用于固体进料的固体组合系统.pdf

本发明涉及用于固体进料的固体组合系统。具体而言，一种系统包括固体组合系统，其具有固体混合区段，固体混合区段具有混合室和构造成将一种或更多种固体供应至混合室中的多个固体入口。该系统还包括固体分解区段，其具有构造成将一种或更多种流体供应到混合室中的多个流体入口；和固体流控制区段，其具有混合室下游的会聚扩散通路。

权利要求书
1.   一种系统，包括：
固体组合系统，包括：
    固体混合区段，其具有混合室和多个固体入口，所述多个固体入口构造成将一种或更多种固体供应到所述混合室中；
    固体分解区段，其具有多个流体入口，所述多个流体入口构造成将一种或更多种流体供应到所述混合室中；和
    固体流控制区段，其具有在所述混合室下游的会聚扩散通路。

2.   根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括联接到所述固体组合系统的下游系统，其中，所述下游系统包括气化器、反应器、气体处理系统、燃烧系统、燃气涡轮或它们的任何组合。

3.   根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体混合区段包括包绕所述混合室的混合封壳，所述混合封壳包括围绕所述混合室的第一轴线延伸的第一侧壁，且所述混合封壳包括在所述第一侧壁之间延伸跨过所述第一轴线的轴向端壁。

4.   根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述轴向端壁远离所述混合室向外弯曲。

5.   根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一侧壁包括多个扰流器，所述多个扰流器构造成增强所述混合室中的混合。

6.   根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一侧壁包括多个面板，所述多个面板围绕所述第一轴线布置以限定多边形导管。

7.   根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多个固体入口以第一角度联接到所述第一侧壁，所述多个流体入口以第二角度联接到所述第一侧壁，并且所述第一和第二角度彼此不同。

8.   根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述固体流控制区段包括具有所述会聚扩散通路的流控制导管，所述流控制导管包括会聚导管部分、扩散导管部分，和所述会聚导管部分与所述扩散导管部分之间的喉部。

9.   根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个固体入口具有第一轴线，所述多个流体入口具有第二轴线，并且所述第一和第二轴线定向成与彼此交叉。

10.   根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一轴线朝所述混合室的中心轴线向内成角度，并且所述第二轴线围绕所述混合室的第一轴线沿周向成角度，以引起所述混合室中的旋流。

说明书用于固体进料的固体组合系统
技术领域
本文公开的主题涉及用于工业系统(如气化器、反应器、燃烧器和熔炉)的固体制备和/或运输。
背景技术
各种工业系统将颗粒固体(如固体进料)从一个设备传送到另一个。固体进料可包括含碳进料，如煤；生物质进料，如木材碎片、玉米秸秆、柳枝稷(switch grass)或城市废物，或它们的任何组合。由于固体进料的尺寸、形状、成分和其他特性的变化，故可能特别难以运输固体进料。在某些应用中，固体进料可从上游设备运输至下游设备，其中，下游设备处于比上游设备高的压力下。例如，下游设备可为气化器，该气化器使用固体进料作为燃料源以生成合成气。上游与下游设备之间的压差还可使固体进料的运输复杂化。因此，存在对用于运输固体进料的改善的系统和方法的需要。
发明内容
下文概括了与原始地请求保护的本发明在范围上相当的某些实施例。这些实施例并非旨在限制请求保护的发明的范围，相反，这些实施例旨在仅提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文阐明的实施例的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括固体组合系统，其具有固体混合区段，该固体混合区段具有混合室和构造成将一种或更多种固体供应至混合室中的多个固体入口。该系统还包括：固体分解区段，其具有构造成将一种或更多种流体供应到混合室中的多个流体入口；和固体流控制区段，其具有混合室下游的会聚扩散通路。
