流化床反应室中的管状水壁结构和流化床反应室的制作方法

本发明涉及一种在流化床反应室中的管状水壁结构和一种具有管状水壁结构的流化床反应室。本发明尤其涉及一种由水平相邻的第一壁部分和第二壁部分形成的转角结构，其中第一壁部分的下部部分向外移位并具有耐火材料衬里。

背景技术：

常规的流化床反应器的反应室由竖直的管状水壁限定，竖直的管状水壁由通过金属条(所谓的翅片)连接在一起的平行金属管制成。高压水在管的内部流动，以从反应器中的高温颗粒和气体提取热。流化床反应器的反应室的管状水壁通常包括：两个壁(所谓的前壁和后壁)，其具有竖直的上部部分和向内渐缩的下部部分；以及两个竖直壁(所谓的室的侧壁)。

由于剧烈移动的床颗粒，故管状水壁(尤其是管状水壁的下部部分)具有侵蚀的风险(尤其是如果超出传统的或设计的操作参数的范围而操作反应器)。为了使侵蚀最小化，管状水壁的下部部分常规地由耐火材料层保护。耐火材料层的上部边缘然后形成突出部(ledge)，该突出部趋于由沿着反应器的管状水壁向下流动的颗粒连续地撞击，由此使颗粒从突出部弹起或湍流重定向使耐火材料上方的竖直水管面板受到侵蚀。为了使该区域处的侵蚀最小化，水管面板通常由例如合适的抗磨损金属的堆焊层保护。如最初在美国专利no.5091156中提出的，为了使颗粒的弹起最小化，耐火材料的上部边缘通常在所有四个壁中都位于相同的高度处，并且布置在管状水壁的向外弯曲的区段中，使得耐火材料的内表面或火侧表面与其上方的竖直管壁或管状水壁齐平或相对于竖直管壁或管状水壁而凹进。

在最近的设计中，在前壁或后壁的渐缩的耐火材料加衬的部分的上方存在竖直的耐火材料加衬的壁部分，其从壁的竖直上部部分的平面向外凹进。在下文中，用语向外凹进、向外弯曲和向外移位可互换地使用，即它们都指代室的周壁的比平行的相邻的周壁更加远离室的中心的区段或部分。进行这样的移位自然需要对形成管状水壁的竖直管进行两次弯曲，首先向外弯曲，并然后弯曲回到竖直方向。当裸露的(即未由耐火材料加衬并且未向外凹进的)竖直壁部分与耐火材料加衬的向外凹进的竖直壁部分水平相邻时，将在两个不同的壁部分之间形成转角。本发明尤其涉及在这样的不同的壁部分之间形成有利的转角结构。

大体上，流化床反应器的反应室具有多边形的(通常为矩形的)水平横截面，并且由向下流动的颗粒引起的侵蚀在反应室的下部转角区域中尤其严重。许多专利文献显示了用于流化床反应器的不同转角结构，其目的在于使转角区域中的侵蚀最小化。欧洲专利ep1953452b1教导了在流化床反应室中在具有裸露的顶部部分和利用耐火材料层来加衬的底部部分的两个管状水壁之间形成尖锐的转角，其中在顶部部分与底部部分之间的中间区中，设置在转角的任一侧上的管状水壁中的各个的水平部分相对于由顶部部分限定的竖直平面而向外弯曲并利用耐火材料层来加衬。

专利文献jp8-189601教导了在反应室的下部部分中在两个耐火材料加衬的竖直管状水壁之间形成尖锐的转角，其中在转角区段上方的管向内弯曲，以便形成斜转角以保护耐火材料衬里的边缘。专利文献jp2984572教导了将具有斜的或圆形的内表面的耐火材料衬里形成到竖直管状水壁，从而形成尖锐的转角或斜转角。

专利文献jp2004-33341教导了在两个管状水壁之间形成尖锐的转角，管状水壁具有耐火材料衬里，耐火材料衬里具有形成在垂直于管状水壁而附接的两个部分翅片之间的斜的内表面。专利文献cn202195476u教导了在两个管状水壁的最外管之间形成斜转角翅片，且形成具有平行于在管状水壁的两个第二最外管之间延伸的转角翅片的内表面的耐火材料层。

本发明的目的在于提供一种在流化床锅炉中的经济且高效的管状水壁结构，尤其是由水平相邻的第一壁部分和第二壁部分形成的转角结构，其中第一壁部分的下部部分向外移位并具有耐火材料衬里。

