專利名稱：用于檢測將固體和載氣輸送至流動氣流的管道中的堵塞現(xiàn)象的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可用于監(jiān)測和檢測管道中堵塞現(xiàn)象(pluggage)的方法和系統(tǒng)， 所述管道用于將固體、液體和/或氣體通過管壁或室壁輸送至流動氣體中，其中所述堵塞 可減少或阻礙此類輸送。
背景技術：
工程領域很久以來一直使用細長中空管，該細長中空管橫過氣流承載管壁或室 壁，從而使得管能夠從管或室外部源向管或室內(nèi)部的點輸送夾帶在載氣中的微細固體。該 細長中空管通常稱為“噴管”。一般來講，噴管具有固體和載氣流過的孔。該孔與外部固體 和氣體進料源輸送相通，并且在管或室內(nèi)部的點是打開的，以實現(xiàn)固體和載氣通過噴管孔 向目標氣流的輸送。從業(yè)人員所面臨的困難是噴管孔和一個或多個孔開口的堵塞問題。當供應材料是 固體時堵塞是個問題。固體通常以懸浮在載氣中或由載氣所承載的顆粒形式進行供應。當 使用多個噴管時，如果懷疑有堵塞現(xiàn)象，在沒有對每個噴管進行檢查的情況下，從業(yè)人員不 能確定哪個噴管被堵了。這類逐個噴管檢查是耗時的并且可能要求關閉整個噴管陣列以進 行檢查。因此，需要一種方法和裝置來對各個噴管的堵塞情況進行監(jiān)測，使得問題噴管能夠 被識別、從運行中移除和被拔出，而整個過程并不影響其余噴管的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種包括管或室的系統(tǒng)，所述管或室的尺寸設計并構(gòu)造成使得氣流可 以流過其中，所述管或室的至少一個壁限定一個或多個管開口。該系統(tǒng)還包括設置在每個 管開口中的一個或多個細長噴管，至少一個所述細長噴管與以下各項流體連通(i)包括來 自管的外部源的顆粒狀固體和載氣的進料和(ii)當流動時與氣流的至少一部分相交的管 或室內(nèi)部的點。每個細長噴管限定至少一個縱向孔和一個或多個開口，通過所述縱向孔至 少部分地發(fā)生流體連通。該系統(tǒng)進一步包括與各自細長噴管相關聯(lián)的至少一個檢測裝置。 當進料流動通過細長噴管的縱向孔時，檢測裝置適于監(jiān)測進料的流率或指示流率的參數(shù)。 檢測裝置能夠檢測到進料流率的減小，該減小明顯到足以指示通過細長噴管的進料流量的 減小。當使用噴管陣列且在正常工作條件下通過噴管的進料易于堵塞時，這類噴管是非常 有用的，例如，將懸浮于載氣(諸如空氣)中的活性炭顆粒進料注入煤燃燒所產(chǎn)生的煙道氣 中來捕集汞。采用本發(fā)明的噴管，可通過各種方法來確定流率。在一種這樣的方法中，操作人員記錄下溫度監(jiān)測器的溫度輸出。溫度的變化通過溫度監(jiān)測器進行報告。該溫度變化通過耦 接至加熱元件(通常稱為“熱絲”)的熱電偶進行報告。流率的降低減弱了流動進料氣體的 冷卻，這樣增加了通過熱電偶所感測的且傳送至溫度監(jiān)測器的“熱絲”的溫度。操作人員能 夠根據(jù)該指示進行操作，關閉問題噴管并根據(jù)需要對其進行修理。由于監(jiān)測是針對每個噴 管的，因此在無目標查找問題噴管時無需中斷所有噴管的工作，如果噴管沒有如本發(fā)明的 噴管所提供的那樣被各自溫度監(jiān)測，就會存在無目標查找的情況。短語“多種、固體和載氣”和“一種固體和載氣”是指一種包括固體和載氣的混合 物。例如，在優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明的方法包括固體的氣體懸浮物的進料，例如空氣懸浮 物和顆粒狀活性炭。盡管本發(fā)明涉及多種噴管構(gòu)造和進料方法，但是這樣一種已知的噴管構(gòu)造和進料 方法包括從管或室的外部源將固體和載氣通過氣流承載管或室的壁供應至載氣流。本方法 包括a.設置至少一個細長噴管，使得其與管或室的外部的進料源以及管和室內(nèi)部在與 載氣流的至少一部分相交的點處流體連通，噴管具有縱向孔并終止于遠端開口，通過該孔 發(fā)生流體連通；和b.進料通過噴管孔和遠端開口進行輸送，由此進料與載氣流的至少一部分相混
口 O另一有用的噴管構(gòu)造和進料方法可以在2009年7月8日共同提交的專利申請，
PCT申請No._，[代理人案卷號B2-7838-PCT]中找到，其公開內(nèi)容以引用的方式并入
