CN1162352A

CN1162352A - 炉式过热器和一种装有炉式过热器的流化床反应器

Info

Publication number: CN1162352A
Application number: CN 95195949
Authority: CN
Inventors: P·詹提; T·西潘南
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 1997-10-15

Abstract

本发明涉及一种具有多个管件的炉式过热器，这些管件以下述方式彼此相互安装：所述管件以机械方式被装配在一起并形成一平面。所述过热器件最好具有矩形横截面轮廓且通过形状基本相仿的凹槽或类似结构及凸起或类似结构相互连接。本发明还涉及一种具有一炉式过热器的循环流化床反应器。

Description

炉式过热器和一种装有炉式过热器的流化床反应器

本发明涉及一种具有多个管件的炉式过热器，所述管件以形成一平面的形式相互安装。

本发明还涉及一种装有一炉式过热器的循环流化床反应器，该反应器包括一反应室、一与反应室相连的固体物质分离装置以及将该固体物质分离装置连接到反应室的回流管。该反应器还设有安装在该循环流化床反应器的炉内的一蒸汽过热器和蒸发表面。

固体物质，例如燃料、惰性流化床物料(inert bed material)和/或石灰石由通过位于该反应器下部的气体供给装置所提供的气体在该循环流化床反应器中被流化。通常情况下，循环流化床反应器中的流化速度非常高以使大部分流化床物料被气体带走并被排出该反应器。所述循环流化床的一个主要特征在于：气体所输送的固体物质数量非常高以致在没有固体物质再循环(或加入)的情况下，该循环流化床就不能维持工作。

在一循环流化床反应器中，大量的固体物质随气体通过该反应器上部被排到该反应器外。在该反应器某一区域中产生向上和向下的流动。绝对的物质流在该反应器的径向和轴向都发生变化，向下的气流以最大程度靠近反应器外壁。当颗粒密度朝所述反应室下部的方向增加时，颗粒沿外壁的聚积量也向下增加。即使颗粒流动方向的微小变化也会引起腐蚀。因此，循环流化床反应器为不同结构提供了非常必要的措施。

由于所述循环流化床反应器的腐蚀性条件，有人建议使用管件，这些管件相互连接时应形成一光滑的外表面。已建议这种结构用于，例如利用循环流化床技术的电厂锅炉中所使用的炉式过热器中，并且过热器可直接安装在循环流化床反应器的炉体内。这样的管件通过焊接相互连接在一起。而焊接总包括许多费时的操作步骤，例如预热、预焊，在管件两侧方向上的焊接，对因应力引起的变形进行矫正及焊缝的检验。因此，以这样的焊接方法所制成的过热器壁板只能无法改变地组装以形成一个单一结构件。在两侧面进行焊接，应在对两焊接表面进行加工以使其尽可能光滑之后进行。此处建议，由于循环流化床反应器的上述情况，即使只在其上部具有腐蚀性，也不能保证其它方面的足够的可靠性。

美国专利5,012,767披露了一种在不用焊接的情况下，利用平行圆管形成过热器表面的方法。相邻管件通过一双套筒式连接体被相互连接在一起。管件穿过套筒且套筒被相互焊接在一起。这种圆形套筒式结构非常易于腐蚀并且相连接的套筒也会产生一个明显的、易腐蚀的间断点。该专利申请还披露了一种焊接在管件间的分离连接装置使管件相互连接的可能性。该结构也使热交换器非常易于腐蚀，并且这一结构还会增加管件间的距离，从而使不太平行的管件也能够安装在相同的空间中。

本发明的一个目的在于消除或使炉式过热器的管件在制造方面的焊接需求减至最小，从而大大减少了壁板结构的加工时间。同时，例如预热、预焊、在管件两侧的焊接、对由于应力引起的变形进行矫正及焊缝检验等焊接工作步骤也被消除或减至最少。

本发明的另一个目的在于提供一种循环流化床反应器，在该反应器中炉式过热器形成平面，以非常简单的方式与现有条件相适应。

另外，本发明的再一目的在于提供一种循环流化床反应器，其中的炉式过热器具有耐腐蚀结构。

本发明宗旨在于消除或使现有技术中的缺陷最小化并提供一种全新的结构。本发明所基于的原则是基本上不使用焊接方法形成炉式过热器。

更准确地说，本发明的炉式过热器的一个特点主要是利用机械方式使管件相互连接。

本发明具有炉式过热器的循环流化床反应器包括一个反应室，一个与反应室相连的固体物质分离器及一回流管，该回流管用于连接固体物质分离器和反应室，在所述循环流化床反应器炉体内设有一蒸汽过热器和蒸发表面，其特征主要在于所述过热器包括一平面管式壁板，该壁板由多个以机械方式相互连接在一起的过热管件构成。

