專利名稱：抵抗下落固體的保護壁的制作方法
相關申請的交叉引述這是1999年5月6日遞交的名為“抵抗下落固體的保護壁”的第09/305,962號美國申請、并于2000年4月4日授權的第6,044,805號美國專利的連續申請。通過引述將申請號為09/305,962的基礎申請結合在此。除非有另外的說明，申請09/305,962中的術語的界定也適用于在此的公開。
本發明的領域和背景發明領域本發明總體涉及循環流化床鍋爐的領域，具體涉及用以減小或消除罩在下爐壁或翼壁或分隔壁上的耐火材料頂部區域中的管子腐蝕的一種新穎且有效的結構。
背景技術：
在循環流化床鍋爐中，在耐火材料內層的頂部邊緣的管子腐蝕問題是眾所周知的。
在循環流化床鍋爐中，反應和未反應的固體通過向上流動的氣體夾帶在外殼之中，向上流動氣體將一些固體攜帶至反應器上端的反應器出口。另外，因為最初被向上攜帶的較重固體相對氣體流動而下落，所以大量的固體在反應器外殼內循環。因為向上流動的氣體流速通常在鄰近循環流化床中的循環流化床外壁和熱交換表面的較冷氣體中較低，所以大多數固體降落在壁或熱交換表面的鄰近處。
降落在壁和表面的固體的量向著循環流化床的底部逐漸增加。在爐子的較低區域中層的密度較高，其結果是，在較低區域中的壁和表面受到與固體接觸而增加的腐蝕。
而且，發生在循環流化床中的反應增加了化學還原條件，壁和表面必須得到保護。通常使用一保護性材料(還稱之為耐火材料)包覆循環流化床的較低區域中的壁和外露表面。該耐火材料的錨定和安裝成本較高，因為它必須承受較高的溫度(一般在1400°至1800°F)、與固體、化學還原產品、及燃燒反應的副產品的接觸腐蝕。耐火材料也降低了熱交換的效率。因為此原因，考慮到侵蝕和腐蝕的條件，耐火材料只應用到反應器區域中盡可能低的壁和外露表面。在壁和表面上耐火材料終止的點，在形成壁的管子的金屬的腐蝕發生的地方，形成了一斷續。腐蝕一般是鄰近保護性材料頂端邊緣的大約1/4＂至3＂寬的帶。在耐火材料頂部上0至36英寸之間的區域發現了管壁腐蝕。
在美國專利第5,893,340號中可找到減小該腐蝕的一種方法，其中外殼的壁彎進并離開固體流，以減小固體在耐火材料斷續處的下落。
另一所知的方法是在管子上耐火材料斷續處放置一保護性覆蓋材料作為一屏障。保護性覆蓋材料從耐火材料的終止處之下延伸至斷續處之上幾英寸。不利的是，保護性覆蓋材料也受相同腐蝕的損害，且必須以一種高成本且耗時的過程來替換。
沒有一種已有方法能完全成功地消除耐火材料附近的腐蝕。
發明概述本發明的一個目的是給壁、翼壁、或分隔壁提供一有效的管子部分的設計，它能減小鄰近一循環流化床鍋爐中耐火材料斷續處的管子腐蝕。
因此，本發明的一個方面提出了用于循環流化床鍋爐的一管壁部分，該管壁部分具有位于耐火材料斷續處之上的管子的內陷型部分，該耐火材料斷續處局部地被一抗磨損的耐火瓷磚或成型的耐火材料蓋住。該耐火瓷磚或成型的耐火材料安裝在被耐火材料蓋住的內陷型部分和一向下鄰近的減小直徑的管部之上。相鄰管子之間的隔桿被改型在內陷型管子部分和減小直徑的管部中，以將耐火瓷磚或成型的耐火材料安裝在管子上。一鏡像對稱的內陷型部分可以設置在減小直徑的管部之下，以在被耐火材料蓋住的管壁中使管子返回至初始的直徑或另一直徑。