本文中。此外，可以使用多個噴管來提高載氣流中固體和載氣的分散性和均質(zhì)性。當供應 的固體和載氣用于捕集載氣流中以極小量存在的組分時，良好的分散性和均質(zhì)性是非常有 用的。下游均質(zhì)性增加了待捕集組分與供應材料接觸的統(tǒng)計概率，以實現(xiàn)后者的捕集，間隙 捕集、吸附、化學反應等等均可。如果噴管變得部分或完全地堵塞，重要的是要盡快對其進 行識別并校正。否則，例如，污染控制性能將大幅降低。此外，在采用多個噴管的情況下，有 時在從約10個至50個或更多的范圍內(nèi)，本發(fā)明的有用性是非常有益的，體現(xiàn)在快速定位哪 一個或多個噴管是堵塞的并以及時高效的方式移除問題噴管并進行維修，而無須關閉所有 噴管的工作來查找堵塞的噴管。本發(fā)明還涉及確定是否管道(例如，噴管孔)變得至少部分堵塞的方法，所述管道 用于包括(i)顆粒狀固體和載氣的進料通過并進入流動氣體(例如，煙道氣體)，且該管道 至少部分地浸于流動氣體中，該方法包括a.確定伴隨所述進料穿過所述管道時的所述進料穿過所述管道的流率或指示流 率的參數(shù)；和b.采用檢測裝置監(jiān)測通過管道的進料流率或指示流率的參數(shù)，以確定流率的減 少，所述檢測裝置與所述管道或進料管線相關聯(lián)，所述進料管線與所述管道流體連通，該減 小明顯到足以指示通過管道的進料的流量的減小。流率可以直接地或間接地進行確定和監(jiān)測，也就是說，用于確定或監(jiān)測流率的裝 置可以通過主動地測量通過管道的進料流率，或可以通過限定參數(shù)例如壓力和/或溫度的 集合來確定和監(jiān)測流率?？梢赃M一步分析這些參數(shù)以確定通過管道的進料流率。流率可以 根據(jù)從業(yè)人員所做的計算和本領域那些普通技術人員已知的其它方法進行確定，其中在已知條件下的進料的不同物理特性(包括壓力、體積和/或溫度)之間的關系是已知的。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)適用于處理多種類型的用于供應到載氣流中的固體和載氣。 此外，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)能夠改善可按照它們的用途進行處理的多種方法，其用于例如 通過注入使處理的固體和載氣與載氣流接觸，以從氣流中移除或減少不需要的氣流組分。以下文獻公開了(i)能夠與本發(fā)明的方法和系統(tǒng)一起使用的固體、液體和/或 氣體，和/或(ii)通過使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)進行氣流處理的示例US1，984，164、 US4, 500，327、US5, 900，042、US6, 514，907、US6, 808，692、US6, 818，043、US6, 848，374、 US6,878，358、US7,435，286、US7,507，083、US2002/0114749、US2004/013589、 US2005/0039598、US2006/0204418, US2006/0205592、US2007/0051239, US2007/0140940, US2007/0180990, US2007/0234902, US2007/0254807, US2008/0107579, US2008/0134888、 ΕΡ0, 277, 706和W02007/149867。所有上述文獻均以引用的方式并入本文中，如同被全面闡 述一樣。本發(fā)明的這些和其它特征、優(yōu)點和實施例，在下文的具體實施方式
、附圖和所附權(quán) 利要求書中將更加明顯。


圖1是設置在承載氣流管內(nèi)流動氣流中的已知細長噴管的縱向截面圖，所述細長 噴管具有與設置在該細長噴管縱向孔內(nèi)的本發(fā)明的檢測裝置相關聯(lián)的傳感器；本圖還給出 了緯度方向截面A-A。圖2是本發(fā)明的流率監(jiān)測和檢測裝置的局部截面圖。在上述各圖中，相似的附圖標記用來指代該若干圖中相相似功能類似的部件。
