专利名称：旋风分离器壁的耐火材料系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋风分离器壁的耐火材料系统，具体涉及这样一种耐火材料系统，这种系统具有一个抗颗粒材料腐蚀的平面。
在室温下使用的常规旋风分离器通常具有一个钢壳，如果预料有严重腐蚀，则钢壳内衬以相当厚(4～6英寸)的抗腐蚀耐火材料。在高温时(高约1800°F)，衬层配有致密的抗腐蚀的耐火材料受热砌面和轻质的隔离辅助层，总厚度为12英寸或更多一点。隔离辅助层的用途是使外壳不受热和不受到腐蚀性生产气体的腐蚀，并且还用于设置抗腐蚀的耐火材料受热砌面，当这些砌面受到腐蚀时还可以被修复或替换。
循环流化床锅炉要求大直径的旋风分离器，该分离器暴露于包含腐蚀性粒子的高温(1500～1800°F)气体。对于这种应用，常规的耐火壁厚的旋风分离器具有一些缺点。最大的缺点是需要若干英寸厚的耐火材料和隔离层，因而显著增加了重量，抗腐蚀层必须抗急剧的温度变化，这就需要特殊的高价的膨胀率低的耐火材料和平缓的加热周期;沉重的耐火材料壁难于安装和维修，特别是在顶部部分;为了保持需要的表面轮廓和厚度，经常要进行内部修理。耐火材料受热砌面的任何过量损耗都需要费用大的费时的修理，以便防止钢壳过热。
具有水-蒸汽冷却壁的旋风分离器已经减少了在壳壁上的热损失。然而旋风壁必须受到保护，使其不受到热和高速流化床粒子的腐蚀。保护旋风壁使其不受腐蚀的耐火材料系统必须具有可预计的热传导性，以便在突然停止运转时防止管道式水-蒸汽壁的损伤，在停止运转时，流化床固体粒子沉降在耐火系统上。
美国专利NO.4 635 713公开了一种抗腐蚀的管形水壁。然而从腐蚀和热吸收特性的观点来看，管式水壁的设计标准显著不同于在循环流化床锅炉中旋风分离器壁的设计标准。
因此需要轻质的具有强抗腐蚀的受热砌面耐火材料系统，而且这种耐火材料系统还具有可控的和可预计的热传导性。
因此本发明的目的是提供一种旋风分离器壁的抗腐蚀耐火材料系统，利用这种系统可以防止旋风分离器的管式水壁装置发生过热。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的旋风分离器壁的抗腐蚀耐火材料系统。在这种系统中，耐火材料损耗砖被固定在旋风分离器的管式水壁装置上。
本发明的再一个目的是提供一种上述类型的旋风分离器壁的抗腐蚀耐火材料系统，在这种系统中，当耐火材料损耗砖受到机械或热的损坏时，损耗砖容易被替换。
为了实现这些目的和其它的目的，本发明的抗腐蚀耐火材料系统包括许多抗腐蚀耐火材料损耗砖。损耗砖与旋旋分离器的水壁装置的管道隔开一间距并沿管道铺设。损耗砖被固定到每对相邻管道之间的和隔离的连续肋片上，在水壁装置和耐火材料损耗砖之间铺设抗腐蚀耐火材料。
结合附图，参照下面按照本发明现在最好的但作为举例的实施例的详细说明，可以更充分地理解上述简要的说明，以及本发明的其它目的、特征和优点。
图1是旋风分离器的透视示意图，该分离器包括本发明的抗腐蚀耐火材料系统;
图2是沿图1的2-2线标示的外圆筒壁部分截取的本发明的抗腐蚀耐火材料系统的放大的横截面图;
图3是类似于图2的视图，示出本发明的耐火材料系统的另外的实施例。
参考附图1，编号10表示总的旋流分离器，该旋流分离器可以是适合于供循环流化床锅炉用的任何类型的旋风分离器，例如在1988年2月29日提出同族未决的专利申请NO.161 632、1988年4月11日提出的同族未决专利申请NO.179 818和美国专利NO.4 476 337中公开的旋风分离器。总的用编号12表示的耐火材料系统在图1中被表示为铺设在旋风分离器的内壁上，作为举例，该旋风分离器是同族未决专利申请NO.179 818中公开的旋风分离器。
