达80bar或甚至100bar的压力下输送固体颗粒材料。
在特别优选的实施例中，内部管状元件与所述第一和第二部分两者轴向滑动地接合。
同时，由于对内部管状元件来说仍可能存在一些轴向间隙，因此内部管状元件的轴向负载大大降低。
本发明的该特定实施例的另一优点在于，内部管状元件可以容易地更换或取出，以便使其滑出外部管状元件进行检查。
另一方面，本发明提供了一种用于输送固体颗粒材料的管路系统，所述管路系统包括至少一个根据本发明的管件。
在另一方面，本发明提供了根据本发明的管件的使用，用于在煤气化系统中输送固体颗粒材料。
在另一方面，本发明提供了一种用于固体颗粒材料气化的系统，该系统至少包括：
-固体颗粒材料源；
-气化反应器，在该气化反应器中固体颗粒材料可以部分地氧化；
-管道系统，该管道系统用于将固体颗粒材料从固体颗粒材料源输送到气化反应器中；
其中，所述管道系统包括至少一个根据本发明的管件。
附图说明
本发明将参照非限制性的附图在下文进行更详细的说明和举例说明，其中：
图1示意性地显示了第一实施例中管件外部管状元件的横截面视图；
图2示意性地显示了与图1所示外部管状元件相配合的内部管状元件的横截面视图；
图3示意性地显示了该管件的横截面视图，其中图1和2所示的外部和内部管状元件装配在一起；
图4示意性地显示了具有端部法兰的图3所示管件的横截面视图；
图5示意性地显示了第二实施例中已装配管件的横截面视图；
图6示意性地显示了第三实施例中已装配管件的横截面视图；和
图7示意性地显示了图3所示管件在煤气化系统中的应用。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记表示相似的部件。
参考图1，其示意性地显示了沿纵轴线A延伸的外部管状元件1。外部管状元件1在其第一和第二端上具有向外伸出的第一连接法兰3和6。出于绘图目的，外部管状元件1表示为单个部件，但实际上，通常的做法是将法兰焊接到直管件上。
在第一和第二端附近，第一和第二部分9、12分别形成有圆柱形内壁。第一和第二部分9、12彼此轴向偏离，充气流体入口15横穿外部管状元件1位于第一端和第二端之间的壁部。入口15连接到法兰17上，以便流体连接到加压充气流体源上。
图2显示了可以设置在外部管状元件1中的内部管状元件20。内部管状元件20适于使固体颗粒穿过内部通道10，沿纵轴线A从一端向另一端输送。内部管状元件20包括可透过充气流体的壁部分23，该可透过充气流体的壁部分可使加压充气流体透过，而不使要输送的固体颗粒材料透过。
在该实施例中，可透过充气流体的壁部分23完全由渗透性材料制成。还可以使内部管状元件20由带孔壁制成，该带孔壁本身为非渗透性的，凭此穿孔形成可透过充气流体的壁部分。
渗透性材料的实例包括多孔树脂、烧结金属、烧结金属氧化物、烧结玻璃。在图2所示实施例中，烧结金属以烧结不锈钢的形式使用，所述烧结不锈钢由GKN Sinter Metals GmbH，Dahlienstrasse 43，D-42477 Radevormwald，Germany预先制成。
孔径应当大至足以使气体通过，但小至足以防止固体颗粒进入充气流体分布腔或阻塞小孔。根据要传送的特定固态材料的尺寸分布，适当孔径可以为1-50μm，或优选地为1-20μm。为了输送煤粉和飞灰，孔径为7-14μm，优选地，10μm的平均孔径具有令人满意的通气效果。后者由预制不锈钢烧结金属制成，该金属型号为SIKA-R5AX，由如上所述的GKN Sinter Metals GmbH生产。
在内部管状元件端部附近，内部管状元件20设置有通过接头35、37固定到可透过充气流体的壁部分23上的密封环29、32。接头35、37可以是焊接接头。密封环29、32在其外周壁上分别设置有圆周槽，O形密封环36、38位于所述圆周槽中。
