CN102954477B - 复合式散热壁板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种兼有内外水循环方式的除渣水槽复合式散热壁板，包括散热管板、上联箱、下联箱、外散热管排以及上、下联箱上的连接法兰，所述散热管板是由散热管和条状散热板组成的管板相间结构，并且其中的散热管连通所述上、下联箱；所述外散热管排由连通所述上下联箱的若干根散热管构成。本发明还提供了一述复合式散热壁板的制造方法及应用该壁板的除渣水槽。本发明强化了除渣水槽向环境散热的能力，具有结构简单、安装方便、避免沉积的优点。

Description

复合式散热壁板及其制造方法

技术领域

本发明涉及电站锅炉湿式除渣系统的传热问题，特别是针对于大型电站锅炉除渣水槽的强化冷却需求，提供了一种复合式散热壁板及其制造方法。

背景技术

锅炉除渣系统是大型燃煤电站锅炉的重要辅助系统之一。发展可靠性高、节电、节水、节省占地和环境友好的电站锅炉除渣系统是大、中型机组的设计中迫切需要解决的问题。

煤在锅炉中燃烧会产生大量的渣，为了保证电站锅炉的安全连续运行，必须及时将产生的炉渣从炉膛中排出，因此燃煤锅炉都配备了专门的除渣装置。除渣装置至少应具备两个功能，其一是收集锅炉炉膛中燃烧产生的高温炉渣，其二是对收集的炉渣冷却后从除渣装置中排出。根据冷却介质的不同，除渣装置可以分为水冷的湿式除渣装置和风冷的干式除渣装置。典型的水冷湿式除渣装置主要由锅炉底部的除渣水槽、捞渣机及冲渣及冷却水系统组成。风冷干式除渣机则由锅炉底部的输送带及风冷系统组成。两种不同的除渣系统各有优势，同时也存在各自的缺陷。例如湿式除渣系统耗水量大等是亟需解决的问题，而干式除渣系统输送装置工作环境恶劣，其可靠性受到影响。

湿式排渣是电厂燃煤锅炉应用多年的排渣技术。早期的电站锅炉除渣主要采用水力冲渣系统,周边一般都要设置储灰渣场地,由于冲渣水不回收利用,耗能耗水量很大。自20世纪80年代起,电厂除渣系统主要采用渣浆泵浓缩机脱水仓等设备为主体的水力除渣技术,系统复杂，占地面积大,能耗高,维护量大等是其主要问题。到了90年代末期,随着大型刮板捞渣机的推广,上述问题得到了有效改善,但为了避免水资源浪费，电厂还要建造与之相配套的渣水处理设施。为了进一步降低湿式除渣系统的建造和运行成本，近年来无渣水处理设施的湿式除渣系统逐步发展起来，并在一些电厂得到了应用，取得了很好的效果。

理想的无渣水处理设施的湿式除渣装置中，高温炉渣落入渣槽后急冷，然后通过渣槽内的刮板捞渣机输送到渣仓。高温炉渣的热量主要通过水的汽化（直接进入炉膛）、渣槽壁板的散热和捞出的渣带走，由于汽化和捞出的渣孔隙中带走的水损失通过补水管路补充，而补水量恰好能保持渣槽中的水位恒定（不产生溢流水损失），并使渣槽中的水温平衡在允许的温度范围内（一般不超过65℃）。

考虑到电厂所用煤种变化而引起的排渣量增多，实际的无渣水处理设施的湿式除渣装置中，还要在水槽内设置循环冷却器，由于采用了循环水的方式，即能够在排渣超过设计负荷时，利用其中的内循环水（无需渣水处理装置）进行强化冷却，又可以避免额外的溢流水损失。但是，在水槽内安装循环冷却器比较复杂，同时传热面也可能会被炉渣污染而导致传热能力下降。

发明内容

本发明的目的是提出一种兼有内外水循环方式的除渣水槽复合式散热壁板，将除渣水槽的侧壁的平板结构改成具有上下联箱和外散热管排的结构，旨在提高除渣水槽侧壁的散热能力，简化水槽内部结构,同时避免使用内循环冷却器时的传热面污染后传热能力下降的问题。

本发明所述的复合式散热壁板，其特征在于，包括散热管板、上联箱、下联箱、外散热管排以及上、下联箱上的连接法兰，所述散热管板是由散热管和条状散热板组成的管板相间结构，并且其中的散热管连通所述上、下联箱；所述外散热管排由连通所述上下联箱的若干根散热管构成。

优选地，所述连接法兰用于通过管道连通外部的循环水管路。

优选地，所述上联箱或下联箱为圆形或矩形截面的封闭筒体或箱体。

优选地，所述散热管板或所述外散热管排中的散热管为圆形、矩形或异形截面的管材。

优选地，构成所述外散热管排的若干根散热管为弯管。

本发明还提供了一种除渣水槽，其特征在于，所述除渣水槽的侧壁为以上所述的除渣水槽复合式散热壁板。进一步优选地，所述散热管板中的散热管立式布置。

一种复合式散热壁板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，用散热管和条形散热板焊接形成管板相间结构的散热管板；