旋风分离器10包括下环形集流管16和上环形集流管18。集流管16紧位于漏斗20之上并连接在漏斗20上，漏斗20位于分离器14的下部。一组垂直延伸的隔开的平行管道22的下端被连接到集流管16上，管道22的较大部分长度垂直延伸，形成直圆筒24。
如由编号22a示出的那样，一部分管道22向外弯离圆筒24的柱面形成进入圆筒内部的入口通道26。
在圆筒24的上端，如由编号22b示出的那样，管道22径向向内弯，然后如编号22C所示再向上弯曲，形成一个直径小于圆筒24的直径的圆形开口。管道22如编号22d所示再径向向外弯，并使它们各自的端部连接到上集流管18上。管部分22b因此构成旋风分离器的顶部。
许多垂直管道28从上集流管18向上伸出，应当知道，下集流管16可以连接到冷却流体源，如水或蒸汽，冷却流体从集流管16通到管道22，进入上集流管18，随后通过管道28排放到外部设备。冷却流体的流动方向也可以相反。
一根内管或桶29被配置在圆筒24内，它用坚实的金属材料如不锈钢制作，具有稍微伸出由集流管18和上面的管部分22d所构成的平面之上。管29紧贴管部分22c，其长度约与由弯管部分22a构成的入口通道一致。因此在管29的外表面和圆筒24的内表面之间形成环形通道。管道部分22b形成环形通道室的顶部。
应当知道，最好是矩形截面的上排气罩或其它同类的东西(未示出)可以设置在由上集流管18和管部分22d构成的平面的上面，并利用许多锥形板或其它同类的东西(未示出)将其连接到管上。排气罩顶部受到设备的顶部的支承，分离器放置在该设备中，分离器的其余部分可以由连接到集流管18或管道28上的吊耳支承。
参考图2，耐火材料系统12包括许多抗腐蚀的耐火材料损耗砖30。如图1所示，耐火材料系统12邻接旋风分离器10的内壁铺设，并覆盖管道22。如图2所示，肋片32被固定在每对相邻管道22的相邻壁上。肋片32最好被焊接到管道22上。管道22和肋片32一起形成组成圆筒24内壁的水壁装置34。
损耗砖用从肋片32伸出的固定杆36固定到水壁装置34上。固定杆36最好被焊接到肋片32上。每个损耗砖30包括一个居中定位的直径变化的孔38。插入套圈40位于孔的下端部。损耗砖30最好这样固定在固定杆36上，将每个固定杆36插入相应的孔38，然后将插入套圈40电铆焊到固定杆上，由此产生焊接区44。熟悉这种技术的人知道，损耗砖30可以用其它合适的机构，如利用螺纹杆将损耗砖30固定到固定杆上。
由焊接区域44和孔38的上端部用绝热的抗腐蚀耐火材料做的插塞48盖着。插塞48最好包括市售的商标为C-E90 Ram TR Plastic Trowel Mix的耐火材料制品。
绝热的耐腐蚀耐火材料层50配置在损耗砖30和水壁34之间，围绕许多固定在管道22上的支柱52。支柱最好是钢制的，而且如图2所示，在相邻的管道22上，一根管道上是三根支柱，另一根管上是二根支柱，三根支柱的管和二根支柱的管最好交替排列。耐火材料层50有助于在发生突然停止运转时保护水壁装置34不过热，在突然停止运转时，高温液化床材料沉降在水壁装置34上并过分加热未绝热的管式构件上。
