CN101634455B - 轮廓特定的扁平桩钉和用于旋风炉出渣口的桩钉布置 - Google Patents

Abstract

一种桩钉和桩钉布置保护出渣口的水冷却管免受流过的炉渣和废气的侵蚀和腐蚀。该桩钉是大致环形或环状节段。该桩钉具有终止于边缘的突起，该边缘适于在桩钉接触区域与管接触，且该桩钉具有适于接纳焊缝的焊缝表面。焊缝在焊缝接触区域与管接触并将桩钉实体地且热力地连接到管。焊缝接触区域大于桩钉接触区域，由此改进管与桩钉之间的热传递。各桩钉以沿垂直于流过炉渣和废气的方向交错的布置设置。

Description

轮廓特定的扁平桩钉和用于旋风炉出渣口的桩钉布置

技术领域和背景技术

本发明的主题一般地涉及一种用于燃烧含灰燃料的旋风炉，且具体地涉及用于保护形成出渣出口的水冷却管的桩钉(stud)。

20世纪40年代巴布科克和威尔科克斯公司(Babcock&Wilcox Company)(B&W)开发了旋风炉。这些旋风炉能够燃烧含灰量高、熔点温度低的煤，这种煤在粉煤锅炉中尤其成问题。图1示出一种旋风炉组件100，该组件100包括大致水平的桶，该桶直径通常为6至10英尺，并附连到锅炉熔炉的侧面。旋风桶由以切线管构造布置的水冷却管24形成。粉煤通过粉煤入口32引入。粉煤和某些空气(一次空气41和三次空气43)通过旋风桶前部设置的诸如径向燃烧器之类的一个或多个专门设计的燃烧器进入旋风桶。

在主旋风桶内，由上部旋风桶壁内的二次空气通过二次空气速度阻尼器(velocity damper)的切向添加而形成涡流运动。形成独特的燃烧模式和循环气流结构。燃烧产物最终通过再进入喉部60离开旋风炉，再进入喉部包括适于形成出渣开口或出口20的水冷却管22。形成溶渣层且溶渣层有利地涂在旋风桶的内表面上。炉渣排泄到旋风桶的底部并通过出渣口20排出。

旋风炉是锅炉吸热回路的一体部分并可用于较小的锅炉，因为约70-90％的初始燃料灰都捕获在排出熔炉的炉渣内。

对于旋风炉设计和操作的其它细节，读者可参照转让给本发明受让人的美国专利第2,357,301号和第5,878,700号，以及美国俄亥俄州巴伯顿的巴布科克和威尔科克斯公司的《蒸气/其产生和使用(Steam/Its Generation and Use)》

2005年第41版第15章，它们的内容以参见的方式纳入本文，就如同在此作了完整阐述一样。

旋风桶内的腐蚀和侵蚀是需要常规维护措施的两个主要问题。如图1所示，由可更换磨损量块或衬里51形成的保护性防磨层用于防止煤入口32处的过度腐蚀。用于这些磨损量块的材料通常包括金属、陶瓷或两者的组合。关节桩钉52紧接着磨损量块51放置。

旋风桶的湿炉渣环境产生侵蚀压力部分管的潜在侵蚀性硫化铁。现参见图2，在由溶渣72涂敷的区域内，水冷却管22、24通常受到由圆柱形销桩钉53固定就位的耐火层74的保护。销桩钉53以非常稠密的模式焊接到管22的外表面。例如，由巴布科克和威尔科克斯公司提供的“超密”销桩钉可能包括3/4英寸长的桩钉，每平方英尺有360或360以上个桩钉。

除了固定耐火层之外，销桩钉还冷却与侵蚀性炉渣接触的耐火表面并有助于阻滞侵蚀作用。销桩钉将耐火层固定就位，由此延长耐火层的寿命，且耐火层又有助于保护销桩钉。该绝热将旋风桶保持在足够高的温度以能够从装置底部充分出渣，并显著降低腐蚀和侵蚀的可能性。

为了进一步减少维护，巴布科克和威尔科克斯公司开发了一种扁平、交错的桩钉设计54，如图1所示，其包括手动施加的角焊缝。扁平交错桩钉设计54提供以下优点：1)更精确的桩钉制造和更紧密的间距，2)在桩钉之间形成沟槽和加速其间磨损的可能性最小，3)优良的传热性能，这降低金属温度和腐蚀速率，以及4)较粗的桩钉尺寸，延长寿命。