根据本发明第一实施例的一种炉式过热器，该过热器特别适用于循环流化床反应器，该过热器是由利用凹槽或类似结构将具有矩形横截面的过热管件相互连接起来而形成的。其中，术语“矩形”表示一种最少具有两个基本平行侧面的形状，管件的这些侧面至少应部分地一侧面在另一侧面之上。因此，本发明的一种炉式过热器由多个分离过热器管件构成，这些管件通过形成在过热器管件自身接触面上的连接槽或类似结构相互连接。

根据本发明，所述连接槽或类似结构可由机械加工而成，或者接触面也可由铣削加工而成。当然，连接槽或类似结构可通过多种方式实现。但最好应将管件相互间的相对自由运动限制在一合理的范围内。

根据本发明的一个优选实施例形成的所述的连结形式，由一管件上的一个凹槽或一连接沟槽或类似结构以及另一管件上的一凸起形成，当将它们装配在一起时便形成一机械连接。

所述过热器件横截面最好为矩形且通过一凹槽或类似结构与一凸起或类似结构相互连接而成，所述凹槽及凸起应具有基本类似的轮廓。凸起或类似结构指的是一个固定或可拆卸地安装在一管件上的部件，该管件与带有一凹槽的一相邻管件装配在一起，所述凸起具有所述凹槽的形状。

根据本发明，管件包括一个用于形成流动通道且最好为圆形的管道，该管道由管件材料限定，这种限定方式使所述管件的外表面成为离开流动通道表面一定距离的两个基本平行的平表面和两个基本垂直于所述平行平表面的接触面。横截面轮廓基本类似的连接凹槽或类似结构和/或凸起物或类似结构形成在所述连接表面上。

所述管件的槽或类似结构以及凸起或类似结构的截面最好是平行四边形，不完全平行四边形，或圆形，半球形，三角形的形状或上述形状的组合。若需要的话，还可采用其它一些可实现本发明的目的形式。管件连接槽或类似结构最好具有大于或等于所述凸起或类似结构的横截面面积。

通过本发明，可以获得明显优于现有技术的优点。本发明能消除或使所述炉式过热器管件方向上所需的焊接操作减到最少。并大大减少加工壁板结构所需的时间，从而也会减少壁板结构经过加工过程所需要的时间。本发明的结构替代了例如预热、预焊、在管件两侧的焊接、对因应力引起的变形进行矫正及焊缝检验等焊接步骤。

下面将结合附图，通过实施例对本发明进行更详细地讨论，其中：

图1为根据本发明的具有炉式过热器的循环流化床反应器的一个例子的示意图；

图2为一个图1中炉式过热器的一个优选实施例的示意图；

图3为图1中炉式过热器的第二个实施例的示意图；

图4-6示意性地说明了本发明中炉式过热器所具有的不同横截面形状；

图7示意性地说明了本发明形成图1中炉式过热器的另一个实施例。

图1示出了一循环流化床反应器2，该反应器包括一个反应室4、一个热气体分离器6和一个回流管8，在该反应器中流化气体通过管道10被导入所述反应室4下部或其它地方(未示出)。固体物质，如燃料、通过一管道12或多个管道(未示出)来供给。通过管道14将产生的气体从所述热气体分离器排出。在所述反应室中维持一个产热过程。这种热量，例如通过由蒸发管所形成的反应室壁16被回收至蒸汽锅炉用水中。被蒸发的水通过管道20从一缸体18被引入蒸发管，并且蒸汽/水的混合物例如，通过管道22流回到所述缸体，所述循环过程进行了许多概括和简化，实际上这一循环过程还包括许多其它部分。所述热气体分离器最好也由蒸发或其它热交换面形成。根据本发明，所述循环过程可以是自然循环或强制循环；本发明可适用于这两种循环装置。在所述反应室上部设有一炉式过热器24，并通过装置26将蒸汽提供给该炉式过热器24。通过通道28，从炉式过热器将蒸汽送至一涡轮机30并且再通过一通道32将蒸汽从涡轮机返回至所述缸体。该循环过程也被大大地简化了。

