CN107735616B - 颗粒分离器模块和换热室模块的组件和安装该组件的方法、以及具有此组件的循环流化床锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可在顶部支撑的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件、具有此组件的循环流化床锅炉(10)、以及安装此组件的方法，其中颗粒分离器包括柱状上部分(20)、锥状下部分(24)、以及可密封地连接到换热室模块的顶表面上的下端部(26)，颗粒分离器模块(14)设有附接到柱状上部分(20)上的2N个竖直地对准的蒸汽管(46)，其中2N个竖直地对准的蒸汽管(46)中的每一个附接到N个第一梁中的一个上，以便N个第一梁中的每一个悬置成以水平位置悬挂在柱状上部分与下端部(26)之间的预定水平(50)，且换热室模块(16)设有以水平位置附接到换热室模块的顶表面(60)上的N个第二梁(56,56')，其中换热室模块(16)布置成通过使N个第二梁(56,56')中的每一个由N个第一梁(52,52')中的两个相邻梁悬置来从颗粒分离器模块(14)悬置。

Description

颗粒分离器模块和换热室模块的组件和安装该组件的方法、 以及具有此组件的循环流化床锅炉
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的颗粒分离器模块和换热室模块的组件、具有此组件的循环流化床锅炉、以及安装此组件的方法。更具体而言，本发明涉及可连接在循环流化床锅炉中的颗粒分离器模块和换热室模块的组件的不同方面，其中颗粒分离器模块包括柱状上部分、锥状下部分、以及下端部，下端部可密封地连接到换热室模块的顶表面上以便当在循环流化床锅炉中使用时将颗粒从颗粒分离器模块传送至换热室模块。
背景技术
循环流化床锅炉包括炉体和与炉体的上部分流体连接来从炉体排出的排气分离颗粒的颗粒分离器。分离的颗粒的至少一部分从颗粒分离器经由返回通道返回炉体的下部分。包括嵌入颗粒的缓慢流化床中的换热表面的换热室通常布置在返回通道中。具有颗粒的流化床的此换热室是相对较重的构造，其支撑需要特殊措施。大规模循环流化床锅炉设备的炉体和颗粒分离器通常从设备的支撑结构在顶部支撑。根据常规实践，换热室是在底部支撑的，或其与炉体的侧壁整体结合在公共结构中。在底部支撑的换热室需要复杂的措施来补偿单元的不同热膨胀，例如，如公开案WO 2013/041764中所示。整体结合到炉体的侧壁的换热室(诸如，美国专利第5526775号中所示的一种)可引起缺少用于其他系统组装到炉体的下部分上的空间。
专利文献EP 2361148 B1公开了一种颗粒分离器和制造为受支撑而从锅炉的支撑结构悬挂的整体结合的水管构造的换热室的组件。该构造可能难以制造和组装，且紧密整体结合可限制单独优化颗粒分离器和换热室的尺寸和结构的可能性。
专利文献EP 1259758 B2公开了一种包括颗粒分离器模块和换热室模块的组件，其中换热室模块借助于包括蒸汽管的悬置器件来从颗粒分离器模块悬置。该构造相对简单，但其组装仍可能相对困难，且其可限制单独优化颗粒分离器和换热室的尺寸和结构的可能性。
本发明的目的在于提供一种颗粒分离器模块和换热室模块的组件、具有此组件的循环流化床锅炉、以及安装此组件的方法，其中上文提到的和现有技术的其他问题中的至少一部分最小化。
发明内容
本发明的目的可大致如公开那样在独立权利要求中和描述本发明的不同实施例的更多细节的其他权利要求中满足。