为了降低旋风炉的出渣口区域内的腐蚀和侵蚀，巴布科克和威尔科克斯公司开发了一种轮廓特定的扁平桩钉，该桩钉设计成用于形成旋风炉出渣口的管。开发轮廓特定的设计是为了更好地将扁平桩钉装配到出渣口区域内。该原始轮廓特定的桩钉由B&W800材料制成，并呈大致弧形，设计成环形或环状节段。现参照图3A，图3A是敷加到水冷却管22的两个原始轮廓特定的桩钉1的截面图。每个原始轮廓特定的桩钉1具有内周边缘2，该内周边缘2的轮廓与所关联的管22接触。原始轮廓特定的桩钉1具有上侧6和下侧8，每侧都是平坦的且相互平行。以直角将上侧6连接到下侧8的外周边缘4平行于内边缘2延伸。外周边缘4暴露于使用时流过出渣口的炉渣和废气。

原始轮廓特定的桩钉1具有从上侧6和下侧8延伸并终止在内周边缘2内的突起9。突起9具有将上侧6连接到内边缘2的凹陷焊缝槽10(图3A中示出为上凹)。焊缝槽10适于接纳焊缝12，并具有焊接槽深度11(图4A)。突起9还具有与焊缝槽10相对定位并将下侧8连接到内边缘2的凹陷槽14(图3A中示出为下凹)。凹陷槽14具有槽深度15。桩钉1的凹陷槽14与焊缝槽10对称，焊缝槽深度11与槽深度15相等。

使用时，桩钉1通过角焊缝12附连到管22。焊缝12在焊缝接触区域13处与水冷却管22接触。桩钉1本身在沿内边缘2的桩钉接触区域处与管22接触。如图3A所示，焊缝接触区域13和内边缘2的桩钉接触区域大致相等。

如图5A所示，原始轮廓特定的桩钉1使用原始轮廓特定的桩钉布置90沿水冷却管布置，在该布置90中多个原始轮廓特定的桩钉1以垂直交错布置围绕水冷却管22设置，即当桩钉1垂直附连时交错，但不沿炉渣和废气流方向55偏移。

尽管原始轮廓特定的桩钉1的初始尝试和原始桩钉布置90显示出某些改进，但仍然需要进一步降低腐蚀和侵蚀率。

发明内容

旋风出渣区域的频繁维护和管的高失效率需要开发对该关键区域的改进的保护。尽管原始轮廓特定的桩钉设计和布置向改进该情况迈进了一步，但仍然需要改进桩钉和桩钉布置。本发明提供在该关键区域的附加保护，由此降低维护成本并防止桩钉和耐火层未充分保护这些管时在该区域发生管子泄漏。

本发明通过重新设计桩钉布置、重新设计桩钉本身而延长在出渣区域内桩钉的寿命，从而改进桩钉与管之间的热传递，并改进桩钉的材料。较长的桩钉寿命又提供降低维护成本和在高度腐蚀和侵蚀的旋风出渣区域有较长的管子总体寿命的优点。

因而，本发明的一方面是关于一种用于保护水冷却管的桩钉。该桩钉是环形节段，该环形节段具有第一和第二侧以及连接两侧的外边缘。突起从两侧延伸并终止于内边缘，内边缘的轮廓设置成与管接触。内边缘具有相关的内边缘深度。该突起具有适于接纳内边缘与其中一侧之间的焊缝的表面。该焊缝表面具有相关的焊缝深度，且该焊缝表面的焊缝深度大于内边缘深度。

因而，本发明的另一方面是关于一种用于保护水冷却管的桩钉。该桩钉是环形节段，该环形节段具有由垂直于两侧的外周边缘连接的平行、平坦的两侧。突起从两侧延伸并终止于内边缘，内边缘与外边缘相对并平行。内边缘的轮廓设置成沿桩钉接触区域与管接触。该突起具有适于接纳内边缘与其中一侧之间的焊缝的焊缝槽。焊缝填充焊缝槽，由此沿焊缝接触区域将桩钉实体地且热力地连接到管，该焊缝接触区域大于桩钉接触区域。

本发明的又一方面是关于一种炉渣出口。该炉渣出口具有适于形成炉渣开口以排放流动的废气和炉渣的多个水冷却管。该炉渣出口还具有多个桩钉。每个桩钉的轮廓设置成在桩钉接触区域与相邻的水冷却管接触并具有适于接纳焊缝的焊缝表面。焊缝填充每个焊缝表面并在焊缝接触区域与相邻水冷却管接触，由此将桩钉实体地且热力地连接到管。流过的废气和炉渣限定流动方向，且桩钉沿垂直于该流动方向的方向交错。

