锅炉管、锅炉管单元以及熔炉
技术领域
本公开涉及一种锅炉管并且涉及一种锅炉管单元。本公开还涉及一种熔炉。此外，本公开涉及一种制造锅炉管的方法。
背景技术
工业锅炉的熔炉包括所谓的水冷壁面板，该水冷壁面板是由彼此焊接的多个平行管(锅炉管)形成的面板。水冷壁面板被布置成围绕熔炉的至少一部分。在锅炉管内部，水由来自熔炉中的燃烧的热气体加热成蒸汽。过热蒸汽可以被用在工业工艺中，并且/或者用于在蒸汽涡轮机中产生电力。
其中的一些锅炉管或者锅炉管的一些部分经受锅炉管的一个周向半部和另一个周向半部之间的大的温度差，所述一个周向半部被布置成朝向熔炉的内部并且暴露于热的燃烧物质和/或燃烧气体，所述另一个周向半部被布置成朝向熔炉的外部。此外，在水流动或蒸汽流动所处的锅炉管的内部与锅炉管的暴露于燃烧物质和/或燃烧气体的那一侧之间可能存在相当大的温度差。因此，其中的至少一些锅炉管暴露于恶劣的操作条件，这在锅炉管上产生了大量的应力。
被布置在操作条件最恶劣的熔炉区域中的锅炉管迟早将会破裂。由于泄漏到熔炉中的水或蒸汽可能导致熔炉损坏，因此这是不期望的。因此，关注的是保持跟踪锅炉管在熔炉的内部所暴露于的温度。在了解了锅炉管的材料性能的情况下，可以预测出何时需要更换熔炉的一个或多个锅炉管。
测量熔炉内部的锅炉管的温度是极为困难的，这是因为温度过高，以至于普通的温度传感器和配线在熔炉中无法幸存。
WO 2010/100335公开了一种用于将传感器安装在热交换器壁中的布置结构，该布置结构由彼此相邻焊接的钢管形成，其中管之间的散热板形成膜壁。传感器腔室以及传感器引线所需的导体通道位于钢管的管壁的增厚部中的熔炉侧上。待附连到管壁的传感器元件作为均质的钢制件被形成用于测量传感器腔室，该均质的钢制件包括至少一段钢管，在所述至少一段钢管中形成了所述壁增厚部。
US 2009/120383公开了一种用在锅炉中的管组件。该管组件包括具有外壁的管，该外壁适合于进行热交换。该管具有热感测装置，该热感测装置位于该管的外壁的凹入段中，其中，该管的内孔在所述热感测装置的区域中具有大致恒定的截面。
DE 10248312公开了一种用于热交换器的测量装置，该测量装置包括压力管和至少一个热元件。所述压力管设有管壁，该管壁包含凹部，该凹部在管壁的周围的局部区域上延伸，该凹部容纳热元件并且填充有填充材料。热元件被偏心地设置在由所述凹部变形的所述局部区域内。建议使用焊接材料来作为所述填充材料。
然而，在为布置在锅炉管中的传感器提供可靠的连接的方面仍然存在问题。
发明内容
将是有利的是，克服或至少减轻与锅炉内部温度的测量有关的至少一些上述问题。为了更佳地解决一个或多个这些问题，提供了具有独立权利要求中所限定的特征的锅炉管、锅炉管单元和熔炉。
根据本公开的一个方面，提供了一种锅炉管，该锅炉管具有纵向延伸L并且包括：径向内管状部，该径向内管状部至少沿着纵向延伸的第一部分延伸；径向外管状部，该径向外管状部沿着纵向延伸的所述第一部分延伸，该径向外管状部被冶金结合到径向内管状部；以及传感器空间，该传感器空间被布置在径向内管状部和径向外管状部之间，其中，该传感器空间被构造用以容纳传感器，该传感器被布置用以检测径向外管状部的物理性能，其中，导管连接到传感器空间，并且该导管穿过径向外管状部延伸到径向外管状部的表面的出口部，并且其中，径向内管状部和径向外管状部包括具有不同化学组分的材料。
由于锅炉管包括被布置在径向内管状部和径向外管状部之间的传感器空间，并且由于该传感器空间被构造用以容纳被布置用以检测径向外管状部的物理性能的传感器，因此传感器可以被布置成使得该传感器在传感器空间的内部被保护在锅炉管的管壁内。因此，提供了一种锅炉管，该锅炉管允许传感器被布置用于例如检测熔炉内部的温度或者锅炉管中的应力，而不会使得传感器直接暴露于熔炉内部的热环境。