根据本发明的方面，提供了一种以竖直位置可连接到循环流化床锅炉上的颗粒分离器模块和换热室模块的组件，其中换热室模块包括顶表面，且颗粒分离器模块可在顶部支撑，且包括带具有管壁构造的外壁的柱状上部分、锥状下部分、以及下端部，下端部可密封地连接到换热室模块的顶表面上以便在结合循环流化床锅炉使用时将颗粒从颗粒分离器模块传送至换热室模块，其特征在于，颗粒分离器模块设有2N个竖直地对准的蒸汽管，其中N是大于一的整数，竖直地对准的蒸汽管中的每一个附接到柱状上部分上，且向下延伸到位于柱状上部分与下端部之间的预定水平，以及N个第一梁，其中2N个竖直地对准的蒸汽管中的每一个附接到N个第一梁中的一个上，以便N个第一梁中的每一个由2N个竖直地对准的蒸汽管中的两个相邻蒸汽管悬置成以水平位置悬挂在预定水平，且换热室模块设有以水平位置附接到换热室模块的顶表面上的N个第二梁，其中换热室模块布置成通过使N个第二梁中的每一个由N个第一梁中的两个相邻梁悬置来从颗粒分离器模块悬置。
本发明的上文限定的方面提供的优点在于，颗粒分离器和换热室是单独的模块，其尺寸和形状可独立地设计和优化。颗粒分离器模块和换热室模块可单独地制造，且它们可以以很简单且高效的方式连接在一起，同时结合循环流化床锅炉安装。因此，颗粒分离器模块和换热室模块可基于模块和其周围结构的需要设计，且模块的安装可在短时间计划中尤其经济地实现。
竖直地对准的蒸汽管中的每一个在附接区域有利地附接在颗粒分离器的柱状上部分的外壁上。附接区域沿颗粒分离器模块的柱状上部分的外壁在竖直方向上有利地延伸至少两米。这确保了竖直地对准的蒸汽管与颗粒分离器模块的上部分的管壁构造之间的良好机械和热接触。
如果N等于二，则存在四个竖直地对准的蒸汽管，且四个竖直地对准的蒸汽管的附接区域有利地形成水平矩形图案，这在矩形情况下尤其有利，即，在换热室具有矩形水平截面时。因此，换热室的顶表面包括平行于彼此的两个相对的边缘部分，且两个第二梁有利地附接到两个相对的边缘部分上。然后，换热室模块有利地布置成通过使第二梁垂直于第一梁设置来从颗粒分离器模块悬置。
换热室模块有利地布置成通过借助于2N个中间挂杆使N个第二梁从N个第一梁悬置来从颗粒分离器模块悬置，中间挂杆中的第一个将第一梁的端部区段附接到第二梁的相邻端部区段上。因此，中间挂杆优选将第一梁和第二梁在其端部区段处附接到彼此上，在大多数情况下几乎在梁的端部处，有利的是在梁的中心的两侧处至少对称。
在矩形情况下，第二梁之间的距离有利的是与换热室模块的顶表面的相应相对边缘部分之间的距离相同。因此，中间挂杆在对应于换热室模块的顶表面的相应相对边缘部分之间的距离的距离处附接到第一梁上。因此，假如换热室模块的顶表面的相对边缘部分之间的距离比第一梁的长度较短，则中间挂杆附接到第一梁的端部区段上，但在离第一梁的实际端部一定距离处。
第二梁通过沿边缘部分的长度近似均匀分布的多个下挂杆有利地附接到换热室的顶表面的两个相对边缘部分上。因此，假如顶表面的边缘部分延伸远于第一梁之间的距离，则第二梁的长度比第一梁之间的距离较长，且中间挂杆在离第二梁的实际端部的一定距离处附接到第二梁上。
颗粒分离器模块的柱状上部分的截面可为圆形，但根据本发明的优选实施例，柱状上部分具有多边形水平截面。截面然后有利地包括2M个转角区段，其中M是大于一的整数，且竖直地对准的蒸汽管的附接区域位于柱状上部分的外壁中的2M个转角区段附近。因此，可以说，竖直地对准的蒸汽管中的每一个附接到转角区段中的一个上。最简单的多边形截面因此是正方形，其具有附接到转角区段中的每一个上的竖直地对准的蒸汽管。
如果M等于三，则颗粒分离器的柱状上部分的截面是六边形，且包括六个转角区段。然后，有可能存在六个竖直蒸汽管，三个第一梁和三个第二梁。然而，由于换热室模块通常具有矩形截面，故带具有带六边形截面的上部分的颗粒分离器的组件在存在四个竖直地布置的蒸汽管的意义上优选非对称，由此竖直地对准的蒸汽管在转角区段附近成四对附接，但其余两个转角区段没有竖直地对准的蒸汽管。
