CN104789272A - 一种用于煤气化炉的新型水冷壁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于煤气化炉的新型水冷壁，该水冷壁是由两个半圆柱形的换热板对拼接成与煤气化炉的炉膛燃烧室紧密贴合的圆柱状，所述的半圆柱形的换热板对是由一个背火侧凹凸面和一个向火侧光滑面经过焊接触点连接组成，所述的背火侧凹凸面与向火侧光滑面中间形成供流体流通的腔体，顶部和底部分别连接流体进出管，且在所述的向火侧光滑面上焊接有渣钉，渣钉和向火侧光滑面上涂覆有耐火材料。与现有技术相比，本发明具有换热流体分布均匀，可实现均匀换热、结构简单，安装、制造工艺较为简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤气化炉的新型水冷壁，尤其是涉及一种新型高效用于煤气化炉的新型水冷壁。
背景技术
煤气化炉燃烧室炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大，为了降低炉墙温度，保护炉墙，一般通过耐火性较高的结构来吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，目前主要由耐火砖和水冷壁两种结构。与传统的耐火砖结构相比，水冷壁结构基本消除了频繁检修更换耐火衬里、耗费昂贵、制造困难等弊端，同时，水冷壁结构单炉产气能力大，具有高效、大型化和长周期运行的显著特点，因此目前大多气化炉均采用了各式各样新型的水冷壁结构，包括光管水冷壁和膜式水冷壁。
目前常用的水冷壁能够紧密贴合炉膛吸收炉膛的辐射热并同时起到密封的作用，气密性良好，漏风小，减少排烟热损失，提高锅炉热效率，因此有较大的优势。由于其紧凑的结构，对炉墙的保护最为彻底，故炉墙只需用保温材料，而不用耐火材料，使炉墙厚度、重量都大为减小，简化了炉墙结构，减轻了设备总重量；同时，能承受较大的侧向力，增加了抗暴能力；此外，相比于耐火砖，水冷壁结构可以组件出厂，减少了安装工作量。
目前，为了加强传热以及保证密封性，膜式水冷壁的换热元件一般为管子—翅片—管子结构型式、内螺纹管或翅片管(包括Ω管)结构型式。各水冷膜式壁换热面组成圆形通道，管子为纵向排列；各圆筒形换热面积元件的管子分为直管排布或螺旋式盘绕而成。对于这些形式，首先，这些强化传热的形式能达到的传热效率是有限的，未能最大强度的强化传热；其次，设备制造工艺较复杂，相对于传统的耐火砖结构，增加了制造成本；另外，此种结构形式上，管屏热应力分布较复杂，整个过程较难控制；同时，在使用过程中，为了减少副产水蒸汽量而减少热能损失，冷却水一直处于过冷状态并进行强制循环，它的排布形式，特别对于螺旋式盘绕的管组，会造成较大的水阻力，即增加了锅炉水循环泵的扬程。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种换热流体分布均匀，可实现均匀换热、结构简单，安装、制造工艺较为简单的用于煤气化炉的新型水冷壁。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，该水冷壁是由两个半圆柱形的换热板对拼接成与煤气化炉的炉膛燃烧室紧密贴合的圆柱状，所述的半圆柱形的换热板对是由一个背火侧凹凸面和一个向火侧光滑面经过焊接触点连接组成，所述的背火侧凹凸面与向火侧光滑面中间形成供流体流通的腔体，顶部和底部分别连接流体进出管，且在所述的向火侧光滑面上焊接有渣钉，渣钉和向火侧光滑面上涂覆有耐火材料。
所述的换热板对是由两个不同厚度的金属板片通过多个焊接触点连接，再进行边焊后成型，其中向火侧光滑面为厚金属板片，背火侧凹凸面为薄金属板片。由于点焊和成型使得薄金属板片表面均匀凸起，能够对流经板程腔体的换热流体进行扰动，强化了传热。