技术实现要素：

根据一个方面，本发明提供了一种在流化床反应室中的管状水壁结构，该管状水壁结构包括：限定反应室的多个竖直延伸的管状水壁，管状水壁包括形成转角结构并且由通过翅片互连的竖直管构成的水平相邻的第一壁部分和第二壁部分，翅片附接到管并具有第一宽度，其中第一壁部分具有在转角旁边的最外管、在上部水平面范围中限定上部竖直平面的上部部分以及在下部水平面范围中限定下部竖直平面的下部部分，第一壁部分的管中的各个在上部水平面区域与下部水平面区域之间的中间水平面区域中弯曲，使得下部竖直平面从上部竖直平面向外移位，其中下部部分具有耐火材料衬里；第二壁部分是竖直的并且具有在转角旁边的最外管，其中第二壁部分的最外管在下部水平面区域中通过平面的下部斜转角翅片连接到第一壁部分的最外管，下部斜转角翅片具有耐火材料衬里和大于第一宽度的宽度。

根据另一方面，本发明提供了一种流化床反应室，其包括根据本文中所描述的管状水壁结构的实施例中的任何实施例的管状水壁结构。

在该描述中，用语耐火材料衬里以其常规的含义使用，即，该用语指代施加到管状水壁(尤其是其下部部分)的易侵蚀区域的内表面的合适的抗磨损材料层。耐火材料衬里的厚度典型地为大约50mm，或大约与管状水壁中的两个相邻管的中心之间的距离一样大或略小于该距离。

根据本发明的管状水壁结构中的下部斜转角翅片的宽度实际上由下部竖直平面相对于上部竖直平面的移位的大小确定。因为移位的目的在于保护耐火材料衬里的上部边缘和进入该耐火材料的管免受通过使床材料弹起而引起的侵蚀的影响，所以移位通常至少与耐火材料衬里的厚度一样大。因此，移位典型地为至少大约50mm，或至少大约与管状水壁中的两个相邻管的中心之间的距离一样大或略小于该距离。因为下部斜转角翅片从第二壁部分的最外管延伸到第一壁部分的下部部分的最外管，所以下部斜转角翅片优选地具有为第一宽度的至少两倍的宽度。

因为管状水壁的翅片从反应室吸收热(该热将被输送到水管)，所以翅片的宽度确定翅片中的最高温度。根据本发明，通过在翅片上具有耐火材料衬里而使得使用明显比常规的翅片更宽的转角翅片成为可能。因此，转角翅片的耐火材料衬里对于为宽的转角翅片提供热绝缘并因此防止翅片过热而言是重要的。

根据本发明的优选实施例，第一壁部分的下部部分具有耐火材料衬里，但第二壁部分不具有耐火材料衬里。认识到的是，壁的竖直或尤其是水平的几何均匀性的改变引起反应室中的气体和颗粒的流的侵蚀加速涡流。因此，第二壁部分的至少两个最外管有利地具有抗侵蚀涂层，该抗侵蚀涂层明显比第一壁的下部部分的耐火材料衬里更薄并且没有将进一步引起侵蚀涡流的几何不连续性。有利的是，使该涂层从第一壁的向外弯曲的水平面的上方延续到施加到第二壁的下部部分的耐火材料衬里的上部边缘的下方。第二壁的管的涂层由非绝缘材料构成，即该涂层维持允许对管中的水进行高效加热的导热率水平。

第一壁部分通常是流化床反应器的反应室的前壁或后壁(即具有向内渐缩的下部部分的管状水壁)的部分。将理解的是，第二壁部分是流化床反应器的反应室的管状水壁(通常是竖直侧壁)的部分。实际上，侧壁的下部部分也可具有耐火材料衬里，该耐火材料衬里的上部边缘位于比前壁和后壁的耐火材料衬里的上部边缘更低的水平面处。实际上，侧壁的耐火材料衬里的上部边缘可例如位于比前壁和后壁的耐火材料衬里的上部边缘低一米到两米的水平面处。

根据常规的解决方案，限定反应室的管状水壁中的各个的下部部分中的耐火材料衬里的上部边缘位于同一水平面处。然而，因为耐火材料衬里大体上充当热绝缘体，所以当对于不同壁而言对耐火材料衬里的需求不同时，能够使相邻管状水壁的耐火材料衬里的上部边缘位于不同的水平面处是优点。尤其当仅在前壁或后壁的在向内渐缩的下部部分的上方的竖直部分中存在对耐火材料衬里的需求时，能够在具有耐火材料衬里的竖直管状水壁部分与裸露(即没有耐火材料衬里)的竖直管状水壁部分之间形成转角是优点。

本发明涉及在如下的水平面范围中在两个管状水壁之间形成转角结构：该水平面范围包括管状水壁中的一个的耐火材料衬里的上部边缘，但其中管状水壁中的另一个是裸露的，即其不具有耐火材料衬里。有利地，可通过至少在管状水壁的具有耐火材料衬里的部分附近的合适的堆焊涂层而保护裸露的管状水壁部分免受侵蚀的影响。实际上，根据本发明的转角结构一直延伸到侧壁上的耐火材料衬里的边缘，其中所有水管都被埋在耐火材料中。

