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CN105705230B - 可连接于流化床反应器的颗粒分离器组件及流化床反应器 - Google Patents

可连接于流化床反应器的颗粒分离器组件及流化床反应器 Download PDF

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CN105705230B CN201580001729.3A CN201580001729A CN105705230B CN 105705230 B CN105705230 B CN 105705230B CN 201580001729 A CN201580001729 A CN 201580001729A CN 105705230 B CN105705230 B CN 105705230B
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Abstract

一种可连接于流化反应器(10)的颗粒分离器组件，其包括由形成多边形水平截面的水管面板壁(22)包围的垂直涡流室(21)和水管面板壁(22)的支承结构(40)，其中多边形水平截面包括至少6个转角，并且支承结构(40)包括至少一个水平布置的圆梁(42)，其布置在水管面板壁(22)外，并且由径向延伸的紧固器件(50)附接于水管面板壁(22)中的至少三个，并且至少一个圆梁形成完整圆，或者至少一个圆梁形成覆盖完整圆的至少75%的部分圆，并且包括牢固地附接于刚性支承构造(18)的端部。

Description

可连接于流化床反应器的颗粒分离器组件及流化床反应器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的可连接于流化反应器的颗粒分离器组件，并且涉及包括此类颗粒分离器组件的流化床反应器。更具体而言，本发明涉及用于使颗粒与从流化床反应器的反应室排出的气体分离的颗粒分离器组件，颗粒分离器组件包括由形成多边形水平截面的水管面板壁包围的垂直涡流室，以及水管面板壁的支承结构。
背景技术
流化床反应器通常包括用于燃烧或使燃料气化的反应室，以及连接于反应室的上部用于将排出气体和固体颗粒从反应室排放至颗粒分离器的至少一个排放通道。固体颗粒在颗粒分离器中与排出气体分离，以便使颗粒的至少一部分经由返回通道返回至反应室的下部。
用于流化床反应器，尤其是流化床锅炉中的颗粒分离器大体上为旋风分离器，其具有圆柱形上部和圆锥形下部。根据常规构造，圆柱形上部具有圆形截面，但在近二十年期间，多边形截面，如正方形或八边形截面，已经变得越来越常见。对应地，圆锥形下部的截面可从圆形形状变为不同的多边形形状。
根据当前的设计实践，反应室的壁，以及颗粒分离器的那些为水管面板壁，其由垂直水管和管之间的板式翅片构成。此类水管壁的问题在于，壁的强度可鉴于它们的尺寸而相对弱，以使它们不可承受由反应室中的燃料的燃烧生成的重应力或压力差。因此，水管壁大体上由支承构造，通常由附接于反应室的各个侧壁的所谓的支柱增强。此类梁状支柱大体上牢固地附接于各个侧壁的中心部分，但与侧壁的边缘部分的连接实现了梁的轴向相对移动，以便允许梁和壁的差异热膨胀。由壁之上的压差生成的负载的补偿因此由对应的梁的弯曲应力协助。
专利公告GB1,009,034公开了一种用于蒸汽锅炉的矩形燃烧室或气体通路的管壁的冷却的支承构架。支承构架包括围绕燃烧室或气体通路水平地布置的连续或分段的环形框架。环形框架可由圆形或矩形截面的中空管构成，以便使冷却流体循环穿过管。此类冷却的环形框架难以构造，并且趋于太弱而不能防止壁的弯曲。专利公告GB1,015,838示出了GB1,009,034的设计的改进，其中冷却的环形框架由常规钢支承梁进一步支承。
具有多边形截面的颗粒分离器的壁可通过将水平梁连接于壁中的各个，以便形成对应于颗粒分离器的外圆周的框架来加强。大颗粒分离器由在不同水平处附接于颗粒分离器的壁的多个此类框架支承。然而，这可需要许多构造阶段，如，焊接或螺接，这增加了构造成本，并且使分离器结构在重量上为重的。