有利地，N等于二，M为偶数(诸如，4、6或8)，由此转角的数目可由四除尽。然后，四个竖直地对准的蒸汽管可对称地附接到转角区段中的四个上。根据本发明的有利实施例，M等于六，且颗粒分离器的上部分的截面包括十二个转角区段。然后，该构造可制造成对称的，以便在每三个转角区段中都附接有竖直地对准的蒸汽管，且在任何三个相邻转角区段的另外两个中没有附接竖直地对准的蒸汽管。
在矩形情况下，颗粒分离器模块和换热室模块的组件(其中竖直地对准的蒸汽管仅附接到每三个转角区段中，或更大体上，其中在附接有蒸汽管的每两个转角之间存在没有竖直地对准的蒸汽管的偶数个转角)在与流化床锅炉的炉体的连接性方面尤其是有利的。该优点基于以下事实：当组件安装在其自然位置(即，以便第二梁中的一个与炉体的相邻侧壁平行)时，则在每两个相邻竖直地对准的蒸汽管之间的中心处存在颗粒分离器的上部分的面，其平行于或垂直于炉体的相邻侧壁。因此，即使颗粒分离器是在顶部支撑，上部分附加的侧支撑然后也可从炉体或与炉体的壁对准的任何结构尤其有利地布置。
根据本发明的尤其有利的实施例，M等于八，由此颗粒分离器的上部分的截面包括十六个转角区段。具有十六个转角区段的颗粒分离器模块的柱状上部分可有利地由十六个直水管面板形成。面板然后可以以对称方式向下延伸且向内弯曲，以便还形成颗粒分离器模块的锥状下部分，直至其下端部。
具有十六个转角区段的构造可又制造成对称的，以便在每四个转角区段中附接有竖直地对准的蒸汽管，且在四个相邻转角区段中的另外三个中未附接竖直地对准的蒸汽管。然而，为了具有没有竖直地对准的蒸汽管的偶数个相邻转角的优点(如上文描述的那样)，根据本发明的甚至更有利的实施例，具有十六个转角区段的构造制造成非对称的，以便使没有竖直地对准的蒸汽管的相邻转角区段的数目根据序列4-2-4-2改变。
根据本发明的优选实施例，换热室模块具有管壁构造，其布置成未与颗粒分离器模块的柱状上部分的管壁构造直接流动连接。因此，换热室模块和颗粒分离器模块的管壁构造很大程度上是独立的。为此，颗粒分离器模块的下端部可由尤其简单的手段，借助于板密封来可密封地连接到换热室模块的顶表面上。
由于换热室模块的管壁构造未与颗粒分离器的管壁构造直接流接触，故在安装换热室模块时未产生与颗粒分离器模块的管壁连接。因此，有可能在安装之前将换热室模块制造成几乎完全准备好，以便最小化最终位置的人工制造步骤。因此，本发明使得换热室模块尤其简单且快速安装成为可能。
本发明的另一个优点在于，由于模块之间的机械连接由第一梁和第二梁产生，故其长度可增大到任何期望尺寸，换热室模块的宽度和深度不由颗粒分离器模块的尺寸限制。因此，换热室模块的宽度和深度例如可明显小于或明显大于颗粒分离器的直径。
根据另一个方面，本发明提供了一种循环流化床锅炉，其包括根据上文描述的任何一个实施例的颗粒分离器模块和换热室模块的组件。
根据又一个方面，本发明提供了一种将如上文描述的颗粒分离器模块和换热室模块的组件安装到循环流化床锅炉设备的支撑构造的方法。因此，该方法包括从上方将颗粒分离器模块支撑到循环流化床锅炉设备的支撑构造、以及通过使第二梁中的每一个由第一梁中的两个悬置来使换热室模块从颗粒分离器模块悬置。
换热室模块通过使第二梁借助于中间挂杆由第一梁悬置来有利地从颗粒分离器模块悬置，以便挂杆中的每一个将第一梁的端部区段附接到第二梁的相邻端部区段上。换热室模块优选通过具有设置成垂直于两个第一梁的两个第二梁来从颗粒分离器模块悬置。
附图说明
在下文中，将参照示例性示意性附图来描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的包括颗粒分离器模块和换热室模块的组件的循环流化床锅炉设备的侧视图，
图2示意性地示出了根据本发明的第一实施例的颗粒分离器模块和换热室模块的组件的后侧视图，