此外，由于径向内管状部和径向外管状部包括具有不同化学组分的材料，因此径向内管状部的化学组分可以适合于与锅炉管内部的介质和压力接触，并且径向外管状部的化学组分可以适合于与熔炉内的物质和燃烧气体接触。此外，由于导管连接到传感器空间并且延伸穿过径向外管状部，因此连接可以穿过导管从传感器空间延伸到径向外管状部的表面的出口部。由于出口部被设置在径向外管状部(该径向外管状部具有与径向内管状部不同的化学组分)，因此整个导管在径向外管状部的下方延伸。因此，整个导管以及延伸穿过该导管的管道受益于由径向外管状部所提供的性能，例如受到保护以免受熔炉内的物质和燃烧气体的影响。
更具体地是，径向外管状部的物理性能可以例如是径向外管状部的温度。能够通过检测在传感器空间内的径向外管状部的温度来检测锅炉管的外表面上的温度。在了解了传感器空间的径向位置的情况下，从锅炉管的外表面到锅炉管的内部的、穿过锅炉管的管壁的已知温度梯度允许基于由传感器空间中的传感器感测到的温度来计算锅炉管的外部上的温度。
类似地是，径向外管状部的物理性能可以例如是径向外管状部中的应力。能够通过检测在传感器空间内的径向外管状部的应力来检测锅炉管中的应力。在了解了传感器空间的径向位置的情况下，已知锅炉管的尺寸(诸如，例如锅炉管的内径和外径)允许基于由传感器空间中的传感器感测到的应力来计算锅炉管的外部或内部上的应力。
锅炉管形成熔炉的一部分。更具体地是，锅炉管形成熔炉的所谓水冷壁面板的一部分。在使用锅炉管时，在该锅炉管的内部，水被加热成蒸汽并且可以可选地被过热成过热蒸汽。在使用锅炉管时，锅炉管的第一周向部分经受熔炉周围的环境温度，并且锅炉管的第二周向部分经受熔炉内部的热的燃烧物质和/或燃烧气体。
术语管状部是指管状构件本身。更具体地是，径向外管状部形成管状构件，并且径向内管状部形成管状构件。如上所述，径向外管状部被冶金结合到径向内管状部。因此，径向外管状部以周向地围绕整个或大致整个径向内管状部的方式延伸。
术语冶金结合意指金属部件(在该情形中是径向内管状部和径向外管状部)之间的交界面形成了过渡区域。在两个金属部件之间不能检测到清晰的交界面线。因此，在使用锅炉管期间，当在锅炉管的内部和锅炉管的外部之间存在温度差时，径向内管状部和径向外管状部之间的冶金结合提供了在锅炉管内从锅炉管的内部到锅炉管的外部的没有任何阶跃的连续的径向温度分布。因此，在径向内管状部和径向外管状部之间的交界面处，导热性可以是相同的，或者可以至少不表现出任何急剧的阶梯式变化。类似地是，冶金结合提供应力在锅炉管的截面上的连续分布。
传感器可以例如是温度传感器(例如，热敏电阻)或者应力传感器(例如，应变仪)。导管形成例如用于电气连接的通道，以延伸到传感器空间和从传感器空间延伸出来。
由于导管连接到传感器空间并且穿过径向外管状部延伸到径向外管状部的表面的出口部，因此与被布置在传感器空间中的传感器连接的电气连接器可以延伸穿过导管。因此，被布置在传感器空间中的传感器可以连接到熔炉的控制设备。
根据实施例，传感器空间可以被布置在锅炉管的第一周向半部中。导管可以以部分地围绕径向内管状部的方式延伸，并且出口部可以被布置在锅炉管的第二周向半部中。以此方式，传感器空间可以被布置在锅炉管的一个周向半部处，所述一个周向半部被布置成面向熔炉的内部，而出口部被布置在锅炉管的另一个周向半部处，所述另一个周向半部被布置成面向熔炉外部的周围环境。因此，来自被布置在传感器空间中的传感器的电气连接器可以朝向熔炉的周围环境离开锅炉管，与熔炉内部相比，该周围环境处的温度较低。
根据实施例，锅炉管可以包括传感器和管道，该传感器被布置在传感器空间中，该管道连接到传感器并延伸穿过导管。以此方式，传感器可以测量或监测锅炉管的一个或多个物理性能，并且间接地测量或监测布置有锅炉管的熔炉的一个或多个物理性能。经由管道(该管道可以是电气管道)，传感器可以连接到熔炉的控制设备或监测设备。
根据实施例，传感器空间和导管可以由管形成：该管部分地定位于径向内管状部上，并且该管延伸穿过径向外管状部，并且其中，径向外管状部可以被构建成围绕该管。以此方式，该管可以确保在制造锅炉管期间形成传感器空间和导管。此外，由于可以在形成径向外管状部之前就将管放置在正确位置中，因此可以确保传感器空间和导管在锅炉管内的正确位置。
