专利名称：抵抗下落固体的保护壁的制作方法
相关申请的交叉引述这是1999年5月6日递交的名为“抵抗下落固体的保护壁”的第09/305,962号美国申请、并于2000年4月4日授权的第6,044,805号美国专利的连续申请。通过引述将申请号为09/305,962的基础申请结合在此。除非有另外的说明，申请09/305,962中的术语的界定也适用于在此的公开。
本发明的领域和背景发明领域本发明总体涉及循环流化床锅炉的领域，具体涉及用以减小或消除罩在下炉壁或翼壁或分隔壁上的耐火材料顶部区域中的管子腐蚀的一种新颖且有效的结构。
背景技术：
在循环流化床锅炉中，在耐火材料内层的顶部边缘的管子腐蚀问题是众所周知的。
在循环流化床锅炉中，反应和未反应的固体通过向上流动的气体夹带在外壳之中，向上流动气体将一些固体携带至反应器上端的反应器出口。另外，因为最初被向上携带的较重固体相对气体流动而下落，所以大量的固体在反应器外壳内循环。因为向上流动的气体流速通常在邻近循环流化床中的循环流化床外壁和热交换表面的较冷气体中较低，所以大多数固体降落在壁或热交换表面的邻近处。
降落在壁和表面的固体的量向着循环流化床的底部逐渐增加。在炉子的较低区域中层的密度较高，其结果是，在较低区域中的壁和表面受到与固体接触而增加的腐蚀。
而且，发生在循环流化床中的反应增加了化学还原条件，壁和表面必须得到保护。通常使用一保护性材料(还称之为耐火材料)包覆循环流化床的较低区域中的壁和外露表面。该耐火材料的锚定和安装成本较高，因为它必须承受较高的温度(一般在1400°至1800°F)、与固体、化学还原产品、及燃烧反应的副产品的接触腐蚀。耐火材料也降低了热交换的效率。因为此原因，考虑到侵蚀和腐蚀的条件，耐火材料只应用到反应器区域中尽可能低的壁和外露表面。在壁和表面上耐火材料终止的点，在形成壁的管子的金属的腐蚀发生的地方，形成了一断续。腐蚀一般是邻近保护性材料顶端边缘的大约1/4＂至3＂宽的带。在耐火材料顶部上0至36英寸之间的区域发现了管壁腐蚀。
在美国专利第5,893,340号中可找到减小该腐蚀的一种方法，其中外壳的壁弯进并离开固体流，以减小固体在耐火材料断续处的下落。
另一所知的方法是在管子上耐火材料断续处放置一保护性覆盖材料作为一屏障。保护性覆盖材料从耐火材料的终止处之下延伸至断续处之上几英寸。不利的是，保护性覆盖材料也受相同腐蚀的损害，且必须以一种高成本且耗时的过程来替换。
没有一种已有方法能完全成功地消除耐火材料附近的腐蚀。
发明概述本发明的一个目的是给壁、翼壁、或分隔壁提供一有效的管子部分的设计，它能减小邻近一循环流化床锅炉中耐火材料断续处的管子腐蚀。
因此，本发明的一个方面提出了用于循环流化床锅炉的一管壁部分，该管壁部分具有位于耐火材料断续处之上的管子的内陷型部分，该耐火材料断续处局部地被一抗磨损的耐火瓷砖或成型的耐火材料盖住。该耐火瓷砖或成型的耐火材料安装在被耐火材料盖住的内陷型部分和一向下邻近的减小直径的管部之上。相邻管子之间的隔杆被改型在内陷型管子部分和减小直径的管部中，以将耐火瓷砖或成型的耐火材料安装在管子上。一镜像对称的内陷型部分可以设置在减小直径的管部之下，以在被耐火材料盖住的管壁中使管子返回至初始的直径或另一直径。
可以几种可替换的方式安装耐火瓷砖。在一实施例中，可使用螺栓或螺柱以及螺母来固定耐火瓷砖。另外，也可以使用连接在耐火瓷砖底部的锁定夹。一锁定片安装可与锁定夹一起使用。该片在相邻的内陷型管子部分之间向上延伸，在此该片被夹持在改型的隔杆和一般的隔杆之间，以将耐火瓷砖固定在其位置。成型的耐火材料通过螺柱和焊接在管子和隔杆上的锚夹持在其位置。
内陷型部的锥形部分之上的最初管子直径和隔杆的内表面界定了位于循环流化床中的固体下落线，而带有改型或替换的隔杆的内陷型管子部分产生了下落线以外的一个空间。保护性的抗磨损耐火瓷砖或成型的耐火材料为下落线的延伸且覆盖了耐火材料之下的外露管子部分。耐火瓷砖或成型的耐火材料的顶部边缘也在下落线的外部，所以断续线不会向上移动。
