CN108064329A - 循环流化床装置 - Google Patents

Abstract

一种循环流化床装置，包括带有外炉壁10r的循环流化床炉10和摩擦锁定到外炉壁10r的区段的至少一个热交换室20，以及水平延伸且与所述热交换室20的上顶板10c有一定距离的平台PL，其中热交换室20由至少一个杠杆50和紧固件60进一步支承，该杠杆50布置到所述平台PL上并且从枢转地安装到外炉壁10r的第一端50f远离所述炉壁10r延伸到第二端50s，紧固件60从所述杠杆50的所述第二端50s向下延伸到偏离外炉壁10r的热交换室20的部分。

Description

循环流化床装置

本发明涉及所谓的循环流化床装置（CFBA），其主要构件是：

- 所谓的循环流化床炉（反应器） - CFBF - 设计为燃烧器、焚烧反应器、锅炉、气化器、蒸汽发生器等 - 如在US 6802890 B2中公开的那样。在典型的CFBF中气体（空气）穿过炉的可渗透的格栅状底部区域（所谓的空气增压室），该格栅（网）支承颗粒材料的循环流化床（所谓的焚烧装料，主要包括诸如煤、沙等的燃料状材料）。在典型的应用中，通过对应的喷嘴达成充气，将空气和/或气体送入炉空间内存在的颗粒材料。充气的颗粒材料/燃料混合物（空气增压室）允许促进焚烧过程和有效性。

限定燃烧室（反应室）的炉的外壁通常是所谓的管壁，包括在其间带有或不带有翅片的焊接的管。在操作中，诸如水和/或蒸汽的传热流体通过所述炉壁的所述管/管道输入，以便将其冷却并从其中传热以用于进一步的目的。

CFBF通常在其上端具有至少一个出口端口，从反应器排出的气体和固体颗粒的混合物可经由该出口端口流入至少一个相关分离器。

- 分离器（例如旋风分离器）用于将固体颗粒（颗粒材料，包括灰分）从所述气体分离。在US 4615715中公开了这种分离器的典型设计。分离器的外壁又可设计成带有中空空间以允许水流过。

- 当气体从分离器抽提并送入设备的随后的设施中时，存在将来自分离器的所述分离的固体颗粒转移且转移到至少一个热交换室（通常设计为流化床换热器（FBHE））中的器件（经由所述热交换室的对应入口端口）。这些器件可为导管/管道/通道或类似物。至于以下对FBHE的参考，这涉及优选的热交换室，但是包括适合于该目的的所有类型的换热器，与是否构造为过热器等无关。

- 沿着分离器到CFBF和/或换热器的虹吸管，以允许分离器和CFBF之间的压力（场）去耦。

- 该至少一个热交换室允许使用由颗粒材料提供的热来产生动力，例如加热和增加作为传热介质的经由管等传输通过所述换热器且进一步到涡轮等的蒸汽的压力。

- 典型地，热交换室配备有至少一个出口端口，作为返回器件的部分，以便将至少部分固体颗粒输送到换热器外并返回到循环流化床炉CFBF中。

US 5840258A公开了这种CFBA的设计，其中CFBF和FBHE已经紧密地集成在一起；换句话说：FBHE和CFBF具有公共的壁（管壁）。在操作中，即，在温度负载下，该设计提供了在两个单元中接近（相似）的温度的优点，并因此减小了两个单元之间的任何热应力。

实际上，这些温度膨胀和温度应力是这种设施中的主要问题。高度约为35至50m的CFBF的热膨胀的范围可在0.1m至0.3m之间，并且可在炉壁内引起严重的应力，无关于炉是底部支承（根据US 5840258A）还是顶部支承的（悬置），如US 6305330B1中所示。

本发明的目的是提供用于循环流化床装置的紧凑设计，且特别是用于与至少一个相关单元（特别是热交换单元）组合的其燃烧器（炉）。

本发明基于以下发现：

通过使CFBA的相关单元尽可能接近或甚至更好地将一个单元固定到另一个单元（如从US 5840258所知）可实现紧凑的设计，但是鉴于这些单位的极端重量/负载，相邻/相关单元的任何这种摩擦锁定布置导致严重的结构问题。

CFBA的通用换热器在空状态（以下称为基本负载）下具有例如5×5×5m的大小和100.000kg的对应重量。通过所述换热器输送的固体材料的额外负载（以下称为可变负载）变化很大，并且可在高达100.000kg或更大的范围内。

