具有增強(qiáng)的耐腐蝕性的換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于在焚化廠(2)中加熱流體(26)的換熱器(32)，焚化廠(2)在操作中產(chǎn)生煙道氣(34)，換熱器包括至少一個(gè)換熱器部件(40)，該換熱器部件包括壁，該壁具有與流體(26)相接觸的第一側(cè)部(46)和與煙道氣(34)相接觸的第二側(cè)部(48)，第二側(cè)部(48)設(shè)置有保護(hù)性氧化物(50)，以用于保護(hù)換熱器部件(40)免受由被攜帶或者包含在煙道氣(34)中的腐蝕性化合物引起的腐蝕，其中保護(hù)性氧化物(50)包括α-Al2O3。還提供了一種用于形成氧化皮(50)的方法，該氧化皮用于保護(hù)換熱器部件(40)免受由被攜帶或者包含在煙道氣(34)中的腐蝕性化合物引起的腐蝕。
【專利說(shuō)明】具有增強(qiáng)的耐腐蝕性的換熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在焚化廠中加熱流體的換熱器。這種換熱器包括至少一個(gè)換 熱器部件，所述換熱器部件因設(shè)置在換熱器部件上的氧化皮而具有增強(qiáng)的耐腐蝕性。

【背景技術(shù)】
[0002] 在焚化處理的領(lǐng)域中，用于將熱量從煙道氣傳輸?shù)搅黧w以加熱流體的換熱器是已 知的。換熱器的一種用途是加熱來(lái)自鍋爐的飽和蒸汽，以用于將飽和蒸汽轉(zhuǎn)變成干蒸汽 (也稱作過(guò)熱蒸汽），所述干蒸汽更適于例如在發(fā)電過(guò)程中使用。干蒸汽例如用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電 廠中的汽輪機(jī)。
[0003] 換熱器通常包括大量的換熱器部件，每個(gè)換熱器部件均具有壁，所述壁的第一側(cè) 部與待加熱的流體相接觸，而壁的第二側(cè)部與加熱介質(zhì)相接觸，所述加熱介質(zhì)在焚化處理 中通常是由焚化處理產(chǎn)生的煙道氣。換熱器部件可以是如板式換熱器中的板，但是替代地 也可以被成型為管，管壁的內(nèi)側(cè)部和外側(cè)部限定換熱器部件的第一側(cè)部和第二側(cè)部。為了 在焚化廠中生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽以用于發(fā)電，換熱器通常包括多個(gè)管狀的單獨(dú)換熱器部件，所述 管狀的單獨(dú)換熱器部件也被稱作過(guò)熱器管，蒸汽順次通過(guò)所述過(guò)熱器管。換熱器位于煙道 氣的通道中，使得換熱器部件被煙道氣加熱，由此熱量通過(guò)換熱器部件的壁以加熱位于換 熱器部件中的蒸汽。
[0004] 不同的焚化處理燃燒不同的燃料。普通的發(fā)電焚化廠燃燒廢物。廢物可以是家庭 廢物和/或其它類型的廢物（諸如，工業(yè)廢物等）。這種焚化廠也被稱作廢物發(fā)電焚化廠。
[0005] -個(gè)與焚化廠中燃燒的廢物的性質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題是煙道氣和/或攜帶在煙道氣中 的熱煙灰包含有諸如氯的腐蝕性化合物，所述煙道氣和/或攜帶在煙道氣中的熱煙灰或多 或少取決于被燃燒的廢物的確切性質(zhì)。被攜帶在煙道氣中的熱煙灰凝結(jié)在換熱器尤其是換 熱器部件或者過(guò)熱器管的溫度相對(duì)較低的表面上，并且在該表面上形成粘性涂覆層。存在 于這個(gè)涂覆層中的氯具有高腐蝕性，并且導(dǎo)致?lián)Q熱器部件或者過(guò)熱器管的金屬材料嚴(yán)重腐 蝕。
[0006] 腐蝕程度取決于換熱器部件的溫度。在使蒸汽過(guò)熱時(shí)，通過(guò)蒸汽和換熱器部件之 間的傳熱，換熱器部件的溫度通常比蒸汽的溫度高30 - 50°C。蒸汽的更高溫度加速了腐蝕 進(jìn)程，因此，為了確保換熱器部件的有效壽命，必須限制待過(guò)熱蒸汽的溫度。然而，尤其是對(duì) 于汽輪機(jī)的效率取決于蒸汽溫度的發(fā)電而言，這嚴(yán)重地限制了焚化廠的效率。
[0007] 在由主要含鐵（Fe)的廉價(jià)鋼制成的管用作用于使蒸汽過(guò)熱的換熱器部件的情況 中，在過(guò)度腐蝕時(shí)的最大的蒸汽溫度為大約400°C，并獲得可接受的使用壽命。
[0008]用于允許蒸汽溫度升高的方法包括提供這樣的管，所述管由涂覆有較昂貴合金 (諸如，鉻鎳鐵合金625)的廉價(jià)鋼制成。鉻鎳鐵合金625是鎳基合金，當(dāng)受熱和受到腐蝕 時(shí)，這種鎳基合金在其表面上形成氧化鉻的氧化皮。利用這種方法，蒸汽溫度可以為大約 440°C，而同時(shí)腐蝕速度和使用壽命與采用由廉價(jià)鋼制成的管在400°C時(shí)可以獲得的腐蝕速 度和使用壽命一樣。
[0009] 然而，為了將焚化廠的效率最大化，更高的蒸汽溫度是理想的。
[0010] 從其它【技術(shù)領(lǐng)域】已知了形成包括Q-Al2O3的隔熱層，見例如EP1908857A2,然而， 隔熱層阻止傳熱，因此不適合用來(lái)保護(hù)換熱器部件免受腐蝕。從JP4028914A另外地已知了 形成包括Q-Al2O3的爐篦。然而，爐篦是水冷式的，因此當(dāng)與換熱器中用于使蒸汽過(guò)熱的蒸 汽溫度相比時(shí)該爐篦僅承受低溫。
[0011] 涉及涂覆層或者阻隔層的其它文獻(xiàn)包括EP2143819A1、W02011100019A1、 EP1944551A1、EP659709A1 和US5118647A。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有增強(qiáng)的耐腐蝕性的換熱器。