在第二实施例中，一种系统包括固体组合系统，其具有固体混合区段，该固体混合区段具有混合室和构造成将一种或更多种固体供应至混合室中的多个固体入口。该系统还包括固体分解区段，该固体分解区段具有构造成将一种或更多种流体供应到混合室中的多个流体入口。该多个流体入口构造成引导流体射流以相对于来自该多个固体入口的固体流进行冲击，且该多个流体入口关于混合室的中心区域成角度，以引起混合室中的旋流。
在第三实施例中，一种系统包括固体组合系统，其具有固体混合区段，该固体混合区段具有混合室和构造成将一种或更多种固体供应至混合室中的多个固体入口。固体组合系统还包括混合室下游的固体流控制区段。固体流控制区段包括会聚导管部分、扩散导管部分，和会聚导管部分与扩散导管部分之间的喉部。
技术方案1：一种系统，包括：
固体组合系统，包括：
   固体混合区段，其具有混合室和多个固体入口，多个固体入口构造成将一种或更多种固体供应到混合室中；
   固体分解区段，其具有多个流体入口，多个流体入口构造成将一种或更多种流体供应到混合室中；和
   固体流控制区段，其具有在混合室下游的会聚扩散通路。
技术方案2：根据技术方案1的系统，其特征在于，包括联接到固体组合系统的下游系统，其中，下游系统包括气化器、反应器、气体处理系统、燃烧系统、燃气涡轮或它们的任何组合。
技术方案3：根据技术方案1的系统，其特征在于，固体混合区段包括包绕混合室的混合封壳，混合封壳包括围绕混合室的第一轴线延伸的第一侧壁，且混合封壳包括在第一侧壁之间延伸跨过第一轴线的轴向端壁。
技术方案4：根据技术方案3的系统，其特征在于，轴向端壁远离混合室向外弯曲。
技术方案5：根据技术方案3的系统，其特征在于，第一侧壁包括多个扰流器，多个扰流器构造成增强混合室中的混合。
技术方案6：根据技术方案3的系统，其特征在于，第一侧壁包括多个面板，多个面板围绕第一轴线布置以限定多边形导管。
技术方案7：根据技术方案3的系统，其特征在于，多个固体入口以第一角度联接到第一侧壁，多个流体入口以第二角度联接到第一侧壁，并且第一和第二角度彼此不同。
技术方案8：根据技术方案3的系统，其特征在于，固体流控制区段包括具有会聚扩散通路的流控制导管，流控制导管包括会聚导管部分、扩散导管部分，和会聚导管部分与扩散导管部分之间的喉部。
技术方案9：根据技术方案1的系统，其特征在于，多个固体入口具有第一轴线，多个流体入口具有第二轴线，并且第一和第二轴线定向成与彼此交叉。
技术方案10：根据技术方案9的系统，其特征在于，第一轴线朝混合室的中心轴线向内成角度，并且第二轴线围绕混合室的第一轴线沿周向成角度，以引起混合室中的旋流。
技术方案11：根据技术方案10的系统，其特征在于，多个固体入口和多个流体入口布置成多对，且多对中的各对具有定向成使流体流相对于来自对应固体入口的固体流进行冲击的流体入口。
技术方案12：根据技术方案11的系统，其特征在于，多对包括至少四对固体入口和流体入口。
技术方案13：根据技术方案1的系统，其特征在于，多个流体入口中的至少一个流体入口构造成使流体流相对于来自多个固体入口中的至少一个固体入口的固体流进行冲击。
技术方案14：根据技术方案13的系统，其特征在于，至少一个流体入口构造成以大约0.15与3之间的马赫数来输出流体流。
技术方案15：根据技术方案13的系统，其特征在于，至少一个流体入口包括圆形端口、椭圆形端口、正方形端口、矩形端口、多边形端口、缝隙形端口、多个端口或它们的任何组合。
技术方案16：一种系统，包括：
固体组合系统，包括：
   固体混合区段，其具有混合室和多个固体入口，多个固体入口构造成将一种或更多种固体供应到混合室中；
   固体分解区段，其具有多个流体入口，多个流体入口构造成将一种或更多种流体供应到混合室中，其中，多个流体入口构造成引导流体射流以相对于来自多个固体入口的固体流进行冲击，且多个流体入口围绕混合室的中心区成角度，以引起混合室中的旋流。
技术方案17：根据技术方案16的系统，其特征在于，包括混合室下游的固体流控制区段，其中，固体流控制区段包括会聚导管部分、扩散导管部分、喉部或其任何组合。
技术方案18：根据技术方案16的系统，其特征在于，固体混合区段包括围绕混合室设置的多个扰流器。
