CN209325767U - 循环流化床炉 - Google Patents

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Abstract

一种循环流化床炉(10)包括包绕循环流化床类型的内燃烧空间(10c)的外炉壁(10r)，以及摩擦锁定至所述外炉壁的换热室(20)，其中所述换热室进一步由一个或多个结构元件(50)支撑，其中各个结构元件(50)设有两端，第一端(50f)固定至炉壁的区段，而第二端(50s)在离炉壁的偏移处固定至换热室。

Description

循环流化床炉
技术领域
本发明涉及所谓的循环流化床炉(CFBF)，它是循环流化床设备(CFBA)的一部分，其主要构件是：
-所述CFBF，也称为循环流化床反应器，其设计为如US 6802890 B2中所公开的燃烧器、焚化反应器、锅炉、气化器、蒸汽发生器等。在典型的CFBF中，气体(空气)穿过炉的可渗透炉篦状的底部区域（所谓的空气压室)，该炉篦(格栅)支撑颗粒材料的循环流化床，所谓的焚化填料主要包括燃料类材料，诸如煤、砂等。在典型应用中，曝气通过对应的喷嘴实现，以将空气和/或气体给送到存在于炉空间内的颗粒材料中。曝气的颗粒材料/燃料混合物(空气压室)允许促进焚化过程和有效性。
背景技术
炉的外壁限定燃烧室(反应室)，它们通常是所谓的管壁，包括其间具有或没有翅片的焊接的管。在操作中，传热流体如水和/或蒸汽给送穿过所述炉壁的所述管/管路以便冷却其且从其传热来用于其它目的。
CFBF通常具有在其上端处的至少一个出口端口，经由其，从反应器排出的气体和固体颗粒的混合物可流入至少一个相关联的分离器中。
-分离器，例如，旋风分离器，用于使固体颗粒(颗粒材料，包括灰)与所述气体分离。US 4615715中公开了此类分离器的典型设计。再次，分离器的外壁可设计成具有中空空间来允许水流过。
-当气体从分离器取得且给送到设备的后续装置中时，存在用于将所述分离的固体颗粒传递到分离器外且到至少一个换热室(通常设计为流化床换热器(FBHE))中的器件(经由所述换热室的对应入口部分)。这些器件可为管/管路/通道等。就下文中对FBHE的参照而言，这是指优选的换热室，但包括适用于此目的的所有类型的换热器，而与是否构造为过热器等无关。
-沿从分离器到CFBF和/或换热器的路线的虹吸管，以允许分离器与CFBF之间的压力(场)的去耦。
-该至少一个换热室允许使用由颗粒材料提供的热量来用于生成功率，例如，加热和提高蒸汽的压力，蒸汽作为传热介质经由管等输送通过所述换热器且进一步输送至涡轮等。
-通常，换热室配备有至少一个出口端口(其为返回器件的一部分)，以便将固体颗粒的至少一部分输送到换热器外且回到循环流化床炉CFBF中。
US 5840258A公开了此CFBA的设计，其中CFBF和FBHE已经紧密地集成在一起；换言之：FBHE和CFBF具有公共壁(管壁)。在操作中，即，在温度负载下，该设计提供了两个单元中的接近(类似)温度的优点，且因此，最大限度地减少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此类装置中的主要问题。大约35到50m高的CFBF的热膨胀范围可从0.1m到0.3m，且可引起炉壁内的严重应力，而与炉是底部支撑的(根据US 5840258A)或顶部支撑的(悬挂的)(如US 6305330B1中所示)无关。
此情形中的一个另外的问题在于适当地改变CFBA的相关联的部分，例如，分离器和/或换热器。在已知构造中的许多中，需要特殊的膨胀节来适应相关联的部分之间的运动。
根据US 5840285 A的集成设计可在一定程度上避免此类膨胀节，但具有相当大的负载(力)通过所述相邻的旋风分离器和/或换热器到炉上或炉中的缺点。
实用新型内容
本发明的目的是对于与整个CFBA的至少一个相关联的单元(特别是换热单元)组合的循环流化床类型的炉提供紧凑设计。根据本发明提供了一种循环流化床炉，其包括包绕循环流化床类型的炉的内燃烧空间的外炉壁，以及通过焊接摩擦锁定至所述外炉壁的换热室，其中所述换热室进一步由一个或多个结构元件支撑，所述一个或多个结构元件中的每一个设有两端，第一端固定至所述炉壁的区段，而第二端在离所述炉壁的偏移处固定至所述换热室。
本发明基于以下发现：
紧凑设计可通过使CFBA的相关联的单元尽可能接近来实现，或甚至更好是将一个单元固定到另一个上(如从US 5425412获知)，但相邻/相关联的单元的任何此类摩擦锁定的布置鉴于此单元的极端重量/负载引起严重的结构问题。
CFBA的一般换热器具有例如5×5×5m的尺寸以及在排空状态下100000kg的对应重量。由于输送通过所述换热器的固体材料的额外负载剧烈变化且可在达到100000kg或更大的范围中。
