具有结合件的热交换器及其制造方法与流程

本发明涉及用于制造管式热交换器的方法。本发明涉及特别适用于流化床锅炉的热交换器。本发明涉及适用于循环流化床锅炉的热交换器。本发明涉及流化床热交换器。本发明涉及用于循环流化床锅炉的返料装置(loopseal)的热交换器。本发明涉及颗粒冷却器。

背景技术：

从美国专利9,371,987中已知一种流化床热交换器。流化床热交换器的传热管包括直线部分和弯曲部分，由此传热管构造成曲折的。长管不是机械刚性的，因此它们需要在使用中被机械支撑。在现有技术文献中，与流化床隔离的空间的壁为管提供机械支撑。在替代方案中，管可以被支撑在炉子的壁上。从文献us8,141,502中已知，在大体上管的整个长度上从下方支撑管。

然而，其中壁支撑管的结构难以制造。支撑管的壁可以设有用于管的适当的孔口。然而，在这种制造方法中，管需要由多个部件组装而成；至少直线部分和弯曲部分焊接在一起。即使是众所周知的工艺，焊接仍有些麻烦，因为传热管需要承受大约120巴的压力和大约600℃的温度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于热交换器的传热管的机械支撑件，该支撑件可以容易地制造。在说明书中公开了支撑件，即结合件(bond)。在独立的权利要求中公开了具有这种结合件的热交换器。在独立权利要求中公开了用于制造这种热交换器的方法。该结合件适于与在某些位置处弯曲的一个或多个传热管一起使用。该结合件适于与不需要组装或进一步组装的一个或多个传热管一起使用。

附图说明

图1a以侧视图示出了循环流化床锅炉，

图1b以侧视图示出了鼓泡流化床锅炉，

图2a以侧视图示出了第一传热管，

图2b示出了图2a的传热管和将直线部分结合在一起的结合件，

图3a示出了图2b的传热管和结合件的剖视图iiia-iiia，

图3b示出了图2b的传热管和结合件的剖视图iiib-iiib，

图3c更详细地示出了图3b的部分iiic，

图4a以俯视图示出了结合件和传热管，其中初级表面(511、521)的法线与传热管的纵向平行，

图4b以俯视图示出了结合件和传热管，其中初级表面(511、521)的法线不与传热管的纵向平行，

图5a以俯视图示出了结合件和传热管，其中结合件部分在平面p的法线n的方向上部分重叠，

图5b以俯视图示出了结合件和传热管，其中结合件部分在平面p的法线n的方向上完全重叠，

图5c以俯视图示出了结合件和传热管，其中结合件部分在平面p的法线n的方向上不重叠，

图6a以俯视图示出了结合件和具有止动件(stopper)的传热管，

图6b以第一端视图示出了结合件和具有止动件的传热管，

图6c以第二端视图示出了结合件和具有止动件的传热管，

图7a示出了具有内部传热管和外部耐火材料的同轴传热管的直线部分的横截面，

图7b示出了具有内部传热管和外部耐火材料的同轴传热管的弯曲部分的横截面，

图8a以侧视图示出了两个传热管和支撑这两个传热管的结合件的布置，

图8b示出了图8a的剖视图viiib-viiib，

图9a以侧视图示出了三个传热管和支撑这些传热管的结合件的布置，

图9b以侧视图示出了四个传热管和支撑这些传热管的结合件的布置，

图10以立体图示出了四个传热管和支撑这些传热管的两个结合件的第一布置，以及四个传热管和支撑这些传热管的两个结合件的第二布置，

图11a以侧视图示出了两个传热管和支撑这两个传热管的两个结合件的布置，

图11b以立体图示出了图11a的多个传热管布置的布置组件，

图11c以端视图示出了图11b的布置组件，以及

图12示出了结合件的部分可以从其切割的板，以及用于切割的切割线。

为了说明实施例的不同视图，在图中指示了三个正交方向sx、sy和sz。优选地，在使用中，方向sz大体上是竖直且向上的。这样，方向sz大体上与重力相反。图10中的方向sh指的是水平方向，其垂直于sz。

具体实施方式

图1a以侧视图示出了循环流化床锅炉1。循环流化床锅炉1包括：炉子50；旋流器40，该旋流器为用于从烟气中分离床料的装置40；以及返料装置5，该返料装置5被构造成从旋流器40接收床料。在图1a中，烟气通道用附图标记20表示。烟气从炉子50经由烟气通道20排出。

图1b以侧视图示出了鼓泡流化床锅炉1。鼓泡流化床锅炉1包括炉子50和烟气通道20。

通常，流化床锅炉1(鼓泡或循环)包括烟气通道20内的烟气热交换器26、28。烟气热交换器26、28被构造成从烟气中回收热量。一些烟气热交换器可以是过热器26，该过热器被构造成通过从烟气中回收热量来使蒸汽过热。一些热交换器可以是节热器28，其被构造成通过从烟气中回收热量来加热和/或煮沸水。

在循环流化床锅炉(图1a)中，床料从炉子50的上部被输送到旋流器40，以便将床料与气体分离。床料从旋流器40通过通道60落到返料装置5中。在返料装置5中，形成一层床料。床料通过管道15从返料装置5返回炉子50。在返料装置5中，返料装置5的壁51限定了体积v，循环床料的流化床被设置在该体积中。在鼓泡流化床锅炉(图1b)中，床料在炉子50中流化。因此，炉子50的壁51限定了体积v，床料的流化床被布置在该体积中。

通常，流化床锅炉1包括用于传热介质的管路。在使用中，传热介质在管路中循环并由热交换器、特别是烟气热交换器26、28和流化床热交换器10加热。管路形成用于传热介质的循环。在循环中，相同的传热介质可以在烟气热交换器26、28和流化床热交换器10之间流动。通常形成循环，使得热交换介质首先在节热器28中加热，其后在过热器26中加热。此外，在过热器26之后，热交换介质在流化床热交换器10中被加热。之后，介质(例如，过热蒸汽)通常被输送到蒸汽轮机。