技术方案19：一种系统，包括：
固体组合系统，包括：
   固体混合区段，其具有混合室和多个固体入口，多个固体入口构造成将一种或更多种固体供应到混合室中；和
   混合室下游的固体流控制区段，其中固体流控制区段包括会聚导管部分、扩散导管部分，和会聚导管部分与扩散导管部分之间的喉部。
技术方案20：根据技术方案19的系统，其特征在于，包括固体分解区段，固体分解区段具有多个流体入口，多个流体入口构造成将一个或更多个流体射流供应到混合室中，以相对于来自多个固体入口的一种或更多种固体进行冲击并且/或者引起混合室内的旋流。
附图说明
当参照附图来阅读如下详细描述时，本发明的这些及其他特征、方面和优点将变得更容易理解，贯穿附图，相似标号表示相似的零件，在附图中：
图1为具有进料传送系统的系统的实施例的框图，该进料传送系统具有固体泵送系统和固体组合系统；
图2为具有图1中的进料传送系统、气化器、气体处理系统和具有燃气涡轮和蒸汽涡轮的联合循环的系统的实施例的框图；
图3为图1和2的固体组合系统的实施例的截面示意图；
图4为在图3的4-4线内截取的图1-3的固体组合系统的实施例的局部截面示意图，进一步示出了固体泵和吹扫气体供应源的角度定向；
图5为在图3的4-4线内截取的图1-3的固体组合系统的实施例的局部截面示意图，进一步示出了沿固体组合系统的内部的扰流器；
图6为图1-5的固体组合系统的实施例的截面侧视图；
图7为图6的固体组合系统的实施例的局部截面侧视图；并且
图8为在8-8线内截取的图6的固体组合系统的实施例的局部截面侧视图。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何此种实际实现方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多实现方式特定的决定，以实现开发者的特定目标，如遵循关于系统和关于商业的限制，这可从一个实施方式到另一个而不同。此外，应当认识到，此种开发工作可能为复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说，仍为设计、构造和制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”等旨在为包含性的，且意味着可存在除所列元件之外的附加元件。
公开的实施例涉及一种用于传送和组合固体(如固体进料或其他颗粒固体)的系统。固体(例如，颗粒固体进料)可直接地或间接地用于下游系统，如，气化系统(例如，气化器)、反应器、燃烧器和燃烧系统、熔炉、气体处理系统、化学生产系统、燃气涡轮发动机和/或联合循环发电设备。进料可包括含碳固体进料(如煤)或生物质进料(如木材碎片、玉米秸秆、柳枝稷)或城市废物，或它们的任何组合。进料可从固体泵泵送，固体泵压实并且/或者提供来自具有不同特性的多个源的进料。使用进料的设备和系统可在进料良好混合且以一致尺寸引入时更有效地运行。在下文详细论述的某些实施例中，固体组合系统可实施为确保适合的混合、分解和至下游系统的固体流。固体组合系统还可有助于抵抗较高压力下的下游系统(例如，气化器)朝较低压力下的上游系统的回流。
图1为进料传送系统10的示意性实施例。进料传送系统10包括固体泵送系统12，其将未组合的进料14传送至固体组合系统16。固体组合系统16将组合进料18传送至一个或更多个下游系统20。下游系统20包括可利用固体进料的任何系统。例如，下游系统28可包括气化器、反应器、气体处理系统、燃烧系统、燃气涡轮或其任何组合。在一些实施例中，下游系统20可使用处于比大气压高的压力下的进料。为了使效率最大化且维持进料传送系统10的压差，控制系统22通过电气和/或通信线路24监测和控制固体泵送系统12、固体组合系统16和下游系统20。
固体泵送系统12包括至少一个固体泵26，如多个固体泵26，其将未组合的进料14泵送至固体组合系统16。固体泵26可包括在进料14经过进料传送系统10时压实且加压进料14的泵。固体泵26可包括来自多个位置和/或储存仓的多个类型和型号的泵。例如，在所示的实施例中，各个泵26可用于将单独的进料流输送至固体组合系统16。在某些实施例中，进料传送系统10可包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个泵26，且独立地引导至固体组合系统16中的进料14的相关联导管。控制系统22可独立地或共同地控制泵26，以对固体组合系统16提供一致或不同的流速、压力、进料类型或它们的任何组合。例如，控制系统22可基于来自下游系统20或固体组合系统16的各种子系统的传感器反馈来控制泵26。
