新型高溫隔墻結(jié)構(gòu)的研究與開發(fā)

郭　英

（1.重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶401122；2.重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶401122）

新型高溫隔墻結(jié)構(gòu)的研究與開發(fā)

郭英

（1.重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶401122；2.重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶401122）

通過計算機仿真技術(shù)對一種用于1 000℃以上高溫環(huán)境的新型隔墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部傳熱過程進行了分析研究。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)水冷隔墻相比，新型高溫隔墻采用熱管作為傳熱及支撐結(jié)構(gòu)，在安全性、冷卻水消耗、散熱損失等方面更具優(yōu)勢，適用于各類型高溫爐窯區(qū)域溫度與氣氛的分隔、控制等場合。

高溫；隔墻；熱管

高溫爐中通常會由于工藝要求而劃分幾個不同溫度區(qū)域，溫度大約為800～1 400℃，不同的溫度控制區(qū)間設(shè)有隔墻，以避免不同溫度區(qū)域由于輻射換熱、氣氛流動等傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象而影響相應(yīng)區(qū)域的溫度控制、氣氛分隔。傳統(tǒng)水冷隔墻結(jié)構(gòu)圖見1。

目前普遍使用的隔墻形式為水冷隔墻［1］，隔墻內(nèi)部通過循環(huán)水冷卻，外部覆蓋耐火材料進行隔熱，這種水冷隔墻存在耗水量及散熱損失大，不能在線檢修更換，存在漏水安全隱患等缺點。

近年來在環(huán)形加熱爐中也出現(xiàn)了無水冷隔墻的應(yīng)用［2］及專利［3］授權(quán)，由于節(jié)約用水及散熱損失小，具有良好的節(jié)能降耗作用，降低了機組運行成本。缺點是支撐部件長期工作在高溫環(huán)境下，壽命及效果會隨著投用時間逐漸降低，且不適用于大型爐窯中的大跨度隔墻。

圖1　傳統(tǒng)水冷隔墻結(jié)構(gòu)示意圖

1　熱管式高溫隔墻

為克服已有水冷隔墻、無水冷隔墻的不足，開發(fā)了新型高溫隔墻結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

新型隔墻結(jié)構(gòu)采用熱管替代傳統(tǒng)的水冷管作為隔墻內(nèi)部承重框架，充分利用熱管的優(yōu)良傳熱性能，降低承重框架中心溫度，避免承重框架在高溫下金屬強度降低而出現(xiàn)隔墻變形坍塌損壞。熱管外側(cè)包裹一層約20 mm厚度的耐火纖維作為隔熱層，承重框架外層耐火層采用澆注料澆筑成隔墻，熱管外部冷卻段可根據(jù)使用條件采用翅片散熱或冷卻水散熱。

圖2　新型隔墻外形示意圖

1.1隔墻傳熱數(shù)學模型

首先對假定熱管外表面溫度均勻、隔墻高度方向溫度均勻，通過上述假定建立隔墻水平斷面穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源二維傳熱公式：

式中：T—隔墻溫度，K

λ—導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）

n—傳熱面法向量

1.2隔墻傳熱計算結(jié)果

以水重力熱管為算列，對熱管內(nèi)部工作溫度100℃，爐膛溫度1 300℃時的工況采用差分網(wǎng)格進行計算。

新型隔墻與水冷隔墻的用水量及散熱損失對比見表1。

表1　散熱損失及耗水量對比

無水冷隔墻散熱損失最小，但是在1 300℃爐氣下，隔墻內(nèi)金屬框架僅通過導(dǎo)熱傳遞熱量，金屬框架端部溫度高達1 021℃，由于金屬高溫下強度急劇下降，無水冷隔墻長期使用易變形垮塌。水冷隔墻散熱量及耗水量最大，通常年耗水量約5.76～8.6萬t，損失的熱量為3 386～5 057 GJ/a，相當于116～172 t標準煤/a。熱管隔墻與水冷隔墻相比，無水消耗，并且節(jié)能3 386～5 057 GJ/a，相當于116～172 t標準煤/y。另外，可根據(jù)使用溫度選用水熱管，熱管材質(zhì)可選用碳鋼或普通不銹鋼，成本較低。

2　結(jié)論

（1）新型熱管隔墻同時具備了無水冷隔墻及水冷隔墻的優(yōu)點，年節(jié)約用水量可達5.76～8.6萬t。節(jié)能3 386～5 057 GJ/a，相當于116～172 t標準煤/a；

（2）新型熱管隔墻內(nèi)部工作溫度可以在100℃溫度下工作，可大大降低現(xiàn)有合金鋼框架隔墻制作成本；

（3）熱管隔墻可在線更換，檢修維護成本低，具有推廣價值。

［1］朱學強，張立忠，張華，等.環(huán)形加熱爐水冷隔墻結(jié)構(gòu)：200520026551［P］.2006-08-02.

［2］韓崇貴.環(huán)形加熱爐無水冷大跨度新隔墻的實踐［J］.冶金能源. 1993（1）：37-39.

［3］謝廣林.一種環(huán)形爐無水冷隔墻：2015204060779［P］.2015-10-14.

Research and Development or New Type High Temperature Interior Wall

GUO Ying
（1.CISDI R&D Co.，Ltd，Chongqing 401122，China；2.CISDI Chongqing Thermal&Environmental Engineering Co.，Ltd，Chongqing 401122，China）

The internal heat transfer process of a new type of interior wall structure is studied by computer simulation technology，which is used for above 1 000℃high temperature environment.The results show that compared with the traditional water cooling wall，the new wall structure using heat pipe as heat transfer and supporting structure，in terms of safety and water consumption heat loss has more advantages，and is suitable for the separation of various types of high temperature furnace temperature control and atmosphere partition occasions.

high temperature；interior wall；heat pipe

TU111

B

1001-6988（2016）03-0056-02

2016-02-25

郭英（1983—），女，工程師，主要從事冶金爐窯模型、控制技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用工作.