本发明特别涉及热交换器的结构，以及制造这种热交换器的方法。在优选使用中，热交换器被布置在流化床中，例如在循环流化床锅炉的返料装置5中或鼓泡流化床锅炉的炉子中。通常，热交换器包括多个管，其中第一传热介质(例如水和/或蒸汽)被构造成流动的。在管外部，第二传热介质(例如床料)被构造成流动的，由此热量通过管的壁从第二传热介质传递到第一传热介质。热交换器10当安装在流化床中时形成流化床热交换器10，该热交换器可以制成锅炉的一部分或用于锅炉的备件。因此，一个实施例涉及热交换器10。此外，一个实施例涉及流化床锅炉1。

在本说明书中，使用以下术语：

“传热管”是指管。传热管可以仅由一种大体上均质的材料(例如，金属，如钢)制成。当考虑可行性时，传热管可称为“普通(plain)传热管”，以区别于“同轴传热管”。普通传热管可以由某种金属构成，因为金属通常导热良好。

“同轴传热管”是指多个传热管的布置，其中横向最外面的传热管环绕内部传热管。同轴传热管是相互同轴的多个传热管(通常仅两个传热管)的布置。

“直线部分”是指传热管(普通管或同轴管)的这样的部分：已经从管制造商处获得，并且尚未弯曲。通常，管制造商提供直的刚性管。在曲率半径方面，直线部分的中心线的曲率半径rs(参见图2a)至少为1米(1m)。直线部分的曲率半径rs可以是无限的或大体上无限的。

“弯曲部分”是指传热管(普通或同轴的)的已经弯曲的部分。在曲率半径方面，弯曲部分的中心线的曲率半径rc(参见图2a)小于1米(1m)。优选地，弯曲部分的曲率半径rc是传热管的直径的至少三倍。

图2a以侧视图示出了传热管100，即第一传热管100。本发明的热交换器10包括第一传热管100。如图2a所示，第一传热管100包括第一初级直线部分101、第一初级弯曲部分102、第一次级直线部分103、第一次级弯曲部分104、第一三级直线部分105、以及另一(即三级)弯曲部分106和另一(即四级)直线部分107。至少弯曲部分在管的延伸方向上位于管100的两个直线部分之间，使得第一传热管100的直线部分沿纵向dl在第一平面p中平行延伸。在图2a中，第一初级直线部分101中的管100内的传热介质的流动方向与第一次级直线部分103中的管内的传热介质的流动方向相反。也与第一三级直线部分105中的管内的传热介质的流动方向相反。图2a还示出了分配器头142，该分配器头被构造成将传热介质供给到第一传热管100中并且可选地供给到热交换器10的其他传热管。图2a还示出了收集器头144，其被构造成从第一传热管100收集传热介质，并且可选地从热交换器10的其他传热管收集传热介质。

热交换器10可以是模块化的，即可插入例如锅炉1中并可从该锅炉中移除。出于处理这种热交换器10的原因，传热管100优选地被机械支撑。为此，热交换器10装备有第一初级结合件530，如图2b所示。优选地，热交换器10还装备有第一次级结合件540，如图2b所示。如图11a所示，距离dbond在纵向dl上处于第一初级结合件530与第一次级结合件之间。距离dbond可以是例如至少50cm，例如至少1m。足够大的距离改善了热交换器的机械稳定性。

第一初级结合件530和第一次级结合件540可以按照本申请中稍后给出的原理制造。它们可能在结构上相同。第一初级结合件530将至少一个传热管的至少两个部分结合在一起以支撑一个或多个传热管。在一个实施例中，第一初级结合件530被支撑或构造为支撑到锅炉的支撑结构。例如，第一初级结合件530可以被支撑(例如，连接)到空间v中的锅炉的地板或梁。在一个实施例中，第一初级结合件530被支撑或构造成支撑在一个或多个传热管100、200下方的支撑结构上。在这种实施例中，结合件530应承受传热管重量的一部分。

第一初级结合件530包括第一初级结合件部分510和第一次级结合件部分520。图3a示出了图2b的剖视图iiia-iiia。因此，在典型的使用中，图3a是管100的第一初级结合件530和第一初级直线部分101的俯视图。

参考图3a，第一初级结合件部分510包括第一初级表面511。在一个实施例中，整个第一初级表面511是平面的。在图3a的实施例中，第一初级表面511面向管100的第一直线部分(101、103)的纵向dl。然而，如图4b所示，这不是必需的。第一初级结合件部分510包括与第一初级表面511相反的第一次级表面512。在一个实施例中，整个第一次级表面512是平面的。在图3a中，第一次级表面512面向与纵向dl相反的方向-dl。第一初级结合件部分510包括第一三级表面513。如稍后将讨论的，第一三级表面513可以通过切割制造。因此，第一三级表面513的法线与第一初级表面511的法线之间的角度取决于如何制造第一初级结合件部分510，例如从板上切下来。

管100的第一初级结合件部分510和第一直线部分(101、103)以如下方式相对于彼此布置：第一三级表面513的一部分面向第一初级直线部分101且第一三级表面513的一部分面向第一次级直线部分103。具体地，孔514、515的表面将面向直线部分101、103，如下所述。这具有如下效果：管100的部分可以适配到孔514、515。因此，第一三级表面513的至少一部分面向第一平面p的法线n的方向。第一三级表面513连接第一初级表面511和第一次级表面512。优选地，在第一三级表面513的每个点位(point，位置)处，第一三级表面513的切线方向在平面p内，如图3a所示。然而，除了孔514、515的表面之外，第一三级表面可以相对于平面p以不同的角度布置(未示出)。仍然如图4a和图4b所示，优选地，第一三级表面513的所有平面部分面向第一平面p的法线n的方向。优选地，在所有点位处，第一三级表面513具有属于一平面的法线，该平面的法线与纵向dl是单向的(unidirectional，同一方向)(见图4a和图4b)。