固体组合系统16从泵26接收进料14，且使进料穿过固体混合区段28、固体分解/加压区段30和固体流控制区段32，它们可与彼此整体结合和/或分开。例如，这些区段28、30和32可在结构上与彼此重叠；共用公共的壁、封壳或导管；或者包括在多个区段使用的结构。在某些实施例中，固体混合区段28和固体分解/加压区段30可共用围绕室的公共的壳体或封壳，该壳体或封壳用于混合进料14、分解进料14且加压进料14(例如，利用将射流提供到室中的一个或更多个外部气体供应源)。同样，区段28和30的室可直接地联接到固体流控制区段32的会聚/扩散通路并且/或者与其整体结合，这可用于控制固体流且抵抗从下游系统20(例如，气化器)沿上游方向朝泵送系统12的任何回流。
在某些实施例中，固体混合区段28可引起旋流、离心流和/或湍流，以有助于以更均匀的方式混合进料14。例如，固体混合区段28可以以围绕室的圆形方式来引起进料14的流动，同时还产生湍流以有助于混合。在一些实施例中，固体混合区段28包括一个或更多个流体喷嘴(例如，气体喷嘴)，该喷嘴构造成在固体混合区段28的室内以成角度或切向方向来引导流体(例如，高压、高速气体)的射流或片层，从而有助于引起室中的旋流、离心流和/或湍流。一个或更多个射流还可有助于使固体混合区段28中的进料14流体化，从而有助于进料14更类似于流体地流动。
固体分解/加压区段30可有助于引起针对进料14的剪切力，以有助于将进料14破坏成较小的块或颗粒，且还可对进料14增加压力(例如，气体压力)。例如，固体分解/加压区段30可包括诸如气动刀的一个或更多个流体喷嘴(例如，气体喷嘴)，其构造成将流体的射流或片层(例如，高压、高速气体)沿相对于进料14的交叉方向引导，从而产生针对进料14的显著的剪切或切割力，以破碎进料14，同时还对进料14的流增加压力。如上文所述，在某些实施例中，一个或更多个流体喷嘴还可用于引起混合区段28中的混合。流体喷嘴可引导气体射流或片层，如诸如二氧化碳(CO2)、氮(N2)或它们的任何组合，其可为相容的并且用在下游系统20中。在某些实施例中，固体分解/加压区段30有助于在穿过固体泵26时已被压实的进料14的破碎。
固体流控制区段32有助于控制进料14沿下游方向的流动，同时还有助于抵抗沿上游方向穿过固体组合区段16的回流。例如，如下文详细所述，固体流控制区段32可包括会聚/扩散通路，如文氏管区段(Venturi section)，其可形成不可见或动态的阀，以控制固体组合区段16中的压力和流动。固体流控制区段32可与固体混合区段28和固体分解/加压区段30直接地联接、整体结合和/或分开。固体流控制区段32(例如，会聚/扩散通路)可对组合进料18提供能量，以便进料18移动至少下游系统20。固体流控制区段32还可基于壁的形状来控制流动，以提高流速。在一些实施例中，固体组合系统16和固体流控制区段32可使进料18在地面上方几米移动。
在一些实施例中，控制系统22可为监测且控制发电设备、气化设备、化学生产设备或其任何组合的设置的控制系统22的一部分。控制系统22包括具有处理器36和存储器38的一个或更多个控制器34，其中，控制器34将计算机可读代码或指令储存在存储器38上，且在处理器36上执行指令，以操作固体泵送系统12、固体组合系统16和下游系统20。存储器38可包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、易失或非易失性存储器、闪速存储器、硬盘、光盘或它们的任何组合。存储器38可用作非瞬时性(即，不是信号)、有形的计算机可读介质，其储存可由控制器34的处理器36执行的指令。在某些实施例中，控制器34可包括启动模式、稳态模式和停机模式，以用于操作固体泵送系统12、固体组合系统16和下游系统20。这些模式中的各个可具有用于运输进料14的不同参数。