图2所示内部管状元件20适于与图1所示外部管状元件1配合，从而形成管通气装置100。现在参考图3，该图显示了处于装配状态的管通气装置100，内部管状元件20相对于外部管状元件1纵向滑动并滑入其中。O形密封环36、38与外部管状元件1的第一和第二部分9、12密封接合，从而通过第一和第二部分9、12形成用于内部管状元件20的柔性支撑。
充气流体分布腔40由内部管状元件20和外部管状元件1与第一和第二部分9、12之间的环形空间形成。充气流体流动路径19界定为从充气流体入口15经由充气流体分布腔40穿过可透过充气流体的壁部分23。
由于柔性支撑的原因，从外部管状元件1传送向通常较易破损的内部管状元件20的机械负载不再占主要地位。尤其是由于相互纵向滑动接合的原因，施加在外部管状元件1上的轴向负载未传送给内部管状元件20。
承压管状元件可以由标准管件制成，不必进行特别地改造。这从压力容器规范的角度来说是有利的。
此外，内部管状元件20可以滑入外部管状元件1和从其中滑出，以便检查和/或保养和/或更换。
在操作中，例如煤粉或飞灰的固体颗粒材料通过内部通道10输送。同时，例如优选为氮气或其他惰性气体的加压充气流体通过充气流体入口15注入充气流体腔40。充气流体本身分布在分布腔40中并朝向通道10横穿可透过充气流体的壁部分23，从而辅助输送固有或夹带的固体颗粒。
图4示意性地显示了图3所示管通气装置的横截面视图，该通气装置具有可以通过螺栓连接到相应的向外伸出的第一连接法兰3、6上的第二连接法兰43、46，并且垫圈41、42位于所述第一和第二连接法兰之间。第二连接法兰43、46具有内孔，所述内孔与通道10对准并且优选具有相同的横截面轮廓和尺寸。
在第二连接法兰43、46和密封环29、32之间保持有小轴向空间45、48，以便在用螺栓紧固第一和第二连接法兰时至少允许垫圈41、42压缩。设置有用于内部管状元件20相对于外部管状元件1进行轴向运动的更多空间，以免在使用极薄垫圈时拉紧内部管状元件20。可选的柔性隔离环可以设置在接头35、37和相应的第二连接法兰43、46之间，以免固体颗粒进入空间45和48。
管可以直接焊接到第二连接法兰43、46上，但是在图4显示的实施例中，所谓的焊颈法兰44、47螺栓连接到第二连接法兰43、46上。这种焊颈法兰通常焊接到管上(与第一连接法兰3、6焊接到管1上相同的方式)，从而提供管的较薄壁到厚法兰之间的逐渐过渡部。可选地，焊颈法兰44、47可以焊接到第二连接法兰43、46上。
图5示意性地显示了完全装配的管通气装置的第二实施例。在该实施例中，密封环29A、32A通过接头35A、37A固定连接到外部管状元件1的第一和第二部分9、12中。内部管状元件20A的外壁部分具有圆柱形外壁部分9A和12A。密封环29A、32A分别具有位于内向表面上的圆周槽，O形密封环36A、38A位于所述圆周槽中。在装配状态下，O形密封环与内部管状元件20A的圆柱形外壁部分9A和12A接合。
第二实施例的优点在于，由于密封环不构成内部管状元件20的一部分，所以作为可更换部件的内部管状元件20较之第一实施例更为便宜。
图6示意性地显示了完全装配的管通气装置100的第三实施例。该实施例是第一和第二实施例的组合，其中管通气装置100的一端具有与外部管状元件1中的第一部分的圆柱形内壁9滑动接合的密封环29和O形环36，并且管通气装置的另一端具有与内部管状元件20B的圆柱形外壁部分12A滑动接合的密封环32A和O形环38A。
在该实施例中，内部管状元件20B只能沿一个方向放入外部管状元件1中。这在下列情况下尤为有利，即可透过充气流体的壁部分中的微孔相对于纵向方向成角度地定向，使得横穿内部管状元件壁的充气流体具有可以辅助固体颗粒输送的纵向速度分量。由此，相对于微孔的随机定向的情况，通过速率可以增大。
图7示意性地显示了煤气化系统中用于辅助输送要气化煤颗粒的管件100。该系统200至少包括：待气化煤颗粒源210；气化反应器220，在该气化反应器220中将煤颗粒部分地氧化；管道系统230，该管道系统用于将煤从煤颗粒源210输送到气化反应器220中。