根据本发明的优选实施例，第一壁部分的下部部分的耐火材料衬里沿水平方向至多延伸到上部部分的竖直平面的竖直延伸部。因此，第一壁部分的下部部分的耐火材料衬里大体上呈例如根据美国专利no.5091156已知的公知类型。

在常规的管状水壁构造中，翅片在中心附接到管，即翅片布置在相邻管的中心之间的线上。与这样的常规翅片相反，下部斜转角翅片优选地连接到第一壁部分和第二壁部分中的各个的最外管的外部部分。将下部斜转角翅片从常规的中心位置向外移动使得在转角翅片上形成相对厚的耐火材料层更容易，相对厚的耐火材料层是耐用的并且防止斜转角翅片过热。如果期望，则移动转角翅片还使得通过锚固件来将耐火材料层附接到翅片成为可能。

上文中所论述的平面的下部斜转角翅片不延伸超出下部水平面范围，即超出第一壁部分的管从上部竖直平面向外移位的区域。在上部水平面范围中，根据本发明的优选实施例，第二壁部分的最外管通过平面的上部斜转角翅片连接到第一壁部分的最外管，上部斜转角翅片具有基本上等于第一宽度的宽度。在上部水平面区域与下部水平面区域之间的中间水平面区域中，可省略下部斜转角翅片，或可存在朝向上部斜转角翅片的非平面延伸部。

优选地，平面的上部斜转角翅片连接到第一壁部分和第二壁部分中的各个的最外管的内部部分。因为第一壁部分的管在上部水平面区域与下部水平面区域之间向外弯曲，所以上部斜转角翅片的平面与下部斜转角翅片的平面形成角。上部斜转角翅片和下部斜转角翅片的平面之间的角优选为从五度到十五度。下文中将阐释由上部斜翅片和下部斜翅片分别相对于第一壁部分和第二壁部分的最外管的位置提供的优点。

根据本发明的优选实施例，上部斜转角翅片包括平面的竖直延伸到下部水平面区域的部分翅片，即在上部斜转角翅片的平面中的延伸部。部分翅片附接到第二壁部分的最外管，但未附接到第一壁部分的最外管。部分翅片的宽度可基本上等于第一宽度，但根据本发明的优选实施例，部分翅片的宽度小于第一宽度，例如小于第一宽度的70%。

在上文中所描述的布置的情况下，下部斜翅片和竖直延伸的部分翅片(即上部斜转角翅片的竖直延伸部)形成部分腔，该部分腔可有利地用于为下部斜翅片提供耐用的耐火材料衬里。下部斜翅片的耐火材料衬里的外表面有利地在竖直延伸的部分翅片的位置处邻接第二壁部分的最外管，由此保护了原本易损坏的耐火材料边缘，并且缓解了耐火材料衬里在管表面处断裂的趋势。

根据本发明的优选实施例，下部斜转角翅片的耐火材料衬里沿水平方向延伸到形成为部分翅片的水平延伸部的平面。因为部分翅片在上部斜转角翅片的平面中，所以下部斜转角翅片的耐火材料衬里在上部斜转角翅片和第一壁部分的最外管的上部部分的向下的投影之下。因此，消除了万一向下流动的床材料撞击耐火材料边缘则将发生的颗粒的湍流重定向，从而使该区域中的侵蚀涡流最小化。

有利地通过以下方式来制造根据本发明的转角结构的金属构造：在车间中(即在流化床反应器的场所外部)准备金属构造，并且在实际场所中将金属构造附接到反应室的侧壁和前壁或后壁。然后，可通过管状水壁的法向部分中的翅片到翅片的焊接来制作连接到侧壁和前壁或后壁的竖直接头。

通过参考本发明的目前优选但仍然为例示性的实施例的结合附图得到的以下详细描述，将更充分地理解上文中的简要描述以及本发明的另外的目的、特征和优点。

附图说明

图1示意性地显示了根据本发明的实施例的具有管状水壁结构的循环流化床反应器的底部部分。

图2示意性地显示了转角结构的沿着图1的线a-a的水平横截面。

图3示意性地显示了转角结构的沿着图1的线b-b的水平横截面。

具体实施方式

图1示意性地显示了由常规的管状水壁限定的流化床反应室10的底部部分，常规的管状水壁包括前壁12、后壁14和两个侧壁16，在图1中看到两个侧壁16中的一个。前壁和后壁具有竖直的上部部分18和由耐火材料衬里22覆盖的向内渐缩的下部部分20。前壁和后壁在向内渐缩的下部部分20的正上方具有竖直壁部分24，竖直壁部分24从竖直上部壁部分18的平面26向外移位。向外移位的竖直壁部分24具有竖直耐火材料衬里28，竖直耐火材料衬里28具有上部边缘30。竖直耐火材料衬里的厚度32小于向外移位的竖直管状水壁部分24的移位34或大约与移位34一样大，由此保护耐火材料衬里28的上部边缘30免受由于由通过底部格栅40注入到反应室的流化气体38引起的内部循环而在前壁和后壁的附近落下的床颗粒36的影响。

