[发明专利]一种壁的结构及一种涂覆壁的方法

说明书

本发明涉及一种流化床反应器中壁的结构，具体来说是一种壁的结构，该壁形成了一个包含在流化床反应器中的磨蚀流的空间，该壁包括金属支承面和位于面向磨蚀流的支承面部分表面上的涂层。采用这种结构可获得一种非常可靠的并耐磨蚀的壁。

本发明还涉及一种在流化床反应器中覆壁的方法，具体来说是一种涂覆壁的方法，该壁形成了一个包含在流化床反应器中的磨蚀流的空间，该壁包括金属支承面和位于面向磨蚀流的支承面部分表面上的涂层。采用这种方法可获得一种用于壁的长期耐磨蚀的涂层。

在众多工业应用中各种壁的磨蚀是一种非常有害的现象。各种输送系统、例如在其中处理各种混合物的气动燃料传送装置和反应器经常遭受磨蚀，甚至在运行期间遭受严重的磨蚀。特别是包含固体的气体悬浮物能够引起过度的磨蚀。例如象煤和泥炭那样的固体燃料气动输送使部分输送通道遭受严重的磨蚀。许多突变点、弯曲或肘角在流动系统中产生局部磨蚀点。

此外，在流化床反应器中流化速度非常高以至该反应器起一种所谓的循环流化床反应器的作用，已经发现，循环物料对反应器壁的、具体是在某些部位的磨蚀作用是一个严重的问题。

流化床反应器被用于各种不同的燃烧、传热、化学和冶金工艺中。根据工艺要求，各种床的物料在系统中被流化和/或循环。在燃烧工艺中，流化床主要包括颗粒燃料，例如煤、焦炭、褐煤、木头、废木、废煤和泥炭，以及其他颗粒物质，如砂子、灰尘、硫吸附剂、催化剂或金属氧化物。

产生热量的流化床反应器包括一个具有大体上垂直外壁的立式反应器室。该壁被制成水冷壁，即管壁，在该管壁中通过平板材料或“翅片”将垂直的水管相互连接。反应器下部的壁通常采用耐火材料衬，以便承受热和冲蚀。颗粒的强烈扰动和磨蚀作用以及固体物料的较高密度导致了具体是在反应器底部的强烈的冲蚀情况。

在反应器的某些区域内，存在流化床物料的下降和上升两种流动。纯物质流在反应器室内沿径向及轴向方向变化。下降的物质流在外壁附近处于其最大的速度。当反应器室中颗粒的密度沿下降方向增加时，沿着外壁向下流的颗粒层也变厚。向下流动的层的厚度可以高达10～50mm，或者更大。向下流动层在其流动方向上的任何变化都会引起冲蚀。

水冷壁结构中的耐火材料衬的上边缘在反应器室内形成一个台肩，这个台肩在流化床物料的向下流动的层中引起涡流。沿着连接各水管的翅片垂直向下流动的层的方向发生了部分变化，由此该层开始沿着耐火材料衬的边缘流动。涡流和颗粒沿边缘的水平流动使水冷壁的水管遭受严重的冲蚀，特别是在接近耐火材料衬的那些部位。在使用固体燃料的锅炉中冲蚀尤其是悬而未决的问题，并且在这些情况下是非常有利于产生冲蚀的。

水冷壁中的水管必须经常检查，并且如果需要还应再涂覆保护材料或用新水管更换。需要较长的停工时间来切掉损坏的水管，以便用新水管代替或更新保护面。这两种可供选择的方法都是困难的、费用高的且消耗时间长的工艺。

尽管流化床反应器中的水管冲蚀问题是众所周知的，并提出了多种解决方案以期使冲蚀减至最小，但这些解决方案并不完全成功。在反应器的较高处保护水管的衬层会减小冲蚀作用，但同时也会减小对水管的传热。

已经尝试过具体在易损坏的区域在水管上焊接一层保护材料或用其他的方式在水管上涂层。然而，在强烈冲蚀的环境下，焊接点不能保持很长时间。此外还提出了通过在壁上焊接壁骨或其他障碍物来减小沿水管壁流动的速度，这样会减小颗粒沿水管表面流动的速度。然而，高的速度会增强在水管壁上的传热，因且不应该减小速度。在公开的瑞典专利454,725中，提出了在特别严重的损坏区域焊接曲线段。

在公开的瑞典专利452,360的结构中，整个反应器壁是沿着向上的方向向内倾斜的，以此来减小对壁的冲蚀。这是非常独特的结构，也是不容易实现的。

在公开的芬兰专利申请913314中，提出了在未覆盖的部分和有耐火材料衬的部分之间的区域中沿向下的方向以与垂直平面呈一个角度的方式向外弯曲管壁。然后，该水管壁或者被弯回到距第一个弯曲处向下一定距离的垂直位置，或者以一定角度向内弯曲以便在燃烧室内形成倾斜的内壁。这种结构不形成台肩，而通常垂直水冷壁的衬层会形成台肩，因此这种结构使得下降的层沿水管流动而并未在颗粒的流动中形成任何涡流。首先向外弯曲水管然后再使其返回是一个麻烦的工作并减慢了锅炉壁的制造进程。另外，在现有的锅炉中，这种结构即难于实现且成本又昂贵。在矩形的反应器室中，这种结构会引起另外一些问题，特别是在角上。