管道系统230包括至少一个位于煤颗粒源210和气化反应器220之间的管件100。
另外，图中显示了通过管线260将含氧流供应给气化反应器220的氧源250。
当煤颗粒在气化反应器220中部分燃烧以产生合成气体之后，煤渣通过管线270排出，并且合成气体通过管线280排出以(如果希望的话)进行进一步加工。
由于煤气化系统本身已知，在此不再对其进行进一步讨论。
本领域的技术人员容易理解的是，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，本发明可以在许多方面进行改进。

Claims (13)

1.一种用于在高压下输送固体颗粒材料的管件(100)，该管件(100)至少包括：
-外部管状元件(1)，该外部管状元件沿纵轴线(A)延伸并且具有彼此轴向偏离的第一部分(9)和第二部分(12)；
-内部管状元件(20)，该内部管状元件(20)设置在所述外部管状元件(1)内部，适于从一端向另一端输送固体颗粒材料并且包括可透过充气流体的壁部分(23)；
其中，所述内部管状元件(20)与所述第一和第二部分(9，12)密封连接以在所述第一和第二部分(9，12)和所述内部管状元件、外部管状元件(1，20)之间形成充气流体分布腔(40)，该充气流体分布腔(40)具有充气流体入口(15)以限定从所述充气流体入口(15)经由充气流体分布腔(40)穿过所述可透过充气流体的壁部分(23)的充气流体流动路径(19)；并且
其中，所述内部管状元件(20)由所述第一和第二部分(9，12)两者柔性支撑，且所述内部管状元件(20)布置成相对于外部管状元件(1)轴向滑动。
2.如权利要求1所述的管件(100)，其特征在于，所述第一和第二部分(9，12)中的至少一个具有圆柱形内壁，并且其中所述内部管状元件(20)具有与所述圆柱形内壁配合的至少一个密封装置。
3.如权利要求1所述的管件(100)，其特征在于，所述内部管状元件(20)具有圆柱形外壁部分，并且其中所述第一和第二部分(9，12)中的至少一个具有与所述圆柱形外壁部分相配合的至少一个密封装置。
4.如权利要求3所述的管件(100)，其特征在于，所述可透过充气流体的壁部分(23)包括小孔，所述小孔的孔径范围为0.1μm-200μm。
5.如权利要求4所述的管件(100)，其特征在于，所述小孔的孔径范围为1μm-100μm。
6.如权利要求5所述的管件(100)，其特征在于，所述小孔的孔径范围为1μm-50μm。
7.如权利要求6所述的管件(100)，其特征在于，所述小孔的孔径范围为1μm-20μm。
8.如权利要求7所述的管件(100)，其特征在于，所述小孔的孔径范围为7μm-14μm。
9.如权利要求1所述的管件(100)，其特征在于，所述管件(100)适于输送压力大于20bar的固体颗粒材料。
10.如权利要求9所述的管件(100)，其特征在于，所述管件(100)适于输送压力大于50bar的固体颗粒材料。
11.包括至少一个如在先权利要求1-10之一所述的管件(100)的一种管道系统(230)。
12.如在先权利要求1-10之一所述的管件(100)的使用，用于在固体颗粒材料气化系统(200)中输送固体颗粒材料。
13.一种用于固体颗粒材料气化的系统(200)，所述系统(200)至少包括：
-固体颗粒材料源(210)；
-气化反应器(220)，固体颗粒材料在该气化反应器(220)中可部分地氧化；
-管道系统(230)，其用于将固体颗粒材料从固体颗粒材料源(210)输送到气化反应器(220)中；
其中，所述管道系统(230)包括至少一个如在先权利要求1-10之一所述的管件(100)。
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