具體實施例方式下文將對本發(fā)明的示例性實施例進行描述，原因是這些實施例可能被用在構(gòu)造和 使用系統(tǒng)和方法中，以便根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例來確定裝置中何處何時發(fā)生了堵 塞。當然應當理解，在開發(fā)本發(fā)明的實際實施例過程中，必須做出大量針對各實施例的決策 以實現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標，諸如遵從系統(tǒng)相關和行業(yè)相關的限制，從一個實施例至另一 個實施例所述限制會有所不同。此外應當理解，此類開發(fā)努力可能是復雜且耗時的，但對于 享受本公開益處的本領域的那些普通的技術人員來說仍然是其日常工作?，F(xiàn)參見附圖，本發(fā)明提供一種可用于監(jiān)測和檢測管道中堵塞現(xiàn)象的方法和系統(tǒng)， 所述管道用于將固體、液體和/或氣體通過管壁或室壁輸送至流動氣體中，其中所述堵塞 可減少或阻礙此類輸送。這類檢測是有用的，因為其使得操作人員準確地知道在噴管陣列 中，哪個管道或噴管正開始堵塞或已經(jīng)發(fā)生了堵塞。可以通過如圖2所示的檢測裝置52來 進行堵塞檢測。應當理解在本發(fā)明范圍和精神內(nèi)能夠確定流率的其它檢測裝置也可以使 用。同樣，該類檢測裝置可以測量指示流率的參數(shù)，例如溫度或壓力。應當理解通過一個或 多個噴管的固體和載氣的流率可以直接或間接地進行測量，并且仍落在本發(fā)明的范圍和精 神之內(nèi)。圖1示出了細長噴管，總體體上由附圖標記10表示。噴管10通過管32的管壁30 安裝，管32按圖1中箭頭所指示的方向承載氣流。噴管10使用安裝法蘭組件進行安裝，該
6安裝法蘭組件總體上用附圖標記34表示。噴管10具有限定縱向孔14的縱向延伸的管狀主體壁12。(本文所用術語“縱向” 是指所述構(gòu)件或有限空間的假想長軸線或與該軸線對齊的某物，而“緯度方向”是指大致與 所述構(gòu)件或有限空間的假想長軸線垂直的假想短軸線或與該軸線對齊的某物。)縱向孔14 具有近端18和遠端16。如圖可見，縱向孔14在其近端18從管32外部的點延伸至在其遠 端16管32內(nèi)部的點。噴管10進一步在其遠端16形成遠端開口 17。通常縱向孔14具有 在從約Icm至約IOcm范圍內(nèi)的緯度方向直徑。細長噴管優(yōu)選地由堅固的金屬構(gòu)造成，諸如 碳鋼或不銹鋼；然而細長噴管也可以由適合于此情況的其它材料構(gòu)造成。總體上用附圖標記34表示的安裝法蘭組件由兩個主要的部分組成，法蘭沈和法 蘭頭40。對于圖1所示的實施例，法蘭沈環(huán)繞著管口 33且通過焊接便利地安裝至管壁30。 法蘭頭40通過螺栓22和2 安裝，法蘭頭40的尺寸設計成在噴管10的近端剛性保持噴 管10以使得其經(jīng)過管口 33。密封50用于保持法蘭頭40至法蘭沈的流體緊密安裝。法蘭 頭40形成法蘭開口 60以接收供應固體、液體和/或氣體的裝置。用于將固體和載氣帶入 進料法蘭開口 60的所述裝置示出為進料管線61。一般而言，進料管線是提供一個或多個通 道的任何裝置或裝置組，該一個或多個通道從諸如貯料倉的進料源(未示出)輸送所述進 料。進料管線61可以是剛性管或柔性管，這可由技術人員提供。法蘭開口 60的尺寸設計 成使得其能夠供給穿過噴管孔14的所需的流量。在工作中，由載氣和顆粒狀活性炭的懸浮物所構(gòu)成的進料通過法蘭開口 60引入 至噴管孔14。該懸浮物流動通過縱向孔并通過孔14的遠端開口 17，由此該懸浮物的至少 一部分與載氣流的至少一部分混合。管的截面積通常較大(例如，anxaii，或更大)，并且長的細長噴管須引導物料跨 過其緯度方向橫截面。在這些情況下，多個細長噴管可以以陣列的形式進行配置。當采用噴 管陣列時，噴管優(yōu)選地進行定向并間隔開以提供與氣流流動相交的均勻分布的遠孔端。陣 列中的噴管無需具有相同的長度。噴管能夠圍繞并在氣流流動的長度上徑向間隔開?；?煙道氣體的特征，諸如管內(nèi)較大體積和較高濃度的汞存在的位置，各細長噴管的數(shù)量、長度 和位置可以不同。細長噴管的數(shù)量、位置和長度可以依據(jù)煙道氣體的特征進行優(yōu)化，以增加 引導到管內(nèi)較大體積和較高濃度的汞存在的那些位置的吸附劑的量。如圖1和/或圖2所示，與細長噴管10相關聯(lián)的檢測裝置52包括設置在噴管孔 14內(nèi)的溫度傳感器M。