CN102466104B - 管道及输送方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输送多相流体的管道及输送方法。该管道包括收容元件和管状元件。收容元件设置有空腔及与所述空腔相连通的入口。管状元件穿过所述收容元件且其至少一部分设置在所述空腔内，从而所述收容元件的入口可通过设置于所述空腔内的至少一部分管状元件与所述管状元件的内部相连通。本发明进一步涉及一种气化固体粉料的气化系统和一种输送多项流体的方法。

Description

管道及输送方法

技术领域

本发明涉及一种管道及输送方法，尤其涉及一种输送多相流体，如气固混合物的管道和输送方法。

背景技术

多相流体，如气固混合物，存在于许多技术领域，如含碳燃料的气化过程中等。气化是指把含碳燃料，如煤转化为可燃气体，如煤气或合成气的过程。通常，在气化过程中，含碳燃料随着可控量的氧气或其他流体被气力输送进气化炉中。

在传统的采用气力输送的气化系统中，其常设置有存储装置、气化炉及复数个连通相应存储装置和气化炉的输送管道。在操作中，含碳燃料和输送气体被输送进存储装置以在其内形成气固混合物，从而该气固混合物通过输送管道气力输送进相应的气化炉中。

然而，在输送气固混合物的过程中，输送管道常会发生磨损。特别是当输送管道具有弯曲部时，在输送气固混合物的过程中，弯曲部的磨损会更加严重。这样，由于输送管道的磨损，该输送管道的寿命就会被缩短。

目前，已经尝试多种措施来防止输送管道的磨损。比如，将输送管道设计成具有较厚的外壁及/或带有T形的弯曲部。然而，具有较厚外壁的输送管道可会增加生产成本。在输送管道的T形弯曲部处常会产生盲点，从而造成含碳燃料的沉积，这对气固混合物在输送管道中的流动来说是不利的。

所以，需要提供一种新的可输送多相流体，如气固混合物的管道和方法。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种输送多相流体的管道。该管道包括收容元件和管状元件。收容元件设置有空腔及与所述空腔相连通的入口。管状元件穿过所述收容元件且其至少一部分设置在所述空腔内，从而所述收容元件的入口可通过设置于所述空腔内的至少一部分管状元件与所述管状元件的内部相连通。

本发明另一个实施例提供了一种气化固体粉料的气化系统。该系统包括存储装置、气化装置及管道。管道包括与所述存储装置及所述气化装置相连通的管状元件及收容元件，该收容元件设置有可收容至少一部分所述管状元件的空腔及通过设置于所述空腔内的至少一部分管状元件与所述管状元件的内部相连通的入口。

本发明的实施例进一步提供了一种输送多项流体的方法。该方法包括通过管道的管状元件输送多相流体，所述管道设置有收容元件，该收容元件设置有空腔及与所述空腔相连通的入口，所述管状元件穿过所述收容元件且其至少一部分设置在所述空腔内，从而所述收容元件的入口可通过设置于所述空腔内的至少一部分管状元件与所述管状元件的内部相连通；及通过所述入口输送气体进入所述收容元件以增加其内的压力来把所述气体压入所述管状元件中，从而在所述多相流体和设置在所述空腔内的管状元件的至少一部分间形成气膜。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明管道的一个实施例的立体示意图；

图2到图4为本发明管道的多个实施例的横截面示意图；及

图5为本发明气化系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明管道10的一个实施例的立体示意图。在本发明实施例中，管道10可用来输送多相流体100。多相流体100可包括可包括两相或多相，比如气固混合物或液固混合物。在非限定示例中，多相流体100可包括由气体和具有期望粒度分布的固体粉料相混合而成的气固混合物。

如图1所示，管道10包括管状元件12和设置在至少一部分管状元件12外围的收容元件14。在一些实施例中，管状元件可包括管子，其可用来接收并输送多相流体100，如气固混合物到后续的装置中，如根据不同应用输送进气化炉或炼钢炉中进行处理。