图2为用在联合循环发电设备中的图1的进料传送系统100的实施例的框图。在所示的实施例中，进料传送系统10包括由控制系统22控制的固体制备系统40。固体制备系统40可包括研磨机或粉碎机，其将固体/进料14尺寸确定为用在下游系统20中的颗粒。然后，进料14进入固体泵送系统12，以提高压力且/或将进料14从固体制备系统40的位置传送至固体组合系统16。固体泵送系统12和/或固体组合系统16可利用吹扫气体供应源42来帮助提高压力(例如，帮助抵抗回流)、使进料14流体化、吹扫任何非期望的气体回流(例如，来自气化器的合成气)、改变进料14的成分、引起进料14的混合、引起进料14的分解，或它们的任何组合。例如，吹扫气体供应源42可对进料14提供CO2，以提高碳含量且因此提高进料14的反应性，同时与下游系统(例如，反应器/气化器)相容。吹扫气体供应源42可加入如N2的非活性气体以减少相对碳量，同时还有助于移除进料14中的任何非期望的气体(例如，合成气的回流)。吹扫气体供应源42还可通过一个或更多个流体喷嘴(例如，气动喷嘴或刀)来喷射吹扫气体，从而有助于引起进料14的混合、流体化和分解。来自吹扫气体供应源42的吹扫气体还可在固体传送系统10的不同级处或下游系统20中被移除。
下游系统20尤其可包括反应器和/或气化器44。反应器/气化器44使用组合进料18来以产生用于在燃气涡轮发动机48内使用的合成气46。如图所示，反应器/气化器44可使进料18与来自氧化剂供应源52(例如，空气分离单元)的氧化剂50和来自蒸汽供应源56(例如，热回收蒸汽发生器或HRSG)的蒸汽54组合。氧化剂供应源52和蒸汽供应源56可联接到控制系统22，以便控制系统22能够监测和控制氧化剂50和蒸汽54的量，以使由反应器/气化器44产生的合成气的品质和量最大化。合成气46由气体处理系统58处理，以从合成气46移除不需要的组分(例如，酸性气体)。气体处理系统58可包括酸性气体移除(AGR)系统60和CO2捕集系统62，这导致H2S 64和CO2 66副产物。例如，CO2捕集系统62可捕集和储存CO2，以用于随后在碳固存、增强油回收(EOR)或其他应用中使用。这些副产物可再循环到系统(例如，进料传送系统10或下游系统20)中，或一起被移除。例如，捕集的CO2可由吹扫气体供应源42使用来用于系统12和16。
气体处理系统58产生输送至燃气涡轮发动机48的处理后的合成气68。在所示的实施例中，燃气涡轮发动机48燃烧处理后的合成气68，以产生转矩来驱动发电机70，这又生成电功率。燃气涡轮发动机48还是联合循环系统的一部分，其中，来自燃气涡轮发动机48的排出气体72用于加热水源74，且/或输送至热回收蒸汽发生器(HRSG)76。水源74还可向HRSG 76供应热和水。HRSG 76使用来自排出气体72和水源74的热和水来产生蒸汽78，蒸汽78用于向蒸汽涡轮80供能，蒸汽涡轮80可驱动附加的发电机82。控制系统22可通信地联接(例如，电气和/或通信线路)到气体处理系统58、燃气涡轮发动机48、蒸汽涡轮80或其任何组合，以监测且控制各个系统内的发电和效率。
图3为图1和2的固体组合系统16的实施例的截面示意图。固体组合系统16包括混合室90，固体泵26将未混合的进料14独立地输送至混合室90中。未混合的进料14穿过一个或更多个固体入口92(例如，开口、端口、通路或喷嘴)进入混合室90。混合室90还包括包绕混合室90的混合封壳94，且在尺寸方面由其限定。混合封壳94保持未混合的进料14，以用于将来自各种固体泵26的未混合的进料14混合成组合的进料18。混合封壳94包括围绕混合室90的中心轴线98延伸的第一侧壁96，其中，封壳94的第一侧壁96沿中心轴线98朝固体流控制区段32纵向地延伸，如将在下文中详细论述的。第一侧壁96包括多个面板100(例如，12个面板)，其围绕中心轴线98布置以限定多边形导管(例如，非圆形导管)。在某些实施例中，第一侧壁96可包括2到100个面板，如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16个或更多个面板100。这些面板100有助于引起进料14的混合，且因此可描述为形成一个或更多个凹口、凸起或引起混合的特征。这些面板100还可与一个或更多个附加的凹口、凸起或引起混合的特征(如，钉(peg)、翼型件、节(nub)或其他流动扰流器)组合。