所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点，多个焊接触点交错设置，触点密度为1500～5000个/㎡，触点间距为20～100mm。不同的触点密度能实现不同的换热效果。
所述的流体进出管包括下盘管、下支管、上盘管和上支管，所述的下盘管用来收集将要进入换热板对件的换热流体，所述的下支管一端连接下盘管，另一端连接换热板对，用来使流体在压力作用下，将下盘管内的流体均匀分配到换热板对间，所述的上支管一端连接换热板对，另一端连接上盘管，用来将经过换热的换热流体在压力作用下收集到上盘管内，通过上盘管排出。
所述的渣钉通过焊接的形式与向火侧光滑面连接，两个渣钉为一组，呈V形焊接在向火侧光滑面上。用以附着熔渣，使其厚度达到动态平衡，实现以渣抗渣的效果。从整体上保护冷却壁，避免炉内温度过高。
所述的耐火材料使用SiC耐火材料，当熔融态渣在上面流动时，起到保护水冷壁的作用。
本发明新型水冷壁中，为了安装方便，将整体换热板腔分为两个半圆柱形，安装时拼凑成圆柱状，与炉膛燃烧室紧密贴合。冷却流体由冷却壁一端进入板程，对炉膛内壁进行换热，整个换热过程根据工艺要求可副产中低压蒸汽，由于产蒸汽，一般上盘管直径比下盘管大，有利于蒸汽排出。由于板程内部板对间均匀密布的触点加强了对换热流体的扰动，增大了换热效率。
冷却壁向火面上焊有渣钉以及涂有耐火衬里，二者均具有较好的热传导作用，渣钉有利于熔渣冷却附着以及受热熔化，渣层的厚度均匀动态变化，使炉膛内温度变化范围较小。
本发明利用了板片灵活的结构形式，以及简单的制造工艺。同时，设计时可以通过调节触点密度和板程腔体空间大小来实现调整换热效果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、换热流体分布均匀，可实现均匀换热；
换热流体先通过盘管，再经过支管分配到换热腔体，同时流体的湍流状态能保证较高的流速，由此换热流体在整个腔体内几乎完全分布，不会出现局部过热现象。
二、结构简单，安装、制造工艺较为简单；
整个冷却壁根据气化炉炉体大小进行设计，换热腔体制造过程简单，两个不同厚度的板片先卷成半圆柱状，后经过点焊，再进行边焊，最后高压气体成型，就形成了板程换热腔体。冷却壁共分为两个相同的半圆柱换热板束，每个半圆柱板束作为一个整体，从两侧围住气化炉燃烧室进行组装，形成一个完整的冷却壁。
三、结构灵活，触点密度可调，能实现较高的换热效率；
根据不同的工艺要求，可以调节板间触点密度，实现不同的换热要求。触点的存在，能加大液体的扰动，使液体的流动形式呈湍流状态，大大强化了传热。触点密度越大，换热能力越强，流体压降较大；触点密度越小，换热能力减弱，流体压降减小。
附图说明
图1为本发明枕式换热元件的正面局部结构示意图；
图2为本发明新型水冷壁组成结构示意图；
图3为本发明新型水冷壁外形结构示意图。
图1中标号所示：
a、枕式冷却壁背火面，b、枕式冷却壁向火面，c、焊接触点；
图2中标号所示：
1、背火侧凹凸面，2、渣钉，3、流体流动换热板腔，4、向火侧光滑面，5、耐火材料；
图3中标号所示：
30、枕式冷却壁壁面，31、冷却流体入口，32、下盘管，33、下支管，34、上支管，35、上盘管，36、冷却流体出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1～3所示，本发明的新型煤气化炉水冷壁，该水冷壁是由两个半圆柱形的换热板对拼接成与煤气化炉的炉膛燃烧室紧密贴合的圆柱状，所述的半圆柱形的换热板对是由两个不同厚度的金属板片通过多个焊接触点连接，再进行边焊后成型，呈枕式结构，如图1-2所示，厚金属板片为向火侧光滑面4即枕式冷却壁向火面b，薄金属板片为背火侧凹凸面1即枕式冷却壁背火面a。由于点焊和成型使得薄金属板片表面均匀凸起，形成焊接触点c，能够对流经板程腔体的换热流体进行扰动，强化了传热，从而加强了换热效果。