现在参考图3b和图3c，第一初级孔514被布置在第一三级表面513上。第一初级孔514被构造成接纳第一初级直线部分101的一部分。因此，第一初级孔514的形状适于(即，适配到)第一初级直线部分101的外表面。这样，第一初级结合件部分510在第一三级表面513上限定第一初级孔514，该第一初级孔从第一初级表面511通过第一初级结合件部分510沿纵向dl延伸到第一次级表面512。而且，第一初级直线部分101的一部分被布置在第一初级孔514中，如图3b所示。第一初级孔514形成第一初级孔口533的一部分。

以类似的方式，第一次级孔515被布置在第一三级表面513上。第一次级孔515被构造成接纳第一次级直线部分103的一部分。因此，第一次级孔515的形状适于(即，适配到)第一次级直线部分103的外表面。这样，第一初级结合件部分510在第一三级表面513上限定第一次级孔515，该第一次级孔从第一初级表面511通过第一初级结合件部分510沿纵向dl延伸到第一次级表面512。而且，第一次级直线部分103的一部分被布置在第一次级孔515中，如图3b所示。第一次级孔515形成第一次级孔口534的一部分。

将在后面定义的孔514和515以及524、525是表面513(或523)上的凹口，上述凹口限定了用于接纳传热管的一部分(特别是其直线部分的一部分)的结合件530的孔口。一个或多个孔的一个或多个形状是以如下方式适于(即，适配到)一个或多个管的一个或多个相应部分：在使用中，在三级表面513、523和管的外表面之间基本上没有留有间隙。出于制造公差的原因，可能在孔(514、515、524、525)的表面和管100的一部分(101、103)的外表面之间的某些点位处留有具有宽度至多0.5mm的间隙。因此，即使图3b出于展示的原因而示出管部分(101、103)和孔(514、515、524、525)之间的间隙，优选地，热交换器中不存在这样的间隙。小的间隙或完全没有间隙改善了管100的耐磨性，因为在这种情况下，结合件部分510、520和管部分101、103之间的移动减少，这减少了一个管100或多个管100、200、300、400的磨损。

为了将第一直线部分(101、103)结合在一起，第一初级结合件部分510从第一次级孔515延伸到第一初级孔514。

参考图3a，第一次级结合件部分520包括第二初级表面521。在一个实施例中，整个第二初级表面521是平面的。在图3a中，第二初级表面521面向管100的第一直线部分(101、103)的纵向dl。然而，如上所述，这不是必需的。第一次级结合件部分520包括与第二初级表面521相对的第二次级表面522。在一个实施例中，整个第二次级表面522是平面的。因此，在图3a中，第二次级表面522面向与纵向dl相反的-dl方向。第一次级结合件部分520包括第二三级表面523。第一次级结合件部分520和管100的第一直线部分(101、103)以如下方式相对于彼此布置：第二三级表面523的至少部分面向第一直线部分(101、103)。第二三级表面523的至少部分也面向第一平面p的法线n的方向。第二三级表面523连接第二初级表面521和第二次级表面522。优选地，如图3a所示，在第二三级表面523的每个点位处，第二三级表面523的切线方向是平面p内的方向。对于第一三级表面513，优选地，第二三级表面523的所有平面部分面向第一平面p的法线n的方向。还优选地，在所有点位处，第二三级表面523具有属于一平面的法线，该平面的法线与纵向dl是单向的(见图4a和图4b)。

现在参考图3b和图3c，第二初级孔524被布置在第二三级表面523上。第二初级孔524被构造成接纳第一初级直线部分101的一部分。因此，第二初级孔524的形状适于第一初级直线部分101的外表面。这样，第一次级结合件部分520在第二三级表面523上限定第二初级孔524，该第二初级孔从第二初级表面521穿过第一次级结合件部分520沿纵向dl延伸到第二次级表面522。而且，第一初级直线部分101的一部分被布置到第二初级孔524中，如图3b所示。第二初级孔524形成第一初级孔口533的一部分。

以类似的方式，第二次级孔525被布置在第二三级表面523上。第二次级孔525被构造成接纳第一次级直线部分103的一部分。因此，第二次级孔525的形状适于第一次级直线部分103的外表面。这样，第一次级结合件部分520在第二三级表面523上限定第二次级孔525，该第二次级孔从第二初级表面521通过第一次级结合件部分520沿纵向dl延伸到第二次级表面522。而且，第一次级直线部分103的一部分被布置在第二次级孔525中，如图3b所示。第二次级孔525形成第一次级孔口534的一部分。

为了将第一直线部分(101、103)结合在一起，第一次级结合件部分520从第二次级孔525延伸到第二初级孔524。

在热交换器10中，第一初级结合件部分510已焊接到第一次级结合件部分520以形成第一初级结合件530，该第一初级结合件结合第一热交换器管100的多个部分。当焊接在一起时，第一初级孔514和第二初级孔524组合形成第一初级结合件530的第一初级孔口533，特别地，传热管100的第一初级直线部分101延伸通过该第一初级孔口。第一初级孔口533的形状适合于传热管100的直线部分101的外表面的形状。以类似的方式，第一次级孔515和第二次级孔525组合形成第一初级结合件530的第一次级孔口534，传热管100的直线部分103延伸通过该第一次级孔口。第一次级孔口534的形状适合于传热管100的直线部分103的外表面的形状。这样，在一个实施例中，第一传热管100的弯曲部分(例如102)不延伸穿过第一初级结合件530。这样，在一个实施例中，第一传热管100的弯曲部分(例如，102)不在结合件530内延伸。