面板100中的各个可包括一个固体入口92，或如图所示，混合封壳94可包括不具有固体入口92的面板100。此外，各个面板100可具有多于一个的固体入口92，例如，每个面板10为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个入口92。例如，在所示的截面中，示出了四个固体泵26和四个固体入口92。在相同实施例的不同截面中(例如，进一步进入页面中或页面上方的截面)，面板中的1、2、3、5个或更多个可具有连接到固体泵26的固体入口92。换言之，尽管所示实施例示出了泵26和入口92的对称构成，但也可使用其他非对称布置。这些入口92可相对于如图所示的第一侧壁96的面板100垂直地成角度，或者入口92可相对于第一侧壁96的面板100大体上平行或相切地成角度，或者入口92可定向成相对于第一侧壁96的面板100成锐角，或它们的任何组合。在某些实施例中，锐角范围可为大约0到90、10到80、20到70、30到60、40到50、10到45或15到30度之间。在所示的实施例中，入口92布置为成对的正好相对的入口92，使得入口92以会聚方式沿正好相对的方向朝轴线98引导进料14。流的该会聚可便于进料14的混合和分解。
混合封壳94还包括流体入口102(例如，液体和/或气体入口喷嘴)，其构造成以聚焦射流、形成流体刀(例如，气动刀)的薄片层或它们的任何组合的形式将一种或更多种流体供应到混合室90中。流体入口102供应流体104(例如，液体和/或气体)，流体104在混合室90内产生旋流运动，例如，在封壳94内涡旋、循环、离心或围绕轴线98大体上沿周向流动的流。例如，流体入口102可定向成相对于第一侧壁94的面板100大体上相切、平行或成锐角。在某些实施例中，流体入口102的锐角可小于大约5、10、15、20、25或30度。吹扫气体供应源42可将流体从一个或更多个源(如，流体储槽、压缩机、气体处理单元、碳捕集系统或它们的任何组合)供应至流体入口102。例如，流体可包括二氧化碳(CO2)、一种或更多种非活性气体(如氮(N2))、相对于下游过程相容的一种或更多种气体，或它们的任何组合。
固体入口92和流体入口102可定向成与彼此大体上交叉，诸如，大约30到90、40到90、50到90、60到90、70到90或80到90度之间的角度。在所示的实施例中，固体入口92和流体入口102大体上垂直于彼此地定向。来自流体入口102的流体104(例如，液体或气体)冲击(例如，以交叉方式)在穿过固体入口92离开的未混合的进料14上。可形成聚焦射流或高速高压流体片层的流体104将未混合的进料14斩断或切断成颗粒，且以围绕轴线98的圆的方式引起流体104的流动方向上的运动。所示的实施例包括四对固体入口92和流体入口102。其他实施例可包括2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多对入口92、102。各对固体入口92和流体入口102可围绕混合封壳94的周围等距地间隔开，或者成对的固体入口92和流体入口102可非等距地间隔开。如上文参照固体入口102所述，成对的固体入口92的流体入口102的构成可为对称或非对称的。
流体入口102可包括圆形端口、椭圆端口、正方形端口、矩形端口、多边形端口、缝隙形端口、多个端口或其任何组合，以将未混合的进料斩断成颗粒。例如，流体入口102可具有矩形或缝隙形端口，其具有大约50:1到2:1、40:1到3:1、30:1到4:1、20:1到5:1的长/宽比，或它们的任何组合。流体入口102的端口的形状可由流体流的期望速度和斩断效果来确定。例如，缝隙形端口可向进料14提供更尖锐的斩断边缘，但可能不提供同样多的气流以在混合室90中产生涡旋。另一方面，圆形或正方形端口可提供更多流体104来引起涡旋。在某些实施例中，流体入口102可具有具有可调整的长/宽比(例如，由控制系统22控制)的缝隙形端口或矩形端口，从而允许在运行中调整流动性质(例如，流速、速度、压力、剪切力等)。例如，长/宽比可由控制系统22在大约2:1到大约20:1之间、大约3:1到大约15:1之间，或大约4:1到大约10:1之间来调整，或它们的任何组合。
除调整流体入口102的形状和尺寸之外，流体104的速度和速率还可由控制系统22来调整。取决于组合的进料18将行进的距离和高度，一些实施例可构造各个流体入口102和/或控制各个吹扫气体供应源42(例如，压力、流速、速度)，以输出具有从小于大约0.1到大于大约10的马赫数的流体流。在一些实施例中，各个流体入口可构造成通过设置流体入口102的几何形状、经由控制系统22控制流体入口102的可调整的开度，并且/或者经由控制器系统22控制从吹扫供应源42穿过流体入口102的流体流速度，来输出具有大约0.1到10、0.1到5或0.15到3之间的马赫数的流体流。在一些实施例中，各个流体入口102可构造成输出具有大于0.1、0.2、0.3、0.4或0.5的马赫数的流体流。在混合室90内产生的旋流运动继续由来自流体入口102和固体入口92的流的冲击开始的分解和混合。因此，混合室90将未混合的进料14转换成用在下游系统20中的组合的进料18。控制系统22监测且控制吹扫气体供应源42和固体泵26的方面，以改变影响下游系统20的旋流量、压力和/或其他因素。
