專利名稱：一種壁的結(jié)構(gòu)及一種涂覆壁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所限定的壁的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)可獲得一種非?？煽康牟⒛湍ノg的壁。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求11的前序部分所限定的涂覆壁的方法。采用這種方法可獲得一種用于壁的長期耐磨蝕的涂層。
在眾多工業(yè)應(yīng)用中各種壁的磨蝕是一種非常有害的現(xiàn)象。各種輸送系統(tǒng)、例如在其中處理各種混合物的氣動燃料傳送裝置和反應(yīng)器經(jīng)常遭受磨蝕，甚至在運行期間遭受嚴(yán)重的磨蝕。特別是包含固體的氣體懸浮物能夠引起過度的磨蝕。例如象煤和泥炭那樣的固體燃料氣動輸送使部分輸送通道遭受嚴(yán)重的磨蝕。許多突變點、彎曲或肘角在流動系統(tǒng)中產(chǎn)生局部磨蝕點。
此外，在流化床反應(yīng)器中流化速度非常高以至該反應(yīng)器起一種所謂的循環(huán)流化床反應(yīng)器的作用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，循環(huán)物料對反應(yīng)器壁的、具體是在某些部位的磨蝕作用是一個嚴(yán)重的問題。
流化床反應(yīng)器被用于各種不同的燃燒、傳熱、化學(xué)和冶金工藝中。根據(jù)工藝要求，各種床的物料在系統(tǒng)中被流化和/或循環(huán)。在燃燒工藝中，流化床主要包括顆粒燃料，例如煤、焦炭、褐煤、木頭、廢木、廢煤和泥炭，以及其他顆粒物質(zhì)，如砂子、灰塵、硫吸附劑、催化劑或金屬氧化物。
產(chǎn)生熱量的流化床反應(yīng)器包括一個具有大體上垂直外壁的立式反應(yīng)器室。該壁被制成水冷壁，即管壁，在該管壁中通過平板材料或“翅片”將垂直的水管相互連接。反應(yīng)器下部的壁通常采用耐火材料襯，以便承受熱和沖蝕。顆粒的強烈擾動和磨蝕作用以及固體物料的較高密度導(dǎo)致了具體是在反應(yīng)器底部的強烈的沖蝕情況。
在反應(yīng)器的某些區(qū)域內(nèi)，存在流化床物料的下降和上升兩種流動。純物質(zhì)流在反應(yīng)器室內(nèi)沿徑向及軸向方向變化。下降的物質(zhì)流在外壁附近處于其最大的速度。當(dāng)反應(yīng)器室中顆粒的密度沿下降方向增加時，沿著外壁向下流的顆粒層也變厚。向下流動的層的厚度可以高達10～50mm，或者更大。向下流動層在其流動方向上的任何變化都會引起沖蝕。
水冷壁結(jié)構(gòu)中的耐火材料襯的上邊緣在反應(yīng)器室內(nèi)形成一個臺肩，這個臺肩在流化床物料的向下流動的層中引起渦流。沿著連接各水管的翅片垂直向下流動的層的方向發(fā)生了部分變化，由此該層開始沿著耐火材料襯的邊緣流動。渦流和顆粒沿邊緣的水平流動使水冷壁的水管遭受嚴(yán)重的沖蝕，特別是在接近耐火材料襯的那些部位。在使用固體燃料的鍋爐中沖蝕尤其是懸而未決的問題，并且在這些情況下是非常有利于產(chǎn)生沖蝕的。
水冷壁中的水管必須經(jīng)常檢查，并且如果需要還應(yīng)再涂覆保護材料或用新水管更換。需要較長的停工時間來切掉損壞的水管，以便用新水管代替或更新保護面。這兩種可供選擇的方法都是困難的、費用高的且消耗時間長的工藝。
盡管流化床反應(yīng)器中的水管沖蝕問題是眾所周知的，并提出了多種解決方案以期使沖蝕減至最小，但這些解決方案并不完全成功。在反應(yīng)器的較高處保護水管的襯層會減小沖蝕作用，但同時也會減小對水管的傳熱。
已經(jīng)嘗試過具體在易損壞的區(qū)域在水管上焊接一層保護材料或用其他的方式在水管上涂層。然而，在強烈沖蝕的環(huán)境下，焊接點不能保持很長時間。此外還提出了通過在壁上焊接壁骨或其他障礙物來減小沿水管壁流動的速度，這樣會減小顆粒沿水管表面流動的速度。然而，高的速度會增強在水管壁上的傳熱，因且不應(yīng)該減小速度。在瑞典專利454,725中，提出了在特別嚴(yán)重的損壞區(qū)域焊接曲線段。
在瑞典專利452,360的結(jié)構(gòu)中，整個反應(yīng)器壁是沿著向上的方向向內(nèi)傾斜的，以此來減小對壁的沖蝕。這是非常獨特的結(jié)構(gòu)，也是不容易實現(xiàn)的。