[0013] 本發(fā)明的另一目的是提供一種換熱器，所述換熱器用于提高生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽的焚化 廠的效率。
[0014] 本發(fā)明的又一目的是提供一種用于形成氧化皮的方法，所述氧化皮用于保護(hù)換熱 器部件免受由被攜帶或者包含在煙道氣中的腐蝕性化合物引起的腐蝕。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述目的中的至少一個(gè)或者將在以下描述中變得顯而易 見的其它目的中的至少一個(gè)由根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0016] 也被稱作α-三氧化二鋁的a-Al2O3是一種氧化鋁，這種氧化鋁具有高耐腐蝕性。 因此，這種保護(hù)性氧化物具有提高換熱器的耐腐蝕性的作用。由于提高了耐腐蝕性，因而能 夠在更高溫度條件下加熱流體，從而允許在仍然保持換熱器的可接受使用壽命的同時(shí)提高 加熱流體的效率。流體可以是適于被加熱的任何流體。通常，流體是水或者蒸汽。對(duì)于諸 如蒸汽的流體而言，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的換熱器可以在至少480°C以上的溫度下使用 且具有至少5年的使用壽命。還可以設(shè)想的是，能夠以至少5年使用壽命使用高達(dá)600°C的 蒸汽溫度。
[0017] 焚化廠可以焚化諸如煤的燃料、其它礦物燃料、生物質(zhì)、拆除木片、垃圾衍生燃 料或廢物。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)煙道氣被理解為也包括由焚化燃料所產(chǎn)生的物質(zhì) 和顆粒。在產(chǎn)生煙道氣的部位，即，在發(fā)生焚化的位置處，煙道氣的溫度可高達(dá)IKKTC至 1200。。。
[0018] 優(yōu)選地，換熱器部件由具有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬制成并且易于制備。腐蝕通常是熱 腐蝕。
[0019] 在從屬權(quán)利要求2中限定了本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例。優(yōu)選地，蒸汽是飽 和的，在高溫條件下加熱飽和蒸汽，在所述高溫條件下，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的換熱器的 增強(qiáng)的耐腐蝕性是有用的。
[0020] 在換熱器的實(shí)施例中，其中，流體是蒸汽并且換熱器是過(guò)熱器，至少一個(gè)換熱器部 件優(yōu)選是管，所述管也被稱作過(guò)熱器管。
[0021] 在從屬權(quán)利要求3中限定了本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例。氧化皮通常被理解 為是氧化層。氧化皮的厚度達(dá)IOym并且主要包括Ci-Al2O3。更加優(yōu)選地，氧化皮基本僅 包括Ci-Al2O3。由于這增加了氧化皮的耐腐蝕性，所以是有利的。氧化皮優(yōu)選是致密的。
[0022] 通過(guò)如在從屬權(quán)利要求4中所限定的本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例，提供了一 種設(shè)置換熱器部件的簡(jiǎn)單方式。當(dāng)換熱器部件是過(guò)熱器管時(shí)，過(guò)熱器管通?？梢跃哂些? 5 英寸至3英寸（對(duì)應(yīng)為12mm至77mm)的直徑。這種換熱器部件可以例如是管或者板。
[0023] 通過(guò)如在從屬權(quán)利要求5中所限定的本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例，可削減換 熱器部件的材料成本，這是因?yàn)榛w材料能夠是簡(jiǎn)單且廉價(jià)的易腐蝕鋼，而僅僅相對(duì)更薄 的涂覆層需要由前體材料制成。涂覆層的厚度僅需要足以避免在操作期間合金中的鋁損耗 并且足以允許形成氧化皮即可。
[0024] 這種換熱器部件可以例如是管或者板。
[0025] 通過(guò)如在從屬權(quán)利要求6中所限定的本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例，提供了一 種簡(jiǎn)單處理，所述簡(jiǎn)單處理不僅可以用于制備新?lián)Q熱部件，而且可以用于利用前體材料來(lái) 改裝現(xiàn)有的換熱器部件以增強(qiáng)現(xiàn)有的換熱器部件的耐腐蝕性。
[0026] 焊接是施加前體材料的一個(gè)示例，但是還可以采用本領(lǐng)域中已知的其它方法來(lái)施 加前體材料。在采用焊接技術(shù)時(shí)，涂覆層可以為從Imm至20mm厚。
[0027] 通過(guò)如在從屬權(quán)利要求7中所限定的本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例，可以削減 材料成本，這是因?yàn)閮?nèi)管能夠由簡(jiǎn)單且廉價(jià)的易腐蝕鋼制成，而僅外管需要由前體材料制 成。此外，可以快速或者自動(dòng)地制造由內(nèi)管和外管構(gòu)成的組件。