步骤2，将两端封闭的筒体作为上联箱和下联箱，并且在上联箱的下侧和下联箱的上侧对应所述散热管板上散热管的外径、间距及数量开设一排开孔作为散热管板安装孔；

步骤3，以上、下联箱中心轴线之间的垂直连线为基准线，分别对上、下联箱在以其中心轴线为轴相对于基准线偏离一定角度的位置上开设一排开孔作为外散热管排安装孔；

步骤4，根据上、下联箱的垂直距离及步骤3中开设的开孔的方向、孔间距、孔尺寸及数量预制若干根弯管作为外散热管排；

步骤5，分别对上、下联箱在靠近其两端的水平位置上各开设一个法兰预留孔；

步骤6，通过所述散热管板安装孔将所述散热管板与上、下联箱插在一起，然后将外散热管排的所述弯管插入所述外散热管排安装孔并调整位置，然后将散热管板、上联箱、下联箱及外散热管排焊接在一起；最后将连接法兰焊接到所述法兰预留孔内。

本发明提出的复合式散热壁板的传热过程为:除渣水槽中的被炉渣加热的水与散热管板的内壁面进行对流换热，其中的部分热量通过散热管板直接传导到隔板的外侧，以对流传热和的辐射传热方式传递到周围的环境中；另外一部分热量则传导到散热管板上的管内侧，被管内的循环水携带到外散热管排，再通过外散热管排的外壁面以对流传热和的辐射传热方式传递到周围的环境中。

与普通的除渣水槽壁板相比，根据本项发明提出的除渣水槽复合式散热壁板在工作时会由于散热管板上管内的水与外循环管中的水温不同，形成散热管板—上联箱—外散热管排—下联箱—散热管板之间的水自然循环，从而使采用了所述复合式散热壁板的除渣水槽向环境散热的能力得到强化；当外部循环管路工作时，水循环是由外部循环管路中的压差驱动，使散热管隔板上管内的水流动速度远超过自然循环的流动速度，使除渣水槽侧壁的散热能力得到进一步强化。

本项发明提出的除渣水槽复合式散热壁板兼具普通壁板和除渣水槽内置循环水冷却器的功能，结构简单，安装方便，由于散热管板上的散热管采用了立式布置，避免了因水槽中的渣在壁板换热面上的沉积所造成传热能力下降问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:

图1是本发明实施例的复合式散热壁板内壁面的视图；

图2是本发明实施例的复合式散热壁板侧视及内部水循环视图；

图3是本发明实施例的复合式散热壁板外壁面的视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

图1至3分别示出了本发明实施例的复合式散热壁板的内壁面、侧面和外壁面。如图所示，本发明所述的复合式散热壁板包括上联箱1、散热管板2、外散热管排3、下联箱4以及上、下联箱上的连接法兰5。所述的上联箱1和下联箱4是两端封闭的筒体；散热管板2是用作为散热管的钢管和作为散热板的条形钢板焊接成的管板相间的结构，其中钢管在管板两端露头的长度应等于上下联箱的壁厚以便与上下联箱连接；上、下联箱的长度相同，中心轴线平行布置，在上联箱1的下侧和下联箱4的上侧的对应位置上按照散热管板2上的钢管的外径、间距及数量开设安装孔；以上联箱1和下联箱4中心轴线之间的垂直连线为基准线，分别对上、下联箱在以其中心轴线为轴相对于基准线偏离一定角度的位置（例如45度）上开设一排等距开孔作为外散热管排3安装孔；根据上述上、下联箱的垂直距离和开孔的方向、孔间距、孔尺寸及数量，预制等量的弯管作为外散热管排3；在为外散热管排开孔的一侧靠近上、下联箱的两端的水平位置上各开一个法兰预留孔，用来安装连接法兰5。装配时，先将散热管板2与上联箱1和下联箱4插在一起，然后将外散热管排3插入上、下两个联箱预留的安装孔中并调整位置，接下来将散热管板2、上联箱1、下联箱4及外散热管排3焊接在一起，最后将备好连接管的连接法兰5焊接到上、下联箱的预留孔上。各部件的连接关系见图2，外散热管和法兰一侧的相对位置关系见图3。上、下联箱和外散热管排之间形成内部水循环通道，而上、下联箱分别安装连接法兰，从而通过管道与外部的水循环管路相通，构成外循环系统。