在图3的所示实施例中，固体混合区段28和固体分解/加压区段30与彼此整体结合，且共用发挥混合、固体分解和加压的功能的特征。例如，封壳94的面板100有助于引起室90中的进料14的混合和分解两者。通过进一步举例，入口92和入口102之间的相对定向有助于引起进料14的混合和分解两者，因为入口92和102沿与彼此交叉的方向引导流体和进料，从而引起流之间的冲击，同时还将流引导成围绕室90的轴线98周向地移动，以经历附加的混合和分解。因此，在所示的实施例中，这些特征可认作是固体混合区段28和固体分解/加压区段30两者的部分。在其他实施例中，固体混合区段28和固体分解/加压区段30各自可包括上文所述的特征中的一个或更多个，包括面板100或其他流动湍流器、成角度入口92、成角度入口102或它们的任何组合。
图4为在图3的4-4线内截取的图1-3的固体组合系统16的实施例的局部截面示意图，进一步示出了固体泵和吹扫气体供应源的角度定向。在所示的实施例中，固体入口92在第一角度106下沿第一轴线108连接到混合封壳94。流体入口102在第二角度110下沿第二轴线112连接到混合封壳94。第一角度106和第二角度110可与彼此相同或不同。第一和第二角度104和110的范围可在大约0到90、10到80、15到75、20到70、30到60、40到50、45到60、10到30或15到45度之间。例如，第一和第二角度104和110可包括0度(即，平行)、90度(即，垂直)，或0到90度之间的锐角。例如，如图4中所示，第一角度106和第二角度110可都平行于混合封壳94的相邻面板100。此外，第一轴线108可与第二轴线112交叉(例如，正交或成锐角)。在图4的实施例中，第一轴线(或多个轴线)108和第二轴线(或多个轴线)112大体上沿周向围绕室98的轴线98成角度，而图3的实施例具有朝混合室90的轴线98向内成角度的第一轴线(或多个轴线)108，同时具有围绕室98的轴线98大体上沿周向成角度的第二轴线(或多个轴线)112。轴线108和/或112中的一者或两者的周向定向有助于引起围绕混合室90的轴线98的涡旋和/或离心流。第一角度106可由流入混合室90的固体类型、混合室90的尺寸、来自固体泵26的未混合的进料14的速度，或这些或其他因素的任何组合来确定。
图5为在图3的4-4线内截取的图1-3的固体组合系统16的实施例的局部截面示意图，进一步示出了沿固体组合系统16的内部的扰流器114。如先前参照图3和4所述，固体入口92的第一轴线108和固体入口102的第二轴线112是交叉的。然而，在图5的所示实施例中，混合封壳94不包括限定第一侧壁96的多个面板100(例如，平面板)，而是改为包括限定第一侧壁94(例如，环形侧壁94)的一个圆面板100。流体入口102使流体流(例如，CO2、N2或其他吹扫气流)冲击在通过固体入口92进入的固体进料14上，且引起围绕混合封壳94的内部的旋流运动。图5的所示实施例包括扰流器114，以引起混合室90内的固体的湍流。湍流可增强组合进料18的混合。所示扰流器114可包括凸起，如节、钉、翼型件、半圆块团，或它们的任何组合。湍流器114还可包括凹口或凹口和凸起的组合。
图6为图1-5的固体组合系统16的实施例的截面侧视图。所示的实施例包括由混合封壳94形成的混合室90。固体入口92和流体入口102示为通过混合封壳94附接。尽管仅示出了两个固体入口92和流体入口102，但混合封壳94可包括任何数目的入口92和102，如，1到1000、2到500、2到250、2到100、2到50或2到10个之间。各对入口92和102可有助于固体进料14的混合和分解。在所示的实施例中，各个流体入口102具有缝隙形喷嘴或矩形喷嘴，其具有长形开口，例如，大于或等于大约2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1的长/宽比。这些流体入口102的长度可在尺寸方面确定为至少等于或大于固体入口92的宽度或直径，使得流体入口102产生流体片层(或气动刀)，该流体片层完全地重叠穿过入口92的固体进料14的进入流。因此，流体入口102能够切穿流入封壳94中的进入的固体进料14的整体。如上文所述，在某些实施例中，入口92和/或入口102可成角度，以引起围绕封壳94的轴线98的旋流，或者入口92和/或入口102可成角度，以直接朝轴线98会聚，而不引起旋流，或引起旋流和不引起旋流的入口92和102的组合可用于封壳94中。