换热器可摩擦锁定于其的通常为所谓的管壁的（外）炉壁不能承受/补偿如此高且可变的负载，除非构造为“堡垒壁”，鉴于CFBA的成本和热条件，这是不可接受的。上文提到的热膨胀/收缩引起进一步的结构性问题。

换句话说：通过摩擦锁定（例如焊接）于常规的炉壁（如管壁）的热交换单元引起的极端力和力矩仍不能以经济上和机械上可接受的方式得到补偿。

本发明公开了一种用于该问题的技术方案且此外技术上相对简单的结构，其通过进一步提供至少一个结构元件，通过该结构元件将换热器机械地链接到炉壁，该结构元件允许至少部分地补偿由换热器和/或经过其的材料引起的任何这样的负载。

在其最一般的实施方案中，本发明涉及一种循环流化床装置，包括带有外炉壁的循环流化床炉和摩擦锁定到外炉壁的区段的至少一个热交换室，以及水平延伸且与所述热交换室的上顶板有一定距离的平台，其中热交换室由至少一个杠杆和紧固件进一步支承，该至少一个杠杆布置到平台上并且从枢转地安装到外炉壁的第一端远离所述炉壁延伸到第二端，紧固件从所述杠杆的所述第二端向下延伸到偏离外炉壁的热交换室的部分。

换句话说：炉壁和换热器之间的结构元件（和/或类似于固定地紧固到外炉壁且因此在操作期间在温度负载下跟随炉壁的任何膨胀/收缩的任何其它单元，例如虹吸系统）包括用于补偿这样的容差的杠杆（协作杆/臂的系统）和固定（联接）到所述杠杆且因此跟随杠杆的任何运动（特别是所述紧固件铰接地紧固到其上的杠杆的第二端的运动）的紧固件。该平台用于为安装所述杆提供基础，其大部分在结构上独立于CFBA的其他单元。

该杠杆允许提供这样的系统，该系统传递由炉壁引起的垂直运动（例如炉壁的垂直向下运动），且因此通过使相互铰接的对应杆在不同方向上通过其对应支承件倾斜（转动）而使杠杆的第一端（或相应地其第一杆）的向下运动传递为杠杆的第二端的向下运动。显然，系统在另一垂直方向上类似地工作（反之亦然）。

该传动可为1:1，例如在相同设计的杆以及对于每个杆在其轴向长度的中间的枢转支承件（旋转）的布置的情况下。如果需要，传动比也可设置为另一比率，例如通过提供不同长度的杆（臂，条）或杆支承件的位移到所述静态平台上。

因此，平台应当构造为独立的项目，并且在某种程度上分别为杠杆和紧固件提供限定和刚性支承。

结构元件“吸收”未通过炉壁吸收的所有（额外的）力和力矩，换热器例如通过焊接固定地紧固到炉壁。

在这种情况下结构元件（杠杆）的第一端在换热器上方的垂直距离处固定到炉壁，而对于紧固件重要的是在距炉壁一定水平距离处固定到换热器。紧固件可连接到换热器的垂直延伸的壁，例如其外壁（与换热器安装到其上的炉壁相对的壁）。

CFBA的进一步实施例的特征在于以下特征中的一个或多个，只要不是明确排除的或技术上不合理的，其可独立实现或以任意组合实现：

杠杆的有利结构包括

- 第一杆，其第一端枢转地安装到外炉壁，其第二端铰接到第二杆，且其中间区段枢转地安装在布置到所述平台上的枢转支承件中。

- 第二杆，其第一端铰接到第一杆的第二端，其第二端铰接到紧固件，且其中间区段枢转安装在布置到所述平台上的枢转支承件中。

通过铰链互连的杆（杠杆）的布置可包括两个以上的杆（条，臂），例如成排的四个或六个。

杠杆的第一端（连接到炉的端部）可枢转地安装在枢转支承件（旋转）中，其固定到外炉壁。该枢转支承件跟随炉壁的任何运动。因此：在向下运动中，对应的杆然后通过布置到平台上的枢转支承件倾斜，并且第一杆的第二端向上移动。

结果：第二杆的第一端（其铰接到第一杆的第二端）也向上移动，从而使第二杆的第二端向下移动，而第二杆同样通过配合到平台上的其对应的枢轴支承件倾斜。

最后：固定到第二杆的第二端的紧固件将紧固件的所述向下运动传递到换热器，紧固件通过其下端紧固到换热器，同时保持对于换热器应力消除（德语：Zugentlastung）。

