流化床设备及其部件的制作方法
【专利说明】流化床设备及其部件
[0001]本发明涉及所谓的循环流化床设备(CFBA)及其部件，特别是:
-循环流化床反应器(CFBR)，其设计为燃烧器、焚烧反应器、锅炉、气化器、蒸气发生器等，如在US 6,802,890 B2中公开的。在典型的CFBR中，气体(空气)穿过反应器的可渗透的格栅状底部区域，所述格栅(网格)支撑颗粒材料的流化床，所述颗粒材料即所谓的焚烧充填物(incinerat1n charge)，主要包括例如煤之类的燃料类的材料。这给予燃料材料和流化床内的其他组分沸腾液体的行为。
[0002]充气的颗粒材料/燃料混合物允许促进焚烧过程和有效性。
[0003]所述焚烧充填物通过通常经由喷嘴吹入的空气/气体来流化。流化床包括处于所述格栅之上并且与所述可渗透的反应器底部相邻的所谓的密度板(denseboard)区域，而流化床内的颗粒材料的密度在反应器空间的上部内变小，所述反应器空间的上部也称为流化床的自由板区域(freeboard area)。
[0004]反应室通常受到由管制成的外部水管壁限制，水通过所述管运行，其中，所述管被直接焊接到彼此以产生壁结构，或在平行延伸的管部段之间具有翅片/肋。
[0005]由于如煤、木料等的大多数所述燃料材料包含硫和/或有害物质，所以有必要以合适的方式清洁离开反应室的气体。
[0006]CFBR通常在其上端处具有至少一个出口端口，其中，所述出口端口允许从反应器排出的气体和固体颗粒的混合物流动到至少一个相关联的分离器中。
[0007]-分离器，例如旋流分离器，用来使固体颗粒(颗粒材料，包括灰分(ash))与所述气体分离。US 4,615,715中公开了这样的分离器的一种典型的设计。此外，分离器的外壁能够被设计成具有中空空间，以允许水流过。
[0008]-装置，其用于将所述分离的固体颗粒经由所述FBHE的相对应的入口端口传递到至少一个流化床换热器(FBHE)中。这些装置可以是导管/管道/通道等。
[0009]-弯管(syphon)，其沿从分离器到CFBR和/或FBHE的路径，以允许压力(场)在分离器和CFBR之间解親(decoupling)。
[0010]-至少一个流化床换热器(FBHE)，其允许使用颗粒材料所提供的热，以便产生功率，例如，用于加热和增加作为传热介质经由管等输送通过所述FBHE并且进一步到涡轮机等的蒸气的压力。
[0011]- FBHE配有至少一个出口端口，也称为返回装置，其用于固体颗粒的至少一部分在它们从FBHE中离开并且回到循环流化床反应器CFBR中的路径上。
[0012]在过去的几十年中已开发了这种设备和部件的许多设计。
[0013]尽管如此，仍存在对改进的持续需求，尤其是关于能量效率(典型的容量范围:50_600MW，电)、效用、简单构造，避免机械应力和热机械应力、紧凑性(反应器室的典型数据为:高度:30-60m，宽度:13-40m，深度:15-40m)的改进的持续需求。
[0014]本发明提供关于循环流化床设备(在下文中也称为CFBA)、流化床设备或设备及其部件的以下改进方案，这些改进方案可以个别地实现或按照任意组合实现，只要那些组合未在下文中明确排除或被技术原因排除。相应地，个别的构造特征可以个别地实现和/或按照任意组合实现。如果适当，不同的实施例可在一个设备内实现。
[0015]相应地，结合以下改进方案中的一个公开的特征也可以结合另一改进方案来实现。
[0016]改进方案A涉及:
流化床设备，其包括:在其上部处具有至少一个出口端口的循环流化床反应器，其中，所述出口端口允许从循环流化床反应器排出的气体和固体颗粒的混合物流动到用于使固体颗粒与所述气体分离的至少一个相关联的分离器中；装置，其将所述分离的固体颗粒传递到至少一个流化床换热器中；以及返回装置，其将固体颗粒的至少一部分输送回到循环流化床反应器中，其中，所述循环流化床反应器、所述分离器和所述流化床换热器以悬挂的方式安装。
[0017]完全悬挂(例如，吊挂)的构造允许调适相关联的构造元件的热膨胀并且避免相邻构造部分之间的机械力、热机械力和/或力矩。
[0018]在CFBR和相关联的FBHR内的不同的热负荷通常导致两个构造元件(设备的部分)的不同的热膨胀。因此，返回装置(用于固体颗粒)，例如从FBHR延伸到CFBR的固体返回导管，通常经历相当大的热机械应力，这现在能够避免。