在芬蘭專利申請913314中，提出了在未覆蓋的部分和有耐火材料襯的部分之間的區(qū)域中沿向下的方向以與垂直平面呈一個角度的方式向外彎曲管壁。然后，該水管壁或者被彎回到距第一個彎曲處向下一定距離的垂直位置，或者以一定角度向內(nèi)彎曲以便在燃燒室內(nèi)形成傾斜的內(nèi)壁。這種結(jié)構(gòu)不形成臺肩，而通常垂直水冷壁的襯層會形成臺肩，因此這種結(jié)構(gòu)使得下降的層沿水管流動而并未在顆粒的流動中形成任何渦流。首先向外彎曲水管然后再使其返回是一個麻煩的工作并減慢了鍋爐壁的制造進程。另外，在現(xiàn)有的鍋爐中，這種結(jié)構(gòu)即難于實現(xiàn)且成本又昂貴。在矩形的反應(yīng)器室中，這種結(jié)構(gòu)會引起另外一些問題，特別是在角上。
此外，還提出在下部襯層的上方采用金屬噴鍍管壁的方法在鍋爐的管壁上進行涂覆至一定的高度。這個方案在例如日本專利4198461、日本專利2185961、歐洲專利352482、日本專利61170554和日本專利89032306的說明書中都提到過。在這些結(jié)構(gòu)中，根據(jù)目前商業(yè)上可獲得的技術(shù)，在某種程度上涂層總會有小孔，這使涂層易受磨蝕的敏感性增強了，特別是在涂層開始的區(qū)域，在這些區(qū)域中產(chǎn)生明顯的臺肩或者涂層逐漸消失。
已經(jīng)做了一些通過在反應(yīng)器內(nèi)將涂層區(qū)升得越來越高來降低其易受磨損的敏感性的努力，這里的顆粒密度小于下部分的顆粒密度，并且磨蝕作用相應(yīng)地也較小。然而，這種結(jié)構(gòu)是非常昂貴的，并且很顯然也大面積地增加了傳熱阻力。
已提出的另一種增加噴鍍涂層的強度的結(jié)構(gòu)是在一個相對較長的距離內(nèi)使涂層逐漸消失，以此來防止形成明顯的突變。結(jié)果證明這個結(jié)構(gòu)是不適當(dāng)?shù)?。位于逐漸消失部分的起始處的非常薄的一層易于從表面上脫落，甚至導(dǎo)致更大的磨損和疏松。
因而，先有技術(shù)具有顯著的缺點。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種解決先有技術(shù)存在問題的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種流化床反應(yīng)器的管壁的涂層結(jié)構(gòu)和一種對壁的沖蝕減至最小的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種流化床反應(yīng)器的管壁的涂層結(jié)構(gòu)和一種將壁的耐火材料襯部分附近的沖蝕減至最小的方法。
本發(fā)明的另一個目的是減少由于替換流化床鍋爐中的管所引起的停工時間。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種壁的涂層結(jié)構(gòu)和一種對壁的沖蝕減至最小的方法。
本發(fā)明的還一個目的是提供一種涂層和壁的邊界區(qū)，以及提供一種產(chǎn)生涂層和壁的邊界區(qū)的方法，其能使涂層脫落的危險減至最小。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的涂層和壁的邊界區(qū)的特征主要在于權(quán)利要求1的特征部分所述的特征。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生涂層和壁的邊界區(qū)的方法的特征主要在于權(quán)利要求11的特征部分所述的特征。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在這樣的情況下，即存在由表面形成的一個空間并且在此空間內(nèi)存在一個磨蝕該表面的流動，表面的磨損能夠通過將耐磨損的材料涂覆在這一區(qū)域而被基本上減小。維持該材料附著在該表面上的能力是由一種特定的邊界區(qū)結(jié)構(gòu)來保證的。