侧壁16的下部部分也由耐火材料衬里42保护，该耐火材料衬里具有上部边缘44，上部边缘44位于比前壁和后壁的耐火材料衬里的边缘30更低的水平面处。在上部边缘44的上方，侧壁的水管46是裸露的，即没有热绝缘的耐火材料衬里。尽管未在图1中显示侧壁的弯曲部，但优选地也通过将侧壁16的耐火材料衬里的上部边缘44布置在侧壁的弯曲部的下方而保护上部边缘44免受掉落的床颗粒的影响。因为侧壁的耐火材料衬里的上部边缘44位于比前壁和后壁的耐火材料衬里的上部边缘更低的水平面处，所以在两个管状水壁之间存在转角区域48，两个管状水壁中的仅一个具有耐火材料衬里。

图2示意性地显示了图1的流化床反应器中的转角区段50的结构的在任何耐火材料衬里上方的水平面中沿着线a-a截取的水平横截面视图。因此，图2显示了后壁14的竖直上部壁部分18和侧壁16的部分。侧壁16和上部壁部分18两者都是常规的管状水壁，其由通过翅片54互连的裸露的竖直水管52组成，翅片54在中心附接到管52。相应地，上部壁部分18的最外管56和侧壁16的最外管58通过平面的上部斜转角翅片60连接在一起，上部斜转角翅片60与上部壁部分18和侧壁16的平面成四十五度的角。出于下文中将阐释的原因，有利地具有近似等于侧壁16和壁部分18上的相邻管52之间的翅片54的宽度的宽度的上部斜转角翅片60有利地连接到最外管56和58的内部部分。

图3示意性地显示了图1的流化床反应器中的转角区段62的结构的沿着线b-b截取的水平横截面视图。横截面视图来自在后壁14的竖直向外移位部分24的耐火材料衬里28的边缘30的下方的水平面。因此，图3显示了向外移位的壁部分24与侧壁16之间的转角结构62。壁部分24和侧壁16两者都是常规的管状水壁，其由通过翅片54互连的竖直水管52、52'组成，翅片54在中心附接到管。管52从后壁的上部部分18到后壁14的向外移位部分24的移位或弯曲的大小在图3中由虚线指示，虚线显示了后壁14的管52的如在移位的上方的初始位置。

在图3的水平面处，侧壁16的水管52'是裸露的，即未由耐火材料衬里覆盖，但向外移位的壁部分24的水管52在内侧上由耐火材料衬里28覆盖。裸露的管52'或至少例如最接近于转角的两个管有利地由磨损保护堆焊层保护，然而该磨损保护堆焊层未在图3中显示。

向外移位的壁部分24的最外管56和侧壁16的最外管58通过下部斜转角翅片66连接在一起。由于壁部分24的移位，故下部斜转角翅片66与侧壁16和壁部分24的平面中的各个之间的角大于四十五度。由此，下部斜转角翅片66的宽度明显大于壁部分24和侧壁16中的翅片54的宽度。

为了避免宽的下部斜转角翅片66过热，耐火材料衬里28具有布置在下部斜转角翅片66的内表面上的楔状延伸部64，楔状延伸部64一直延伸到侧壁16的最外管58。为了能够增加耐火材料衬里28的楔状延伸部64的厚度，下部斜转角翅片66有利地连接到最外管56和58的外部部分。由于耐火材料衬里28的楔状延伸部64的厚度增加，故该延伸部可有利地由附接到下部斜转角翅片66的内表面的锚固件68固定，锚固件68优选地由合金或陶瓷制成。

为了防止耐火材料衬里28的楔状延伸部64的端部部分从侧壁16的最外管58断裂松开，图2中所显示的上部斜转角翅片60有利地直接向下延伸到转角区段62的水平面范围，从而在其中形成部分翅片70。因此，部分翅片70与上部斜转角翅片60位于同一平面中，但有利地，部分翅片70具有比转角翅片60的宽度更小的宽度。然后，耐火材料衬里28的楔状延伸部64的端部部分从下部斜转角翅片66延伸到部分翅片70的平面，并固定在由下部斜转角翅片66和部分翅片70形成的部分腔中。

虽然在本文中结合目前被认为是最优选的实施例的内容来通过示例的方式描述了本发明，但将理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是旨在覆盖如所附权利要求书中所限定的本发明的范围内包括的若干其它应用和本发明的特征的多种组合或修改。

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