溫度傳感器M可以是能夠傳遞噴管孔14內(nèi)的溫度或溫度變化的 任何類型的裝置。從簡易性和經(jīng)濟性這兩點來看，可以使用裝入陶瓷或金屬套筒74內(nèi)的熱 電偶56和筒式加熱器58。應當理解也可以使用其它加熱元件。加熱器58和熱電偶56中 的每一個的布線62彼此電絕緣并且從溫度傳感器M的同一端引出。通過提供防磨損保護 套筒74保護加熱器和熱電偶。溫度傳感器M設置在細長噴管10的縱向孔14的附近和/ 或其內(nèi)。所述傳感器可以永久地放置在縱向孔內(nèi)或可以暫時地設置在孔內(nèi)。電流流動通過 加熱器58 (通常被稱為“熱絲”)，從而建立加熱器58的預定溫度。如下所述，本預定溫度 通過溫度監(jiān)測器68保持在恒定的溫度。顆粒狀載氣通過縱向孔流量的降低減弱了對熱絲 的冷卻，并從而引起熱絲58溫度的增加以及電路中的電特性的變化。如下所討論，熱電偶 56耦接至熱絲58并將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)閭魉椭翜囟缺O(jiān)測器68的電壓。如圖2所示，檢測裝置52內(nèi)的電源64通過多通道繼電器(relay)66向單獨的加熱器58提供電能以用于溫度控制。溫度監(jiān)測器68收集并分析溫度傳感器M輸入的溫度 數(shù)據(jù)，并且檢測何時出現(xiàn)超溫。從熱電偶56接收溫度狀況并轉(zhuǎn)送至溫度監(jiān)測器68。Vdc電 源70為檢測裝置52提供能量。顯示已超溫的警報72可以在溫度監(jiān)測器或能夠發(fā)送至其它 位置而顯示，諸如通過檢測裝置52中的全局繼電器(global relay)66傳送至控制室(未 示出)。盡管附圖示出了一種這樣的流率檢測方法，但是應當理解，可以使用其它檢測裝 置采用其它方法來完成通過噴管的固體和載氣流率的確定和監(jiān)測。一個這樣的非限制性實 例為壓力傳感器。此外，檢測裝置可以與進料管線(例如輸送管線)相關聯(lián)，該進料管線與管道流體 連通。如上所述，進料管線也會與提供固體顆粒和載氣的進料源流體連通。檢測裝置可以 包括設置在進料管線內(nèi)的傳感器以監(jiān)測進料通過供應管線的流率，所述進料管線與特定噴 管流體連通。應當理解，包括在檢測裝置內(nèi)以測量和/或監(jiān)測進料通過噴管的流率的傳感 器或任何其它裝置，可以設置在向噴管提供進料的系統(tǒng)內(nèi)的噴管、進料管線或其它部件的 任何部分的內(nèi)部或附近，只要通過噴管的流率在該部分是可確定的。此外，在描述檢測裝置 與管道或進料管線關系的上下文中的術語“相關聯(lián)”可以包括檢測裝置或其部件的任何構(gòu) 造，其與管道和/或進料管線內(nèi)的材料流相接近或相連接，或以其他方式連通，使得材料流 的特性能夠通過檢測裝置進行測量。如前文所述，本發(fā)明涉及一種用于確定諸如噴管10的管道是否變得堵塞的方法， 所述管道用于固體和載氣通過并進入流動氣體。該管道或細長噴管至少部分地浸于流動氣 體中。在一個可用的應用中，通過管道的氣體是含有顆粒狀固體的氣體，其中所述顆粒狀固 體包括粉未狀活性炭。其它顆粒狀固體可以包括，例如天然堿或熟石灰等。應當理解，可以 使用能夠吸收流動流體組分或與其反應的吸收劑或活性材料的任何顆粒狀固體。流動流體 可以包括燃燒過程中產(chǎn)生的含有顆粒狀固體和多種氣體組分的煙道氣體。流動流體可以是 包括例如汞、鹽酸或三氧化硫成分的煙道氣體廢氣。以下所給出的實例僅用于示例之目的，而并非旨在對本發(fā)明的范圍進行限制。實例1本發(fā)明的有用應用的一個實例是用在處理含有汞的發(fā)電廠煙道氣體中，其通過 將溴氣處理的顆粒狀汞吸附劑注入通過一系列細長噴管的組合載氣的煙道氣體中。溫度 傳感器(在這種情況下為熱絲裝置)被插入并永久地保持安裝在細長噴管的入口，在所 述細長噴管入口，顆粒形式的汞控吸附劑和空氣的混合物供給至細長噴管以分配至經(jīng)過 大煙道氣體管的煙道氣體中。在正常工作條件下，煙道氣體的溫度在300° F(149°C)至 400° W204°C)的范圍內(nèi)；吸附劑/氮混合物的溫度約為120° F(49°C )；以及溫度傳感器 保持在500° F(260°C)o如果吸附劑/氮的流率增加，那么傳感器所測得的溫度將降低。 如果吸附劑/空氣的流率降低(如發(fā)生堵塞時的情況)或如果實際上沒有流率(如發(fā)生完 全堵塞時的情況)，傳感器測得的溫度將增加。在后者情況下，溫度上升可能是顯著的。正 常運行情況下和發(fā)生大的堵塞問題期間，實際觀察到的溫度情況示出在下表1中。表 權(quán)利要求