专利公告US2010/002494和EP0763384公开了可连接于流化床反应器的颗粒分离器，该分离器包括具有由多个管面板壁形成的多边形截面的垂直涡流室。美国专利第6,802,890号公开了一种附接于流化床反应器的反应室的八边形颗粒分离器的组件。颗粒分离器的平行壁，以及分离器和反应室的平行壁，通过使用水平支承梁来支承抵靠彼此。该构造需要重支承梁，并且其仍未向八边形颗粒分离器的面板壁中的各个提供支承。
本发明的目的在于提供流化床反应器的颗粒分离器组件，其中相比于现有技术的解决方案，重量减小并且性能改进。
发明内容
根据一方面，本发明提供了一种用于使颗粒与从流化床反应器的反应室排出的气体分离的可连接于流化反应器的颗粒分离器组件，颗粒分离器组件包括由形成多边形水平截面的水管面板壁包围的垂直涡流室，以及水管面板壁的支承结构，其中多边形水平截面包括至少6个转角，并且支承结构包括至少一个水平布置的圆梁，其布置在水管面板壁外并且由径向延伸的紧固器件附接于水管面板壁中的至少三个，并且至少一个圆梁形成完整圆，或者至少一个圆梁形成覆盖完整圆的至少75%的部分圆，并且包括牢固地附接于刚性支承构造的端部。
大体上，当压差作用在多边形室的平面包围壁之上时，壁中的各个的中心部分向外或向内弯曲，同时室的转角保持大致静止。当常规水平支柱牢固地固定于壁的中心部分并且可滑动地固定于壁的边缘附近的部分时，壁也可仅通过使支柱弯曲来弯曲。因此，常规支柱通过支柱的弯矩来抵抗壁的弯曲。根据本发明，至少一个水平布置的圆梁由径向延伸的紧固器件附接于水管面板壁中的至少三个。因此，壁不可在不使圆梁伸展的情况下弯曲，并且因此圆梁还通过梁的张力来抵抗壁的弯曲。
根据本发明的实施例，紧固器件包括附接于至少三个水管面板壁中的各个的多个紧固器件，该紧固器件优选大致等距地附接于水管面板壁中的各个。由于紧固器件的布置，压差的负载大致均匀地分布至圆梁，尤其是如果涡流室的多边形截面中的转角的数量为相对大的。根据本发明的优选实施例，多边形截面包括8到16个转角，最优选8、12或16个转角。在一些情况下，尤其是对于非常大的颗粒分离器，转角的数量可甚至高于16个，如24个。
为了使由颗粒分离器组件中的差异热膨胀引起的张力最小化，圆梁有利地与环境热隔离，并且包围至与涡流室相同的空间。附接于水管面板壁的多个紧固器件有利地设计用于从涡流室到圆梁的相对好的热传递，以便使涡流室与圆梁之间的温差最小化。
即使紧固器件大致等距地附接于水管面板壁，也优选没有紧固器件附接于多边形截面的转角，即，附接于水管面板壁之间的边缘。因此，紧固器件优选仅在离壁的垂直边缘的一距离处附接于面板壁的中心部分。这一切的原因在于，面板壁的中心部分能够在形状上变形，而边缘区域大致为刚性的。
大体上，流化床锅炉的颗粒分离器具有垂直长方形的大体形状，即，它们具有大致大于它们的宽度的高度。对应地，水管面板壁的支承结构有利地包括在不同水平处附接于水管面板壁的多个水平布置的圆梁。
根据本发明的圆梁大体上具有恒定或至少大致恒定的曲率。典型地，多个圆梁包括形成围绕涡流室的完整圆的一个或更多个圆梁。因此，用语圆梁在此处意思是具有圆形或至少大致圆形形状的梁。因此，尽管涡流室具有多边形水平截面，但在涡流室的外部形状与支承结构的梁的内部形状之间存在明显的差异。
圆梁的半径典型地比从涡流室的中心到涡流室的面板壁的外边缘的对应距离略大，如，大1%到5%。自然地，在面板壁的中心区域处，从圆梁到壁的距离比在壁的边缘中大。因此，径向延伸的紧固器件的径向范围大体上在面板壁的中心区域处比在较接近壁的边缘的区域中大。
根据本发明的圆梁可由多个(如从2到4个)圆形部分形成，其紧密地连接在一起，以便共同地形成连续的圆梁。本发明的发明人令人惊讶地注意到，将提供期望支承效果的支承结构的设计从基于使用直梁的常规构造变为本发明的设计可节省支承结构的重量的60%到80%之多。