[0019]这与现有技术的装置相反，所述现有技术的装置具有悬挂反应器、安装到地面的换热器以及处于之间的返回导管。
[0020]可选的特征为:
-所述循环流化床反应器、所述分离器和所述流化床换热器从支撑结构悬挂，所述支撑结构可以是共同的支撑结构，例如，三脚架状或门户状的结构、框架等。悬挂安装可以直接或间接地实现。
[0021]-流化床换热器从分离器悬挂。这是间接的悬挂/吊挂的一个示例。分离器可以从横梁(traverse)/横杆悬挂，而FBHE从分离器悬挂。
[0022]-流化床换热器被牢固地固定到循环流化床反应器。同样，这是间接类型的悬挂。FBHE被耦接到CFBR，所述CFBR自身可以被吊挂到相对应的框架。
[0023]-流化床换热器和流化床反应器具有共同的壁。这给出了一种紧凑的设计并且节省了一个壁。
[0024]-所述共同的壁是水冷式的。
[0025]-所述共同的壁具有一个或多个开口，所述一个或多个开口相应地实现返回装置的功能或用于固体颗粒的出口端口的功能。可以避免单独的出口端口(例如，导管)。
[0026]-返回装置被设计为耦接装置，而不将机械力或力矩从所述流化床反应器传递到所述流化床换热器中或相反。此实施例就地提供了两个构造部分之间的悬挂连接，并且避免了任何机械应力。
[0027]-所述流化床换热器不具有耐火内衬。这使它更轻，并且因此，更易于吊挂。
[0028]-所述流化床换热器具有至少部分地水冷的腔室壁。
[0029]-在FBHE内没有结构性装置，所述结构性装置趋于促使固体颗粒在流化床换热器内曲折迂回(meander)。与常见的设计相反，所述FBHE不提供固体颗粒在进入FBHE之后和/或离开它之前必须穿过的任何单独的进入腔室和/或返回腔室。不再需要任何固体颗粒的预均质化(pre-homogenizat1n)。固体颗粒流进入FBHE并且立即通过/沿换热器导引。
[0030]改进方案B涉及:
流化床设备，其包括:在其上部处具有至少一个出口端口的循环流化床反应器，其中，所述出口端口允许从所述流化床反应器排出的气体和固体颗粒的混合物流动到用于使固体颗粒与所述气体分离的多个(η个)相关联的分离器中；多个(η个)装置，其将所述分离的固体颗粒从所述(η个)分离器传递到多个(多达η个)离散的流化床换热器中；以及返回装置，其将所述固体颗粒的至少一部分从所述离散的流化床换热器输送回到循环流化床反应器中，其中，所述多个(多达η个)离散的流化床换热器被机械地连接，以提供在相邻的离散的流化床换热器之间具有水冷式的中间壁的一个共同的流化床换热器。
[0031]通常，每个分离器继之以一个换热器(其间具有弯管状的密封件)，而该改进方案减少了构造部分的数量，这在于至少两个或三个或所有的(即，η个)换热器被结合成一个元件。这使得设备更紧凑并且更有效。冷却装置(水冷壁)能够被设计为结合的换热器的相邻部段之间的共同的壁。
[0032]可选的特征为:
-离散的流化床换热器被布置成一行(线)，以提供所述共同的流化床换热器，这允许非常紧凑的设计。
[0033]-水冷式的中间壁包括水冷管道，特别是金属管道。
[0034]-水冷式的中间壁包括水冷管道，其中，相邻的管道通过金属翅片连接。翅片和管道能够被焊接。
[0035]-所述共同的流化床换热器从分离器悬挂。这种吊挂构造降低了安装成本和所需的空间。
[0036]-所述共同的流化床换热器被牢固地固定到循环流化床反应器，从而允许紧凑的总体设计。
[0037]-所述共同的流化床换热器和所述循环流化床反应器具有共同的壁。同样，这使得安装紧凑。
[0038]-所述共同的壁是水冷式的。
[0039]-所述共同的壁具有一个或多个开口，其实现返回装置(出口端口)的功能。因此，能够避免用于单独的返回导管等的空间。
[0040]-所述流化床换热器具有至少部分地水冷的外腔室壁。
[0041 ] - FBHE被设计为没有任何结构性装置，所述结构性装置促使固体颗粒在流化床换热器内曲折迂回。与常见的设计相反，所述FBHE不提供固体颗粒在进入FBHE之后和/或离开它之前必须穿过的任何单独的进入腔室和/或返回腔室。不再需要任何固体颗粒的预均质化。