换热器可摩擦锁定到其上的炉壁(通常是所谓的管壁)不能经受/补偿这种高且变化的负载，除非构造为"城堡壁"，这鉴于CFBA的成本和热条件是不可接受的。上文提到的热膨胀/收缩引起其它结构问题。
换言之：由摩擦锁定(例如，焊接)到常规炉壁(如管壁)上的换热单元引起的极端力和力矩不能以经济和机械上可接受的方式补偿。
现在，本发明通过进一步提供至少一个结构元件而提供了用于此问题的技术解决方案以及技术上相对简单的构造，通过其，换热器机械地链接至炉壁，该结构元件允许补偿由换热器和/或通过其的材料引起的任何此类额外负载。
在其最普通的实施例中，本发明涉及循环流化床炉，包括：
-外炉壁，其包绕循环流化床类型的内燃烧空间，以及
-换热室，其摩擦锁定至所述外炉壁，
-其中所述换热室进一步由一个或多个结构元件支撑，其中各个结构元件设有两端，第一端固定至炉壁的区段，而第二端在离炉壁的偏移处固定至换热室。
结构元件"吸收"未由炉壁吸收的所有(额外)力，换热器例如通过焊接固定地装固至炉壁。
在一定程度上，有利的是结构元件的第一端在换热器上方的垂直距离处固定至炉壁，同时重要的是第二端在离炉壁的水平距离处固定至换热器，且最好是固定至换热器的垂直延伸的壁，例如其外壁(它是与炉壁相对的壁)。
尽管所述结构元件在第一端与第二端之间的直接(线性)延伸(从而形成炉壁、换热器的顶板与结构元件之间的三角形)在一般构想的范围内，但其技术实现限于具有很小或很轻重量的换热器的CFBA，因为炉壁具有有限的稳定性/结构完整性(德文：Stabilität/Festigkeit)。
在此方面，其它实施例特征在于以下特征中的一个或多个，其可独立地或以任意组合实现(如果并未明确排除或在技术上不合理)：
-结构元件是仅传递(或至少主要仅传递)轴向力的元件；换言之：其不会传递力矩/动量。
-前文提到的类型的适合的元件是：绳、索、线、链、缆。使用此类结构元件并未排除将绳等与其它构造元件(例如，螺母、螺钉、棒、弹簧或杆)组合，尤其简化了结构元件在其端部处分别固定至炉壁和/或换热器，且/或将这样其它的构造元件集成到结构元件的延伸中。
-此类结构元件的使用在CFBA的相关联单元的有限结构完整性方面导致了布置结构元件的重要选择。已知的是，例如，管壁具有很有限的压缩强度(低压力阻力)，但这些管壁(管平面)可容易经受拉伸应力。
-这导致了其中结构元件具有至少三个区段的实施例，从结构元件的第一端向下且大致平行于外炉壁延伸的第一区段、从结构元件的第二端向上延伸的第二区段，以及在所述第一区段与所述第二区段之间的至少一个中间区段。
再次，第二区段应当大致平行于外炉壁延伸。"大致平行"包括技术公差内的倾斜定向，其中炉壁与结构元件的纵轴线之间的角度最多为15°，更好地小于10°、小于5°或小于3°。
结构元件(例如，绳或线)向下且平行于炉壁的延伸允许很大程度上避免机械力矩作用于所述绳上，而是主要或甚至只沿其轴向方向对绳施加应力。
-如果结构元件具有至少三个区段，则这特别是如此：从其第一端垂直地向下延伸的第一区段，和/或从其第二端垂直地向上延伸(且在一定程度上也平行于炉壁)的第二区段，以及在两者之间尤其以大致水平定向延伸的至少一个中间区段。
拉伸器件(绳等)平行于炉壁的垂直定向(在其第一端处固定至炉壁)引起任何力由所述绳吸收成沿所述器件的轴向方向(即，沿所述绳表征其最高稳定性的方向)的力。
-结构元件可由来自包括金属、钢、塑料、碳、织物的组的材料制成。
-根据另一个实施例，结构元件的第二端在离炉壁的偏移处固定至换热室，该偏移大于在垂直于炉壁的方向上看到(即，水平地)的换热室的对应长度的50%。
因此，第二区段可大致平行于外炉壁延伸且在离第一区段的水平距离处延伸。
-第二固定点选择得离炉壁越远，则结构元件内的应力分布就越好。结构元件的第二端与换热器的任何垂直延伸的露出的壁的固定是优选的，这是由于关于其第一端到垂直延伸的炉壁的固定所论述的相同原因。
-取决于特定设备(其大小、重量、温度负载等)，两个或多个结构元件可在它们的第二端处以间隔开的关系固定在换热室处，且在它们相应的第一端与第二端之间大致平行于彼此延伸。
-根据以上公开内容，外炉壁、换热室的内壁/相邻壁或两者是管壁，且特征为与彼此直接地固定(例如，通过焊接)或其间具有翅片(也通过焊接配合)且主要由金属制成的管(用于水和/或蒸汽穿过其中)。
-发明的构想允许一种设计，其中外炉壁和换热室的内壁(其为邻近炉壁的壁)表现为公共壁，以实现最紧凑的布置。这进一步允许提供所述公共壁内的一个或多个(公共)贯穿开口，表现为换热室的出口开口和炉(CFBF)的对应的入口开口，其进一步简化了总体构造。
