專利名稱：用于輸送固體顆粒材料的管件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輸送固體顆粒材料的管件。
背景技術(shù)：
US 6,227,768，DE 12,69,571和WO 2004/087331中描述了適于在低壓到適度壓力(即，高達(dá)15bar左右)下輸送固體顆粒材料的管件實例。
公開于US6,227,768中的管件包括內(nèi)管道，該內(nèi)管道適于將顆粒材料從管道的第一端輸送到第二端并且具有可透氣壁，該內(nèi)管道縱向布置在具有防滲壁的外管道中。所述外管道在第一和第二端內(nèi)設(shè)置有向內(nèi)突出的密封支撐環(huán)，其中所述內(nèi)管道剛性固定到所述外管道上，使得氣體分布腔位于所述外管道、內(nèi)管道和向內(nèi)突出的密封支撐環(huán)之間。壓縮氣體吸入噴嘴橫穿外管道，并且氣體壓力源連接到氣體吸入噴嘴上，所述氣體吸入噴嘴將氣體輸送到氣體分布腔并穿過可透氣壁。
US 6,227,768中公開的管件可在以較合適的溫度和壓力輸送例如粉末的固體顆粒負(fù)載的管路系統(tǒng)中使用。這種管路系統(tǒng)例如可以設(shè)置在用于顆粒材料的儲料倉或貯槽的下游。
在操作中，外部氣體壓力橫穿可透氣內(nèi)管道以輔助輸送固有或夾帶的顆粒材料。
US 6,227,768所公開管件的問題在于，當(dāng)它與其他管路充分緊密地連接以承受升高的壓力和/或溫度時，可以預(yù)料的是，內(nèi)管道將在由連接導(dǎo)致的機(jī)械負(fù)載下?lián)p壞。
取決于所用材料，由內(nèi)外管道之間的熱膨脹差導(dǎo)致的軸向負(fù)載可能導(dǎo)致內(nèi)管道損壞。
當(dāng)管件在一管路系統(tǒng)中使用，其中該管路系統(tǒng)用于在煤氣化站輸送碎煤和飛灰時，上述問題變得更加明顯。煤氣化在本領(lǐng)域中公知并且包括固體顆粒含碳材料，例如煤、石油焦炭和生物燃料的部分燃燒。部分燃燒過程通常在高溫高壓下進(jìn)行，所述高壓可以高至80，或高至100bar。因此，管路系統(tǒng)必須適于承受高溫和/或高壓。
已知管件的另一缺陷是內(nèi)管道的更換非常麻煩。
已知管件的又一缺陷是只能從一側(cè)檢查內(nèi)管道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是使上述一項或多項缺陷最小化。
本發(fā)明的另一目的在于提供能夠承受高溫和/或高壓的可換管件。
本發(fā)明通過提供在高壓下輸送固體顆粒材料的管件而實現(xiàn)一項或多項上述或其他目的，所述管件至少包括外部管狀元件，該外部管狀元件沿縱向軸線延伸并且具有相對于彼此軸向偏離的第一部分和第二部分；內(nèi)部管狀元件，該內(nèi)部管狀元件設(shè)置在所述外部管狀元件內(nèi)部，適于從一端向另一端輸送固體顆粒材料并且包括可透過充氣流體的壁部分；其中所述內(nèi)部管狀元件與所述第一和第二部分密封連接，從而在所述第一和第二部分以及內(nèi)外管狀元件之間形成充氣流體分布腔，該充氣流體分布腔具有充氣流體入口以限定從充氣流體入口經(jīng)由充氣流體分布腔穿過可透過充氣流體的壁部分的充氣流體流動路徑；并且其中，所述內(nèi)部管狀元件由所述第一和第二部分兩者柔性支撐。
本發(fā)明管件的重要優(yōu)點(diǎn)在于，內(nèi)部管狀元件經(jīng)由外部管狀元件承受的機(jī)械負(fù)載降低。如果通過外部管狀元件與其他管件進(jìn)行連接的話，由這種連接引起的作用力將使內(nèi)部管狀元件承受(與剛性支撐的內(nèi)部管狀元件的情況相比)更小的負(fù)載。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，所述管件適于在高溫和高達(dá)80bar或甚至100bar的壓力下輸送固體顆粒材料。
