可連接于流化床反應(yīng)器的顆粒分離器組件及流化床反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的可連接于流化反應(yīng)器的顆粒分離器組件，并且涉及包括此類顆粒分離器組件的流化床反應(yīng)器。更具體而言，本發(fā)明涉及用于使顆粒與從流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室排出的氣體分離的顆粒分離器組件，顆粒分離器組件包括由形成多邊形水平截面的水管面板壁包圍的垂直渦流室，以及水管面板壁的支承結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]流化床反應(yīng)器通常包括用于燃燒或使燃料氣化的反應(yīng)室，以及連接于反應(yīng)室的上部用于將排出氣體和固體顆粒從反應(yīng)室排放至顆粒分離器的至少一個排放通道。固體顆粒在顆粒分離器中與排出氣體分離，以便使顆粒的至少一部分經(jīng)由返回通道返回至反應(yīng)室的下部。
[0003]用于流化床反應(yīng)器，尤其是流化床鍋爐中的顆粒分離器大體上為旋風分離器，其具有圓柱形上部和圓錐形下部。根據(jù)常規(guī)構(gòu)造，圓柱形上部具有圓形截面，但在近二十年期間，多邊形截面，如正方形或八邊形截面，已經(jīng)變得越來越常見。對應(yīng)地，圓錐形下部的截面可從圓形形狀變?yōu)椴煌亩噙呅涡螤睢?br>[0004]根據(jù)當前的設(shè)計實踐，反應(yīng)室的壁，以及顆粒分離器的那些為水管面板壁，其由垂直水管和管之間的板式翅片構(gòu)成。此類水管壁的問題在于，壁的強度可鑒于它們的尺寸而相對弱，以使它們不可承受由反應(yīng)室中的燃料的燃燒生成的重應(yīng)力或壓力差。因此，水管壁大體上由支承構(gòu)造，通常由附接于反應(yīng)室的各個側(cè)壁的所謂的支柱增強。此類梁狀支柱大體上牢固地附接于各個側(cè)壁的中心部分，但與側(cè)壁的邊緣部分的連接實現(xiàn)了梁的軸向相對移動，以便允許梁和壁的差異熱膨脹。由壁之上的壓差生成的負載的補償因此由對應(yīng)的梁的彎曲應(yīng)力協(xié)助。
[0005]專利公告GBl，009，034公開了一種用于蒸汽鍋爐的矩形燃燒室或氣體通路的管壁的冷卻的支承構(gòu)架。支承構(gòu)架包括圍繞燃燒室或氣體通路水平地布置的連續(xù)或分段的環(huán)形框架。環(huán)形框架可由圓形或矩形截面的中空管構(gòu)成，以便使冷卻流體循環(huán)穿過管。此類冷卻的環(huán)形框架難以構(gòu)造，并且趨于太弱而不能防止壁的彎曲。專利公告GBl，015，838示出了GBl，009，034的設(shè)計的改進，其中冷卻的環(huán)形框架由常規(guī)鋼支承梁進一步支承。
[0006]具有多邊形截面的顆粒分離器的壁可通過將水平梁連接于壁中的各個，以便形成對應(yīng)于顆粒分離器的外圓周的框架來加強。大顆粒分離器由在不同水平處附接于顆粒分離器的壁的多個此類框架支承。然而，這可需要許多構(gòu)造階段，如，焊接或螺接，這增加了構(gòu)造成本，并且使分離器結(jié)構(gòu)在重量上為重的。
[0007]美國專利第6，802，890號公開了一種附接于流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室的八邊形顆粒分離器的組件。顆粒分離器的平行壁，以及分離器和反應(yīng)室的平行壁，通過使用水平支承梁來支承抵靠彼此。該構(gòu)造需要重支承梁，并且其仍未向八邊形顆粒分離器的面板壁中的各個提供支承。