在這種技術(shù)的應(yīng)用中，術(shù)語“支承面”意味著這樣的一個表面，即該表面大于被“涂層”覆蓋的表面。然而，支承面可能不同于一個平的表面，例如它可以是主要為波浪狀的表面。術(shù)語“涂層”指的是“支承面”的一部分，它后來被附著在“支承面”上并且只覆蓋了“支承面”的一部分。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是金屬噴鍍涂層多少有些小孔，因此非常薄的涂層易于脫落。根據(jù)本發(fā)明，涂層能方便地由邊界區(qū)結(jié)構(gòu)來終止，以這種方式即材料在該邊界區(qū)中從支承面上去除直到一定深度，從而在支承面上形成了一個凹槽并且涂層在這個凹槽的邊界區(qū)中終止。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，涂層和支承面的邊界區(qū)包括一個支承面上的結(jié)構(gòu)，其中在涂層的起點，一個與支承面的總體平面基本上呈陡狀的凹槽被設(shè)置在該支承面上。這個凹槽區(qū)內(nèi)的支承面優(yōu)選地被設(shè)計成逐漸回復(fù)到支承面的總體平面上來，并且涂層被設(shè)置為在該凹槽處開始，使得起點處的涂層低于支承面的總體平面或與支承面的總體平面平齊。以這種方式，涂層的起點不會形成任何易受磨蝕的突變，另一方面也不必使涂層材料基本上較薄。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，一種形成涂層和支承面的邊界區(qū)的方法至少包括以下步驟在支承面上的涂層的起點設(shè)置一個與支承面的總體平面基本上呈陡狀的凹槽；使支承面優(yōu)選地逐漸回復(fù)到支承面的總體平面上；以及在該凹槽處開始涂層，使得起點處的涂層低于支承面的總體平面或與支承面的總體平面平齊。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例涉及一個快速流化床反應(yīng)器，其中反應(yīng)器主要由基本垂直的冷卻壁形成。反應(yīng)器的下部襯有耐火材料，以便保護反應(yīng)器下部的冷卻壁。根據(jù)本發(fā)明，在襯層的端部的上方設(shè)置了一個涂層區(qū)，在這個涂層區(qū)中涂層和支承面的邊界區(qū)在這種情況下是反應(yīng)器的冷卻壁，該邊界區(qū)包括這樣一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在涂層的起點處在支承面上設(shè)有一個與支承面的總體平面基本上呈陡狀的凹槽。該凹槽區(qū)域中的支承面優(yōu)選地設(shè)置成逐漸回復(fù)到支承面的總體平面，并且優(yōu)選地在凹槽處開始設(shè)置涂層，使得起點處的涂層低于支承面的總體表面或與支承面的總體表面平齊。以這種方式，可容易地在襯層的上方獲得冷卻壁的耐磨蝕的表面。
本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點通過下面對本發(fā)明和附圖的描述將理解得更清楚，其中

圖1是流化床反應(yīng)器下部分的截面圖；圖2是圖1中區(qū)域9的局部放大圖；圖3示出了本發(fā)明的另一個實施例；以及圖4示出了本發(fā)明的還一個實施例。
圖1示出了一個流化床反應(yīng)器的下部分，該流化床反應(yīng)器有一個燃燒室1和作為周圍壁的管壁2，例如膜式水冷壁。燃燒室中的顆粒物料被從空氣室3引入的空氣流化，該空氣室3位于燃燒室的下方。該空氣從空氣室經(jīng)爐柵板5上的噴嘴或孔隙4進入燃燒室。如果使用除空氣外的其它氣體來流化顆粒物料，則空氣或氧化氣體經(jīng)圖中未示出的其他入口引入。如果需要，燃燒、添加劑和其他顆粒物料或二次氣體也經(jīng)圖中未示出的入口孔引入。
燃燒室上部分6中的水冷壁未被覆蓋。在燃燒室的下部分7中，水冷壁襯有耐火材料8。在水冷壁未覆蓋的上部分10和水冷壁加襯部分11之間的中間區(qū)域9中，該水冷壁涂有涂層。帶有耐火材料襯的壁部分的高度與燃燒室的垂直壁的總高度之比通常是1∶3至1∶10。
圖2更詳細(xì)地示出了涂層12，該圖是圖1中區(qū)域9的放大圖。這樣，圖2示出了部分管壁，它是由基本上氣密性地連接在一起的多個管形成的；通常在管子之間會有所謂的翅片。在襯層8的緊上方開始在水管壁14上涂覆涂層12。該涂層在襯層的上方延伸一定的長度，一般小于0.5m，優(yōu)選地小于20cm。在流化床反應(yīng)器中，壁的這一部位特別易遭受從上沿著該壁下降的固體流的磨蝕，此固體流由箭頭16示出。在此實施例中，臨界點特別地位于邊界區(qū)域18中，在該區(qū)域中開始涂層。
根據(jù)本發(fā)明，材料在涂層的邊界區(qū)從支承面上被去除，即從壁14上去除并達到一定的深度，而且涂層在這個邊界區(qū)中終止。因此，在涂層起始處在支承面或管上設(shè)置一個與支承面的總體表面呈陡狀的凹槽20。該凹槽是沿磨蝕流的方向設(shè)置的。支承面的表面優(yōu)選地設(shè)置成在此凹槽的區(qū)域中逐漸地回復(fù)到支承面的總體表面上，并且在凹槽處開始涂層，以這種方式使得起始處的涂層低于支承面的總體平面或與支承面的總體平面平齊。這樣邊界區(qū)域?qū)⑿纬梢粋€基本上連續(xù)的表面，而不會形成一個易受磨蝕的突變。根據(jù)所建議的結(jié)構(gòu)，涂層12在整個涂層區(qū)域中保持的厚度可確保其能夠保持附著在該支承面上。