图3示意性地示出了根据本发明的第一实施例的颗粒分离器模块和换热室模块的组件的水平截面。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的包括炉体12、颗粒分离器模块14和换热室模块16的循环流化床锅炉设备10的侧视图。在下文中，颗粒分离器模块14和换热室模块16可备选地简单称为颗粒分离器和换热室，尤其在以下情况下使用前一形式：需要强调颗粒分离器14和换热室16在制造和安装方面是独立单元、模块，其仅在组件安装期间由尤其简单的手段连接在一起。
烟道气体排出通道18将炉体12的上部分连接到颗粒分离器14的柱状上部分20上。清洁的气体通道22连接到颗粒分离器14的顶部上，以从颗粒分离器14传送清洁的烟道气体来进一步处理。分离的颗粒通过颗粒分离器14的锥状下部分24和下端部26落至换热室16。冷却的颗粒从换热室16通过返回通道28引导至炉体12的下部分。
在该实施例中，颗粒分离器14的上部分20的水平截面是具有十六个转角的规则多边形，转角在图1中示为竖直线30。换热室16具有矩形水平截面，其中一个侧面32与炉体的相邻侧壁34平行。换热室模块16的水平大小在图1的实施例中明显小于颗粒分离器模块的水平大小。大体上，图1中所示的组件的优点在于，其不限制两个模块相对于彼此的水平大小。因此，换热室模块的水平大小例如备选地大于颗粒分离器模块的水平大小。
炉体12和颗粒分离器14分别由第一上挂杆38和第二上挂杆40支撑来从锅炉设备的刚性支撑构造36悬挂。换热室模块16布置成借助于分别附接到颗粒分离器模块14和换热室模块16上的专用支撑器件42、44来从颗粒分离器模块14悬挂。
附接到颗粒分离器模块14上的支撑器件42包括四个竖直地对准的蒸汽管46，蒸汽管中的每一个在附接区域48附接到颗粒分离器14的柱状上部分20上。通常，蒸汽管46在附接区域48焊接在颗粒分离器14的柱状上部分20的四个转角30上，附接区域48有利地从颗粒分离器的上部分20的下端部向上延伸至少两米。竖直地对准的蒸汽管46从颗粒分离器的柱状上区段20的下端部向下延伸至位于颗粒分离器模块的柱状上部分20与下端部26之间的预定水平50。竖直地对准的蒸汽管46通常(即使图1中未示出)是锅炉设备10的蒸汽发生系统的部分，诸如，主过热器和副过热器之间的连接管。
附接到颗粒分离器模块14上的支撑器件42包括悬置来以水平位置平行于彼此悬挂在预定水平50的两个第一梁52、52'，以便第一梁中的每一个从两个相邻的蒸汽管46悬挂。在安装与颗粒分离器模块14连接的换热室模块16时，第一梁52、52'由中间挂杆54连接到附接在换热室模块16上的支撑器件44上。
附接到换热室模块16上的支撑器件44包括以水平位置由多个下挂杆58附接到换热室模块16的顶表面60的两个相对边缘部分上的两个第二梁56。换热室模块16连接到颗粒分离器模块14上，以便第二梁56中的每一个连接到两个第一梁52、52'上，由此第二梁56设置成垂直于第一梁52、52'。
图2将图1中的颗粒分离器模块14和换热模块16的组件示意性示为后侧视图，即，从与炉体相对的侧。与图1中相同的参照标号用于图2中的相同部分。由于图2的视角垂直于图1的视角，例如，图2中所见的换热室16的侧壁32'、32''、32'''不同于图1中所见的侧壁32、32'、32''。图2中也仅可看到一个第一梁52，但两个第二梁56、56'，且可在图1中并排看到的多个下挂杆58在图2中相继，且仅可看到它们中的最外的两个。
通过比较图1和2，将清楚附接区域48在颗粒分离器模块14的上部分20的圆周中未对称地布置，而是在图1的侧视图中，存在两个附接区域48之间的四个空转角，而在图2的后侧视图中，两个附接区域48之间仅存在两个空转角。该设计自然导致颗粒分离器14的多边形上区域包括平行于换热室16的各个侧面的面(两个附接区域之间的中心处的面)的布置，由此相同的面也平行于锅炉10的炉体12的侧壁。该布置大体上有利于锅炉设备的大体布局，且尤其有利于将图中未示出的侧支撑提供至颗粒分离器14的上部分20。