利用由所述反应器中的固-气悬浮物所释放的热量，所述反应室4上部的炉式过热器24能够使蒸汽过热。所述过热器24最好以其两端伸至所述反应室相对壁外的方式设置在循环流化床反应器中。这样，一方面该过热器可稳固、可靠地支承在所述反应室端部。另一方面，反应室壁间相对较大的距离对壁板也提出了一些要求。事实上，不良的支撑结构易产生振动或因可能产生的热膨胀而弯曲。换句话说，过热器壁板必须足够坚固。根据本发明，这种坚固的结构是通过机械连接方式来使管件相互纵向支撑来实现的。本发明的这种机械连接方式是通过在相邻管件间的所有表面上设置有轮廓相符的内连接面，以使相对的接触表面彼此相互固定来实现的，并且使所述接触面能较大程度地防止部件间的相对移动。所述过热器端部设有管道34以便以一理想方式控制和/或分配过热器分离管件间的蒸汽流。本发明的炉式过热器是通过以机械方式相互连接管件而形成的，因此无需在管件之间进行焊接。但是，按本发明制成的管件壁板应与管道34紧密连接，最好将所述管件壁板焊接在这些管道上，以便满足产生蒸汽所需的要求。

由于循环流化床反应器内的环境具有腐蚀性，即悬浮在气体中的固体颗粒与较高温度(例如600-1200℃)相结合。在这样的环境下，表面极易腐蚀，特别在间断点处的表面。由此，本发明的炉式过热器最好是由多个一个叠在另一个上面的管件壁板构成，所述壁板又由多个相互连接的管件36构成，并且通过本发明形成炉式过热器的方法使这些壁板的表面基本上呈平面。

图1所示为用于燃料燃烧的一种循环流化床反应器。若需要的话，本发明的炉式过热器也可用于其它型式的炉中，甚至可用于例如所谓的粉末燃料锅炉中。在被含有固体物质的气体混合物包围的环境下，本发明的炉式过热器的最佳特性便显得非常明显。因此，该循环流化床反应器也可作为一种热气体冷却器，例如，在一种炉篦式燃烧炉中，这样主要在炉篦结构上与上述装置存在较大的区别。虽然在图1中，本发明的炉式过热器位于所示炉体上部，但该过热器也可位于炉中的不同高度处。

图2所示为一种本发明的炉式过热器管式壁板结构。其中，两个管件362，366通过连接槽364相互连接，该槽是由管件362上的凹进368和另一管件上的凸起370形成的。所述凸起和凹进共同形成一连接部分，该连接部分足以使管件相互紧固地联接且足以使该过热器壁板坚固。也可在管件上设置凹进或凸起以便每个管件一侧有一凹进而另一侧有一凸起。或者，有两种管件：即只具有凸起或只具有凹进的管件，而且这两种管件数量应相同以便形成一管式壁板。由于此第一个方案只需一种管件，因此它更具有优越性。这一方案如图3所示。用于使蒸汽过热的流动通道372被设置在管件内。所述管件应根据本发明制成以使管件包括两个间隔一定距离的基本平行的平面374，376，该距离应能确保在两表面之间有管道或流动通道372和足够的材料，并且通道372在两表面之间的区域378内。管件具有大致为矩形的横截面轮廓，以其端部380，382在接触面和相邻管件的连接槽或类似结构相连接。表面374和376延伸得足够远，以便获得具有凹进和凸起的接触表面和足够的材料强度。

图4-6所示为形成管件连接所需接触面的不同方法。在图4中，凸起和凹进均具有一垂直端面41和一倾斜端面43。图5中，凸起和凹进大致为圆形，而在图6中则为三角形。

图7中所示炉式过热器的管件的连接方法具有非常大的优越性。其中，两相邻管件70的相对接触侧面均设有凹进72，在管件70安装时在管件之间形成一空间74。通过在该空间中插入一根与空间74形状相似的杆或类似部件76来相互连接这些管件。该杆76的作用与凸起或其类似结构的作用一致，但它未与管件固定连接。该杆或类似部件不必连续地从管一端伸至另一端，而可通过将一些较短的构件按特定位置放置在空间74内来实现这种连接。选择的杆或类似部件的形状最好能基本防止管件的移动，至少应防止使管件间相互分开的移动。利用图7中所示的结构能够通过一合适工具将所述杆或类似部件76从管件两侧拆除从而将管件从管式壁板上分离。这样，特别对于循环流化床反应器来说是一非常优越的特性，因为这样可以快速、方便地通过替换管件来进行炉式过热器的维修。