在特別優(yōu)選的實施例中，內(nèi)部管狀元件與所述第一和第二部分兩者軸向滑動地接合。
同時，由于對內(nèi)部管狀元件來說仍可能存在一些軸向間隙，因此內(nèi)部管狀元件的軸向負(fù)載大大降低。
本發(fā)明的該特定實施例的另一優(yōu)點(diǎn)在于，內(nèi)部管狀元件可以容易地更換或取出，以便使其滑出外部管狀元件進(jìn)行檢查。
另一方面，本發(fā)明提供了一種用于輸送固體顆粒材料的管路系統(tǒng)，所述管路系統(tǒng)包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的管件。
在另一方面，本發(fā)明提供了根據(jù)本發(fā)明的管件的使用，用于在煤氣化系統(tǒng)中輸送固體顆粒材料。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于固體顆粒材料氣化的系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括-固體顆粒材料源；-氣化反應(yīng)器，在該氣化反應(yīng)器中固體顆粒材料可以部分地氧化；-管道系統(tǒng)，該管道系統(tǒng)用于將固體顆粒材料從固體顆粒材料源輸送到氣化反應(yīng)器中；其中，所述管道系統(tǒng)包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的管件。


本發(fā)明將參照非限制性的附圖在下文進(jìn)行更詳細(xì)的說明和舉例說明，其中圖1示意性地顯示了第一實施例中管件外部管狀元件的橫截面視圖；圖2示意性地顯示了與圖1所示外部管狀元件相配合的內(nèi)部管狀元件的橫截面視圖；圖3示意性地顯示了該管件的橫截面視圖，其中圖1和2所示的外部和內(nèi)部管狀元件裝配在一起；圖4示意性地顯示了具有端部法蘭的圖3所示管件的橫截面視圖；圖5示意性地顯示了第二實施例中已裝配管件的橫截面視圖；
圖6示意性地顯示了第三實施例中已裝配管件的橫截面視圖；和圖7示意性地顯示了圖3所示管件在煤氣化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
具體實施例方式
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的部件。
參考圖1，其示意性地顯示了沿縱軸線A延伸的外部管狀元件1。外部管狀元件1在其第一和第二端上具有向外伸出的第一連接法蘭3和6。出于繪圖目的，外部管狀元件1表示為單個部件，但實際上，通常的做法是將法蘭焊接到直管件上。
在第一和第二端附近，第一和第二部分9、12分別形成有圓柱形內(nèi)壁。第一和第二部分9、12彼此軸向偏離，充氣流體入口15橫穿外部管狀元件1位于第一端和第二端之間的壁部。入口15連接到法蘭17上，以便流體連接到加壓充氣流體源上。
圖2顯示了可以設(shè)置在外部管狀元件1中的內(nèi)部管狀元件20。內(nèi)部管狀元件20適于使固體顆粒穿過內(nèi)部通道10，沿縱軸線A從一端向另一端輸送。內(nèi)部管狀元件20包括可透過充氣流體的壁部分23，該可透過充氣流體的壁部分可使加壓充氣流體透過，而不使要輸送的固體顆粒材料透過。
在該實施例中，可透過充氣流體的壁部分23完全由滲透性材料制成。還可以使內(nèi)部管狀元件20由帶孔壁制成，該帶孔壁本身為非滲透性的，憑此穿孔形成可透過充氣流體的壁部分。