在本实施例中，管道元件12设置有侧壁16及设置在侧壁16两端分别用来接收和排出多相流体100的入口18和出口20。收容元件14包括两端部22、24及将两端部22和24连接起来的侧壁26，从而其共同形成空腔11(如图2所示)。

在一些示例中，管状元件12的侧壁16可包括环形横截面。与管状元件12的侧壁16相似，收容元件14的侧壁26也可包括环形横截面。在其他示例中，侧壁16和/或侧壁26可包括其他形状的截面，如多边形。

在如图1所示的实施例中，管状元件12经由收容元件14的端部22、24从而穿过空腔11。在一些示例中，管状元件12可与收容元件14同轴。在其他例子中，管状元件12也可与收容元件14不同轴。在本发明实施例中，管状元件12和收容元件14可通过多种技术组装在一起。例如，管状元件12的侧壁16可与相应的收容元件14的端部22、24焊接在一起。收容元件14也可通过法兰(未显示)以可拆卸的方式和管状元件12组装在一起。

在一些示例中，至少一部分管状元件12被收容进收容元件14内，从而在侧壁16和侧壁26之间形成空间28。在一些应用中，管状元件12的入口18和出口20可延伸出收容元件14。在另一些应用中，管状元件12的入口18和出口20可未延伸出收容元件14，比如入口18和/或出口20可与相应的收容元件14的端部22、24分别相齐平。

图2到图4所示为本发明管道10的多个实施例的横截面示意图。如图1到图2所示，管状元件12进一步包括可与入口18和出口20相连通的弯曲部30。这样，多相流体100可沿着第一方向A通过入口18进入到管状元件12中，然后其可沿着不同于第一方向A的第二方向B通过出口20从管状元件12中排出。在一些示例中，第一方向A和第二方向B之间的夹角(未显示)可在大于0度小于180度的范围内，这也可表明管状元件12的弯曲部30的弯曲角度(未显示)也可在大于0度小于180度的范围内。在一个非限定示例中，管状元件12的弯曲角度可为90度。

在一些示例中，至少一部分弯曲部30可设置于收容元件14的空腔11内。在一些应用中，管状元件12也可不设置弯曲部30或弯曲部30可不设置于空腔11内，这样，管状元件12的平坦部(未显示)可穿过收容元件14。相似的，收容元件14也可设置或不设置弯曲部32。

在一些实施例中，管状元件12的至少一部分可包括一种或多种多孔材料(Porous Materials)。该多孔材料可包括金属，金属合金或其他合适的多孔材料。金属可包括但不限于不锈钢、镍、铜和钛的一种或多种。金属合金可包括但不限于钛合金和铜合金的一种或多种。在非限定示例中，收容元件14可包括金属材料，如不锈钢或其他耐高压的合适材料。

在本发明实施例中，收容元件14可进一步包括可与空腔11相连通的入口34，从而气体36可通过入口34进入到空间28内以增加收容元件14内的压力至期望的水平。分支管道13可通过入口34与收容元件14相连通。这样，由于管状元件12由多孔材料组成，通过分支管道13和入口24的气体36，可通过多孔的侧壁16与管状元件12的内部相连通。

在一些示例中，空腔11中的压力可高于管状元件12中的压力，这样，来自于入口34的气体36可进入到设置于收容元件14内的管状元件12中，从而在多相流体100和管状元件12的侧壁16之间形成气膜15来防止多相流体100对管状元件12进行磨损。在一些应用中，管状元件12中的压力可在1Mpa到10Mpa的范围内。空间28中的压力可根据进入收容元件14中的气体流动来控制。

这样，在操作中，多相流体100被输送进管状元件12中。其间，气体36通过入口34进入到收容元件14中以增加其内的压力。该压力可高于管状元件12中的压力，从而在收容元件14和管状元件12间形成压力差。由于该压力差，在收容元件14中的气体36通过管状元件12的侧壁16而进入到管状元件12中，从而在多相流体100和侧壁16之间形成气膜15以防止多相流体100对管状元件12进行磨损。将多相流体100输送进管状元件12中的步骤，可在气体36被输送进收容元件14的步骤之前、之后或与之同时进行。