图3示意性地示出了图1的水平A-A上看的已经在图1和2中所示的换热室16与颗粒分离器14的上部分20的连接的水平截面视图。图3以虚线示出了颗粒分离器14的上部分20的具有十六个转角62的多边形截面。换热室的顶壁60由四个侧壁32、32'、32''和32'''包绕。在换热室16的顶壁60的中心处，存在用于颗粒分离器14的下端部26与换热室16的板密封连接的开口64。
在图3中清楚看到由四个竖直地定向的蒸汽管46形成的矩形形状，以及由第一梁52、52'和第二梁56、56'形成的矩形形状。四个中间挂杆54将第一梁52、52'的端部部分连接到第二梁56、56'的端部部分上。第二梁56、56'由多个下挂杆58连接到换热室16的顶壁60的两个相对边缘部分上。
尽管本文通过结合目前认作是最优选的实施例的示例描述了本发明，但将理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是旨在覆盖其特征的各种组合或改型、以及如所附权利要求中限定的本发明的范围内包括的若干其他应用。结合以上任何实施例提到的细节可在此组合技术上可行时结合另一个实施例使用。

Claims (15)

1.一种颗粒分离器模块(14)和以竖直位置可连接到循环流化床锅炉上的换热室模块(16)的组件，其中所述换热室模块包括顶表面(60)，且所述颗粒分离器模块可在顶部支撑，且包括带具有管壁构造的外壁的柱状上部分(20)、锥状下部分(24)、以及下端部(26)，所述下端部(26)可密封地连接到所述换热室模块的顶表面上以便在结合循环流化床锅炉使用时将颗粒从所述颗粒分离器模块传送至所述换热室模块，其特征在于，所述颗粒分离器模块(14)设有
-2N个竖直地对准的蒸汽管(46)，其中N是大于一的整数，所述竖直地对准的蒸汽管中的每一个附接到所述柱状上部分(20)上，且向下延伸到位于所述柱状上部分与所述下端部(26)之间的预定水平(50)，以及
-N个第一梁(52,52')，其中所述2N个竖直地对准的蒸汽管(46)中的每一个附接到所述N个第一梁中的一个上，以便所述N个第一梁中的每一个由所述2N个竖直地对准的蒸汽管中的两个相邻蒸汽管悬置成以水平位置悬挂在所述预定水平(50)，
且所述换热室模块(16)设有
-N个第二梁(56,56')，其以水平位置附接到所述换热室模块的顶表面(60)上，
其中所述换热室模块(16)布置成通过使所述N个第二梁(56,56')中的每一个由所述N个第一梁(52,52')中的两个相邻梁悬置来从所述颗粒分离器模块(14)悬置。
2.根据权利要求1所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述竖直地对准的蒸汽管(46)中的每一个在附接区域(48)附接在所述柱状上部分的外壁上。
3.根据权利要求2所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述附接区域(48)沿所述颗粒分离器模块的柱状上部分(20)的外壁在竖直方向上延伸至少两米。
4.根据权利要求2所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，N等于二，且所述附接区域(48)沿水平方向形成矩形图案，所述换热室模块的顶表面(60)包括平行于彼此的两个相对边缘部分，且两个第二梁(56,56')附接到所述顶表面的两个相对边缘部分上，其中所述换热室模块(16)布置成通过使所述两个第二梁(55,56')垂直于两个第一梁(52,52')设置而从所述颗粒分离器模块(14)悬置。
5.根据权利要求1所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述换热室模块布置成通过使所述N个第二梁(56,56')借助于2N个中间挂杆(54)从所述N个第一梁(52,52')悬置来从所述颗粒分离器模块悬置，所述中间挂杆中的每一个将第一梁的端部区段附接到第二梁的相邻端部区段上。