根据一个实施例，杠杆的第二端包括联接到紧固件的枢转接头（铰链，接头）。

紧固件本身可为条、杆、支柱或铰链，允许补偿例如由换热器及其负载和/或任何恒定吊架引起的拉力以及压缩力。

另一个实施例的特征在于，第一杆和第二杆的枢转支承件中的至少一个是浮动支承件，其允许枢转支承件在水平方向上移动（因此运动基本上垂直于炉壁的区段，热交换室摩擦锁定于该区段）。这避免了在对应的杆的倾斜期间所述支承件中的任何应力。在这样的情况下，所有所述杆支承件在优化的实施例中应当是浮动支承件（也称为摩擦支承件或轴颈支承件）。

平台可实现为一个或多个条、支架等。平台的主要任务是为安装到平台上的杠杆和支承件提供限定的和刚性的结构。

平台可为autarc，即，独立于CFBA的结构的部分。其可为具有对应结构完整性的支架。

紧固件的下端可铰接到换热器的偏离炉壁的任何部分，例如铰接到热交换室的顶板或邻近所述顶板的换热器室的区段。

紧固件的下端和/或杠杆的第二端应布置成与炉壁有偏离，该偏离在垂直于外炉壁的相邻区段的方向上看大于热交换室的对应长度的50％，例如大于70％或大于80％或大于90％，以在补偿换热器的大量负载时获得最佳的结果。

平台和热交换室之间的一个或多个悬置器件限定另一个实施例，其中悬置器件可为恒定负载吊架（德语：Konstantlast Hänger），例如由www.lisega.de所公开的恒定负载弹簧，将这些吊架限定为“保持恒定性的同时在整个活动区域上传送工作负载，即，没有任何可观的偏差”。

这些恒定吊架允许补偿基本负载，但也可用于补偿变化负载的至少一部分，例如由穿过换热器的固体、由对应的尺寸引起的。

杠杆/紧固件布置主要用于补偿换热器的基本负载，且更准确地说：杠杆/紧固件组合减少了由换热器的重量及其在炉壁处的位置引起的力矩到炉壁中的传递。

可提供进一步的悬置器件，其中以下中的至少一个悬置于刚性支承结构：平台、循环流化床炉。支承结构可为单独的结构，例如（刚性）框架，CFBA的炉和/或其它单元悬置于该框架上。

热交换室的内壁可与换热器安装到其上的炉壁的区段相同（公共壁），这降低了成本并且提高了CFBA的热效率。

换热器进一步表征至少一个入口端口和至少一个出口端口（后者允许将固体颗粒从所述热交换室再输送到所述循环流化床炉中），其设计和布置在这里并不是决定性的，并且可根据已知的实施例来实现。

现在将通过示例且参考附图来描述本发明，附图显示了

关于新CFBA的示意性侧视图。

CFBA包括循环流化床炉10（仅示出其中的一部分），带有用于固体材料（燃料）的入口端口10i以及在其下部的流化床FB，以及在其上端的用于对应气体/固体混合物的出口端口10o。炉10及其炉室通过外炉壁10r限定，热交换室20在外炉壁10r的下区段10s处摩擦锁定到外炉壁10r。炉壁10r的区段10s和换热器20的内壁20w通过一个公共壁提供，并由管制成，水流通过该管，其中翅片在所述管之间延伸。

热交换室20表征其上端的固体（灰分等）入口端口20i和其下端的固体出口端口20o，允许使固体在经过换热器之后再输送到炉10的流化床FB中。

布置在炉出口端口10o和换热器入口端口20i之间的分离器和虹吸管并不显示为本领域技术人员已知的。

换热器20可为任何类型的并且根据现有技术构造。

独立平台PL水平地延伸，并且与所述热交换室20的上顶板20c有一定距离，平台PL通过绳索PR固定到框架状支承结构SS，炉10通过排RO悬置于同样的支承结构SS。平台PL布置在换热器和杠杆之间的限定位置中，并为杠杆提供刚性支承。

该平台PL用于集成杠杆50，杠杆50布置到所述平台PL上且从第一端50f远离炉壁10r延伸到第二端50s，第一端50f枢转地安装（枢转支承件10p）到外炉壁10r，第二端50s构造为枢转接头50j，以允许杆状紧固件60从所述枢转接头50j向下延伸到偏离外炉壁10r的热交换室20的部分，也就是所述换热器20的正右上角，即，相对于炉壁10r偏离的换热器20的顶板20c。在该实施例中，紧固件60到换热器20的固定对应于在垂直于炉壁10r的相邻区段10s的方向上看到的热交换室的长度的100％。

杠杆包括第一杆52，其第一端52f枢转地安装（枢转支承件10p）到外炉壁10r，其第二端52s铰接到第二杆54，且其中间区段52i枢转地安装在枢转支承件51中，该枢转支承件51布置到所述平台PL上。