如上所述和图4a中所示，在该实施例中，第一初级表面511具有与管100的第一直线部分(101、103)的纵向dl平行的法线n511。这种结构可以是例如通过沿板500上的法线方向从板500切割形成第一三级表面513而被制造。然而，第一三级表面513可以以不同的角度被切割。另外或可选地，如果通过使用流体射流切割第一三级表面513，则第一三级表面513不垂直于板500的主表面501(参见图12)。参考图4b，在这种情况下，第一初级表面511具有法线n511，该法线与管100的第一直线部分(101、103)的纵向dl形成角度φ。但是，优选地，第一初级表面511的法线n511大体上与管100的第一直线部分(101、103)的纵向dl平行。更具体地，在一个实施例中，[i]表面法线n511与纵向dl平行，或[ii]表面法线n511与纵向dl形成角度φ，其中角度φ小于45度，例如小于30度或小于15度，优选小于5度。小角度使得更容易组装结合件530。

如图2b所示，优选地，热交换器10包括第一次级结合件540。第一次级结合件540可以以与第一初级结合件530类似的方式制造。第一次级结合件540也被构造为至少将第一初级直线部分101和第一次级直线部分103结合在一起。在图2b中，第一次级结合件540也将第一三级直线部分103和第一四级直线部分107结合在一起。

当制造这种热交换器10时，可以布置如上文和/或下文详述的第一传热管100。管100可以例如通过弯曲被制造，或管100可以是例如是购买的。第一初级结合件部分510和第一次级结合件部分520可以从板500上切割，如图12所示。板500具有厚度tp。厚度tp被定向为沿板500的厚度tp的方向dtp取向，如图12所示。切割线在图12中以灰色示出。当通过线切割时，形成第一初级结合件部分510和第一次级结合件部分520。这些部分如图12所示。如上所述，切割线可以在板500的厚度tp的方向上延伸穿过板500，或者切割线可以被布置为相对于厚度tp的方向成一角度。自然地，能够从板500切割第一初级结合件部分510，而从另一个板切割第一次级结合件部分520。

最初，板500具有主表面501，其具有平行于板500的厚度方向dtp的表面法线。通常，板500的主表面501是平面的。另外，通常与主表面501相对的表面也是平面的。由于结合件530需要具有足够的机械强度，因此从板500切割第一初级结合件部分510，使得主表面501的一部分形成第一初级表面511或第一次级表面512。第一三级表面513的至少一部分通过所述切割形成。在一个实施例中，所得到的第一三级表面面向与板500的厚度方向dtp垂直或基本垂直的方向。术语“基本垂直”可以指(最多90度且)超过45度的角度，例如超过60度或超过75度，优选地超过85度；与上述角度φ一致。在形成第一三级表面513的至少一部分的同时，通过切割也形成第一初级孔514和第一次级孔515。结果，该方法包括形成第一初级孔514，该第一初级孔被构造成接纳第一传热管100的第一初级直线部分101的一部分。孔514的形状适于如上所述的部分101的表面。此外，该方法包括形成第一次级孔515，该第一次级孔被构造成接纳第一传热管100的第一次级直线部分103的一部分。孔515的形状适合于如上所述的部分103的表面。

以类似的方式从板500(或第二板)切割第一次级结合件部分520。从板500切割第一次级结合件部分520，使得主表面501(或第二板的主表面)的一部分形成第二初级表面521或第二次级表面522。此外，第二三级表面523的至少一部分通过所述切割形成。在一个实施例中，所得到的第二三级表面面向与板500或第二板的厚度方向dtp垂直或基本垂直的方向。术语“基本垂直”可以指(最多90度且)超过45度的角度，例如超过60度或超过75度，优选地超过85度；与上述角度φ一致。在形成第二三级表面523的至少一部分的同时，通过切割也形成第二初级孔524和第二次级孔525。结果，该方法包括形成第二初级孔524，该第二初级孔被构造成接纳第一传热管100的第一初级直线部分101的一部分。孔524的形状适合于如上所述的部分101的表面。此外，该方法包括形成第二次级孔525，该第二次级孔被构造成接纳第一传热管100的第一次级直线部分103的一部分。孔525的形状适于如上所述的部分103的表面。

在形成所述孔514、515、524、525之后，直线部分101、103的部分被布置在孔中，如图3b所示。因此，在一个实施例中，管100和部分510、520以如下方式布置：第一初级结合件部分510的厚度方向和纵向dl平行或形成上述角度φ。此外，第一次级结合件部分520的厚度方向和纵向dl平行或形成一角度，例如小于45度，与角度φ所指示的一致。如图12所示，在切割期间，第一初级结合件部分510的厚度方向平行于板500的方向dtp。此外，在切割期间，第一次级结合件部分520的厚度方向平行于第二板的板500的方向dtp。

此后，第一初级结合件部分510被焊接到第一次级结合件部分520以形成第一初级结合件530。第一初级结合件530至少将第一热交换器管100的直线部分(101、103)结合在一起。可以用类似的方式制造第一次级结合件540。

可以通过使用激光器来切割板500。另外或可替代地，板500可以通过使用流体射流(例如，液体射流或气体射流)来切割。通过使用诸如沙子的磨料颗粒可以改善流体射流的效果。使用流体射流进行切割可以具有这样的效果：三级表面513不垂直于第一表面511。

优选地，板500包括熔点为至少1000℃的可焊金属。这些金属通常机械强度高。这种金属的合适的示例包括钢，例如奥氏体钢。在热交换器10中，结合件部分510、520包括如针对板500所讨论的材料。