在本发明的另一方面，上述的思想方法应用到一循环流化床的锅炉中的翼壁或分隔壁上的耐火材料断续处。以下将会描述，在该应用中耐火瓷砖的形状稍有不同且背对背地应用在包括翼壁和分隔壁的部分的两侧。在隔杆为外壁缩进的地方，它只是简单地中止，为炉子内的翼壁或分隔壁留下一间隙。
体现了本发明的新颖性的各种特征在所附的权利要求书中被指出且形成了本公开的一部分。为了更好地理解本发明、在使用时获得的其操作优点及具体目的，可参考附图和描述性的内容，其中举出了本发明的一较佳实施例。
附图的简要描述在附图中
图1是按照本发明第一实施例的一循环流化床锅炉壁部分的侧视图；图2是图1所示壁部分的主视图；图3是沿线3-3图2所示壁部分的俯视剖视图；图4是沿线4-4图2所示壁部分的俯视剖视图；图5是沿线5-5图2所示壁部分的俯视剖视图；图6按照本发明第二实施例的一循环流化床锅炉壁部分的侧视图；图7是图6所示壁部分的主视图；图8是沿线8-8图6所示壁部分的俯视剖视图；图9是沿线9-9图6所示壁部分的俯视剖视图；图10是沿线10-10图6所示壁部分的俯视剖视图11按照本发明第三实施例的一循环流化床锅炉壁部分的侧视图；图12是图11所示壁部分的主视图；图13是沿线13-13图11所示壁部分的俯视剖视图；图14是沿线14-14图11所示壁部分的俯视剖视图；图15是沿线15-15图11所示壁部分的俯视剖视图；图16按照本发明第四实施例的一循环流化床锅炉壁部分的侧视图；图17是图16所示壁部分的主视图；图18是沿线18-18图16所示壁部分的俯视剖视图；图19是按照本发明的另一实施例的循环流化床锅炉壁部分的侧视图；图20是图19所示壁部分的局部俯视图；图21是图19所示壁部分的主视图；以及图22是图21所示壁部分的局部俯视图。
较佳实施例的描述总的参见附图，在几幅图中相同的标号指示相同或功能类似的部件，具体在图1和图2中，示出了位于一循环流化床锅炉中耐火材料断续点处的一管壁12的一部分10。管壁中的每个管子15由具有一管子直径例如3英寸的上管部20形成。在上管部20的下端，一内陷型的管子部分30使管子15的直径变小，成为一减小直径的管部40。
如图3所示，各管子15通过隔杆50相连，隔杆50在上管部20处相邻的管子15之间水平延伸。隔杆50将管子15分成两个半体，其中一个是面向循环流化床锅炉的炉子区域(即，炉子侧)内壁，另一个是其外侧。在循环流化床锅炉内部，位于炉子内部上管部20处的管子15的表面和位于上管部20处的隔杆50的内表面界定了一“固体下落线”，流化床中的固体沿着该线下落。伸进固体下落线的部分将与下落的固体接触，而下落线外部的管子15的部分将不会与其接触。
返回至图1和图2，一耐火瓷砖60位于内陷型管子部分30的一部分之上且位于减小直径的管部40之上。耐火瓷砖60被设置成其上边缘位于固体下落线之外。耐火瓷砖60与管子15的形状一致且安装在管子15暴露的内侧上。另外，本发明考虑到也可以使用具有为耐火瓷砖60示出的轮廓形状的耐火材料。
耐火瓷砖60可以设置有一弯曲部分62和一尾部64，该弯曲部分62局部围绕管子15的一部分，尾部64可用来将耐火瓷砖60固定在协配的隔杆55上。有利地，弯曲部分62的一端具有一倾斜部66，倾斜部66接触尾部64上的互补倾斜部68。该互补的倾斜端部结构有助于对着管子15的弯曲壁压紧或固定每个耐火瓷砖60的弯曲部62。
具有弯曲部57的协配的隔杆55(最后见图4)在内陷型部分30和减小直径部分40处连接管子15。将协配的隔杆55的形状设计成可使耐火瓷砖60在内陷型管子部分30和减小直径的管部40处安装在管子15上，而没有伸进固体下落线中，同时耐火材料80可用作协配的隔杆的衬砌。
隔杆50也连接耐火瓷砖60下面的减小直径部分40。在下部的一镜像内陷型管子部分(图未示)可用来将管子15的直径增回至耐火瓷砖60之下的上管部20的直径(或者比上管部20的直径大或小的另一直径)。