可以幾種可替換的方式安裝耐火瓷磚。在一實施例中，可使用螺栓或螺柱以及螺母來固定耐火瓷磚。另外，也可以使用連接在耐火瓷磚底部的鎖定夾。一鎖定片安裝可與鎖定夾一起使用。該片在相鄰的內陷型管子部分之間向上延伸，在此該片被夾持在改型的隔桿和一般的隔桿之間，以將耐火瓷磚固定在其位置。成型的耐火材料通過螺柱和焊接在管子和隔桿上的錨夾持在其位置。
內陷型部的錐形部分之上的最初管子直徑和隔桿的內表面界定了位于循環流化床中的固體下落線，而帶有改型或替換的隔桿的內陷型管子部分產生了下落線以外的一個空間。保護性的抗磨損耐火瓷磚或成型的耐火材料為下落線的延伸且覆蓋了耐火材料之下的外露管子部分。耐火瓷磚或成型的耐火材料的頂部邊緣也在下落線的外部，所以斷續線不會向上移動。
在本發明的另一方面，上述的思想方法應用到一循環流化床的鍋爐中的翼壁或分隔壁上的耐火材料斷續處。以下將會描述，在該應用中耐火瓷磚的形狀稍有不同且背對背地應用在包括翼壁和分隔壁的部分的兩側。在隔桿為外壁縮進的地方，它只是簡單地中止，為爐子內的翼壁或分隔壁留下一間隙。
體現了本發明的新穎性的各種特征在所附的權利要求書中被指出且形成了本公開的一部分。為了更好地理解本發明、在使用時獲得的其操作優點及具體目的，可參考附圖和描述性的內容，其中舉出了本發明的一較佳實施例。
附圖的簡要描述在附圖中
圖1是按照本發明第一實施例的一循環流化床鍋爐壁部分的側視圖；圖2是圖1所示壁部分的主視圖；圖3是沿線3-3圖2所示壁部分的俯視剖視圖；圖4是沿線4-4圖2所示壁部分的俯視剖視圖；圖5是沿線5-5圖2所示壁部分的俯視剖視圖；圖6按照本發明第二實施例的一循環流化床鍋爐壁部分的側視圖；圖7是圖6所示壁部分的主視圖；圖8是沿線8-8圖6所示壁部分的俯視剖視圖；圖9是沿線9-9圖6所示壁部分的俯視剖視圖；圖10是沿線10-10圖6所示壁部分的俯視剖視圖11按照本發明第三實施例的一循環流化床鍋爐壁部分的側視圖；圖12是圖11所示壁部分的主視圖；圖13是沿線13-13圖11所示壁部分的俯視剖視圖；圖14是沿線14-14圖11所示壁部分的俯視剖視圖；圖15是沿線15-15圖11所示壁部分的俯視剖視圖；圖16按照本發明第四實施例的一循環流化床鍋爐壁部分的側視圖；圖17是圖16所示壁部分的主視圖；圖18是沿線18-18圖16所示壁部分的俯視剖視圖；圖19是按照本發明的另一實施例的循環流化床鍋爐壁部分的側視圖；圖20是圖19所示壁部分的局部俯視圖；圖21是圖19所示壁部分的主視圖；以及圖22是圖21所示壁部分的局部俯視圖。
較佳實施例的描述總的參見附圖，在幾幅圖中相同的標號指示相同或功能類似的部件，具體在圖1和圖2中，示出了位于一循環流化床鍋爐中耐火材料斷續點處的一管壁12的一部分10。管壁中的每個管子15由具有一管子直徑例如3英寸的上管部20形成。在上管部20的下端，一內陷型的管子部分30使管子15的直徑變小，成為一減小直徑的管部40。
如圖3所示，各管子15通過隔桿50相連，隔桿50在上管部20處相鄰的管子15之間水平延伸。隔桿50將管子15分成兩個半體，其中一個是面向循環流化床鍋爐的爐子區域(即，爐子側)內壁，另一個是其外側。在循環流化床鍋爐內部，位于爐子內部上管部20處的管子15的表面和位于上管部20處的隔桿50的內表面界定了一“固體下落線”，流化床中的固體沿著該線下落。伸進固體下落線的部分將與下落的固體接觸，而下落線外部的管子15的部分將不會與其接觸。