本发明提出的除渣水槽复合式散热壁板的传热过程为:除渣水槽中的被炉渣加热的水与散热管板2的内壁面进行对流换热，其中的部分热量通过散热管板2直接传导到管板的外侧，以对流传热和的辐射传热方式传递到周围的环境中；另外一部分热量则传导到散热管板2上的管内，被管内的循环水通过上联箱1携带到外散热管排3，再通过外散热管排3的外壁面以对流传热和的辐射传热方式传递到周围的环境中。当与连接法兰5连接的外循环水管路系统不工作时，水循环形成的机理是：由于散热管板2上管内的水与外散热管排3中的水温不同，形成了散热管板2—上联箱1—外散热管排3—下联箱4—散热管板2之间的水自然循环，见图2，从而使采用所述的除渣水槽复合式散热壁板构成的除渣水槽向环境散热的能力得到强化；当外部循环管路工作时，水循环由外部循环管路中的压差驱动，使散热管板2上管内的水流动速度远超过自然循环的流动速度，使除渣水槽的散热能力进一步得到强化。

本发明的工作原理在于：依据传热理论，热水通过除渣水槽的壁面向环境散热的热流量Φ可用以下公式计算

$\mathrm{\Φ}=\frac{t_{f1}-t_{f2}}{\frac{1}{h_{1}A}+\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\λA}}+\frac{1}{h_{2}A}}---\left(0.1\right)$

式中t_f1和t_f2分别为热水温度和环境温度；A,δ,λ，h₁,h₂分别是参与传热的壁面面积、壁板厚度、壁板材料的热导率、热水与壁面的对流传热系数、壁板外侧与环境空气的表面传热系数。分母中的三项 分别是热水与水槽内壁面的对流传热热阻、壁板的导热热阻和壁板外侧与环境之间的表面传热热阻。由于实际问题中壁板外侧与环境之间的表面传热热阻远远大于其它两项，因此提高壁板散热能力的关键就在于减小壁板外侧与环境之间的表面传热热阻与普通除渣水槽中的平壁板相比，本发明涉及的散热管板的管、板相间的结构和外散热管排增加了传热面积A，这会导致热阻减小，传热量增加；当外部循环管路工作时，等效于提高了表面传热系数h₂，同时降低了环境温度t_f2（循环水的温度低于空气温度），也会使热阻下降，传热量增加。

本项发明提出的除渣水槽复合式散热壁板作为除渣水槽的侧壁使用，兼具普通壁板和除渣水槽内置循环水冷却器的功能，结构简单，安装方便，由于散热管板2上的散热管采用了立式布置，即散热管沿侧壁的竖直方向设置，避免了因水槽中的渣在壁板换热面上的沉积，减小了传热热阻。

在上述实施例中，所述的上联箱1和下联箱4上、下联箱可以是圆形、矩形截面的管材，亦可以是采用其它方法，例如用钢板卷焊制成的两端封闭的筒体或箱体；散热管板2和外散热管排3的管子可以是圆形截面或是矩形截面的管材，亦可使用异型截面的管材；散热管板2和外散热管排3的管子尺寸、数量和形状可以相同，亦可以不同；上联箱1和下联箱4的长度相等，但截面尺寸和形状亦可不同。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种复合式散热壁板，其特征在于，包括散热管板、上联箱、下联箱、外散热管排以及上、下联箱上的连接法兰，所述散热管板是由散热管和条状散热板组成的管板相间结构，并且其中的散热管连通所述上、下联箱；所述外散热管排由连通所述上下联箱的若干根散热管构成，所述连接法兰用于通过管道连通外部的循环水管路，构成所述外散热管排的若干根散热管为弯管。

2.根据权利要求1所述的复合式散热壁板，其特征在于，所述上联箱或下联箱为圆形或矩形截面的封闭筒体或箱体。

3.根据权利要求1所述的复合式散热壁板，其特征在于，所述散热管板或所述外散热管排中的散热管为圆形或矩形截面的管材。

4.一种除渣水槽，其特征在于，所述除渣水槽的侧壁为以上权利要求中任意一项所述的复合式散热壁板。

5.根据权利要求4所述的除渣水槽，其特征在于，所述复合式散热壁板的散热管板中的散热管立式布置。

6.一种复合式散热壁板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，用散热管和条形散热板焊接形成管板相间结构的散热管板；

步骤2，将两端封闭的筒体作为上联箱和下联箱，并且在上联箱的下侧和下联箱的上侧对应所述散热管板上散热管的外径、间距及数量开设一排开孔作为散热管板安装孔；

步骤3，以上、下联箱中心轴线之间的垂直连线为基准线，分别对上、下联箱在以其中心轴线为轴相对于基准线偏离一定角度的位置上开设一排开孔作为外散热管排安装孔；

步骤4，根据上、下联箱的垂直距离及步骤3中开设的开孔的方向、孔间距、孔尺寸及数量预制若干根弯管作为外散热管排；

步骤5，分别对上、下联箱在靠近其两端的水平位置上各开设一个法兰预留孔；

步骤6，通过所述散热管板安装孔将所述散热管板与上、下联箱插在一起，然后将外散热管排的所述弯管插入所述外散热管排安装孔并调整位置，然后将散热管板、上联箱、下联箱及外散热管排焊接在一起；最后将连接法兰焊接到所述法兰预留孔内。