大体上，形成完整圆的圆梁有利地总是在可能时使用，即，在涡流室的上圆柱形部分的部分中以及在涡流室的下圆锥形部分中。连接于或可连接于流化床反应器的涡流室的上部包括从流化床反应器的反应室的入口通道。在入口通道的区域中，不可能使用完整圆的形状的圆形支承梁。因此，根据本发明的优选实施例，支承构造的圆梁包括形成覆盖完整圆的至少75%的部分圆的至少一个圆梁。形成部分圆的圆梁因此有利地附接于涡流室的上部，以使它们具有涡流室的入口通道附近的间隙。为了提供期望的有利支承构造，部分圆有利地包括牢固地附接于刚性支承构造的端部。此类刚性支承构造有利地用作涡流室的入口通道的支承构造。
根据本发明的圆梁优选由适合成分的钢制成。根据本发明的优选实施例，圆梁具有垂直于梁的方向的圆形或矩形截面。作为备选，梁可有利地制造为圆形地弯曲的工字梁或U形梁。
径向延伸的紧固器件有利地为径向延伸的板。根据本发明的优选实施例，径向延伸的板通过焊接附接于水管之间的垂直定向的翅片。作为备选，紧固器件可为横跨水管附接的扇形(scalloped)条。圆梁可由本领域技术人员大体上已知的任何适合的方式附接于紧固器件，如通过焊接或通过使用适合的夹具。
根据另一方面，本发明提供了一种包括如上文所述的颗粒分离器组件的流化床反应器。因此，本发明提供了一种颗粒分离器组件，其具有多边形涡流室，以及一种具有此类颗粒分离器组件的流化床反应器，其中颗粒分离器组件包括有效地加强多边形涡流室的壁的简单且轻质的支承结构。
通过参照结合附图进行时的、根据本发明的当前优选但为示范性的实施例的以下详细描述，将更完整地认识到本发明的以上简要描述，以及另外的目的、特征和优点。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的具有颗粒分离器组件的流化床反应器。
图2a示意性地示出了根据图1的颗粒分离器组件的截面视图A-A。
图2b示意性地示出了根据图1的颗粒分离器组件的截面视图B-B。
图3示意性地示出了根据图2b的颗粒分离器组件的截面视图的部分C。
图4-7示意性地示出了用于将圆梁附接于水管面板壁的不同示例性可能性。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的连接于颗粒分离器组件20的流化床反应器10的侧视图。流化床反应器10包括具有后壁14的反应室12，以及连接于反应室12的后壁侧的颗粒分离器组件20。颗粒分离器组件20包括由形成多边形水平截面(例如，见图2a)的水管面板壁22包围的涡流室21。多边形截面包括水管面板壁之间的至少6个，优选8到16个转角。实际上，流化床反应器可包括多个颗粒分离器，但为了简单，图1中仅示出了一个。
流化床反应器10包括用于将气体和固体颗粒从反应室12引入到涡流室21中的入口通道24。出口导管28连接于涡流室21的上部，用于从涡流室21排放净化气体用于进一步处理。实际上，反应器10还包括其它单元，如，用于热回收和烟道气体清洁的器件，其并未在图1中示出，因为它们对于本发明不是必需的。应当注意的是，相同元件或部分遍及附图由相同的附图标记表示。
涡流室21包括圆柱形上部23和圆锥形下部26。返回通道30连接于圆锥形下部26，用于将分离的固体颗粒从涡流室21排放至反应室12的下部。圆锥形下部26由包围壁包围，该包围壁倾斜，以使涡流室21的截面朝返回通道30减小。返回通道30可包括用于冷却分离的颗粒的换热室(图1中未示出)。
颗粒分离器组件20布置有附接于涡流室21的水管面板壁22的支承结构40。支承结构40包括多个水平布置的圆梁42，其至少部分地围绕涡流室21延伸。换言之，支承结构40包括在不同水平处附接于水管面板壁22的多个圆梁42。在图1中，存在附接于涡流室21的五个圆梁42，但实际上，圆梁42的数量通常大于五个，但其还可甚至小于五个。
附接于涡流室21的圆柱形上部23的圆梁42中的两个最上方圆梁为部分环。如可在图2a中更好看到的，部分环覆盖完整环的大约85%，并且具有邻近入口通道24的间隙。部分环的端部有利地牢固地附接于刚性支承构造18，刚性支承构造18附接于入口通道24的侧壁。根据图1，支承结构40的圆梁42还包括附接于涡流室21的圆柱形上部23的下部的两个完整环，以及附接于涡流室21的圆锥形下部26的一个完整环。
