[发明专利]一种用于高温风洞空心砖型蓄热式加热器隔热层设计

摘要

本发明公开了一种用于高温风洞空心砖型蓄热式加热器隔热层设计，隔热层主要由外壳压力容器和内部隔热结构组成，内部隔热结构主要有三部分组成，分别是拱顶，筒体和锥底，拱顶最内层采用氧化锆重质制品，中间层采用氧化锆空心球制品和氧化铝空心球制品，最外层采用纤维涂抹料。筒体高温部分由内到外分别是耐冲刷高温热衬，高温内环隔热层，中环隔热层，外环隔热层，超级绝热层。锥底部分为高强度耐火浇注料。隔热层厚度的计算方法根据经典导热理论，以及热平衡，采用一维导热计算方法求解5组方程得出。压力容器保证了隔热层气流的密封隔绝，罐体底部圆弧面结构有效支撑了整个蓄热式加热器，特有的子母扣砖体结构使隔热层结构密封性更好。

主权项

1.一种用于高温风洞空心砖型蓄热式加热器隔热层设计，其特征在于加热器内蓄热阵最高温度2000K，底端温度不超过1100K，根据温度分布和结构特点，将隔热层分为三个部分，拱顶、筒体和锥底；(1)拱顶部分拱顶部位温度高、受支撑力较小，而且需考虑到后期更换方便，加热器顶部隔热层采用耐火纤维涂抹料和耐火砖混合结构，内层耐火砖的设计可参考在煤化工领域大型气化炉装置拱顶结构和钨钼冶炼炉拱顶结构的设计方案；通过各砖型的合理设计，使得砖与砖之间相互咬合、受力均匀，保证加热器拱顶部位结构的稳定；采用的方案为：最内层采用氧化锆重质制品，中间层采用氧化锆空心球制品和氧化铝空心球制品，最外层采用纤维涂抹料；氧化锆重质制品和空心球砖通过设计合适的形状，可以相互支撑，不需要外加固定；纤维涂抹料经涂抹施工后，与炉壳上的锚固件紧紧结合形成一体；当炉体内部维修时，仅需吊装开金属与纤维构成的炉壳，手工拆卸掉氧化锆重质制品和氧化锆和氧化铝空心砖即可，维修完毕后，反向操作可实现封炉；(2)筒体部分筒体部位分为5层结构，6种材质，由内到外分别是氧化锆重质砖(底部为刚玉砖)、氧化锆空心球砖、氧化铝空心球砖、硅酸铝纤维制品、纳米绝热板；考虑到蓄热阵最高温度达2000K，加热器中上部和上部区域向火面耐火材料以环境温度2100K计算设计；考虑到氧化锆制品成本高的因素，在筒体内壁底部用刚玉砖代替氧化锆重质砖，而在筒体次内层低温段则全部采用氧化铝空心球砖；通过砖体上设计子母扣来控制错位，通过砖体上设计测温元件的安装圆孔以便测温元件的安装，通过预留膨胀缝来避免工作过程中的热应力破坏；(3)锥底部分炉体底座要求承受隔热层、蓄热阵砖块的自重，并能够实现均匀分配底部通入的气流，采用高强度铝硅系耐火浇注料，该材料具有强度高、易施工等优点，而且完全可以满足该区域对温度的要求；具体来讲，每层隔热层厚度的确定是在一定的假设下(加热器外壳温度与隔热层为同一温度，隔热层，蓄热加热器，外壳之间没有引入附加热阻)，通过热力计算得到的；根据经典传热理论，以及热平衡，求解5组方程，由于存在较多的待定参数，所以首先设定内层厚度，然后利用单层厚度的优化设计方法对各物性参数进行计算，以内层外表面温度不大于外层保温材料允许使用温度作为边界条件，反复迭代，重新设计内层厚度和总厚度，最终获得每层隔热层厚度；压力容器设计属于隔热层设计的一部分，主要考虑强度与刚度的要求，以及蓄热阵燃气泄漏条件下的瞬间抗热能力；结构为底部浇注承力，外壳为钢制结构材料；压力容器设置为双层，夹层之间设置冷空气通道，材料选择为内层为碳钢，外层为不锈钢或喷涂不锈涂层；压力容器罐体总高6000mm，设备外径1600mm；连接结构方面，拱顶和筒体采用法兰连接，筒体和底锥之间采用焊接结构，罐体底部为具有较强承压能力的圆弧面；为了隔离隔热层产生的固体颗粒、尘埃等，在底部低温区蓄热阵外圈增加不锈钢薄板。