該涂層的厚度一般為0.1～2mm，但優(yōu)選地為0.2～0.5mm，因此該凹槽的最大尺寸也為0.5mm。要根據(jù)不同的情況來選擇該凹槽的尺寸，以便達到管14的強度要求。部分的反應(yīng)器壁可以用這種方式涂層，但優(yōu)選地是位于襯層8之上的涂層區(qū)包圍著整個反應(yīng)器并且將涂層涂覆于所有的壁上。在該圖中，僅示出了壁的管子部分，管子之間的翅片自然也涂覆有相應(yīng)的涂層。
圖3示出了壁22，它可以是例如流化床反應(yīng)器的冷卻旋流器的壁結(jié)構(gòu)的一部分。例如根據(jù)芬蘭專利FI86964號，反應(yīng)器的旋流器壁的某些區(qū)域易遭受分離出的固體流的磨蝕。在這個實施例中，涂層24在兩個區(qū)域中凹進壁22中。根據(jù)本發(fā)明，涂層24的上端和下端在位于支承面內(nèi)的凹槽26和28中終止，使得涂層兩端的表面大致與這些區(qū)域中的支承面的總體平面平齊。該涂層在兩個位置處是凹陷的，因為磨蝕流動被認(rèn)為是沿“從支承面到涂層”的方向既發(fā)生在第一邊界區(qū)、如箭頭30所示，又發(fā)生在第二邊界區(qū)、如箭頭32所示。以這種方式，涂層的厚度將足以確保在所有這樣的邊界區(qū)中將涂層保持附著在支承面22上，在這些邊界區(qū)中磨蝕流從沒有涂層的支承面流到有涂層的支承面上。即使在這種情況下，涂層的厚度仍優(yōu)選地為0.2～0.5mm。
圖4示出了本發(fā)明的又一個實施例，其中例如固體燃料輸送通道的一部分壁34作為涂層36的支承面。在這種情況下，磨蝕流的主要流動方向是已知的并用箭頭38示出。在本發(fā)明的這個實施例中，涂層36和支承面34之間的邊界區(qū)40位于支承面的一個彎曲部分內(nèi)，這個彎曲部分形成了凹槽42。在本實施例中的凹槽42是圓形的并且涂層在第一個彎曲部分的下面開始。沿壁(箭頭38)流動的顆粒(燃料)層或懸浮物在與邊界區(qū)40后邊的涂層接觸之后向前流動。
在圖4的實施例中，流動的(燃料)顆粒連續(xù)流動而沒有產(chǎn)生任何會在涂層的邊界區(qū)內(nèi)引起沖蝕的強烈擾動。在這個實施例中，可更加自由地選擇涂層的厚度。涂層優(yōu)選地從彎曲部分的下面開始，位于凹槽彎曲點之后的支承面的表面在該位置與彎曲部分之后的支承面的總體平面平齊。這里的顆粒流動不會在支承面和涂層之間的邊界區(qū)內(nèi)引起沖蝕性的擾動。相應(yīng)于圖4中的結(jié)構(gòu)也可用于圖1的區(qū)域9中，因為那里的磨蝕流的方向是已知的并且涂層的下部接有襯層。
根據(jù)本發(fā)明能提供一種涂層厚度，該涂層厚度足以確保將涂層在所有這樣的邊界區(qū)內(nèi)保持附著在支承面34上，在所述邊界區(qū)中磨蝕流從未涂層的支承面流向涂層。沿流動方向的涂層36的端部、即后端被設(shè)置成漸漸消失的。由于磨蝕流的方向是從涂層到未涂層的支承面，所以這種結(jié)構(gòu)不會在所述后端引起任何擾動。
在循環(huán)流化床反應(yīng)器中還有其它一些區(qū)域，在這些區(qū)域中循環(huán)物料的磨蝕作用降低了反應(yīng)器的使用性。此外，本發(fā)明在加壓的流化床反應(yīng)器中具有較大的優(yōu)越性。
本發(fā)明并不局限于以上描述和圖示的實施例，它還可以在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)進行多種變化，本發(fā)明的范圍是由所附屬的權(quán)利要求來限定的。
權(quán)利要求