图1所示的实施例仅是示意性的。根据不同的应用需要，比如不同的磨损情况可确定管状元件12设置多孔材料的部分。在一个示例中，设置于空腔26内的管状元件12可包括多孔材料。进一步的，当管状元件12包括弯曲部30时，弯曲部30的下部38的磨损会较为严重。因此，设置于空腔20内的弯曲部分18的至少一部分，比如下部38可包括多孔材料。这样，在操作中，气体36就可进入到管状元件12中在弯曲部30附近形成气膜15以避免弯曲部30的发生磨损。

在本发明实施例中，入口34可开设于收容元件14的弯曲部32处并靠近弯曲部30的下部38以便将气体36从弯曲部30的下部38输送进管状元件12中，从而保护弯曲部30。在一定的应用中，入口34也可开设于收容元件14的其他位置，比如，入口34可开设于远离弯曲部30的位置或开设于端部22和/或24处。

在一些示例中，如图1所示。气体36可与管状元件12中的多相流体100的流动以并流(Cocurrent Flow)的形式被输送进收容元件14中，且分支管状元件13的下部(未标示)可与收容元件14的下部(未标示)相齐平。在一定的应用中，设置在弯曲部分32处的分支管状元件13的下部可不与收容元件14的下部相齐平。

在其他示例中，如图3-4所示，气体36可与管状元件12中的多相流体100的流动以反流(Anti-cocurrent Flow)的形式被输送进收容元件14中。在此，“并流”可表示气体36通过入口34进入收容元件14的流动方向(未标示)实质上与管状元件12中多相流体100的至少一部分的流动方向相同。“反流”可表示气体36通过入口34而流入容量元件14的流动方向与管状元件12中多相流体100的至少一部分的流动方向相反。

图2到图4中所示的实施例相似。图2到图4中的实施例不同之处在于入口34设置于收容元件14上的位置。图3和图4的区别在于在图3中，分支管状元件13的外侧(未标示)可与收容元件14的侧壁26的一侧(未标示)相齐平，而在图4中，分支管状元件13的外侧与收容元件14的侧壁26的一侧不齐平。

对于图1到图4所示的实施例，在一些示例中，假如没有开设于收容元件14上的入口34，收容元件14的空腔11可以是封闭的来促使其内压力的增加，从而使气体36增压以进入并保护管状元件12。在非限定示例中，收容元件14中的气体36的量可不多于管状元件12中气体量的20％。

在其他示例中，除了入口24外，收容元件14也可不封闭。例如收容元件14可设置具有一定尺寸大小的出口(未标示)。从而，通过调节通过入口34和通过出口的气体36来控制收容元件14内的压力。此外，虽然在一些实施例中仅包括单个侧壁16、单个侧壁26、单个弯曲部分30、单个入口34和单个管状元件12，但是一个以上的侧壁16、一个以上侧壁26、一个以上弯曲部30、一个以上的入口34和/或一个以上的管状元件12也可设置。

在一些示例中，基于不同的应用，管道10可应用在不同的技术领域。图5所示为设置有管道10的气化系统40的一个实施例的示意图。多相流体100可包括由气体和固体粉料混合而成的气固混合物。这种气固混合物中的固体粉料可包括含碳燃料。该含碳燃料可包括但不限于煤、含沥青材料(Bituminous)、煤烟(Soot)、生物材料(Biomass)、石油焦(Petroleum Coke)或其组合。

如图5所示，气化系统40包括存储装置42、复数个气体管道(未显示)、气化装置44和置于存储装置42和气化装置44之间的并与其相连通的的管道10。在一些实施例中，存储装置42可设置以经由进料装置并通过比如管道的输送方式来接收固体粉料46。气体管道与存储装置42相连通，从而将气体48输送进存储装置42中与固体粉料46相混合以形成气固混合物。