根据实施例，可以通过对金属粉末热等静压来形成径向外管状部，由此该径向外管状部被冶金结合到径向内管状部。以此方式，可以实现冶金结合。因此，在使用锅炉管期间，锅炉管内的径向温度分布和/或径向应力分布可以是连续的，而没有任何阶跃。
根据实施例，在将径向外管状部增材制造到径向内管状部上期间，可以形成传感器空间和导管。以此方式，可以实现径向内管状部和径向外管状部之间的冶金结合。因此，在使用锅炉管期间，锅炉管内的径向温度分布和/或径向应力分布可以是连续的，而没有任何阶跃。
根据实施例，锅炉管可以包括第一纵向管部和第二纵向管部，该第一纵向管部和第二纵向管部沿着纵向延伸L延伸，其中，该第一纵向管部被冶金结合到该第二纵向管部，并且其中，该第一纵向管部包括传感器空间。以此方式，锅炉管可以包括沿着锅炉管的纵向延伸的不同的部分。因此，特别地是，可以根据第一制造方法来制造包括传感器空间的第一纵向管部，并且可以根据第二制造方法来制造第二纵向管部。第一制造方法可以例如包括热等静压或增材制造。第一纵向管部和第二纵向管部可以例如经由焊接来彼此冶金结合。
根据实施例，第一纵向管部可以包括弯管部，传感器空间被布置在该弯管部中。以此方式，弯管部可以用于在熔炉的水冷壁中提供开口。也就是说，弯管部可以以至少部分地围绕水冷壁中的开口的方式延伸。通常，水冷壁在这样的开口处经受高温和/或经受高应力。因此，将传感器空间设置在弯管部中可以提供将传感器定位在水冷壁的熔炉中条件恶劣所在的部分处。
根据实施例，锅炉管可以包括至少一个散热片，所述至少一个散热片从径向外管状部径向地延伸，并且所述至少一个散热片至少部分地沿着纵向延伸L延伸。以此方式，锅炉管可以设有用于例如将锅炉管附连到水冷壁中的另一个锅炉管的构件。更具体地是，所述至少一个散热片可以被焊接到水冷壁的相邻的锅炉管，或者被直接焊接到该相邻的锅炉管的周向表面或者被焊接到该相邻的锅炉管的散热片。
根据实施例，散热片可以与径向外管状部一体地形成。以此方式，无须将散热片焊接到径向外管状部。这样的焊接将会损坏传感器空间和外表面部分之间的导管。因此，在这样的实施例中，导管可以从散热片的一侧延伸到该散热片的相反侧。导管适当地是沿着径向内管状部延伸，并且因此在散热片的下方延伸。
根据实施例，所述至少一个散热片可以包括由与径向内管状部相同的材料制成的层。以此方式，可以为散热片提供与径向内管状部类似的物理性能。例如，径向内管状部的材料的导热性可以优于径向外管状部的材料的导热性。因此，在散热片的层由与径向内管状部相同的材料制成的情况下，与完全由与径向外管状部的材料相同的材料制成的散热片的导热性相比，可以提高经由散热片的导热性。适当地是，由与径向内管状部相同的材料制成的层在散热片的主方向上(即，在两个锅炉管之间)延伸。
此外，在这些实施例中，导管适当地是沿着径向内管状部延伸，并且因此在散热片的下方延伸。可以在径向内管状部处或径向内管状部附近在该层中设置导管的合适尺寸的开口或凹部。
根据本公开的另一个方面，提供了一种锅炉管单元，该锅炉管单元包括第一锅炉管和第二锅炉管。该第一锅炉管是根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管，并且该锅炉管包括至少一个散热片，其中，第一锅炉管和第二锅炉管经由所述至少一个散热片彼此连接，并且其中，导管从所述至少一个散热片的第一侧延伸到所述至少一个散热片的第二侧。
由于锅炉管单元包括经由所述至少一个散热片而彼此连接的第一锅炉管和第二锅炉管，并且由于导管从所述至少一个散热片的第一侧延伸到该散热片的第二侧，因此能够在无须将第一锅炉管焊接到第二锅炉管的情况下将锅炉管单元安装在熔炉中。因此，导管以及布置在该导管中的任何连接(例如，任何电气连接)将不会受到在焊接操作中将会产生的热量的影响或损坏。
根据本公开的另一个方面，提供了一种熔炉，该熔炉至少包括第一水冷壁面板，该第一水冷壁面板包括多个锅炉管，其中，所述多个锅炉管中的至少第一锅炉管是根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管。