1.一種壁(14，22，34)的結(jié)構(gòu)，該壁形成了一個包含磨蝕流的空間，在該壁內(nèi)通過在面向磨蝕流的表面上噴鍍金屬而在金屬支承面上形成涂層(12，24，36)，以便于覆蓋和保護所述壁的部分支承面，其特征在于，終止涂層的凹槽(20，26，28，42)是在位于支承面和涂層的邊界區(qū)域中的所述支承面上形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層(12)的厚度從其起始點到其終止點基本上是相同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，與支承面的總體平面基本上呈陡狀的凹槽(20，26，28)被設(shè)置在緊接于涂層部分的支承面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，凹槽(42)區(qū)域內(nèi)的支承面(34)被設(shè)置成在被涂層覆蓋的部分內(nèi)逐漸地回復(fù)到支承面的總體平面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層(12，24)被設(shè)置成在凹槽(20，26，28)處起始，以便于起始處的涂層與支承面的總體平面平齊或低于支承面的總體平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，壁(14)是由循環(huán)床反應(yīng)器的冷卻水管壁結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，在該壁中通過在面向反應(yīng)器室(1)的表面上噴鍍金屬而在金屬支承面上形成涂層(12)，以便于覆蓋和保護壁結(jié)構(gòu)的部分支承面；并且終止涂層的凹槽(20)是在位于支承面和涂層的邊界區(qū)(18)中的管壁結(jié)構(gòu)的支承面上形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁是一個循環(huán)床反應(yīng)器的基本上垂直的壁；并且涂層(12)被設(shè)置成在位于下部襯層(8)處的該涂層的一端以及在形成于支承面內(nèi)的凹槽(20)處的該涂層的另一端終止。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層(12)覆蓋壁的長度小于50mm，該長度從襯層(8)開始計算。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁(22)是循環(huán)床反應(yīng)器的旋流器的壁；并且涂層(24)被設(shè)置成至少在其一個邊界、在形成于支承面內(nèi)的凹槽(26，28)處終止。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層(12，24，36)的厚度為0.1～2mm，優(yōu)選地為0.2～0.5mm。
11.一種涂覆壁(14，22，34)的方法，該壁形成了一個包含磨蝕流(16，30，32，38)的空間，在該壁內(nèi)通過在面向磨蝕流的表面上噴鍍金屬而在金屬支承面上形成涂層(12，24，36)，以便于覆蓋和保護所述壁的部分支承面，其特征在于，在支承面和涂層的邊界區(qū)內(nèi)的支承面上形成凹槽(20，26，28，42)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，在這個凹槽(20，26，28)中終止涂層(12，24)，使得涂層被設(shè)置成直到其終止點的厚度基本上相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，將支承面中的凹槽(20，26，28)設(shè)置成與緊接于涂層部分的支承面的總體平面基本上呈陡狀的凹槽。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，使凹槽(42)區(qū)域中的支承面在由涂層(36)所覆蓋的部分中逐漸地回復(fù)到支承面的總體平面。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，使涂層(12，24)在所述凹槽處起始，使得起始處的涂層與支承面(14，22)的總體平面平齊或低于支承面(14，22)的總體平面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壁(14)的結(jié)構(gòu)，該壁形成了一個內(nèi)含磨蝕流(16)的空間，在該壁中通過在面向磨蝕流的表面上噴鍍金屬而在金屬支承面上形成涂層(12)，以便于覆蓋和保護壁的部分支承面，終止涂層的凹槽(20)是在位于支承面和涂層的邊界區(qū)域內(nèi)的支承面上形成的。本發(fā)明還涉及一種涂覆壁的方法。
文檔編號F23C10/02GK1161718SQ95195487
公開日1997年10月8日 申請日期1995年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月3日
發(fā)明者T·海潘南 申請人:福斯特韋勒能源股份公司