返回至圖1和圖2，一耐火瓷磚60位于內陷型管子部分30的一部分之上且位于減小直徑的管部40之上。耐火瓷磚60被設置成其上邊緣位于固體下落線之外。耐火瓷磚60與管子15的形狀一致且安裝在管子15暴露的內側上。另外，本發明考慮到也可以使用具有為耐火瓷磚60示出的輪廓形狀的耐火材料。
耐火瓷磚60可以設置有一彎曲部分62和一尾部64，該彎曲部分62局部圍繞管子15的一部分，尾部64可用來將耐火瓷磚60固定在協配的隔桿55上。有利地，彎曲部分62的一端具有一傾斜部66，傾斜部66接觸尾部64上的互補傾斜部68。該互補的傾斜端部結構有助于對著管子15的彎曲壁壓緊或固定每個耐火瓷磚60的彎曲部62。
具有彎曲部57的協配的隔桿55(最后見圖4)在內陷型部分30和減小直徑部分40處連接管子15。將協配的隔桿55的形狀設計成可使耐火瓷磚60在內陷型管子部分30和減小直徑的管部40處安裝在管子15上，而沒有伸進固體下落線中，同時耐火材料80可用作協配的隔桿的襯砌。
隔桿50也連接耐火瓷磚60下面的減小直徑部分40。在下部的一鏡像內陷型管子部分(圖未示)可用來將管子15的直徑增回至耐火瓷磚60之下的上管部20的直徑(或者比上管部20的直徑大或小的另一直徑)。
耐火材料80罩住耐火瓷磚60之下的管子15。耐火材料80的表面和耐火瓷磚60的表面形成了一連續的表面，且能避免當耐火材料罩住端部時發生的斷續。
在圖1-5示出的實施例中，耐火瓷磚60通過使用螺柱或螺栓以及將其固定于管子15和協配的隔桿55的螺母連接件100夾持在其位置。耐火瓷磚60在尾部64設置有合適的孔102，螺柱或螺栓及螺母連接件100可以穿過該孔。將板和材料安裝在鍋爐和爐子中的焊接的螺柱上的已知方法可用于此目的。
圖19-21示出本發明的另一實施例，與前面的公開一樣，應用了使管子15的直徑變細到減小直徑的管部的一內陷型管部30。在該實施例中，位于內陷型管部30之上的管子15偏心地(而不是同心地)向下變細至減小的直徑(例如，1-3/4＂，如果之上的管子15是3＂的外部直徑)。該偏心的內陷型管部30有效地將減小直徑的管子的表面或頂部向外拉出并遠離下落固體的下落線。對于上述的管子尺寸，該偏心的內陷型管部30通過未內陷的管子(上部)和減小直徑的管子(下部)的半徑的差別(即，3＂/2-1.75＂/2＝0.625＂)有效地使隔桿50階躍地遠離下落固體的下落線。當然，也可應用不同空間上的其他尺寸的管子。位于內陷區域中的隔桿50階躍地離開管壁的爐內側。如圖所示，由板53和密封板45形成裝滿耐火材料80的一不透氣的壁盒83；另外，一協配的支承隔桿55也可用作上述的目的，該支承隔桿55焊接于管子15并在位于每對管子15之間的上下隔桿50的終端的鄰近處焊接于隔桿50的后部。高強度、耐磨損的耐火瓷磚60再次被安裝在每個管子40的前部的周圍，從內陷型管部30向下變為管子40的減小直徑部分的高度起蓋住大約6到10英寸的高度。可通過包括焊接于管子15或隔桿50的螺柱的各種方法將瓷磚60保持就位。另外，成型的耐火材料也可應用于管子的表面。相似地，一耐磨損的金屬或非金屬的噴層以大約從瓷磚60的底部延伸至偏心內陷部30的底部的帶狀形式應用在管子上，厚度一般為6-8密爾(依據涂層材料)，并在帶狀涂層的頂部的鄰近處具有減小的厚度。在噴涂的耐火材料80和瓷磚60安裝好之后，在耐火材料80和瓷磚60之下呈現了涂層的重疊。在瓷磚60之下，管子40可以或不可以再次內陷至3＂的外直徑(或者另外的直徑)，該再次的內陷或下部的內陷部分30可以是同心的或不同心的內陷類型。