由于锅炉管包括上文所讨论的传感器空间，因此传感器可以在传感器空间的内部被受保护地布置在锅炉管的管壁内。因此，提供了一种熔炉，该熔炉具有第一水冷壁面板，该第一水冷壁面板允许传感器被布置用于检测熔炉内部的物理性能(例如，温度和/或应力)，而不会将传感器直接暴露于熔炉内部的热环境。
因此，可以在熔炉的特定露出位置中连续地监测锅炉管的物理性能。适当地是，传感器空间被布置在这样的露出位置处。连续监测可以使得熔炉操作员能够增加他们对熔炉的操作条件的了解，并且以不同的方式调节这些操作条件，以减轻某些操作条件或工艺干扰的负面影响。对操作数据的持续测量可以实现预警，以能够计划更换锅炉管。能够在熔炉的关键区域中建立物理性能(例如，温度和/或应力)对于检测锅炉管的部分或完全堵塞来说可以是有用的，这种部分或完全堵塞可能导致锅炉管过热和着火。
第一水冷壁面板可以包括多个锅炉管，这些锅炉管被布置成彼此平行地延伸。这些锅炉管可以彼此直接或间接地焊接。一个或多个水冷壁面板可以被布置成围绕熔炉的至少一部分。
根据实施例，熔炉可以包括根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例所述的锅炉管单元，其中，所述至少一个第一锅炉管形成锅炉管单元的第一锅炉管。以此方式，无需在导管上进行焊接来将第一锅炉管安装在熔炉中。
根据实施例，熔炉可以包括第二水冷壁面板，第一水冷壁面板可以形成熔炉的侧壁的至少一部分，并且第二水冷壁面板可以形成熔炉的底部的至少一部分。以此方式，水和/或蒸汽和/或过热蒸汽可以沿着熔炉的侧壁和底部被引导。
第一锅炉管可以形成第一水冷壁面板和第二水冷壁面板两者的一部分。可替代地是或附加地是，第二水冷壁面板可以包括至少一个根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管。
根据实施例，第一锅炉管可以被布置成使得该第一锅炉管的传感器空间靠近于第一水冷壁面板中的开口。以此方式，可以监测第一水冷壁面板中的开口处的物理性能，该开口可以是第一水冷壁面板的特定露出部分。
根据本公开的另一个方面，提供了一种生产锅炉管的方法，该锅炉管具有纵向延伸L并且包括径向内管状部和径向外管状部，该径向内管状部至少沿着纵向延伸的第一部分延伸，该径向外管状部沿着纵向延伸的所述第一部分延伸。该方法包括以下步骤：
-提供径向内管状部，
-形成径向外管状部，并且在所述形成期间同时实现：
-在径向外管状部和径向内管状部之间进行冶金结合，以及
-在径向内管状部和径向外管状部之间形成传感器空间，其中，该传感器空间被构造用以容纳传感器，该传感器被布置用以检测径向外管状部的物理性能。
当研究所附权利要求书和以下详细描述时，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
根据以下详细描述和附图中所讨论的示例实施例，将容易地理解本公开的各种方面和/或实施例，包括本公开的特定特征和优点，在附图中：
图1至图4示出了根据实施例的锅炉管，
图5示出了制造锅炉管的方法的实施例，
图6示出了根据实施例的熔炉，并且
图7a至图7c示出了锅炉管单元的实施例。
具体实施方式
现在，将更充分地描述本公开的方面和/或实施例。在全文中，相似的附图标记指代相似的元件。为了简化和/或清楚起见，将不一定必需详细地描述众所周知的功能或构造。
图1示出了根据实施例的锅炉管2。锅炉管2可以形成熔炉的一部分。锅炉管2具有纵向延伸L。锅炉管2包括第一纵向管部14和第二纵向管部16。第一纵向管部14和第二纵向管部16沿着纵向延伸L延伸。第一纵向管部14被冶金结合到第二纵向管部16。例如，第一纵向管部14和第二纵向管部16可以通过焊接而彼此冶金结合。
仅举例而言，锅炉管2的纵向延伸L可以在6m至16m的范围内。锅炉管2的外径可以是约60mm，并且锅炉管2的内径可以是约50mm。
此处，锅炉管2的纵向方向或纵向延伸沿着锅炉管2的轴线延伸。因此，纵向方向/纵向延伸可以如图1中所示的那样是直的，或者如图3a中所示的那样是弯曲的。周向方向至少部分地围绕锅炉管2圆形地延伸。径向方向穿过锅炉管2的中心径向向内或径向向外地延伸。