杠杆50进一步包括该第二杆54，其第一端54f铰接到第一杆52的第二端52s，其第二端54s铰接到紧固件60，且其中间区段54i枢转安装在枢转支承件53中，该枢转支承件53在距枢转支承件51一定水平距离处布置到所述平台PL上。

紧固件60连接杠杆50和换热器20。

所述枢转支承件51,53中的每个均是浮动支承件，其允许在所述平台PL上沿水平方向移动，如下文将描述的那样。

一定数量的（这里：六个）恒定吊架CH在平台PL和换热器室20的顶板20c之间彼此间隔一定距离布置，担负换热器室20的基本和变化的负载。

在图中所示的位置，在装置的热负荷下可发生以下情况：

悬置炉10（相应地，其外壁10r）膨胀，且因此外壁10r向下移动（箭头10d）。同时：

- 枢转支承件10p向下移动，推动杆52倾斜（围绕枢转支承件51，

- 由于两端（52s，54f）通过铰链联接，杆52的第二端52s向上移动并且第二杆54的第一端54f也如此，

- 鉴于枢转支承件53的布置，杆52倾斜使得其第二端54s向下移动并且紧固件60也如此。

由于两个杆52,54具有相同的长度和形状，并且两个枢转支承件51,53正好布置于两个杆52,54的轴向长度的中间，所述紧固件60的下端（铰链）降低与枢转支承件10p相同的距离，并且在这样的情况下不会引起额外的应力。

同时，系统减少或甚至避免了过多的力矩传递到炉壁10r/10s中。

鉴于两个杆52,54的转动/倾斜运动引起垂直于外炉壁10r的运动，两个支承件51,53是允许这种水平位移的浮动支承件。

Claims (13)

1.一种循环流化床装置，包括带有外炉壁（10r）的循环流化床炉（10）和摩擦锁定到所述外炉壁（10r）的区段的至少一个热交换室（20），以及水平延伸且与所述热交换室（20）的上顶板（10c）有一定距离的平台（PL），其中所述热交换室（20）进一步由至少一个杠杆（50）和紧固件（60）支承，所述至少一个杠杆（50）布置到所述平台（PL）上并且从枢转地安装到所述外炉壁（10r）的第一端（50f）远离所述炉壁（10r）延伸到第二端（50s），所述紧固件（60）从所述杠杆（50）的所述第二端（50s）向下延伸到偏离所述外炉壁（10r）的所述热交换室（20）的部分。

2.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述杠杆包括

a）第一杆（52），其第一端（52f）枢转地安装到所述外炉壁（10r），其第二端（52s）铰接到第二杆（54）且其中间区段（52i）枢转地安装在布置到所述平台（PL）上的枢转支承件（51）中，

b）第二杆（54），其第一端（54f）铰接到第一杆（52）的第二端（52s），其第二端（54s）铰接到所述紧固件（60），且其中间区段（54i）枢转安装在布置到所述平台（PL）上的枢转支承件（53）中。

3.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述杠杆（50）的第一端（50f）枢转地安装在枢转支承件（10p）中。

4.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述杠杆（50）的第二端（50s）包括枢转接头（50j）。

5.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述紧固件（60）是条、杆、支柱或铰链。

6.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述第一杆和第二杆（52,54）的枢转支承件（51,53）中的至少一个是允许所述枢转支承件在水平方向上移动的浮动支承件。

7.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述紧固件（60）的下端铰接到所述热交换室（20）的顶板（20c）或邻近所述顶板（10c）的所述换热器室（20）的区段。

8.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，进一步包括在所述平台（PL）和所述热交换室（20）之间的一个或多个悬置器件。

9.根据权利要求7所述的循环流化床装置，其特征在于，所述悬置器件是恒定负载吊架（CH）。

10.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，以下中的至少一个悬置到支承结构（SS）：平台（PL）、循环流化床炉（10）。

11.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述杠杆（50）的第二端（50s）布置成与所述炉壁（10r）有偏离，所述偏离在与所述外炉壁（10r）的邻近区段（10s）垂直的方向上看大于所述热交换室（20）的对应长度的70％。

12.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述外炉壁（10r）和所述热交换室（20）的内壁提供为公共壁。

13.根据权利要求1所述的循环流化床装置，其特征在于，所述热交换室（20）表征至少一个出口端口（20o）并且所述循环流化床炉（10）表征至少一个对应的端口，以允许将固体颗粒从所述热交换室（20）再输送到所述循环流化床炉（10）中。