[0028] 通過(guò)如在從屬權(quán)利要求8中所限定的本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例，提供了一 種設(shè)置換熱器部件的合理且有效的方式。
[0029] 在包括內(nèi)管和外管的換熱器部件的替代性實(shí)施例中，外管被擠壓到內(nèi)管上。
[0030] 在從屬權(quán)利要求9中限定了本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選實(shí)施例。可行的前體材料應(yīng) 當(dāng)是這樣的合金，所述合金的鋁含量最小為4_5wt. %。一種示例性的前體材料是哈氏合金 214合金。其它示例性的前體材料包括表1中的合金。
[0031] 表1 :示例性合金的構(gòu)成
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種換熱器（32)，用于在焚化廠（2)中加熱流體（26)，所述焚化廠（2)在操作中產(chǎn) 生煙道氣（34)，所述換熱器包括至少一個(gè)換熱器部件（40)，所述換熱器部件包括壁，所述 壁具有與所述流體（26)相接觸的第一側(cè)部（46)和與所述煙道氣（34)相接觸的第二側(cè)部 (48)，所述第二側(cè)部（48)設(shè)置有保護(hù)性涂覆層（50)，以用于保護(hù)所述換熱器部件（40)免受 由被攜帶或者包含在所述煙道氣（34)中的腐蝕性化合物引起的腐蝕，其特征在于，所述保 護(hù)性氧化物（50)包括a -A1203。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器（32)，所述流體（26)是蒸汽，并且所述換熱器（32) 是用于使所述蒸汽（26)過(guò)熱的過(guò)熱器（32)。
3. 根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的換熱器（32)，所述保護(hù)性氧化物（50)是氧化皮 (50)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱器（32)，所述換熱器部件（40)由在氧化時(shí)形成所述氧 化皮（50)的前體材料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱器（32)，所述換熱器部件（40'）包括基體材料（44'）， 在氧化時(shí)形成所述氧化皮（50)的前體材料（54)覆蓋所述基體材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱器（32)，通過(guò)焊接將所述前體材料（54)覆蓋在所述基 體材料（44'）上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱器（32)，所述換熱器部件（40"）包括由外管（56)覆蓋 的內(nèi)管（44"），所述外管（56)由在氧化時(shí)形成所述氧化皮（50)的前體材料制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的換熱器（32)，共擠所述內(nèi)管（44"）和所述外管（56)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的換熱器（32)，所述前體材料包括至少含 4-5wt%鋁的合金。
10. 根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的換熱器（32)，所述焚化廠（2)在操作中焚化廢物， 并且所述腐蝕性化合物包括氯。
11. 根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的換熱器（32)，所述換熱器（32)包括多個(gè)所述換熱 器部件（40)。
12. 根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的換熱器（32)，所述換熱器部件（40)是管。
13. -種用于形成氧化皮（50)的方法，所述氧化皮用于保護(hù)換熱器部件（40)免受由被 攜帶或者包含在煙道氣（34)中的腐蝕性化合物引起的腐蝕，所述方法包括以下步驟： 提供換熱器部件（40)，所述換熱器部件包括前體材料，所述前體材料被布置成用于在 氧化之后保護(hù)所述換熱器部件免受所述腐蝕，所述前體材料包括鋁； 在適于在所述前體材料上形成所述氧化皮（50)的溫度、氣氛和持續(xù)時(shí)間的條件下氧 化所述換熱器部件（40)，所述氧化皮（48)主要包括a _A1203。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述溫度至少為950°C，更加優(yōu)選地為1100°C至 1200。。。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13至14中的任一項(xiàng)所述的方法，所述氣氛包括含2%水蒸汽的氬氫 混合物。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中的任一項(xiàng)所述的方法，所述持續(xù)時(shí)間為至少2小時(shí)。
【文檔編號(hào)】F28F19/06GK104412060SQ201280073169
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】L·米克爾森 申請(qǐng)人:巴威福龍股份公司