圖6-10示出了可用于耐火瓷磚60的另一支承和安裝結構。在該實施例中，耐火瓷磚60通過細長片65被限制住，片64從耐火瓷磚60的上邊緣在管子15之間豎向延伸。片65的頂端以相互鎖定方式夾持在管子15、協配的隔桿55和隔桿50之間，隔桿50向下延伸通過了一密封板45。片65有效地夾持在隔桿50、55和管15之間產生的空穴中。一鎖定夾90位于耐火瓷磚60的底邊緣之下，且通過已知的方式例如用于此類連接的焊接固定于下隔桿50。夾子90將耐火瓷磚60夾持在其位置，防止它的活動。
圖11-15示出了可用于耐火瓷磚60的另一支承和安裝結構。在該實施例中，耐火瓷磚60通過環繞管子15的互鎖及固定環90被限制住。耐火瓷磚是按照以下過程安裝的將耐火瓷磚60的頂上較小的端部插在減小的管子直徑40上，向上滑動耐火瓷磚60，以對著管子15在內陷型部30的較大直徑處嚙合/鎖定嚙合瓷磚60，而后通過固定環90固定耐火瓷磚60的底端。
如前面已指出，本發明的原則不局限于對循環流化床(外殼)壁的保護，而且非常適于對使用在循環流化床鍋爐中的翼壁或分隔壁上的類似耐火斷續處進行保護。這些方面示出在圖16至18中。示出在那兒的是一翼壁或分隔壁，總體以200標示，它包括如上述的管子15。圖16-18只示出了五(5)個3英寸外直徑的管子15，例如4英寸的中心，也可以應用具有更大或更小的外直徑且位于不同中心上的更多或更少的管子15。如上所述，該部分的每個管子15由在下端具有內陷型管子部分30的上管部20形成，內陷型管子部分30將管子15的外直徑縮小到一減小直徑的管部40的直徑，如以上一樣是1.75英寸。管子15可再次設置隔桿50。在該情況下，但是，翼壁或分隔壁部分200完全暴露在爐子環境中，而不是只在一側承受熱的燃燒氣體和循環的固體。在此類應用中，耐火瓷磚160的形狀稍有不同且背對背地應用在包括翼壁和分隔壁的部分200的兩側。在隔桿為外壁縮進時，它只是簡單地中止，為爐子內的翼壁或分隔壁部分200留下一空隙。耐火瓷磚160再次使用螺柱或螺栓以及將其固定在管子15上的螺母連接件100夾持在其位置上，耐火瓷磚160設置有合適的孔102，螺柱或螺栓、以及螺母連接件100穿過該孔。在分隔壁或翼壁200的情況下，因為整個部分都位于爐子中，也可更精確地描述耐火瓷磚160或成型的耐火材料的具體位置，該耐火材料不具有未延伸通過上管部20所界定的固體下落線的上邊緣。
在以上所有的實施例中，為了進一步保護在內陷型部分30處的管子15，可使用一抗磨損、金屬或非金屬的噴霧在內陷型部分30和耐火瓷磚60的一部分之下的管子15的外露部分上形成6-8密爾厚的一涂層70。涂層70按照給定的安裝尺寸的需要將延伸一距離S。本領域的技術人員都知道，有幾種金屬和非金屬的保護覆蓋涂層是可采用的。在具有分隔壁或翼壁部分200的情況下，這樣的涂層70可在需要的位置基本沿管子15的整個圓周延伸。