滲透性材料的實例包括多孔樹脂、燒結(jié)金屬、燒結(jié)金屬氧化物、燒結(jié)玻璃。在圖2所示實施例中，燒結(jié)金屬以燒結(jié)不銹鋼的形式使用，所述燒結(jié)不銹鋼由GKN Sinter Metals GmbH，Dahlienstrasse 43，D-42477 Radevormwald，Germany預(yù)先制成。
孔徑應(yīng)當(dāng)大至足以使氣體通過，但小至足以防止固體顆粒進(jìn)入充氣流體分布腔或阻塞小孔。根據(jù)要傳送的特定固態(tài)材料的尺寸分布，適當(dāng)孔徑可以為1-50μm，或優(yōu)選地為1-20μm。為了輸送煤粉和飛灰，孔徑為7-14μm，優(yōu)選地，10μm的平均孔徑具有令人滿意的通氣效果。后者由預(yù)制不銹鋼燒結(jié)金屬制成，該金屬型號為SIKA-R5AX，由如上所述的GKN Sinter Metals GmbH生產(chǎn)。
在內(nèi)部管狀元件端部附近，內(nèi)部管狀元件20設(shè)置有通過接頭35、37固定到可透過充氣流體的壁部分23上的密封環(huán)29、32。接頭35、37可以是焊接接頭。密封環(huán)29、32在其外周壁上分別設(shè)置有圓周槽，O形密封環(huán)36、38位于所述圓周槽中。
圖2所示內(nèi)部管狀元件20適于與圖1所示外部管狀元件1配合，從而形成管通氣裝置100?，F(xiàn)在參考圖3，該圖顯示了處于裝配狀態(tài)的管通氣裝置100，內(nèi)部管狀元件20相對于外部管狀元件1縱向滑動并滑入其中。O形密封環(huán)36、38與外部管狀元件1的第一和第二部分9、12密封接合，從而通過第一和第二部分9、12形成用于內(nèi)部管狀元件20的柔性支撐。
充氣流體分布腔40由內(nèi)部管狀元件20和外部管狀元件1與第一和第二部分9、12之間的環(huán)形空間形成。充氣流體流動路徑19界定為從充氣流體入口15經(jīng)由充氣流體分布腔40穿過可透過充氣流體的壁部分23。
由于柔性支撐的原因，從外部管狀元件1傳送向通常較易破損的內(nèi)部管狀元件20的機(jī)械負(fù)載不再占主要地位。尤其是由于相互縱向滑動接合的原因，施加在外部管狀元件1上的軸向負(fù)載未傳送給內(nèi)部管狀元件20。
承壓管狀元件可以由標(biāo)準(zhǔn)管件制成，不必進(jìn)行特別地改造。這從壓力容器規(guī)范的角度來說是有利的。
此外，內(nèi)部管狀元件20可以滑入外部管狀元件1和從其中滑出，以便檢查和/或保養(yǎng)和/或更換。
在操作中，例如煤粉或飛灰的固體顆粒材料通過內(nèi)部通道10輸送。同時，例如優(yōu)選為氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的加壓充氣流體通過充氣流體入口15注入充氣流體腔40。充氣流體本身分布在分布腔40中并朝向通道10橫穿可透過充氣流體的壁部分23，從而輔助輸送固有或夾帶的固體顆粒。
圖4示意性地顯示了圖3所示管通氣裝置的橫截面視圖，該通氣裝置具有可以通過螺栓連接到相應(yīng)的向外伸出的第一連接法蘭3、6上的第二連接法蘭43、46，并且墊圈41、42位于所述第一和第二連接法蘭之間。第二連接法蘭43、46具有內(nèi)孔，所述內(nèi)孔與通道10對準(zhǔn)并且優(yōu)選具有相同的橫截面輪廓和尺寸。
在第二連接法蘭43、46和密封環(huán)29、32之間保持有小軸向空間45、48，以便在用螺栓緊固第一和第二連接法蘭時至少允許墊圈41、42壓縮。設(shè)置有用于內(nèi)部管狀元件20相對于外部管狀元件1進(jìn)行軸向運(yùn)動的更多空間，以免在使用極薄墊圈時拉緊內(nèi)部管狀元件20。可選的柔性隔離環(huán)可以設(shè)置在接頭35、37和相應(yīng)的第二連接法蘭43、46之間，以免固體顆粒進(jìn)入空間45和48。