-一般来说：换热室表征至少一个出口端口，且循环流化床炉表征至少一个对应的入口端口，以允许固体颗粒从所述换热室再输送到所述循环流化床炉中。
-在备选方案中，换热器布置在离炉壁较小距离处，其中炉壁与换热器的对应外壁之间的锚定件负责换热器与所述炉壁的摩擦锁定附接，而具有分别通向换热器和炉的内部的开口的至少一个桥状通道允许两个单元之间的必要材料输送。
-另一个实施例特征为一个或多个悬挂器件，例如吊架，其布置在换热室与相关联的支撑结构之间。
支撑结构可为相同的离散支撑(钢)结构，例如，(刚性)框架，炉和CFBA的其它单元以悬挂方式固定到其上。对应的设计从US 6305330B1获知。
支撑结构也可为单独的结构，或者CFBA的任何对应单元都可用作此支撑结构来悬挂换热器。
-悬挂器件可为所谓的恒力吊架(德文：Konstanthänger, Konstantlast Hänger)，例如，恒定负载弹簧(德文：Konstantlast Federn)。恒力吊架已知是如此且例如由www.lisega.de分销，根据其，恒力吊架限定为如下："其工作在于在整个行进区域上传递工作负载，同时保持恒定性，即，没有任何显著偏差"。
该特性可有利地用于本发明，即，补偿换热室的不同负载(由于固体材料的变化负载)。
这些恒力吊架还能够承载较大份额的总负载，且一定程度上使结构元件减荷。
它们可布置在例如换热器与刚性框架(与悬挂炉或另一个相同)之间或换热器与布置在所述换热器上方的旋风分离器之间。
附图说明
现在将通过举例且参照图1来描述本发明，图1展示了根据本发明的炉布置的高度示意性的图。
具体实施方式
图1展示了循环流化床设备(CFBA)的部分，即，具有以下的循环流化床反应器(炉)10：颗粒材料入口端口10i、底部区域处的空气压室(由箭头10a表示)、所述空气压室上方的颗粒材料的流化床(是其燃烧室10c的一部分)，以及在其上部处的至少一个出口端口12，其中所述出口端口12允许从循环流化床炉室10c排出的气体和固体颗粒的混合物流入至少一个相关联的分离器14来使固体颗粒与所述气体分离，将所述分离的固体颗粒传递到循环流化床换热器20中的器件16(包括未示出的虹吸管)，以及将固体颗粒输送回循环流化床炉10中的返回器件22，其中循环流化床炉10(也称为锅炉)、分离器14(也称为旋风分离器)和循环流化床换热器20(或任何其它类型的换热器)以将如下文中描述的悬挂方式安装。
多个垂直地延伸的钢支撑柱30r,30l从地面(由地基32表示)延伸至多个间隔开的水平延伸的梁34。多个吊架杆36(作为备选，可使用绳、线、织物带等)从所述梁34向下延伸以用于以悬挂方式支撑炉10和分离器14。
根据本发明，换热室(单元)20(其中换热器件如换热管由波纹20w表示)通过焊接摩擦锁定至炉10(其管壁10r)。从此推导出的是，所述循环流化床炉10的右壁10r的部分也表现为所述换热器20的左壁，其中其它壁以及炉壁全部设计成管壁(由成间隔开的关系的管制成，其中翅片在所述管之间且水和/或蒸气流过所述管)。
循环流化床换热器20进一步由钢绳50悬挂，钢绳50具有固定到右炉壁10r上的第一端50f，以及固定到换热器20的右壁20r的上端区段上的第二端50s，即，在离炉壁10r的最大可能水平偏移处。
钢绳50具有三个区段，从其第一端50f垂直地向下且平行于炉壁10r的第一区段50fs、从其第二端50s垂直地向上延伸(且一定程度上也平行于炉壁10r)的第二区段50ss，以及在两者之间以大致水平定向延伸且一定程度上垂直于炉壁10r延伸的一个中间区段50is。
第一绳区段50fs接近炉壁10r延伸；在一定程度上，所述第一绳区段50fs的固定器件50fm展示成比现实中更大(为了更好图示的目的)。
中间绳区段50is围绕安装至梁52(在其左端处)的第一旋转盘(滚子)52fd的下部卷绕(跟随第一绳区段50fs)，梁52从柱30r水平地延伸，且在离其一定距离处，围绕第二滚子(旋转盘)52sd的上部卷绕(后面是第二绳区段50ss)。
所述绳50不但满足结构元件以悬挂方式支撑换热器20的功能，而且提供了所述绳50的第一区段50fs上的应变主要平行于右管壁10r且主要经历(几乎排他地)仅仅垂直向下定向的拉伸力。
这关于管壁10r同样如此，现在管壁10r可容易经历由换热器20的负载引起的拉伸应力，而与"冷状态"(未加载固体颗粒)或加载无关，且与变化的负载无关。
通过第二绳区段50ss的所述垂直定向和其到换热器的外垂直管壁20r的固定可实现对应的优点。
图1进一步展示了本发明的可选但有利的特征，即，恒定负载吊架(图1中仅示出了其中一个)，且由标号54标识。所述恒定负载吊架54例如可为恒定负载弹簧和/或恒定负载线圈，所述恒定负载吊架利用其上端附接至所述横梁52且利用其下端附接至换热器20的顶板(上管壁20u)且能够使所述绳50减荷。