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供流化床反應(yīng)器的顆粒分離器組件，其中相比于現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，重量減小并且性能改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)一方面，本發(fā)明提供了一種用于使顆粒與從流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室排出的氣體分離的可連接于流化反應(yīng)器的顆粒分離器組件，顆粒分離器組件包括由形成多邊形水平截面的水管面板壁包圍的垂直渦流室，以及水管面板壁的支承結(jié)構(gòu)，其中多邊形水平截面包括至少6個轉(zhuǎn)角，并且支承結(jié)構(gòu)包括至少一個水平布置的圓梁，其布置在水管面板壁外并且由徑向延伸的緊固器件附接于水管面板壁中的至少三個，并且至少一個圓梁形成完整圓，或者至少一個圓梁形成覆蓋完整圓的至少75%的部分圓，并且包括牢固地附接于剛性支承構(gòu)造的端部。
[0010]大體上，當壓差作用在多邊形室的平面包圍壁之上時，壁中的各個的中心部分向外或向內(nèi)彎曲，同時室的轉(zhuǎn)角保持大致靜止。當常規(guī)水平支柱牢固地固定于壁的中心部分并且可滑動地固定于壁的邊緣附近的部分時，壁也可僅通過使支柱彎曲來彎曲。因此，常規(guī)支柱通過支柱的彎矩來抵抗壁的彎曲。根據(jù)本發(fā)明，至少一個水平布置的圓梁由徑向延伸的緊固器件附接于水管面板壁中的至少三個。因此，壁不可在不使圓梁伸展的情況下彎曲，并且因此圓梁還通過梁的張力來抵抗壁的彎曲。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實施例，緊固器件包括附接于至少三個水管面板壁中的各個的多個緊固器件，該緊固器件優(yōu)選大致等距地附接于水管面板壁中的各個。由于緊固器件的布置，壓差的負載大致均勻地分布至圓梁，尤其是如果渦流室的多邊形截面中的轉(zhuǎn)角的數(shù)量為相對大的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，多邊形截面包括8到16個轉(zhuǎn)角，最優(yōu)選8、12或16個轉(zhuǎn)角。在一些情況下，尤其是對于非常大的顆粒分離器，轉(zhuǎn)角的數(shù)量可甚至高于16個，如24個。
[0012]為了使由顆粒分離器組件中的差異熱膨脹引起的張力最小化，圓梁有利地與環(huán)境熱隔離，并且包圍至與渦流室相同的空間。附接于水管面板壁的多個緊固器件有利地設(shè)計用于從渦流室到圓梁的相對好的熱傳遞，以便使渦流室與圓梁之間的溫差最小化。
[0013]即使緊固器件大致等距地附接于水管面板壁，也優(yōu)選沒有緊固器件附接于多邊形截面的轉(zhuǎn)角，即，附接于水管面板壁之間的邊緣。因此，緊固器件優(yōu)選僅在離壁的垂直邊緣的一距離處附接于面板壁的中心部分。這一切的原因在于，面板壁的中心部分能夠在形狀上變形，而邊緣區(qū)域大致為剛性的。
[0014]大體上，流化床鍋爐的顆粒分離器具有垂直長方形的大體形狀，S卩，它們具有大致大于它們的寬度的高度。對應(yīng)地，水管面板壁的支承結(jié)構(gòu)有利地包括在不同水平處附接于水管面板壁的多個水平布置的圓梁。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的圓梁大體上具有恒定或至少大致恒定的曲率。典型地，多個圓梁包括形成圍繞渦流室的完整圓的一個或更多個圓梁。因此，用語圓梁在此處意思是具有圓形或至少大致圓形形狀的梁。因此，盡管渦流室具有多邊形水平截面，但在渦流室的外部形狀與支承結(jié)構(gòu)的梁的內(nèi)部形狀之間存在明顯的差異。
[0016]圓梁的半徑典型地比從渦流室的中心到渦流室的面板壁的外邊緣的對應(yīng)距離略大，如，大1%到5%。自然地，在面板壁的中心區(qū)域處，從圓梁到壁的距離比在壁的邊緣中大。因此，徑向延伸的緊固器件的徑向范圍大體上在面板壁的中心區(qū)域處比在較接近壁的邊緣的區(qū)域中大。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的圓梁可由多個(如從2到4個)圓形部分形成，其緊密地連接在一起，以便共同地形成連續(xù)的圓梁。本發(fā)明的發(fā)明人令人驚訝地注意到，將提供期望支承效果的支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計從基于使用直梁的常規(guī)構(gòu)造變?yōu)楸景l(fā)明的設(shè)計可節(jié)省支承結(jié)構(gòu)的重量的60%到80%之多。