1.一種用于確定是否管道變得至少部分堵塞的方法，所述管道用于包括(i)顆粒狀固 體和(ii)載氣的進料通過并進入流動氣體，且所述管道至少部分地浸于所述流動氣體中， 所述方法包括a.確定伴隨所述進料通過所述管道時的所述進料通過所述管道的流率或指示所述流 率的參數(shù)；和b.采用檢測裝置監(jiān)測通過所述管道的所述進料的流率或指示所述流率的參數(shù)，以確定 所述流率的減少，所述檢測裝置與所述管道或進料管線相關聯(lián)，所述進料管線與所述管道 流體連通，且所述減小明顯到足以指示通過所述管道的所述進料的流量的減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述顆粒狀固體包括能夠吸收所述流動氣體的 組分或與流動氣體的組分反應的吸收劑或活性材料，并且所述流動氣體包括來自燃燒過程 的煙道氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述檢測裝置包括設置在由所述管道限定的孔 內(nèi)的傳感器以測量通過所述管道的流率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述傳感器包括加熱元件和耦接至所述加熱元 件的熱電偶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進一步包括建立設置在所述管道內(nèi)的加熱元件的恒定溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過所述管道的所述流率通過設置在所述管道 內(nèi)的所述加熱元件的從恒定溫度的偏差進行監(jiān)測。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述煙道氣體的組分包括汞、鹽酸或三氧化硫。
8.一種系統(tǒng)，包括管或室，所述管或室的尺寸設計并構(gòu)造成使得氣流可以在其中流動，所述管或室的至 少一個壁限定一個或多個管開口；一個或多個細長噴管，所述一個或多個細長噴管設置在各管開口中，至少一個所述細 長噴管與以下各項流體連通(i)包括來自所述管的外部源的顆粒狀固體和載氣的進料和 ( )當流動時與所述氣流的至少一部分相交的所述管或室的內(nèi)部的點，每個細長噴管限定 至少一個縱向孔并限定至少一個或多個開口，通過所述縱向孔至少部分地進行流體連通； 以及與各自細長噴管相關聯(lián)的至少一個檢測裝置，當所述進料流動通過所述細長噴管的縱 向孔時，所述檢測裝置適于監(jiān)測所述進料的流率或指示所述流率的參數(shù)，其中，所述檢測裝置能夠檢測到所述進料的流率的減小，所述減小明顯到足以指示通 過所述細長噴管的所述進料的流量的減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述顆粒狀固體包括能夠吸收所述流動氣體的 組分或與所述流動氣體的組分反應的吸收劑或活性材料，并且所述流動氣體包括來自燃燒 過程的煙道氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測裝置包括設置在所述縱向孔內(nèi)或附近 的傳感器以測量通過所述細長噴管的進料流率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括加熱元件和耦接至所述加熱 元件的熱電偶。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述煙道氣體的組分包括汞、鹽酸或三氧化硫。
全文摘要
公開了一種用于檢測將固體和載氣供應至流動氣體的管道中的堵塞現(xiàn)象的方法和系統(tǒng)。
文檔編號B01D53/64GK102089065SQ200980126534
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者J·E·米勒, X·劉 申請人:阿爾比馬爾公司