管可以直接焊接到第二連接法蘭43、46上，但是在圖4顯示的實施例中，所謂的焊頸法蘭44、47螺栓連接到第二連接法蘭43、46上。這種焊頸法蘭通常焊接到管上(與第一連接法蘭3、6焊接到管1上相同的方式)，從而提供管的較薄壁到厚法蘭之間的逐漸過渡部。可選地，焊頸法蘭44、47可以焊接到第二連接法蘭43、46上。
圖5示意性地顯示了完全裝配的管通氣裝置的第二實施例。在該實施例中，密封環(huán)29A、32A通過接頭35A、37A固定連接到外部管狀元件1的第一和第二部分9、12中。內(nèi)部管狀元件20A的外壁部分具有圓柱形外壁部分9A和12A。密封環(huán)29A、32A分別具有位于內(nèi)向表面上的圓周槽，O形密封環(huán)36A、38A位于所述圓周槽中。在裝配狀態(tài)下，O形密封環(huán)與內(nèi)部管狀元件20A的圓柱形外壁部分9A和12A接合。
第二實施例的優(yōu)點(diǎn)在于，由于密封環(huán)不構(gòu)成內(nèi)部管狀元件20的一部分，所以作為可更換部件的內(nèi)部管狀元件20較之第一實施例更為便宜。
圖6示意性地顯示了完全裝配的管通氣裝置100的第三實施例。該實施例是第一和第二實施例的組合，其中管通氣裝置100的一端具有與外部管狀元件1中的第一部分的圓柱形內(nèi)壁9滑動接合的密封環(huán)29和O形環(huán)36，并且管通氣裝置的另一端具有與內(nèi)部管狀元件20B的圓柱形外壁部分12A滑動接合的密封環(huán)32A和O形環(huán)38A。
在該實施例中，內(nèi)部管狀元件20B只能沿一個方向放入外部管狀元件1中。這在下列情況下尤為有利，即可透過充氣流體的壁部分中的微孔相對于縱向方向成角度地定向，使得橫穿內(nèi)部管狀元件壁的充氣流體具有可以輔助固體顆粒輸送的縱向速度分量。由此，相對于微孔的隨機(jī)定向的情況，通過速率可以增大。
圖7示意性地顯示了煤氣化系統(tǒng)中用于輔助輸送要?dú)饣侯w粒的管件100。該系統(tǒng)200至少包括待氣化煤顆粒源210；氣化反應(yīng)器220，在該氣化反應(yīng)器220中將煤顆粒部分地氧化；管道系統(tǒng)230，該管道系統(tǒng)用于將煤從煤顆粒源210輸送到氣化反應(yīng)器220中。
管道系統(tǒng)230包括至少一個位于煤顆粒源210和氣化反應(yīng)器220之間的管件100。
另外，圖中顯示了通過管線260將含氧流供應(yīng)給氣化反應(yīng)器220的氧源250。
當(dāng)煤顆粒在氣化反應(yīng)器220中部分燃燒以產(chǎn)生合成氣體之后，煤渣通過管線270排出，并且合成氣體通過管線280排出以(如果希望的話)進(jìn)行進(jìn)一步加工。
由于煤氣化系統(tǒng)本身已知，在此不再對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，本發(fā)明可以在許多方面進(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在高壓下輸送固體顆粒材料的管件(100)，該管件(100)至少包括-外部管狀元件(1)，該外部管狀元件沿縱軸線(A)延伸并且具有彼此軸向偏離的第一部分(9)和第二部分(12)；-內(nèi)部管狀元件(20)，該內(nèi)部管狀元件(20)設(shè)置在所述外部管狀元件(1)內(nèi)部，適于從一端向另一端輸送固體顆粒材料并且包括可透過充氣流體的壁部分(23)；其中，所述內(nèi)部管狀元件(20)與所述第一和第二部分(9，12)密封連接以在所述第一和第二部分(9，12)和內(nèi)外管狀元件(1，20)之間形成充氣流體分布腔(40)，該充氣流體分布腔(40)具有充氣流體入口(15)以限定從所述充氣流體入口(15)經(jīng)由充氣流體分布腔(40)穿過可透過充氣流體的壁部分(23)的充氣流體流動路徑(19)；并且其中，所述內(nèi)部管狀元件(20)由所述第一和第二部分(9，12)兩者柔性支撐。