耐火材料80罩住耐火瓷砖60之下的管子15。耐火材料80的表面和耐火瓷砖60的表面形成了一连续的表面，且能避免当耐火材料罩住端部时发生的断续。
在图1-5示出的实施例中，耐火瓷砖60通过使用螺柱或螺栓以及将其固定于管子15和协配的隔杆55的螺母连接件100夹持在其位置。耐火瓷砖60在尾部64设置有合适的孔102，螺柱或螺栓及螺母连接件100可以穿过该孔。将板和材料安装在锅炉和炉子中的焊接的螺柱上的已知方法可用于此目的。
图19-21示出本发明的另一实施例，与前面的公开一样，应用了使管子15的直径变细到减小直径的管部的一内陷型管部30。在该实施例中，位于内陷型管部30之上的管子15偏心地(而不是同心地)向下变细至减小的直径(例如，1-3/4＂，如果之上的管子15是3＂的外部直径)。该偏心的内陷型管部30有效地将减小直径的管子的表面或顶部向外拉出并远离下落固体的下落线。对于上述的管子尺寸，该偏心的内陷型管部30通过未内陷的管子(上部)和减小直径的管子(下部)的半径的差别(即，3＂/2-1.75＂/2＝0.625＂)有效地使隔杆50阶跃地远离下落固体的下落线。当然，也可应用不同空间上的其他尺寸的管子。位于内陷区域中的隔杆50阶跃地离开管壁的炉内侧。如图所示，由板53和密封板45形成装满耐火材料80的一不透气的壁盒83；另外，一协配的支承隔杆55也可用作上述的目的，该支承隔杆55焊接于管子15并在位于每对管子15之间的上下隔杆50的终端的邻近处焊接于隔杆50的后部。高强度、耐磨损的耐火瓷砖60再次被安装在每个管子40的前部的周围，从内陷型管部30向下变为管子40的减小直径部分的高度起盖住大约6到10英寸的高度。可通过包括焊接于管子15或隔杆50的螺柱的各种方法将瓷砖60保持就位。另外，成型的耐火材料也可应用于管子的表面。相似地，一耐磨损的金属或非金属的喷层以大约从瓷砖60的底部延伸至偏心内陷部30的底部的带状形式应用在管子上，厚度一般为6-8密尔(依据涂层材料)，并在带状涂层的顶部的邻近处具有减小的厚度。在喷涂的耐火材料80和瓷砖60安装好之后，在耐火材料80和瓷砖60之下呈现了涂层的重叠。在瓷砖60之下，管子40可以或不可以再次内陷至3＂的外直径(或者另外的直径)，该再次的内陷或下部的内陷部分30可以是同心的或不同心的内陷类型。
图6-10示出了可用于耐火瓷砖60的另一支承和安装结构。在该实施例中，耐火瓷砖60通过细长片65被限制住，片64从耐火瓷砖60的上边缘在管子15之间竖向延伸。片65的顶端以相互锁定方式夹持在管子15、协配的隔杆55和隔杆50之间，隔杆50向下延伸通过了一密封板45。片65有效地夹持在隔杆50、55和管15之间产生的空穴中。一锁定夹90位于耐火瓷砖60的底边缘之下，且通过已知的方式例如用于此类连接的焊接固定于下隔杆50。夹子90将耐火瓷砖60夹持在其位置，防止它的活动。
图11-15示出了可用于耐火瓷砖60的另一支承和安装结构。在该实施例中，耐火瓷砖60通过环绕管子15的互锁及固定环90被限制住。耐火瓷砖是按照以下过程安装的将耐火瓷砖60的顶上较小的端部插在减小的管子直径40上，向上滑动耐火瓷砖60，以对着管子15在内陷型部30的较大直径处啮合/锁定啮合瓷砖60，而后通过固定环90固定耐火瓷砖60的底端。
如前面已指出，本发明的原则不局限于对循环流化床(外壳)壁的保护，而且非常适于对使用在循环流化床锅炉中的翼壁或分隔壁上的类似耐火断续处进行保护。这些方面示出在图16至18中。示出在那儿的是一翼壁或分隔壁，总体以200标示，它包括如上述的管子15。图16-18只示出了五(5)个3英寸外直径的管子15，例如4英寸的中心，也可以应用具有更大或更小的外直径且位于不同中心上的更多或更少的管子15。如上所述，该部分的每个管子15由在下端具有内陷型管子部分30的上管部20形成，内陷型管子部分30将管子15的外直径缩小到一减小直径的管部40的直径，如以上一样是1.75英寸。