绝热材料层50最好包括铝或硫酸镁粘结的氧化铝-硅酸盐。合适的材料包括市售的商标为CF-Blu Ram HS的制品，或商标为Resco AA-22的制品，CE-Blu Ram HS是一种未焙烧的含73%Al2O3的塑性耐火砖。如上所述，耐火材料最好填塞到支柱52的表面周围，虽然熟悉这种技术的人会知道，其它的抗腐蚀性较差的可铸的或可塑的耐火材料可以浇铸、填塞、喷灌，或振动铸造在支柱52上。熟悉这种技术的人也会知道，耐火材料层50以及插塞48可以包含增强不锈钢纤维，其重量百分数最好从2.0～5.0%，以便改善耐火材料的强度和抗裂性能。
损耗砖30为水壁装置34和耐火材料隔离层50提供另外的绝热和腐蚀保护。因而在若干抗腐蚀损耗砖30损坏时，水壁装置34仍然受到保护，由于抗腐蚀的耐火材料层50而不会过分吸热和受到严重的腐蚀。损耗砖30最好具有强的抗腐蚀性和这样的热导率，这种热导率在发生突然停止运转时有助于控制热量从流化床颗粒(温度约为1600°F)传到水壁装置34上的速度。
耐火材料系统12的损耗砖30最好垂直错缝排列成行，使其与图1所示的圆筒24的四周轮廓一致。损耗砖30最好排列成在其间形成四周间隙，最好为1/4英寸宽的开口接合。损耗砖的四周间隙有助于防止破坏性的机械冲击力，这种力是在温度循环变化期间，特别是在开机和停止运转期间当细粒流化床尘粒或颗粒材料聚集在损耗砖的灰缝或结合缝之间时产生的。损耗砖30的四周间隙使得可以定期维修个别的损耗砖，而不需要除去若干相邻的砖，即使不是除去所有相邻的砖，利用损耗砖30的错缝排列和在其间设置开口接合可以使沿圆筒24的圆柱面设置的损损砖中的连续接合腐蚀路径的切向腐蚀减至最小。熟悉这种技术的人会知道，损耗砖30的尺寸和形状可以改变以适合任何特定的构形。每块损耗砖30上最好在其垂直边上包括斜面54以尽量减少分离器的旋风流动特性的破坏性。
因为每块损耗砖30被固定在固定杆36上，所以在损耗砖30受到机械损坏或热破损时，除去插塞48，从其固定杆36上卸下损耗砖30，便可容易地取出和替换损耗砖30。
损耗砖30可以包含任何合适的耐火材料，如矾土硅酸盐、氧化铝、石英、氧化锆或碳化硅。损耗砖最好包含铝或粘结的硫酸镁耐火材料，因为不需要在1000°F以上的温度预烧砖块便可以得到很好的抗腐蚀特性，而且砖块在700至2000°F的温度范围将具有最大强度。合适的材料包括市售的商标为C-E 90 Ram HS Plastic的制品，或商标为C-E Blue Ram HS的制品(73%Al2O3)，C-E 90 Ram HS Plastic制品是预烧的粘结硫酸盐的93%的Al2O3。熟悉这种技术的人知道，损耗砖30也可以包括焙烧过的陶瓷粘结材料，损耗砖的耐火材料还可以包括增强不锈钢纤维，用以改善其强度和抗裂特性。
本发明的抗腐蚀耐火材料系统10具有优越的抵抗在热循环床环境中急速温度变化的性能。沿管道22和支柱52配置的耐火材料50大体上由许多支柱52再分割，在支柱52之间留下许多小块耐火材料。这些小块可以有效地防止由收缩或破裂造成的事故。另外，由于没有对接连接，损耗砖很耐破裂，因为增加尘粒和颗粒的聚集在对接处能够产生压应力。
虽然在图1或图2上未示出，但一种由轻质材料如铝作的护壁或护板可以装在水壁装置34的平面上，稍微隔开一定间隙。另外，可以将热绝缘材料充填在水壁装置34的外表面和护壁或护板的内壁之间。
在操作时，假如包含本发明耐火材料系统12的分离器10是包含紧靠分离器配置的流化床反应器或其它类似装置的锅炉设备的一部分，则由弯管部分22a构成的入口通道26接收由反应器来的高温气体，该气体包含来自流化床的夹带的细小固体颗粒燃料材料。包括颗粒材料的气体因此进入到在圆筒24和内管29之间形成的环形室并在其中形成旋流，夹带的固体粒子受到离心力的作用推到圆筒24的内壁上，然后这些颗粒聚集并在重力的作用下落到漏斗20中。留在环形室中的相当干净的气体受到由管部分22b和其相应的肋片32所构成的顶部的阻挡而不能向上流动，因此通过管29的下端进入管29。然后气体穿过管29，由管的上端部进入上述的排气罩或其它类似的装置，以便将高温气体引到外部装置供进一步利用。