混合封壳94具有轴向端壁116，轴向端壁116在第一侧壁96之间径向地延伸跨过中心轴线98，从而形成混合室90的端部边界。在所示的实施例中，轴向端壁116远离混合室90向外弯曲，且因此限定弯曲的轴向端壁116。例如，弯曲的轴向端壁116可为凹形的端壁，其具有半球形，以有助于固体进料114和来自吹扫气体供应源42的流体(例如，组合进料18)的进一步的旋流和再循环。轴向端壁116阻挡组合进料18离开混合室90，除非沿流控制区段32的方向。
在固体混合区段28和固体分解/加压区段30下游，固体组合系统16具有固体流控制区段32，固体流控制区段32具有流控制导管120，流控制导管120构造成控制固体进料的流动和压力，且还用作不可见的阀，以阻挡沿上游方向朝区段28和30的回流。如下文参照图8所述，流控制导管120具有会聚扩散几何形状，如文氏管区段，以控制从区段28和30朝下游输送管122的流，该流将进料朝下游系统20发送。
图7为图6的固体组合系统16的实施例的局部截面侧视图。在图7的实施例中，各个固体入口92与多个流体入口102(诸如一个或更多个排、列、组合或组的接近地间隔的入口102)相关联。例如，所示的实施例具有至少一排流体入口102，其跨越固体入口92的宽度或直径(或更大)，从而使多个流体射流能够跨越来自相应入口92的进入固体进料14的整体。流体入口102中的各个冲击在未混合的进料14上以分解进料，且将其混合成组合的进料18。各组入口102可包括圆形入口、椭圆形入口、多边形入口、矩形入口或它们的任何组合。
图8为在8-8线内截取的图6的固体组合系统16的实施例的局部截面侧视图。固体流控制区段32包括流控制导管120，流控制导管120具有会聚扩散通路122，诸如文氏管区段。流控制导管120包括会聚导管部分124、扩散导管部分126，和会聚导管部分124与扩散导管部分126之间的喉部128。会聚导管部分124可具有一个或更多个会聚锥形壁、会聚弯曲环形壁，或它们的组合，其中，会聚导管部分124的直径沿下游方向朝喉部128逐渐减小。例如，会聚导管部分124具有会聚角度130(例如，恒定或逐渐减小的角度)，其减小组合进料18的截面流动面积，从而提高速度且穿过会聚导管部分124到喉部128沿下游方向减小压力。扩散导管部分126可具有一个或更多个扩散锥形壁、扩散弯曲环形壁或它们的组合，其中，扩散导管部分的直径沿下游方向远离喉部128逐渐地增大。例如，扩散导管部分126具有扩散角度132(例如，恒定或逐渐增大的角度)，其增大组合进料18的截面流动面积，从而提高速度且从喉部128穿过扩散导管部分126沿下游方向增大压力。以此方式，会聚扩散通路122用作不可见的止回阀(例如，人工障碍物)，其防止组合进料18从会聚部分124穿过会聚扩散通路122流至扩散部分126，从而抵抗沿上游方向朝区段28和30的回流。会聚角度130和扩散角度132两者可都在90与180度之间。
在所示的实施例中，流控制导管120具有一个或更多个保护层134，诸如涂层，以抵抗侵蚀、腐蚀或它们的组合。例如，保护层134可包括一个或更多个金属层、陶瓷层、金属陶瓷层、碳化钨层，或它们的任何组合。层可具有大于大约50、60、70或80的洛氏硬度。因此，保护层134可有助于在流改变速度和压力时沿会聚扩散通路122保护流控制导管120。
本发明的技术效果包括固体组合系统16，其包括固体混合区段28、固体分解/加压区段30和固体流控制区段32。固体混合区段28可包括混合室90，混合进料14输送至混合室90中且与旋流运动混合。旋流运动还可分解可能在泵送期间已压缩在一起的未混合的进料14。固体分解/加压区段30可包括固体入口92，固体入口92输送未混合的进料14，且包括流体入口102，其使流体(例如，吹扫气体)跨过未混合的进料14冲击，以既提高压力又分解固体进料14。流控制区段32可包括流控制导管120，流控制导管120包括会聚导管部分124、扩散导管部分126和会聚导管部分124与扩散导管部分126之间的喉部128。流控制区段32控制组合进料18的流，以便组合进料18不断向前前进至下游系统20。
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