图2a示意性地示出了在入口通道24的水平处的涡流室21的上部的水平截面A-A。涡流室21由大体上形成大致规则八边形截面(即，截面具有水管面板壁之间的八个转角)的水管面板壁22包围。面板壁22的支承结构40包括由紧固器件50附接于面板壁22的圆梁42.1。紧固器件50优选为通过焊接于水管面板壁22和圆梁42而固定的钢板。然而，将圆梁42.1附接于板50和将板50附接于水管面板壁22可通过例如基于焊接或机械固定元件的任何常规手段执行。
圆梁42.1部分地包绕涡流室21，或者更具体而言，支承结构40的水平截面覆盖完整环的大约85%。如在图2a中清楚看到的，圆梁42.1并非完全遵循涡流室21的截面形状或涡流室21的水管面板壁22。相反地，圆梁42.1与水管面板壁22之间的距离取决于相应面板壁22中的位置改变，紧固器件50布置在该距离中。
紧固器件50优选大致等距地附接于水管面板壁22中的各个。然而，由于水管面板壁之间的转角相比于壁的中心部分大致为刚性的，故紧固器件50优选仅附接在离水管面板壁22的垂直边缘的一距离处。圆梁42.1的端部25,25'有利地牢固地附接于入口通道24的侧壁27,27'的刚性支承构造18,18'。
图2b示意性地示出了入口通道24的水平下方的涡流室21的上部的水平截面B-B。涡流室21由形成大致规则八边形截面的水管面板壁22包围。面板壁22的支承结构40包括圆梁42.2，其与图2a中所示的圆梁42.1的差别在于圆梁42.2完全包绕涡流室21。因此，圆梁42.2形成完整圆，即，其覆盖完整环。圆梁42.2由大致等距间隔开的径向延伸的紧固器件50附接于水管面板壁。因此，由于包围壁22之上的压差引起的力通过大致均匀分布至圆梁42.2而被尤其有效地抵抗。
图3更详细地示意性地示出了根据图2b的涡流室21的截面视图B-B的部分C。涡流室21的水管面板壁22包括垂直管52和布置在管52之间的翅片54。支承结构40的圆梁42由例如可为如早先所述的板的紧固器件50附接于水管面板壁22的翅片52。在紧固器件50为板的情况下，板的一个端部焊接于水管面板壁22，特别是水管面板壁22的翅片54，并且板的另一个端部焊接在支承结构40的圆梁42上。
在图3中，板50示为垂直于面板固定于水管面板壁22。这意味着尤其是在水管面板之间的转角附近，板50并未垂直于圆梁42。根据另一种可能性，板附接于水管面板，以使它们垂直于圆梁固定于圆梁42，由此它们尤其在转角附近并未垂直于水管面板。自然地，第三种可能性为上述可能性之间的折衷。
图4示意性地示出了将支承结构40的圆梁42紧固于涡流室21的水管面板壁22的实例。因此，图4示出了水管面板壁22的垂直截面，圆梁42由垂直紧固板50附接到水管面板壁22中。例如，紧固板50的一个端部通过焊接附接于水管面板壁22，并且板50的另一个端部由夹具44附接于圆梁42。在该实例中，圆梁42为具有圆形截面的管子，并且板50设有半圆形空间，圆梁42附接在该半圆形空间中。
图5-7示出了将圆梁42紧固于水管面板壁22的其它实例，其中圆梁具有矩形截面，或者其由分别工字梁或U形梁形成。在图5中，具有矩形截面的圆梁附接在两个水平扇贝形条52之间，两个水平扇形条52横跨水管面板壁22的垂直水管附接。图6和7分别示出了形成为圆形地弯曲的工字梁和U形梁的圆梁42，其机械地或通过焊接附接于径向延伸的紧固板50。
尽管本发明在本文中经由实例结合目前认作是最优选的实施例描述，但将理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是旨在覆盖其特征的各种组合或改型，以及包括在如所附权利要求中限定的本发明的范围内的若干其它应用。结合以上任何实施例提到的细节可结合另一个实施例使用(在此类组合在技术上可行时)。应当注意的是，附图中仅示出了支承结构的圆梁的少许实例，然而，支承结构的圆梁的形状不仅限于这些。此外，图1仅示出了一个颗粒分离器，但实际上，颗粒分离器的数量可在流化床反应器中变化。

Claims (15)

