新型高温隔墙结构的研究与开发

郭　英

（1.重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司，重庆401122；2.重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆401122）

新型高温隔墙结构的研究与开发

郭英

（1.重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司，重庆401122；2.重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆401122）

通过计算机仿真技术对一种用于1 000℃以上高温环境的新型隔墙结构的内部传热过程进行了分析研究。结果表明：与传统水冷隔墙相比，新型高温隔墙采用热管作为传热及支撑结构，在安全性、冷却水消耗、散热损失等方面更具优势，适用于各类型高温炉窑区域温度与气氛的分隔、控制等场合。

高温；隔墙；热管

高温炉中通常会由于工艺要求而划分几个不同温度区域，温度大约为800～1 400℃，不同的温度控制区间设有隔墙，以避免不同温度区域由于辐射换热、气氛流动等传热、传质现象而影响相应区域的温度控制、气氛分隔。传统水冷隔墙结构图见1。

目前普遍使用的隔墙形式为水冷隔墙［1］，隔墙内部通过循环水冷却，外部覆盖耐火材料进行隔热，这种水冷隔墙存在耗水量及散热损失大，不能在线检修更换，存在漏水安全隐患等缺点。

近年来在环形加热炉中也出现了无水冷隔墙的应用［2］及专利［3］授权，由于节约用水及散热损失小，具有良好的节能降耗作用，降低了机组运行成本。缺点是支撑部件长期工作在高温环境下，寿命及效果会随着投用时间逐渐降低，且不适用于大型炉窑中的大跨度隔墙。

图1　传统水冷隔墙结构示意图

1　热管式高温隔墙

为克服已有水冷隔墙、无水冷隔墙的不足，开发了新型高温隔墙结构，如图2所示。

新型隔墙结构采用热管替代传统的水冷管作为隔墙内部承重框架，充分利用热管的优良传热性能，降低承重框架中心温度，避免承重框架在高温下金属强度降低而出现隔墙变形坍塌损坏。热管外侧包裹一层约20 mm厚度的耐火纤维作为隔热层，承重框架外层耐火层采用浇注料浇筑成隔墙，热管外部冷却段可根据使用条件采用翅片散热或冷却水散热。

图2　新型隔墙外形示意图

1.1隔墙传热数学模型

首先对假定热管外表面温度均匀、隔墙高度方向温度均匀，通过上述假定建立隔墙水平断面稳态、无内热源二维传热公式：

式中：T—隔墙温度，K

λ—导热系数，W/（m·K）

n—传热面法向量

1.2隔墙传热计算结果

以水重力热管为算列，对热管内部工作温度100℃，炉膛温度1 300℃时的工况采用差分网格进行计算。

新型隔墙与水冷隔墙的用水量及散热损失对比见表1。

表1　散热损失及耗水量对比

无水冷隔墙散热损失最小，但是在1 300℃炉气下，隔墙内金属框架仅通过导热传递热量，金属框架端部温度高达1 021℃，由于金属高温下强度急剧下降，无水冷隔墙长期使用易变形垮塌。水冷隔墙散热量及耗水量最大，通常年耗水量约5.76～8.6万t，损失的热量为3 386～5 057 GJ/a，相当于116～172 t标准煤/a。热管隔墙与水冷隔墙相比，无水消耗，并且节能3 386～5 057 GJ/a，相当于116～172 t标准煤/y。另外，可根据使用温度选用水热管，热管材质可选用碳钢或普通不锈钢，成本较低。

2　结论

（1）新型热管隔墙同时具备了无水冷隔墙及水冷隔墙的优点，年节约用水量可达5.76～8.6万t。节能3 386～5 057 GJ/a，相当于116～172 t标准煤/a；

（2）新型热管隔墙内部工作温度可以在100℃温度下工作，可大大降低现有合金钢框架隔墙制作成本；

（3）热管隔墙可在线更换，检修维护成本低，具有推广价值。

［1］朱学强，张立忠，张华，等.环形加热炉水冷隔墙结构：200520026551［P］.2006-08-02.

［2］韩崇贵.环形加热炉无水冷大跨度新隔墙的实践［J］.冶金能源. 1993（1）：37-39.

［3］谢广林.一种环形炉无水冷隔墙：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，工程师，主要从事冶金炉窑模型、控制技术开发及应用工作.