所述炉10(和附接到其上的换热器20)的悬挂结构允许跟随相应的构造元件的热膨胀，且避免相邻构造部分之间的机械力、热-机械力和/或力矩。
管壁10r的公共区段(具有从换热器20到炉10中的其对应的溢流开口，由22表示)使换热器20和炉10内的温度达到更接近的符合度，且因此最大限度地减少CFBA的这些单元之间的任何热应力和机械应力，从而较大程度上避免了其间的特殊膨胀节。

Claims (15)

1.一种循环流化床炉(10)，其特征在于，所述循环流化床炉包括包绕所述循环流化床炉的内燃烧空间(10c)的外炉壁(10r)，以及通过焊接摩擦锁定至所述外炉壁(10r)的换热室(20)，其中所述换热室(20)进一步由一个或多个结构元件(50)支撑，所述一个或多个结构元件中的每一个设有两端，第一端(50f)固定至所述外炉壁(10r)的区段，而第二端(50s)在离所述外炉壁(10r)的偏移处固定至所述换热室(20)。
2.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)是仅传递轴向力的元件。
3.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)是包括绳、索、线、链、缆的组中的一者。
4.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)的第一端(50f)固定至所述外炉壁(10r)的区段，所述区段在所述换热室(20)上方。
5.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)的第二端(50s)在离所述外炉壁(10r)的偏移处固定至所述换热室(20)，所述偏移大于在垂直于所述外炉壁(10r)的方向上看到的所述换热室(20)的对应长度的50%。
6.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)具有至少三个区段，从所述结构元件(50)的第一端(50f)向下且大致平行于所述外炉壁(10r)延伸的第一区段(50fs)，从所述结构元件(50)的第二端(50s)向上延伸的第二区段(50ss)，以及在所述第一区段(50fs)与所述第二区段(50ss)之间的至少一个中间区段(50is)。
7.根据权利要求6所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)的第二区段(50ss)大致平行于所述外炉壁(10r)延伸且在离所述第一区段(50fs)的水平距离处延伸。
8.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述结构元件(50)具有至少三个区段，从其第一端(50f)垂直地向下延伸的第一区段(50fs)，从其第二端(50s)垂直地向上延伸的第二区段(50ss)，以及在两者之间以大致水平定向延伸的至少一个中间区段(50is)。
9.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，两个或多个结构元件(50)在它们的第二端(50s)处以间隔开的关系固定在所述换热室(20)处，且在它们相应的第一端(50f)与第二端(50s)之间大致平行于彼此延伸。
10.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述外炉壁(10r)、所述换热室(20)的内壁或两者是管壁。
11.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述外炉壁(10r)和所述换热室(20)的内壁表现为公共壁。
12.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述换热室(20)包括至少一个出口端口(12)，且所述循环流化床炉(10)包括至少一个对应入口端口(10i)，以允许固体颗粒从所述换热室(20)再输送到所述循环流化床炉(10)中。
13.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述循环流化床炉还包括所述换热室(20)与支撑结构(52)之间的一个或多个悬挂器件(54)。
14.根据权利要求1所述的循环流化床炉，其特征在于，所述循环流化床炉悬挂至刚性支撑结构(30l,30r,34)。
15.根据权利要求13所述的循环流化床炉，其特征在于，所述悬挂器件(54)是恒定负载吊架。
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