为了具有足够的机械稳定性，优选地，板的厚度tp为15mm至40mm。相应地并且参考图5a，在热交换器10的实施例中，第一初级结合件部分510在第一初级表面511的法线n511的方向上具有第一初级厚度tl1，其中第一初级厚度tl1从15mm到40mm。当第一初级结合件部分510由板500制成时，第一初级厚度tl1是恒定的。此外，第一次级结合件部分520在第二初级表面521的法线n521的方向上具有第二初级厚度tl2，其中第二初级厚度tl2为15mm至40mm。当第一次级结合件部分520由板500或另一板制成时，第二初级厚度tl2是恒定的。当结合件部分510、520由相同的板500制成时，第一初级厚度tl1等于第二初级厚度tl2。然而，如上所述，部分510、520不需要由相同的板500制成。

通过选择结合件部分510、520的厚度和其他尺寸也可以影响机械稳定性。然而，如果结合件部分510、520很大，则传热管的不同部分必须彼此远离地布置，由此，热交换器10的尺寸增大。通常，传热管100、200、300、100b、200b的表面积与热交换器10的体积之比最大化，以获得良好的热回收。从这些考虑的观点来看，已经发现上述厚度特别适合，特别是当结合件530包括钢时。

至于结合件部分510、520的其他尺寸，它们也应合理地大以具有机械支撑功能并且对于紧凑的热交换器而言合理地小。特别地，在一些用途中，一个或多个结合件530和/或540用于从下方机械地支撑一个或多个管100、200、300、400并抵抗一个或多个管的重力。因此，薄的(例如板状的)结合件不会提供足够的支撑。然而，如果一个或多个结合件530、540用于悬挂管，则一个或多个较薄的结合件就足够。因此，并且参考图5，在优选实施例中，在第一初级孔514与第一次级孔515之间，第一初级结合件部分510在垂直于第一初级表面511的法线n511的方向上具有第一次级厚度tt1，并与第一平面p的法线n形成最小角度。应注意，第一初级表面511的所有方向垂直于法线n511。此外，第一初级表面511的方向中的每一个与第一平面p的法线n形成角度(可选地为零度)。因此，仅第一初级表面511的一个方向与第一平面p的法线n形成最小角度(可选地为零度)。厚度的方向在图4b和图5a中阐明。

第一次级厚度tt1不需要是恒定的，但可以取决于例如测量厚度的水平高度(例如高度)；例如在图3c中所示。从机械支撑的角度来看，第一次级厚度tt1的最小值tt1,min(即最小的第一次级厚度tt1,min)可以确定结合件530的支撑能力。因此，在一个实施例中，最小的第一次级厚度tt1,min为10mm至50mm，优选为15mm至50mm。第一次级厚度tt1可取决于位置，如图3c所示。因此，在一个实施例中，在第一初级孔514与第一次级孔515之间，第一初级结合件部分510仅具有从10mm至50mm的第一次级厚度tt1。换言之，第一次级厚度tt1的最大值tt1,max可以是至多50mm。这有助于将制造成本保持在合理水平，并且热交换器相对(reasonably，相当)小。

以类似的方式，在优选实施例中，在第二初级孔524与第二次级孔525之间，第一次级结合件部分520在与第二初级表面521的法线n521垂直并与第一平面p的法线n形成最小角度的方向上具有第二次级厚度tt2。第二次级厚度tt2具有最小值(最小的第二次级厚度)tt2,min和最大值tt2,max。在一个实施例中，最小的第二次级厚度tt2,min为10mm至50mm，优选地为15mm至50mm。第二次级厚度tt2可取决于位置。因此，在一个实施例中，在第二初级孔524与第二次级孔525之间，第一次级结合件部分520仅具有从10mm至50mm的次级厚度tt2。换言之，第二次级厚度的最大值tt2,max可以是至多50mm。

无论结合件部分510、520是由相同的板500制成还是由不同的板制成，第二厚度(tt1，tt2)可以彼此不同。然而，优选地，第二初级厚度tt1至少局部地(即在某个位置处(例如，在sz方向上的水平高度，参见图3c))等于第二次级厚度tt2。这防止了结合件530、540在使用中翘曲；或者至少减少了在炎热环境中翘曲的倾向。

结合件部分510、520最优选地焊接在一起，如图3a、图3b、图3c、图4a、图4b、图5a和图6a所示。优选地，热交换器10包括第一焊接接头531，其将第二三级表面523接合到第一初级表面511(参见图4a)或第一次级表面512(参见图3a)。优选地，热交换器10包括第二焊接接头532，其将第一三级表面513接合到第二次级表面522(参见图4a)或第二初级表面521(参见图3a)。焊接接头531、532是焊接的证据。因此，该方法的一个实施例包括将第二三级表面523焊接到第一初级表面511或第一次级表面512。此外，该方法的一个实施例包括将第一三级表面513焊接到第二次级表面522或第二初级表面521。已经发现，这种方式的焊接也防止结合件530、540在使用中翘曲；或者至少减少在炎热环境中翘曲的倾向。

为了在结合件部分510、520之间具有足够强的接合，焊接接头531、532应该足够长。因此，参考图3c，在一个实施例中，第一焊接接头531在方向dext上延伸，该方向是在第一平面p内并且垂直于纵向dl的方向。在一个实施例中，第一焊接接头531在第一初级直线部分101和第一次级直线部分103之间延伸。优选地，第一焊接接头531在该方向上延伸，并且可选地也在上述位置中延伸至少5cm。以类似的方式，在一个实施例中，第二焊接接头532沿dext方向延伸。在一个实施例中，第二焊接接头532在第一初级直线部分101与第一次级直线部分103之间延伸。优选地，第二焊接接头532在该方向上延伸，并且可选地也在上述位置中延伸至少5cm。在优选实施例中，焊接接头531、532不完全延伸到管100的直线部分101、103中的任一个。相应地，优选地，在第一焊接接头531和两个直线部分101、103之间留有至少1mm的距离，并且在第二焊接接头532和两个直线部分101、103之间留有至少1mm的距离。这具有如下效果：将结合件部分510、520焊接在一起不会影响传热管100的机械性能，特别是承受高压的能力。