管子15可再次设置隔杆50。在该情况下，但是，翼壁或分隔壁部分200完全暴露在炉子环境中，而不是只在一侧承受热的燃烧气体和循环的固体。在此类应用中，耐火瓷砖160的形状稍有不同且背对背地应用在包括翼壁和分隔壁的部分200的两侧。在隔杆为外壁缩进时，它只是简单地中止，为炉子内的翼壁或分隔壁部分200留下一空隙。耐火瓷砖160再次使用螺柱或螺栓以及将其固定在管子15上的螺母连接件100夹持在其位置上，耐火瓷砖160设置有合适的孔102，螺柱或螺栓、以及螺母连接件100穿过该孔。在分隔壁或翼壁200的情况下，因为整个部分都位于炉子中，也可更精确地描述耐火瓷砖160或成型的耐火材料的具体位置，该耐火材料不具有未延伸通过上管部20所界定的固体下落线的上边缘。
在以上所有的实施例中，为了进一步保护在内陷型部分30处的管子15，可使用一抗磨损、金属或非金属的喷雾在内陷型部分30和耐火瓷砖60的一部分之下的管子15的外露部分上形成6-8密尔厚的一涂层70。涂层70按照给定的安装尺寸的需要将延伸一距离S。本领域的技术人员都知道，有几种金属和非金属的保护覆盖涂层是可采用的。在具有分隔壁或翼壁部分200的情况下，这样的涂层70可在需要的位置基本沿管子15的整个圆周延伸。
在本发明的一个应用中，管子15是3英寸直径的管子，并且一对相邻的管子15的中心之间间隔4英寸。内陷型管子部分30将管子直径减小为1.75英寸，减小直径的管部40也是1.75英寸的直径。较佳地，耐火瓷砖60被设计和定位成可罩住位于直径为1.75英寸的高度以上的内陷型管子部分30的大约3-1/2英寸。耐火瓷砖60的上部向着上边缘变细，所以在上管部20的外表面界定的固体下落线以外的耐火瓷砖的上边缘较佳地为大约5/8英寸。耐火瓷砖60的上边缘较佳地终止于没有涂层的外露管子15的最下面部分之下1/2英寸或更多。当然，耐火瓷砖60的尺寸和位置可以改变，以适应其他的管子尺寸和间隔。
耐火瓷砖60的合适材料包括传统的耐火材料、金刚砂、低粘合剂耐火材料以及其他抗磨损材料，这些材料可以承受循环流化床内部的热量。
本发明减小了在耐火材料和管壁或板的界面的严重管子腐蚀的潜在可能，而不需要管子弯曲部。这使得不会中断外部绝缘或隔热/外套，且允许通过管壁或板的表面的中心线没有偏移地直接取出负载，由此简化了该结构的设计。
已示出且详尽描述了本发明的一具体实施例，以举例说明本发明的原则的应用，应理解到，只要不脱离该原则，可以其他方式实施本发明。例如，本发明可以使用在一新的循环流化床锅炉中的耐火材料断续处的任何点，或者在循环流化床锅炉中已存在的耐火材料断续处的修理或改型中。如上所述，本发明不仅可应用到这样的循环流化床锅炉的炉子外壁中，也可以应用到存在这样的耐火材料断续处的分隔或翼壁表面中。
权利要求
1.用于具有一耐火材料遮蔽层的循环流化床锅炉的一管壁部分，该管壁部分具有彼此平行设置形成炉壁的多个管子，至少管子的炉壁的一侧是一内壁，每个管子包括具有一第一直径的一上管部，上管部的边侧形成了内壁，该内壁界定了一固体下落线；具有一第二直径的一减小直径的管部，第二直径小于第一直径；连接在上管部和减小直径的管部之间的一内陷型管子部分；用以连接多个管子的每一个的上管部的多个隔杆；安装在多个管子上的耐火装置，该耐火装置罩住每个管子的内陷型管子部分和减小直径部分的至少一部分，该耐火装置的上边缘处在固体下落线的外侧。
2.如权利要求1所述的管壁部分，其特征在于耐火装置包括放置在多个管子之上且罩住每个管子的内陷型管子部分和减小直径部分的至少一部分的成型的耐火材料，成型耐火材料的上边缘处在固体下落线的外侧。
3.如权利要求1所述的管壁部分，其特征在于耐火装置包括放置在多个管子之上且罩住每个管子的内陷型管子部分和减小直径部分的至少一部分的一耐火瓷砖，该耐火瓷砖的上边缘处在固体下落线的外侧。
4.如权利要求3所述的管壁部分，其特征在于除了耐火瓷砖外，耐火装置还包括成型的耐火材料。