1.一种用于使颗粒与从流化床反应器(10)的反应室(12)排出的气体分离的可连接于流化床反应器(10)的颗粒分离器组件，所述颗粒分离器组件包括由形成多边形水平截面的水管面板壁(22)包围的垂直涡流室(21)，以及所述水管面板壁(22)的支承结构(40)，所述多边形水平截面包括至少6个转角，其特征在于，所述支承结构(40)包括至少一个水平布置的圆梁(42)，其布置在所述水管面板壁(22)外并且由径向延伸的紧固器件(50)附接于所述水管面板壁(22)中的至少三个，并且所述至少一个圆梁形成完整圆，或者所述至少一个圆梁形成覆盖完整圆的至少75%的部分圆，并且包括牢固地附接于刚性支承构造(18)的端部。
2.根据权利要求1所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述紧固器件(50)包括附接于所述至少三个水管面板壁(22)中的各个的多个紧固器件(50)。
3.根据权利要求2所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述紧固器件(50)包括附接于所述至少三个水管面板壁(22)中的各个的多个大致等距布置的紧固器件(50)。
4.根据权利要求1所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述至少一个水平布置的圆梁与环境热隔离，并且包围至与所述涡流室相同的空间。
5.根据权利要求3所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述大致等距布置的紧固器件(50)在离所述水管面板壁(22)的垂直边缘的一距离处附接于所述至少三个水管面板壁(22)中的各个。
6.根据权利要求1所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述至少一个圆梁(42)包括在不同水平处附接于所述至少三个水管面板壁(22)的多个水平布置的圆梁。
7.根据权利要求6所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述多个圆梁(42)包括形成围绕所述涡流室(21)的完整圆的至少一个圆梁。
8.根据权利要求6所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述多个圆梁(42)包括形成覆盖完整圆的至少75%的部分圆的至少一个圆梁。
9.根据权利要求8所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述多个圆梁(42)包括形成覆盖完整圆的至少75%的部分圆的至少一个圆梁，其附接于所述涡流室的上部，并且具有所述涡流室(21)的入口通道(24)附近的间隙。
10.根据权利要求1所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述至少一个水平布置的圆梁(42)具有圆形或矩形截面，或者所述圆梁形成为圆形地弯曲的工字梁或U形梁。
11.根据权利要求1所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述径向延伸的紧固器件(50)为径向延伸的板。
12.根据权利要求11所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述水管面板壁(22)包括水管(52)之间的翅片(54)，并且所述径向延伸的板(50)通过焊接附接于所述翅片(54)。
13.根据权利要求1所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述多边形截面包括8到16个转角。
14.根据权利要求13所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述多边形截面包括16个转角。
15.一种包括根据前述权利要求1至权利要求14中任一项所述的颗粒分离器组件的流化床反应器。
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