2.如權(quán)利要求1所述的管件(100)，其特征在于，柔性支撐包括所述內(nèi)部管狀元件(20)布置成相對于外部管狀元件(1)軸向滑動。
3.如權(quán)利要求2所述的管件(100)，其特征在于，所述第一和第二部分(9，12)中的至少一個具有圓柱形內(nèi)壁，并且其中所述內(nèi)部管狀元件(20)具有與所述圓柱形內(nèi)壁配合的至少一個密封裝置。
4.如權(quán)利要求2或3所述的管件(100)，其特征在于，所述內(nèi)部管狀元件(20)具有圓柱形外壁部分，并且其中所述第一和第二部分(9，12)中的至少一個具有與所述圓柱形外壁相配合的至少一個密封裝置。
5.如在先一項或多項權(quán)利要求所述的管件(100)，其特征在于，所述可透過充氣流體的壁部分(23)包括小孔，所述孔的孔徑范圍為0.1μm-200μm，優(yōu)選地為1μm-100μm，更優(yōu)選地為1μm-50μm，還更優(yōu)選地為1μm-20μm，最優(yōu)選地為7μm-14μm。
6.如在先一項或多項權(quán)利要求所述的管件(100)，其特征在于，所述管件(100)適于輸送壓力大于20bar，優(yōu)選地大于50bar的固體顆粒材料。
7.包括至少一個如在先權(quán)利要求1-6中的一項或多項所述的管件(100)的一種管道系統(tǒng)(230)。
8.如在先權(quán)利要求1-6中一項或多項所述的管件(100)的使用，用于在固體顆粒材料氣化系統(tǒng)(200)中輸送固體顆粒材料。
9.一種用于固體顆粒材料氣化的系統(tǒng)(200)，所述系統(tǒng)(200)至少包括-固體顆粒材料源(210)；-氣化反應(yīng)器(220)，固體顆粒材料在該氣化反應(yīng)器(220)中可部分地氧化；-管道系統(tǒng)(230)，其用于將固體顆粒材料從固體顆粒材料源(210)輸送到氣化反應(yīng)器(220)中；其中，所述管道系統(tǒng)(230)包括至少一個如在先權(quán)利要求1-6中一項或多項所述的管件(100)。
全文摘要
一種用于輸送固體顆粒材料的管件(100)，包括一外部管狀元件(1)，該外部管狀元件沿縱軸線(A)延伸并且具有彼此軸向偏離的第一部分(9)和第二部分(12)。一內(nèi)部管狀元件(20)可設(shè)置在所述外部管狀元件(1)內(nèi)部，并且適于從一端向另一端縱向輸送固體顆粒材料。內(nèi)部管狀元件(20)包括可透過充氣流體的壁部分(23)，并且與所述第一和第二部分(9，12)密封連接并由其柔性支撐，從而形成位于所述第一和第二部分(9，12)與內(nèi)部管狀元件(20)和外部管狀元件(1)之間的充氣流體分布腔(40)。充氣流體分布腔(40)具有充氣流體入口(15)，從而界定從所述充氣流體入口(15)經(jīng)由充氣流體分布腔(40)穿過可透過充氣流體的壁部分(23)的充氣流體流動路徑(19)。
文檔編號B01D53/52GK101080355SQ200580043189
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者W·D·貝里格倫 申請人:國際殼牌研究有限公司