来自外部源的水或蒸汽进入下部集流管16，然后向上穿过管道22，随后通过上集流管18和管28通到外部管路，该外部管路可以构成包括分离器10的锅炉设备的一部分。水因此使圆筒24的壁保持在相当低的温度。
在突然停止运转，高温流化床材料沉降在分离器10的壁上时，耐火材料抗腐蚀层50和损耗砖30保护水壁装置34不过热。
一些优点来源于上述配置。例如，本发明的分离器减小了热损失，最大限度地降低了对内部耐火绝热的要求。另外，本发明分离器的体积、重量和成本小于常规分离器。因为耐火材料系统10重量相当轻，所以可以预制旋风构件，使耐火系统被固定，从而显著减小现场安装费用。本发明的分离器还尽量减少了费用大的高温耐火衬管道加工、在反应器和旋风分离器之间的伸缩接头和在旋风分离器和热回收部分之间的伸缩接头的需要。另外，在圆筒24和管29之间利用管道部分22b构成环形室的顶部，这消除了对另外顶部管路的需要。
图3的实施例类似于图2的实施例，这个实施例利用了一些与图2相同的构件，这些构件用相同的编号表示。按照图3的实施例，图2实施例中的损耗砖40以及插入垫圈40都省去了，耐火层50完全覆盖了固定杆36。在其它方面，图3的实施例和图2的实施例相同。
应当清楚，本发明不局限于图1所示的旋风分离器的特定设计。例如，分离器10的漏斗部分还可以包括与图1的管道22相同的水管。
在上述公开的专利中预计有其它的改变和变换，在有些情况下将应用本发明的一些特征而不相应利用其也的特征。因此，充分地所符合本发明范围的方式解释所附权利要求是合适的。
权利要求
1.一种旋风分离器，其特征是它包括许多管道和许多在相邻管道之间延伸的连续肋片，上述管道至少其部分长度垂直地并成圆周地平行延伸，上述管道和肋片形成水壁，旋风分离器还包括许多同上述水壁分开一定间隙延伸的损耗砖，上述损耗砖包括位置居中的孔和位于上述孔的另一端部的可焊接的部件，许多固定杆从上述肋片垂直伸出，上述可焊接部件被焊接到上述固定杆上，耐火材料被铺设在上述水壁和上述损耗砖之间。
2.如权利要求1所述的旋风分离器，其中，上述损耗砖以间隔开的列的方式延伸，每一列的损耗砖相对于相邻列中的损耗砖是错缝的。
3.如权利要求2所述的旋风分离器，其中，上述损耗砖以周边间隔开的方式成列延伸。
4.如权利要求3所述的旋风分离器，其中，上述损耗砖具有倾斜面。
5.如权利要求4所述的旋风分离器，其中，上述损耗砖还包括填入上述孔的耐火部件。
6.如权利要求1所述的旋风分离器，还包括许多固定在上述管道上的支柱，支柱在上述耐火材料中延伸。
7.如权利要求6所述的旋风分离器，其中，在相邻的两根管上，一根管上有三根支柱，另一根管上有两根支柱，上述支柱以三支柱管和两支柱管重复的方式配置。
全文摘要
一种旋风分离器壁的耐火材料系统，在分离器中，在距旋风分离器的水-蒸汽壁的管道一定距离的位置铺设许多抗腐蚀的耐火材料损耗砖。损耗砖被固定于在每对取邻管之间延伸的连续的肋片上，绝热的抗腐耐火材料填充在肋片和损耗砖之间。
文档编号B04C5/20GK1049985SQ9010713
公开日1991年3月20日 申请日期1990年8月18日 优先权日1989年8月18日
发明者理查得克·乔汉生 申请人:福斯特·惠勒能源公司