5.如权利要求3所述的管壁部分，其特征在于包括位于内陷型部分处和耐火瓷砖的一部分之下的管子的外露部分上的一抗磨损涂层。
6.如权利要求3所述的管壁部分，其特征在于还包括将耐火瓷砖固定在多个管子上的安装装置。
7.如权利要求6所述的管壁部分，其特征在于该安装装置包括在内陷型管子部分和减小直径的管部用以将多个管子中的每一个连接在一起的协配的隔杆装置和将耐火瓷砖夹持在协配的隔杆装置上的多个螺柱和螺母连接件。
8.如权利要求6所述的管壁部分，其特征在于安装装置包括在内陷型管子部分和减小直径的管部用以连接多个管子中相邻管子的协配的隔杆装置和从耐火瓷砖的上边缘在相邻管子之间、至少局部在隔杆和协配的隔杆之间竖向延伸的一细长片。
9.如权利要求6所述的管壁部分，其特征在于安装装置包括将耐火瓷砖的底部连接在一较低分隔壁上的至少一个锁定夹，该分隔壁在耐火瓷砖之下连接多个管子中的每一个。
10.如权利要求4所述的管壁部分，其特征在于耐火装置使用耐火瓷砖形成了一连续表面，连续表面的至少一部分位于固体下落线之上。
11.如权利要求3所述的管壁部分，其特征在于耐火瓷砖具有一主体部分和一靠上部分，靠上部分从主体部分向着耐火瓷砖上边缘变细。
12.如权利要求1所述的管壁部分，其特征在于还包括连接在内陷型管子部分和减小直径的管部之间的多个协配的隔杆和用以连接对应的每个隔杆的上下边缘的多个上下密封板。
13.用于具有一耐火材料遮蔽层的循环流化床锅炉的一管子部分，该管子部分具有彼此平行设置的多个管子，每个管子包括具有一第一直径的一上管部，上管部的边侧界定了一固体下落线；具有一第二直径的一减小直径的管部，第二直径小于第一直径；连接在上管部和减小直径的管部之间的一内陷型管子部分；用以连接多个管子的每一个的上管部的多个隔杆；安装在多个管子上的耐火装置，该耐火装置罩住每个管子的内陷型管子部分和减小直径部分的至少一部分，该耐火装置的上边缘没有延伸通过固体下落线。
14.如权利要求13所述的管子部分，其特征在于耐火装置包括放置在多个管子之上且罩住每个管子的内陷型管子部分和减小直径部分的至少一部分的成型的耐火材料，成型耐火材料的上边缘没有延伸通过固体下落线。
15.如权利要求13所述的管子部分，其特征在于耐火装置包括放置在多个管子之上且罩住每个管子的内陷型管子部分和减小直径部分的至少一部分的一耐火瓷砖，该耐火瓷砖的上边缘没有延伸通过固体下落线。
16.如权利要求15所述的管子部分，其特征在于除了耐火瓷砖外，耐火装置还包括成型的耐火材料。
17.如权利要求13所述的管子部分，其特征在于包括位于内陷型部分处和耐火瓷砖的一部分之下的管子的外露部分上的一抗磨损涂层。
18.如权利要求13所述的管子部分，其特征在于还包括围绕多个管子将耐火瓷砖彼此夹持在一起的多个螺柱和螺母连接件。
19.如权利要求13所述的管子部分，其特征在于管子部分是一分隔壁。
20.如权利要求13所述的管子部分，其特征在于管子部分包括一翼壁。
21.如权利要求1所述的管壁部分，其特征在于它包括连接在上管部和减小直径的管部之间的一偏心的下陷型管部。
22.如权利要求13所述的管壁部分，其特征在于它包括连接在上管部和减小直径的管部之间的一偏心的下陷型管部。
全文摘要
用于具有改进的抗腐蚀性能的循环流化床锅炉的一管壁、分隔壁或翼壁部分基于一减小直径部分,该减小直径部分邻接被抗磨损耐火瓷砖罩住的耐火材料。耐火瓷砖安装在该减小直径的管部上,使耐火瓷砖的上边缘位于流化床中的固体的一固体下落线外侧或不在其外延伸,以消除外露的断续。
文档编号F23M5/02GK1341201SQ00804323
公开日2002年3月20日 申请日期2000年4月3日 优先权日1999年5月6日
发明者D·J·沃克, D·L·维茨克, G·F·安德森, 小R·F·罗曼斯基 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司