在操作中，来自固体粉料源(未显示)的固体粉料46被输送进存储装置42中。同时，气体48(第一气体)也通过气体管道被输入进存储装置42中以形成气固混合物并增加存储装置42中的压力。随后，气固混合物被输送来通过管道10的管状元件12(如图1-4所示)。其间，气体36(第二气体)被输送进收容元件14中以增加其内的压力，从而在管道10的收容元件14和管状元件12之间形成压力差。在一些示例中，气体36可与气体48相同，也可与其不同。气体48和/或气体36可包括但不限于二氧化碳、惰性气体如氮气、或其他合适的气体中的一种或多种。

在输送过程中，气体36进入进管状元件12中，从而在固体粉料46和管状元件12的侧壁16之间形成气膜来防止管状元件12发生磨损。最后，气固混合物被输送进气化装置44中进行气化。

在一些应用中，管道10可通过管状元件12直接与存储装置42和/或气化装置44相连通。在一定的应用中，管道10可作为转接器，从而管状元件12可通过设置存该管状元件12于相应的储装置42和气化装置44之间的额外的管道与其相连通。

在本发明的实施例中，管道10设置有收容元件来收容通过该收容元件的多孔管状元件。在多相流体通过多孔管状元件的输送过程中，收容元件中的气体可进入到管状元件中，从而形成气膜来防止管状元件的磨损。在一定的示例中，多孔管状元件可包括弯曲部，其在输送的过程中可能会受到严重的磨损。随着管道10的设置，弯曲部的磨损可以减少或防止。这样，输送多相流体的管状元件的寿命可被延长。此外，管道10的结构也相对简单，从而也可以减少制造成本。

虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (5)

1.一种输送多相流体的管道，包括设置有空腔及与所述空腔相连通的入口的收容元件，其特征在于，所述输送多相流体的管道还包括：

用于输送气固混合物的管状元件，其穿过所述收容元件且其设置有弯曲部，该弯曲部设置在所述空腔内，且该弯曲部中至少一部分是多孔的，所述收容元件的入口用来输送气体进入所述空腔以使所述空腔内的压力高于所述管状元件内的压力，以在所述气固混合物与所述管状元件的多孔部分间形成气膜，其中，所述气体流入所述收容元件的流动方向与所述管状元件中多相流体的至少一部分的流动方向相反。

2.如权利要求1所述的管道，其中所述管状元件设置有延伸出所述收容元件的入口和出口。

3.如权利要求1所述的管道，其中所述管状元件可与所述收容元件同轴。

4.一种气化固体粉料的气化系统，包括：存储装置、气化装置及管道，该管道包括与所述存储装置及所述气化装置相连通且用于输送气固混合物的管状元件及收容元件，该收容元件设置有可收容至少一部分所述管状元件的空腔及用于输送气体进入所述空腔的入口，其特征在于，

该管状元件设置有弯曲部，该弯曲部设置于所述收容元件内，且该弯曲部中至少一部分是多孔的，所述空腔内的压力高于所述管状元件内的压力，以在所述气固混合物与所述管状元件的多孔部分间形成气膜，其中，所述气体流入所述收容元件的流动方向与所述管状元件中多相流体的至少一部分的流动方向相反。

5.一种输送多项流体的方法，包括：通过管道的管状元件输送气固混合物，所述管道设置有收容元件，该收容元件设置有空腔及与所述空腔相连通的入口，其特征在于，

所述管状元件穿过所述收容元件且其设置有弯曲部，且该弯曲部设置在所述空腔内，且该弯曲部中至少一部分是多孔的；及

通过所述入口输送气体进入所述收容元件以增加其内的压力来把所述气体通过所述管状元件的多孔部分压入所述管状元件中，以在所述气固混合物与所述管状元件的多孔部分间形成气膜，其中，所述气体流入所述收容元件的流动方向与所述管状元件中多相流体的至少一部分的流动方向相反。