在所附权利要求书中具体指出本发明的各种新颖性特征，权利要求书形成本公开的一部分。为了更好地理解本发明、通过其使用可实现的其操作优点，请参考示出了本发明的较佳实施例并形成本公开的一部分的附图和说明内容。

附图说明

在形成本说明书的一部分的附图中：

图1示出可使用本发明的旋风炉组件的局部剖视立体图；

图2是已知旋风炉桩钉和桩钉布置的局部剖视图；

图3A和4A是原始轮廓特定的桩钉的侧剖视图；

图3B和4B是改进的轮廓特定的桩钉的侧剖视图；

图5A是原始轮廓特定的桩钉布置的侧视图；

图5B是改进的轮廓特定的桩钉布置的侧视图；

图6A是应用到强迫循环旋风炉的改进的轮廓特定的桩钉布置的、从炉内的观察点向旋风炉组件内看的立体图；

图6B是应用到强迫循环旋风炉的改进的轮廓特定的桩钉布置的、从炉内的观察点朝向炉外看的立体图；以及

图7是应用到自然循环旋风炉的改进的轮廓特定的桩钉布置的、从炉内的观察点看到旋风炉组件内的立体图。

具体实施方式

为了进一步降低旋风炉出渣区域的腐蚀和侵蚀，本发明包括改进的轮廓特定的桩钉设计和改进的桩钉布置。

业已开发了一种改进的轮廓特定的桩钉101，如图3B所示，该图示出应用到水冷却管22的两个改进的轮廓特定的桩钉101。与原始轮廓特定的桩钉1类似，改进的轮廓特定的桩钉101呈大致弧形，设计成环形或环状节段。改进的轮廓特定的桩钉101较佳地对向约30至45度的角，即，使得约12至8个桩钉的环完全围绕所关联的管22。

与原始轮廓特定的桩钉1类似的还有，改进的轮廓特定的桩钉101具有内周边缘102。内边缘102的轮廓设置成与所关联的水冷却管22接触，内边缘102的直径稍大于管22的外径。改进的轮廓特定的桩钉101的外边缘104以直角将上侧106连接到下侧108并平行于内边缘102延伸。上侧106与下侧108较佳地为平坦的并相互平行。外周边缘104在使用时暴露于流过的炉渣和废气。

现参见图3B和4B，与原始轮廓特定的桩钉1类似的还有，改进的轮廓特定的桩钉101具有从上侧106和下侧108延伸并终止在内周边缘102内的突起109。内周边缘102具有内边缘深度116。突起109具有将上侧106连接到内边缘102的凹陷焊缝槽110(图3B中示出为上凹)。焊缝槽110适于接纳焊缝112，并具有焊缝槽深度111。突起109也具有将下侧108连接到内边缘102的第二凹陷槽114(图3B中示出为下凹)。凹陷槽114具有槽深度115。

使用时，改进的轮廓特定的桩钉101通过焊缝112附连到管22，该焊缝较佳地为本领域已知的角焊缝。焊缝112在焊缝接触区域113与水冷却管22接触，且改进的桩钉101沿内边缘102与水冷却管22接触。

如图3A所示原始轮廓特定的桩钉1的角焊缝设计使得原始轮廓特定的桩钉1的较大面积未被水冷却管22冷却，因为焊缝区域13相对于内边缘2的桩钉接触区域较小。因此原始轮廓特定的桩钉1和管22之间的接触热阻降低了流过管22的水冷却桩钉1的能力。如图3B和4B所示，改进的轮廓特定的桩钉101已经改型成使桩钉101与管22之间的焊缝接触区域113最大。与原始轮廓特定的桩钉1相比，改进的轮廓特定的桩钉101的槽，即焊缝槽110和槽114不对称，槽110的焊缝槽深度111大于(较佳地明显大于)槽114的槽深度115。焊缝接触区域113大于沿内边缘102的桩钉接触区域，由此改进水冷却管与改进的桩钉101之间的热传递。因此，较大的焊缝接触区域113有助于保持较低的桩钉操作温度，这会降低通常导致桩钉寿命缩短的桩钉过热和氧化情况。与原始桩钉1的外边缘4的深度17相比，改进的桩钉101的外边缘104的深度117较佳地有所减小。