6.根据权利要求1所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述颗粒分离器模块的柱状上部分(20)具有多边形水平截面，且包括2M个转角区段(30)，其中M是大于一的整数，且M等于N，或M大于N，且所述2N个竖直地对准的蒸汽管(46)中的每一个附接到所述转角区段中的一个上。
7.根据权利要求6所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述颗粒分离器模块的柱状上部分(20)包括附接有竖直地对准的蒸汽管(46)的每两个转角(30)之间的未附接竖直地对准的蒸汽管的相等数目的转角。
8.根据权利要求6所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述颗粒分离器模块的柱状上部分(20)包括附接有竖直地对准的蒸汽管(46)的每两个转角(30)之间的未附接竖直地对准的蒸汽管的偶数个转角。
9.根据权利要求8所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，M等于八，且N等于二，且在附接有蒸汽管(46)的每两个转角之间的未附接竖直地对准的蒸汽管的转角(30)的连续数目按4-2-4-2变化。
10.根据权利要求1所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述换热室模块具有管壁构造，其布置成当在循环流化床锅炉中使用时不与所述颗粒分离器模块的柱状上部分(20)的管壁构造直接流连接。
11.根据权利要求1所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件，其特征在于，所述下端部(26)借助于板密封来可密封地连接到所述换热室模块的顶表面(20)上。
12.一种循环流化床锅炉(10)，其特征在于，所述循环流化床锅炉包括根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件。
13.一种将根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件安装到循环流化床锅炉设备(10)的支撑构造(36)上的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：从上方将所述颗粒分离器模块支撑到所述循环流化床锅炉设备的支撑构造，且通过使N个第二梁(56,56')中的每一个由N个第一梁(52,52')中的两个相邻梁悬置来使所述换热室模块从所述颗粒分离器模块悬置。
14.根据权利要求13所述的安装颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件的方法，其特征在于，N等于二，且所述方法包括以下步骤：通过使两个第二梁(56,56')垂直于两个第一梁(52,52')设置来使所述换热室模块从所述颗粒分离器模块悬置。
15.根据权利要求13所述的安装颗粒分离器模块(14)和换热室模块(16)的组件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：通过使所述N个第二梁(56,56')借助于2N个中间挂杆(54)从所述N个第一梁(52,52')悬置来使所述换热室模块从所述颗粒分离器模块悬置，所述中间挂杆中的每一个将第一梁的端部区段附接到第二梁的相邻端部区段上。
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