[0018]大體上，形成完整圓的圓梁有利地總是在可能時使用，S卩，在渦流室的上圓柱形部分的部分中以及在渦流室的下圓錐形部分中。連接于或可連接于流化床反應(yīng)器的渦流室的上部包括從流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室的入口通道。在入口通道的區(qū)域中，不可能使用完整圓的形狀的圓形支承梁。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，支承構(gòu)造的圓梁包括形成覆蓋完整圓的至少75%的部分圓的至少一個圓梁。形成部分圓的圓梁因此有利地附接于渦流室的上部，以使它們具有渦流室的入口通道附近的間隙。為了提供期望的有利支承構(gòu)造，部分圓有利地包括牢固地附接于剛性支承構(gòu)造的端部。此類剛性支承構(gòu)造有利地用作渦流室的入口通道的支承構(gòu)造。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的圓梁優(yōu)選由適合成分的鋼制成。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，圓梁具有垂直于梁的方向的圓形或矩形截面。作為備選，梁可有利地制造為圓形地彎曲的工字梁或U形梁。
[0020]徑向延伸的緊固器件有利地為徑向延伸的板。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，徑向延伸的板通過焊接附接于水管之間的垂直定向的翅片。作為備選，緊固器件可為橫跨水管附接的扇形(scalloped)條。圓梁可由本領(lǐng)域技術(shù)人員大體上已知的任何適合的方式附接于緊固器件，如通過焊接或通過使用適合的夾具。
[0021]根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種包括如上文所述的顆粒分離器組件的流化床反應(yīng)器。因此，本發(fā)明提供了一種顆粒分離器組件，其具有多邊形渦流室，以及一種具有此類顆粒分離器組件的流化床反應(yīng)器，其中顆粒分離器組件包括有效地加強多邊形渦流室的壁的簡單且輕質(zhì)的支承結(jié)構(gòu)。
[0022]通過參照結(jié)合附圖進行時的、根據(jù)本發(fā)明的當前優(yōu)選但為示范性的實施例的以下詳細描述，將更完整地認識到本發(fā)明的以上簡要描述，以及另外的目的、特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有顆粒分離器組件的流化床反應(yīng)器。
[0024]圖2a示意性地示出了根據(jù)圖1的顆粒分離器組件的截面視圖A-A。
[0025]圖2b示意性地示出了根據(jù)圖1的顆粒分離器組件的截面視圖B-B。
[0026]圖3示意性地示出了根據(jù)圖2b的顆粒分離器組件的截面視圖的部分C。
[0027]圖4-7示意性地示出了用于將圓梁附接于水管面板壁的不同示例性可能性。
【具體實施方式】
[0028]圖1示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的連接于顆粒分離器組件20的流化床反應(yīng)器10的側(cè)視圖。流化床反應(yīng)器10包括具有后壁14的反應(yīng)室12，以及連接于反應(yīng)室12的后壁側(cè)的顆粒分離器組件20。顆粒分離器組件20包括由形成多邊形水平截面(例如，見圖2a)的水管面板壁22包圍的渦流室21。多邊形截面包括水管面板壁之間的至少6個，優(yōu)選8到16個轉(zhuǎn)角。實際上，流化床反應(yīng)器可包括多個顆粒分離器，但為了簡單，圖1中僅示出了一個。
[0029]流化床反應(yīng)器10包括用于將氣體和固體顆粒從反應(yīng)室12引入到渦流室21中的入口通道24。出口導管28連接于渦流室21的上部，用于從渦流室21排放凈化氣體用于進一步處理。實際上，反應(yīng)器10