如上所述，这种焊接减少了结合件的翘曲。除了结合件部分的尺寸和焊接的类型之外，翘曲的趋势可以受到第一初级结合件部分510和第二初级结合件部分520的相对定位的影响。参考图5a，第一初级结合件530沿第一初级表面511的法线n511的方向的长度ltot由第一初级厚度tl1、第二初级厚度tl2和重叠距离do限定。在数学上：ltot＝tl1+tl2-do。通常，初级表面511、521的法线n511和n512是单向的。

当存在至少部分重叠时，如图5a和图5b所示，第一三级表面513的一部分面向第二三级表面523的一部分。如果存在完全重叠，如图5b所示，那么重叠距离do将等于ltot。在这种情况下，上述表面将不会彼此焊接。相反，在这种情况下，例如，表面512将被焊接到表面522，而表面511将被焊接到表面521(这些表面见图4a)。然而，这种焊接将难以以可靠的方式执行。因此，至少翘曲的风险会增加。而且，已经发现，如果以这种方式焊接，将发生结合件530的翘曲。使用中的结合件530的翘曲可能是结合件部分510、520和一个或多个管100、200、300、400的热膨胀的结果。

如果没有重叠，如图5c所示，重叠距离do将为零，并且相应地，结合件530的厚度ltot将是其部分的厚度之和。而且，如图5c所示，第一三级表面513的一部分甚至不面对第二三级表面523的一部分。在这种情况下，上述表面将焊接到彼此。该解决方案易于制造，如图5a所示的一个。然而，已经发现，通过部分重叠使结合件的翘曲最小化(图5a)，并且完全重叠则是最差的(图5b)。因此，优选地，重叠距离do不为零。换言之，优选地，第一初级结合件530在纵向dl上的总厚度ttot小于第一结合件部分510、520的厚度tl1，tl2在第一初级表面511的法线n511的方向上的总和tl1+tl2。优选地，重叠距离do为结合件部分510、520的厚度tl1和tl2中较小者的10％至90％。更优选地，重叠距离do为结合件部分510、520的厚度tl1和tl2中的较小者的25％至75％，例如，33％至66％。

如上所述，管部分101、103相对于结合件530的移动主要通过将管部分101、103紧密配合到由孔514、515、524、525形成的孔口533、534而减小。并且，其次，通过在管部分的一些表面上设置止动件，可以进一步减少该移动。出于这个原因，参考图6a至图6c所示，在一个实施例中，管100的第一初级直线部分101装备有第一初级止动件131和第一次级止动件132。如图6a中针对管部分101所示，第一初级结合件530的至少一部分处于第一初级止动件131与第一次级止动件132之间。这样，止动件131、132防止管部分101相对于结合件部分530移动；至少当止动件131、132被布置成使得第一初级止动件131接触第一初级结合件530和/或第一次级止动件132接触第一初级结合件530时。以类似的方式，第一次级直线部分103可以被锁定到结合件530。因此，在一个实施例中，管100的第一次级直线部分103装备有第二初级止动件133和第二次级止动件134，如图6b和图6c所示。第一初级结合件530的至少一部分处于第二初级止动件133与第二次级止动件134之间。然而，一个或多个管的所有直线部分不需要都装备止动件。因此，例如，第一次级直线部分103不需要通过止动件133、134锁定到结合件530。在热交换器包括第二传热管200的情况下，其直线部分中的至少一个可以装备有止动件(未示出)。

参考图3c，第一初级结合件部分510具有与第一初级表面511形成一角度的第一四级表面514。该角度可以是但不必是直的。第一四级表面514也与第一三级表面513形成一个角度。该角度可以是但不必是直的。第一四级表面514可以是平面的。第一四级表面514也背向第一传热管100。以类似的方式，第一次级结合件部分520具有第二四级表面524，该第二四级表面与第二初级表面521和第二三级表面523形成角度，并且背向第一传热管100。在一个实施例中，四级表面514和524不焊接在一起。这具有如下效果：当桥551、552(参见图11c)用于将两个不同的结合件连接在一起时，当结合件部分530的一端没有焊接接头时，结合件530可以更容易地从结合件530的端部固定到桥551、552。例如，桥551、552可以装备有孔，该孔被构造成接纳结合件530，特别是四级表面514、524。

参考图2b和图3b所示，在一个实施例中，第一传热管100包括一个或多个其他直线部分(105、107)，包括例如第一三级直线部分105。在一个实施例中，第一初级直线部分101、第一次级直线部分103和其他直线部分(105、107)沿纵向dl在第一平面p中平行延伸。优选地，管100被设计成使得分配器头142和收集器头144都处于热交换器10的同一侧，例如，管(100、200、300、400)的同一侧，如图11b所示。参考图3b，在这种情况下，第一初级结合件部分510的第一三级表面513设置有一个或多个其他孔516、517，上述孔沿纵向dl延伸穿过第一初级结合件部分510。此外，其他直线部分105、107的一个或多个部分被布置在第一初级结合件部分510的一个或多个其他孔516、517中。以类似的方式，第一次级结合件部分520的第二三级表面523设置有一个或多个其他孔526、527，上述孔沿纵向dl延伸穿过第一次级结合件部分520。此外，一个或多个其他直线部分105、107的一个或多个部分被布置在第一次级结合件部分520的一个或多个其他孔526、527中。其他孔以例如针对第一初级孔口533所讨论的方式形成其他孔口，并且其他直线部分(105、107)中的一个的直线部分延伸通过这些其他孔口中的一个。