所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点，多个焊接触点交错设置，触点密度为1500～5000个/㎡，触点间距为20～100mm。不同的触点密度能实现不同的换热效果。背火侧凹凸面1与向火侧光滑面4中间形成供流体流通的流体流动换热板腔3，顶部和底部分别连接流体进出管，且在所述的向火侧光滑面上焊接有渣钉2，渣钉2和向火侧光滑面上涂覆有耐火材料5。所述的渣钉2通过焊接的形式与向火侧光滑面连接，两个渣钉为一组，呈V形焊接在向火侧光滑面上。用以附着熔渣，使其厚度达到动态平衡，实现以渣抗渣的效果。从整体上保护冷却壁，避免炉内温度过高。所述的耐火材料5使用SiC耐火材料，当熔融态渣在上面流动时，起到保护水冷壁的作用。渣钉2以及耐火材料5二者均具有较好的热传导作用，渣钉2有利于熔渣冷却附着以及受热熔化，渣层的厚度均匀动态变化，使炉膛内温度变化范围较小。
本发明的新型煤气化炉水冷壁的外形如图3所示，由背火侧凹凸面1与向火侧光滑面4组成的枕式冷却壁壁面30上下连接流体进出管，所述的流体进出管包括下盘管32、下支管33、上盘管35和上支管34，所述的下盘管32用来收集将要进入换热板对件的换热流体，所述的下支管33一端连接下盘管，另一端连接换热板对，用来使流体在压力作用下，将下盘管内的流体均匀分配到换热板对间，所述的上支管34一端连接换热板对，另一端连接上盘管35，用来将经过换热的换热流体在压力作用下收集到上盘管内，通过上盘管排出。
冷却流体由冷却流体入口31进入，经由流体下盘管32，再由流体下支管33均匀分布至流体流动换热板腔3，从下至上流经整个冷却壁板腔，吸收燃烧室热量，最终在压力作用下，经由流体上支管34从换热板腔流出，通过流体上盘管35，最终通过冷却流体出口36流出冷却壁，实现整个换热过程。
Claims (6)
1.一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，该水冷壁是由两个半圆柱形的换热板对拼接成与煤气化炉的炉膛燃烧室紧密贴合的圆柱状，所述的半圆柱形的换热板对是由一个背火侧凹凸面和一个向火侧光滑面经过焊接触点连接组成，所述的背火侧凹凸面与向火侧光滑面中间形成供流体流通的腔体，顶部和底部分别连接流体进出管，且在所述的向火侧光滑面上焊接有渣钉，渣钉和向火侧光滑面上涂覆有耐火材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，所述的换热板对是由两个不同厚度的金属板片通过多个焊接触点连接，再进行边焊后成型，其中向火侧光滑面为厚金属板片，背火侧凹凸面为薄金属板片。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点，多个焊接触点交错设置，触点密度为1500～5000个/㎡，触点间距为20～100mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，所述的流体进出管包括下盘管、下支管、上盘管和上支管，所述的下盘管用来收集将要进入换热板对件的换热流体，所述的下支管一端连接下盘管，另一端连接换热板对，用来使流体在压力作用下，将下盘管内的流体均匀分配到换热板对间，所述的上支管一端连接换热板对，另一端连接上盘管，用来将经过换热的换热流体在压力作用下收集到上盘管内，通过上盘管排出。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，所述的渣钉通过焊接的形式与向火侧光滑面连接，两个渣钉为一组，呈V形焊接在向火侧光滑面上。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤气化炉的新型水冷壁，其特征在于，所述的耐火材料使用SiC耐火材料，当熔融态渣在上面流动时，起到保护水冷壁的作用。
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