在本發明的一個應用中，管子15是3英寸直徑的管子，并且一對相鄰的管子15的中心之間間隔4英寸。內陷型管子部分30將管子直徑減小為1.75英寸，減小直徑的管部40也是1.75英寸的直徑。較佳地，耐火瓷磚60被設計和定位成可罩住位于直徑為1.75英寸的高度以上的內陷型管子部分30的大約3-1/2英寸。耐火瓷磚60的上部向著上邊緣變細，所以在上管部20的外表面界定的固體下落線以外的耐火瓷磚的上邊緣較佳地為大約5/8英寸。耐火瓷磚60的上邊緣較佳地終止于沒有涂層的外露管子15的最下面部分之下1/2英寸或更多。當然，耐火瓷磚60的尺寸和位置可以改變，以適應其他的管子尺寸和間隔。
耐火瓷磚60的合適材料包括傳統的耐火材料、金剛砂、低粘合劑耐火材料以及其他抗磨損材料，這些材料可以承受循環流化床內部的熱量。
本發明減小了在耐火材料和管壁或板的界面的嚴重管子腐蝕的潛在可能，而不需要管子彎曲部。這使得不會中斷外部絕緣或隔熱/外套，且允許通過管壁或板的表面的中心線沒有偏移地直接取出負載，由此簡化了該結構的設計。
已示出且詳盡描述了本發明的一具體實施例，以舉例說明本發明的原則的應用，應理解到，只要不脫離該原則，可以其他方式實施本發明。例如，本發明可以使用在一新的循環流化床鍋爐中的耐火材料斷續處的任何點，或者在循環流化床鍋爐中已存在的耐火材料斷續處的修理或改型中。如上所述，本發明不僅可應用到這樣的循環流化床鍋爐的爐子外壁中，也可以應用到存在這樣的耐火材料斷續處的分隔或翼壁表面中。
權利要求
1.用于具有一耐火材料遮蔽層的循環流化床鍋爐的一管壁部分，該管壁部分具有彼此平行設置形成爐壁的多個管子，至少管子的爐壁的一側是一內壁，每個管子包括具有一第一直徑的一上管部，上管部的邊側形成了內壁，該內壁界定了一固體下落線；具有一第二直徑的一減小直徑的管部，第二直徑小于第一直徑；連接在上管部和減小直徑的管部之間的一內陷型管子部分；用以連接多個管子的每一個的上管部的多個隔桿；安裝在多個管子上的耐火裝置，該耐火裝置罩住每個管子的內陷型管子部分和減小直徑部分的至少一部分，該耐火裝置的上邊緣處在固體下落線的外側。
2.如權利要求1所述的管壁部分，其特征在于耐火裝置包括放置在多個管子之上且罩住每個管子的內陷型管子部分和減小直徑部分的至少一部分的成型的耐火材料，成型耐火材料的上邊緣處在固體下落線的外側。
3.如權利要求1所述的管壁部分，其特征在于耐火裝置包括放置在多個管子之上且罩住每個管子的內陷型管子部分和減小直徑部分的至少一部分的一耐火瓷磚，該耐火瓷磚的上邊緣處在固體下落線的外側。
4.如權利要求3所述的管壁部分，其特征在于除了耐火瓷磚外，耐火裝置還包括成型的耐火材料。
5.如權利要求3所述的管壁部分，其特征在于包括位于內陷型部分處和耐火瓷磚的一部分之下的管子的外露部分上的一抗磨損涂層。
6.如權利要求3所述的管壁部分，其特征在于還包括將耐火瓷磚固定在多個管子上的安裝裝置。
7.如權利要求6所述的管壁部分，其特征在于該安裝裝置包括在內陷型管子部分和減小直徑的管部用以將多個管子中的每一個連接在一起的協配的隔桿裝置和將耐火瓷磚夾持在協配的隔桿裝置上的多個螺柱和螺母連接件。
8.如權利要求6所述的管壁部分，其特征在于安裝裝置包括在內陷型管子部分和減小直徑的管部用以連接多個管子中相鄰管子的協配的隔桿裝置和從耐火瓷磚的上邊緣在相鄰管子之間、至少局部在隔桿和協配的隔桿之間豎向延伸的一細長片。