然而，以如下方式使用并排的多于一个的传热管可能是可行的：相同的结合件530用于结合多于一个的传热管。参考图8a，在一个实施例中，热交换器10包括第二传热管200。第二传热管200包括第二初级直线部分201、第二初级弯曲部分202和第二次级直线部分203。并且，第二直线部分201、203相互平行地延伸并且在第一平面p中延伸，第一直线部分101、103也在第一平面中延伸。此外，第二直线部分201、203在纵向dl上与第一直线部分101、103平行地延伸。参考图8b，当使用这样的管100、200时，第一初级结合件部分510的第一三级表面513设置有两个或更多个其他孔516、517，上述孔沿纵向dl延伸穿过第一初级结合件部分510。此外，第二初级直线部分201的一部分被布置在其他孔516、517中的一个(516)中，并且第二次级直线部分203的一部分布置在第一初级结合件部分510的其他孔516、517中的另一个(517)中。以类似的方式，第一次级结合件部分520的第二三级表面523设置有一个或多个其他孔526、527，上述孔沿纵向dl延伸穿过第一次级结合件部分520。此外，第二初级直线部分201的一部分被布置在其他孔526、527中的一个(526)中，并且第二次级直线部分203的一部分被布置在第一次级结合件部分520的其他孔526、527中的另一个(527)中。其他孔516、517、526、527适于第二传热管200的表面，如与孔514、515、524、525和第一传热管有关的详细描述的那样。其他孔以例如针对第一初级孔口533所讨论的方式形成其他孔口。其他管200的直线部分延伸通过这些其他孔口。

参考图9a和图9b，即使将更多的传热管与一个结合件530结合也是可行的。因此，在一个实施例中，热交换器10包括如上所述的第一传热管100和第二传热管200，并且还包括第三传热管300。第三传热管300包括第三初级直线部分301、第三初级弯曲部分302和第三次级直线部分303。第三直线部分301、303相互平行地延伸并且在第一平面p中延伸，第一和第二直线部分101、103、201、203也在第一平面中延伸。此外，第三直线部分301、303在纵向dl上与第一和第二直线部分101、103、201、203平行地延伸。结合件530可以用于以上面讨论的针对一个或两个管的方式结合三个管100、200、300的直线部分101、201、301、103、203、303。

参考图9b，在一个实施例中，热交换器10包括如上所述的第一传热管100、第二传热管200和第三传热管300，并且还包括第四传热管400。第四传热管400包括：第四初级直线部分401、第四初级弯曲部分402和第四次级直线部分403。第四直线部分401、403也相互平行地延伸并且在第一平面p中延伸，第一直线部分101、103、第二直线部分201、203和第三直线部分301、303也在第一平面中延伸。此外，第四直线部分401、403在纵向dl上与第一直线部分101、103、第二直线部分201、203和第三直线部分301、303平行地延伸。结合件530可以用于以上面讨论的针对一个或两个管的方式结合四个管100、200、300、400的直线部分101、201、301、401、103、203、303、403。

直线部分在平面p中延伸的传热管的数量ntube可以是一个(如图2a所示)、两个(如图8a所示)、三个(如图9a所示)、四个(如图9b所示)、五个(未示出)、六个(未示出)或多于六个(未示出)。优选地，这种传热管的数量ntube为至少两个、两个、至少三个、三个或四个。优选地，使用这样的数量的管及其弯曲部分，使得每个结合件部分510、520的三级表面513、523设置有8个到24个孔，例如12个至18个孔，以及传热管的直线部分的一部分设置在每个孔中。还优选地，每个结合件部分510、520的三级表面513、523设置有偶数(即，二的整数倍)个孔，并且在每个孔中设置传热管的直线部分的一部分。

现在参考图7a，第一传热管100的第一初级直线部分101可包括第一内部传热管110的第一初级直线部分111和第一外部耐火材料120的第一初级直线部分121。可选地，第一初级直线部分101可以包括位于内部传热管110和外部耐火材料120之间的一些绝热材料140。参见图7b，第一传热管100的第一初级弯曲部分102也可以是包括第一内部传热管110的第一初级弯曲部分112和第一外部耐火材料120的第一初级弯曲部分122。可选地，第一初级弯曲部分101可以包括在内部传热管110和外部耐火材料120之间的一些绝热材料140。这具有现有技术公开文献us9,371,987中公开的有益效果。以类似的方式，第二传热管200、第三传热管300和第四传热管400中的任何一个或全部可包括内部管和外部耐火材料。

具有外部耐火材料120具有进一步的有益效果：在使用中，耐火材料120的外表面的温度远高于传热管100的温度，如果它由普通的传热管构成。而且，第一初级结合件530的温度在使用中也很高。因此，具有外部耐火材料在使用中减小了结合件530与管100的外表面之间的温差。这也改善了结合件530和管100在使用中的配合。而且，这也减少了结合件530在使用中的翘曲。

热交换器10通常包括第一传热管布置，该第一传热管布置包括在同一平面p中延伸的第一传热管100(以及可选地第二传热管、第三传热管、第四传热管、第五传热管和第六传热管200、300、400)；第一初级结合件530和可选地第一次级结合件540将这些管结合在一起。参见图10、图11b和图11c所示，热交换器10通常包括第二传热管布置，该第二传热管布置至少包括在第二平面p'中延伸的次级第一传热管100b，该第二平面平行于第一平面p。第二传热管布置还可包括在第二平面p'中延伸的次级第二传热管200b，可选地还包括在第二平面p'中延伸的次级第三传热管300b，并且可选地还包括在第二平面p'中延伸的次级第四传热管400b(并且还可选地包括次级第五和次级第六传热管)。参见图10和图11c，第二传热管布置的管可以使用第二初级结合件530b接合；并且可选地还可以使用第二次级结合件540b接合。如图10所示，次级第一传热管100b包括类似于第一传热管100的直线部分101b、103b。以类似的方式，次级第二传热管200b包括直线部分201b、203b，次级第三传热管300b包括直线部分301b、303b，次级第四传热管400b包括直线部分401b、403b。以类似的方式，第三传热管布置可以使用第三初级结合件530c接合(参见图11c)。