改进的轮廓特定的平坦桩钉101较佳地由ASTM297A制成，以进一步延长磨损寿命。

图5B、6A、6B和7示出改进的桩钉布置290，在该布置290中，多个桩钉1、101以与图5A的原始桩钉布置90相比更水平交错的布置围绕出渣口20的水冷却管22布置。在改进的布置290中，各桩钉堆叠成垂直柱，每个柱与相邻的垂直柱垂向偏移。将桩钉这样交错使该交错结构面向热废气流并使溶渣排出出渣口，如废气和炉渣流动方向55所示。与其中桩钉1沿平行于流动方向55的方向偏移的桩钉布置90相比，在布置290中，桩钉1、101沿垂直于流动方向55的方向偏移。图6A和6B示出应用到强制循环旋风炉组件的改进的桩钉布置290。图7示出应用到自然循环旋风炉组件的改进的桩钉布置290。改进的桩钉布置290可用于原始轮廓特定的桩钉1，或者较佳地用于改进的轮廓特定的桩钉101。

尽管以上已经示出和描述了本发明的各具体实施例和/或细节来说明本发明原理的应用，但应当理解，本发明可如权利要求书中更完整描述那样来实施，或者以本领域的技术人员所已知的其它方式来实施(包括任何和所有的等同物)，而不偏离这些原理。例如，尽管本发明主题对改型应用尤其有用，但它同样可应用于新型装置。在本发明的某些实施例中，有时可有利地使用本发明的某些特征而不相应地使用其它特征。因而，所有这些改动和各实施例都完全落入以下权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种用于保护水冷却管的桩钉，包括：

环形节段，所述环形节段具有第一侧和第二侧；

外边缘，所述外边缘连接所述第一侧和所述第二侧；

突起，所述突起从所述第一侧和所述第二侧延伸并终止于内边缘，所述内边缘的轮廓设置成与管子接触并限定内边缘深度，所述突起具有适于接纳所述内边缘与所述第一侧和所述第二侧中的一侧之间焊缝并限定焊缝深度的焊缝表面；以及

其中所述焊缝深度大于所述内边缘深度。

2.如权利要求1所述的桩钉，其特征在于，所述焊缝表面是凹陷的。

3.如权利要求2所述的桩钉，其特征在于，所述突起具有与所述焊缝表面相对定位的第二凹陷表面。

4.如权利要求1所述的桩钉，其特征在于，所述第一侧和第二侧基本上是平坦的并相互平行。

5.如权利要求4所述的桩钉，其特征在于，所述外边缘垂直于所述第一侧和第二侧。

6.如权利要求1所述的桩钉，其特征在于，所述桩钉由ASTM297A制成。

7.一种用于保护水冷却管的桩钉，包括：

环形节段，所述环形节段具有平行、平坦的两侧，所述两侧由垂直于所述两侧的外周边缘连接；

突起，所述突起从所述两侧延伸并终止于内周边缘，所述内周边缘与所述外周边缘相对且平行，所述内周边缘的轮廓设置成沿桩钉接触区域与所述管接触，所述突起具有适于接纳所述内周边缘与所述两侧中的一侧之间焊缝的焊缝槽；

焊缝，所述焊缝填充所述焊缝槽，由此沿焊缝接触区域将所述桩钉实体地且热力地连接到所述管；以及

其中所述焊缝接触区域大于所述桩钉接触区域。

8.如权利要求7所述的桩钉，其特征在于，所述焊缝槽是凹陷的。

9.如权利要求8所述的桩钉，其特征在于，所述突起具有与所述焊缝槽相对的第二凹陷槽。

10.如权利要求7所述的桩钉，其特征在于，所述焊缝是角焊缝。

11.如权利要求7所述的桩钉，其特征在于，所述桩钉由ASTM297A制成。

12.一种炉渣出口，包括：

多个水冷却管，所述水冷却管适于形成炉渣开口以通过所述开口排放流过的废气和炉渣；

多个桩钉，每个所述桩钉的轮廓设置成在桩钉接触区域与相邻的水冷却管接触并具有适于接纳焊缝的焊缝表面；

多个焊缝，每个所述焊缝填充相关联桩钉的焊缝表面并在焊缝接触区域与相邻水冷却管接触，由此将所述桩钉实体地且热力地连接到所述管；以及

其中所述流过的废气和炉渣限定流动方向，且所述桩钉沿垂直于所述流动方向的方向交错。

13.如权利要求12所述的炉渣出口，其特征在于，每个所述桩钉的所述焊缝接触区域大于所述桩钉的所述桩钉接触区域。

14.如权利要求12所述的炉渣出口，其特征在于，所述桩钉由ASTM297A制成。

15.如权利要求12所述的炉渣出口，其特征在于，所述炉渣出口从强制循环旋风炉排放炉渣。

16.如权利要求12所述的炉渣出口，其特征在于，所述炉渣出口从自然循环旋风炉排放炉渣。

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