9.如權利要求6所述的管壁部分，其特征在于安裝裝置包括將耐火瓷磚的底部連接在一較低分隔壁上的至少一個鎖定夾，該分隔壁在耐火瓷磚之下連接多個管子中的每一個。
10.如權利要求4所述的管壁部分，其特征在于耐火裝置使用耐火瓷磚形成了一連續表面，連續表面的至少一部分位于固體下落線之上。
11.如權利要求3所述的管壁部分，其特征在于耐火瓷磚具有一主體部分和一靠上部分，靠上部分從主體部分向著耐火瓷磚上邊緣變細。
12.如權利要求1所述的管壁部分，其特征在于還包括連接在內陷型管子部分和減小直徑的管部之間的多個協配的隔桿和用以連接對應的每個隔桿的上下邊緣的多個上下密封板。
13.用于具有一耐火材料遮蔽層的循環流化床鍋爐的一管子部分，該管子部分具有彼此平行設置的多個管子，每個管子包括具有一第一直徑的一上管部，上管部的邊側界定了一固體下落線；具有一第二直徑的一減小直徑的管部，第二直徑小于第一直徑；連接在上管部和減小直徑的管部之間的一內陷型管子部分；用以連接多個管子的每一個的上管部的多個隔桿；安裝在多個管子上的耐火裝置，該耐火裝置罩住每個管子的內陷型管子部分和減小直徑部分的至少一部分，該耐火裝置的上邊緣沒有延伸通過固體下落線。
14.如權利要求13所述的管子部分，其特征在于耐火裝置包括放置在多個管子之上且罩住每個管子的內陷型管子部分和減小直徑部分的至少一部分的成型的耐火材料，成型耐火材料的上邊緣沒有延伸通過固體下落線。
15.如權利要求13所述的管子部分，其特征在于耐火裝置包括放置在多個管子之上且罩住每個管子的內陷型管子部分和減小直徑部分的至少一部分的一耐火瓷磚，該耐火瓷磚的上邊緣沒有延伸通過固體下落線。
16.如權利要求15所述的管子部分，其特征在于除了耐火瓷磚外，耐火裝置還包括成型的耐火材料。
17.如權利要求13所述的管子部分，其特征在于包括位于內陷型部分處和耐火瓷磚的一部分之下的管子的外露部分上的一抗磨損涂層。
18.如權利要求13所述的管子部分，其特征在于還包括圍繞多個管子將耐火瓷磚彼此夾持在一起的多個螺柱和螺母連接件。
19.如權利要求13所述的管子部分，其特征在于管子部分是一分隔壁。
20.如權利要求13所述的管子部分，其特征在于管子部分包括一翼壁。
21.如權利要求1所述的管壁部分，其特征在于它包括連接在上管部和減小直徑的管部之間的一偏心的下陷型管部。
22.如權利要求13所述的管壁部分，其特征在于它包括連接在上管部和減小直徑的管部之間的一偏心的下陷型管部。
全文摘要
用于具有改進的抗腐蝕性能的循環流化床鍋爐的一管壁、分隔壁或翼壁部分基于一減小直徑部分,該減小直徑部分鄰接被抗磨損耐火瓷磚罩住的耐火材料。耐火瓷磚安裝在該減小直徑的管部上,使耐火瓷磚的上邊緣位于流化床中的固體的一固體下落線外側或不在其外延伸,以消除外露的斷續。
文檔編號F23M5/02GK1341201SQ00804323
公開日2002年3月20日 申請日期2000年4月3日 優先權日1999年5月6日
發明者D·J·沃克, D·L·維茨克, G·F·安德森, 小R·F·羅曼斯基 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司