第二传热管布置(100b、200b、300b、400b)以与第一传热管布置(100、200、300、400)被第一初级结合件530支撑相同的方式被第二初级结合件530b支撑。因此，在一个实施例中，热交换器10包括第二初级结合件530b，该第二初级结合件被构造为支撑至少一个其他传热管(100b、200b、300b、400b)(即次级传热管)的至少两个其他直线部分(101b、103b、201b、203b、301b、303b、401b、403b)。此外，一个或多个次级传热管(100b、200b、300b、400b)的至少两个其他直线部分在第二平面p'中彼此平行地延伸。第二平面p'平行于第一平面p。此外，第二平面p'被布置在距第一平面p一定距离处。

参考图11c，在一个实施例中，第一初级结合件530通过第一桥551连接到第二初级结合件530b。在图11c的实施例中，第一初级结合件530的一端固定到第一桥551，第二初级结合件530b的一端固定到第一桥551。此外，热交换器10的所有传热管100、200、100b、200b被布置在第一桥551的相同侧。例如，在图11c中，所有传热管被布置在第一桥551上方。此外，图11c的实施例包括第二桥552。第一初级结合件530的另一端固定到第二桥552，第二初级结合件530b的另一端固定到第二桥552。此外，热交换器10的所有传热管100、200、100b、200b被布置在第一桥551和第二桥552之间。桥551、552的目的是将初级结合件530、530b结合在一起。桥551、552在第一平面p的法线n的方向上为管100、200、100b、200b提供机械支撑；在使用中，该方向可以是水平的。结合件部分530、530b在另一个方向上为管100、200、100b、200b提供机械支撑，在使用中，该另一个方向可以是垂直的。

参考图11c，在一个实施例中，至少在[i]由管的弯曲部分分开的管的两个直线部分或[ii]不同的管的两个直线部分之间的至少一个点位处，在第一平面p的方向上，第二初级结合件530b接触第一初级结合件530以在第一初级结合件530与第二初级结合件530b之间形成机械锁定件537。这有助于在第一平面p的法线n的方向上以及在热交换器的中心部分中将管彼此锁定。这在模块化热交换器的情况下尤其可行。在机械锁定件537中，第一初级结合件530的在第一平面p的法线n的方向上背离第一传热管100的表面接触第二初级结合件530b的沿第二平面p'的法线方向背离次级第一传热管100b的表面。在一些管构造中，机械锁定件537可以借助中央桥接元件553制成。中央桥接元件553可以被固定到第一初级结合件530和第二初级结合件530b。机械锁定件(537、553)在一点位处制造，该位置沿在第一平面p内并垂直于纵向dl的方向(即图3c的方向dext)位于[i]由管的弯曲部分分开的管的两个直线部分之间或[ii]不同的管的两个直线部分之间。

此外，优选地在一些区域中，在第二初级结合件530b和第一初级结合件530之间具有间隙538(即距离)，如图11c中的附图标记538所示。如图11c所示，这样的间隙538在第一平面p的法线n的方向上处于第二初级结合件530b和第一初级结合件530之间。

热交换器100不需要包括第一桥551，因为中央桥接元件553(即第一中央桥接元件533)可以用于将结合件530、530b在结合件的一端附近结合在一起的目的。热交换器100不需要包括第二桥552，因为中央桥接元件553(即第二中央桥接元件)可用于将结合件530、530b在结合件的另一端附近结合在一起的目的。然而，优选地，元件(桥和/或中央桥接元件)用于将结合件530、530b连接在一起。

参考图10，从模块化的观点来看，热交换器10具有大体上矩形的形状是有益的。更精确地，在一个实施例中，热交换器10包括分配器头142和收集器头144，使得分配器头142沿第一方向dfeed延伸。从模块化的观点来看，第一平面p的法线n平行于第一方向dfeed或者与第一方向dfeed形成至多60度的角度α是有益的。还优选的是，第一平面p在使用中大体上是竖直的。因此，在一个实施例中，第一平面p的法线n被构造为在使用中是水平的，以在使用中与水平方向sh形成至多45度的角度β。至少在这种情况下，热交换器形成模块化组件，该模块化组件可以插入空间v中并通过壁51中的开口从该空间v中移除。这种过程在国际专利申请pct/fi2016/050760中有更详细的描述。

优选地，热交换器10作为流化床热交换器10用在循环流化床锅炉中。更优选地，流化床热交换器10用在循环流化床锅炉的返料装置5中。因此，在一个实施例中，流化床锅炉1包括用于将床料与烟气分离的装置40。参考图1a，在一个实施例中，流化床锅炉1包括用于从烟气中分离床料的旋流器40。流化床锅炉包括返料装置5，该返料装置被构造成从用于从烟气中分离床料的装置40(例如从旋流器)接收床料。此外，流化床热交换器10的至少一部分被布置在返料装置5中。例如，参考图2b、图2c、图7b和图8，分配器头142和收集器头144可以被布置在返料装置外部。然而，如上所述，至少大部分传热管(100、200)或传热管(110、120、210、220)被布置在返料装置中。例如，在一个实施例中，如上所述，流化床热交换器10的传热管(100、200)或传热管(110、120、210、220)的(如纵向测量的)至少90％被布置在返料装置5中。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除