虽然图1所示是一种在大气压条件下工作的循环流化床反应器，本发明的炉式过热器特别适于压力高于大气压，例如压力为2-50bar的燃烧炉。

尽管附图中对一些实施例进行了说明，但很显然，所有的对于本领域的普通技术人员而言是显然的改进，都在权利要求书所限定的范围内。

权利要求书按照条约第19条的修改

1、一种炉式过热器(24)，它具有多个以机械方式相互连接的管件(36〕，其特征在于：

所述管件具有一横截面，该横截面至少应具有两个基本平行的平侧面，以及

所述管件相互连接以形成一平面。

2、根据权利要求1所述的一种炉式过热器，其特征在于：所述过热器管件具有大致为矩形的横截面，并且通过横截面形状基本相似的凹槽或类似结构及凸起或类似结构使上述管件相互连接在一起。

3、根据权利要求1所述的一种炉式过热器，其特征在于：管件包括一用于形成流动通道且最好为圆形的管道(372)，该管道由管件材料(378)限定，以便所述管件的外表面成为两个与流动通道表面留有一定距离的基本平行的平面(374，376)和垂直于所述两平行平面的两接触面(380，382)，其中接触面具有截面形状基本相似的凹槽或类似结构以及凸起或其类似结构。

4、根据权利要求2或3所述的一种炉式过热器，其特征在于：所述管件的一侧设有一凹槽或类似结构，其另一侧设有一固定的凸起或类似结构。

5、根据权利要求2或3所述的一种炉式过热器，其特征在于：所述管件凹槽或类似结构以及凸起或类似结构的横截面是平行四边形，不完全平行四边形，或圆形，半球形，三角形的形状或上述形状的组合。

6、根据权利要求2或3所述的一种炉式过热器，其特征在于：所述凹槽或类似结构应具有大于或等于所述凸起或类似结构的横截面面积。

7、根据权利要求1所述的一种炉式过热器，其特征在于：由过热器构件形成的一平滑壁板应最少一部分设置在所述循环流化床反应器的炉内。

8、根据权利要求1所述的一种炉式过热器，其特征在于：相邻管件的相对接触面设有凹进，当所述管件相邻时，在管件之间能够形成空间74，从而通过在所述空间74内放置与其形状基本相似的杆或类似物来完成所述管件间的相互连接。

9、一种循环流化床反应器，它装配有一炉式过热器并包括一反应室，一与反应室相连的固体物质分离器及一回流管，该回流管用于连接固体物质分离器和反应室，设置在循环流化床反应器炉内的蒸发表面及一蒸汽过热器，其特征在于：所述过热器包括一平面管式壁板，该板由多个以机械方式相互连接在一起的过热器管件构成。

10、根据权利要求9所述的循环流化床反应器，其特征在于：所述反应器的过热器中的过热器管件的横截面大致为矩形，且这些管件通过横截面轮廓基本相似的凹槽或类似结构以及凸起或类似结构相互连接在一起。

11、根据权利要求9所述的循环流化床反应器，其特征在于：反应器内所述过热器管件包括一用于形成流动通道且最好为圆形的管道，该管道由管件材料限定，以便所述管件的外表面成为两个与流动通道表面留有一定距离的基本平行的平面和垂直于所述平行平面的两接触面，其中接触面具有横截面轮廓基本相似的凹槽或类似结构及凸起或类似结构。

12、根据权利要求10或11所述的循环流化床反应器，其特征在于：所述管件的一个接触面设有一个凹槽或类似结构，而另一面设有一个凸起或类似结构。

13、根据权利要求10或11所述的循环流化床反应器，其特征在于：所述管件的凹槽或类似结构以及凸起或类似结构的横截面为平行四边形，不完全平行四边形，或圆形，半球形，三角形的形状或上述形状的组合。

14、根据权利要求10或11所述的循环流化床反应器，其特征在于所述凹槽或类似结构应具有大于或等于所述凸起或类似结构的横截面面积。

15、根据权利要求9所述的循环流化床反应器，其特征在于：相邻管件的相对接触面设有凹进，当所述管件相邻接时，在管件之间能够形成空间74，通过在所述空间74内放置与其形状基本相似的杆或类似物来完成所述管件间的相互连接。

Claims

1、一种具有多个管件(36)的炉式过热器(24)，这些管件以形成一平面的方式相互安装，其特征在于：所述管件以机械方式相互连接在一起。