至少沿着纵向延伸L的第一部分5，锅炉管2包括径向内管状部和径向外管状部。传感器空间被布置在第一部分5中。下文进一步参见图2a至图2d。
如图1中的虚线所指示的那样，第一部分5可以仅形成第一纵向管部14的一部分。可替代地是，第一部分5构成第一纵向管部14。在前一种情况中，例如通过焊接将第一部分5冶金结合到第一纵向管部14的其余部分。
第二纵向部16以及第一纵向部14中的不是第一部分5的部分在径向内部中可以由低合金钢或者碳钢制成，并且在径向外部中可以由耐腐蚀不锈钢或高合金钢制成。通过在径向内部和径向外部中的上述两种材料之间产生的扩散结合，这两种材料可以被挤出成管。
除了第一纵向部14和第二纵向部16以外，锅炉管2还可以包括一个或多个另外的纵向部。
图2a至图2d示出了锅炉管2的各种实施例。特别地是，图2a至图2d示出了锅炉管2的第一部分5的不同实施例。在图2a中，示出了第一部分5的立体图。在图2b中，示出了沿着图2a中的线B-B的截面图。图2c和图2d示出了根据替代实施例的第一部分5的与图2b中的对应的截面图。在以下描述中，参照的是所有的图2a至2d，除非具体参照的是图2a至图2d中的一个或多个图。
至少沿着锅炉管2的纵向延伸的第一部分5，锅炉管2包括径向内管状部4和径向外管状部6。径向外管状部6被冶金结合到径向内管状部4。在图2a至图2d中，径向内管状部4和径向外管状部6之间的过渡区域由圆形线指示。实践中，径向内管状部4和径向外管状部6之间的冶金结合形成了具有径向延伸的过渡区域，即，径向内管状部4和径向外管状部6之间的交界面不明显。该交界面通过上述两种材料(即，径向内管状部4的材料和径向外管状部6的材料)之间的扩散结合而形成。
径向外管状部6可以通过对金属粉末热等静压(HIP)形成。在HIP期间，径向外管状部6也被冶金结合到径向内管状部4。
可替代地是，径向外管状部6可以通过增材制造来形成。在增材制造期间，径向外管状部6也被冶金结合到径向内管状部4。
HIP和增材制造是众所周知的生产方法，因此本文中不对这些生产方法进行更详细的描述。
径向内管状部4和径向外管状部6包括具有不同化学组分的材料。仅举例而言，径向内管状部4可以包括碳钢或低合金钢，并且径向外管状部6可以包括不锈钢或高合金钢。碳钢或低合金钢的径向内管状部4可以通过热轧和/或冷拉拔来制造。术语材料的化学组分涉及材料的成分的比例。取决于锅炉管的特定部分的制造方式，不同部分中的结构可以变化。
根据一些实施例，碳钢可以是根据以下标准ASTM的碳钢：EN编号：1.0425；EN名称：P265GH；该碳钢具有如下标称化学组分(重量％)：
碳(C) 最大0.2；
锰(Mn) 0.7至1.4
硅(Si) 最大0.4；
铬(Cr) 最大0.3；
镍(Ni) 最大0.3；
铜(Cu) 最大0.3；
钼(Mo) 最大0.080；
铝(Al) 最大0.024；
钛(Ti) 最大0.030；
磷(P) 最大0.025；
铌(Nb) 最大0.020；
钒(V) 最大0.020；
以及余量为铁和不可避免的杂质。
根据一些实施例，低合金钢可以是根据标准EN编号：1.5415的低合金钢，该低合金钢具有如下标称化学组分(重量％)：
0.12重量％至0.2重量％的C；
最大0.35重量％的Si；
0.4重量％至0.9重量％的Mn；
最大0.3重量％的Ni；
≤0.035重量％的P；
≤0.035重量％的S；
≤0.20重量％的Cr；
0.25重量％到0.35重量％的Mo；
最大0.012重量％的N；
最大0.3重量％的
以及余量为铁和不可避免的杂质。
根据实施例，不锈钢或高合金钢可以选自镍铬合金，例如但不限于根据标准UNSN08825或UNS N08028或UNS N06690或UNS N06625的合金。这些合金具有以下组分：
根据UNS N08825的合金具有以重量％计的以下组分：
Ni 38.0至46.0；
Cr 19.5至23.5；
Mo 2.5至3.5；
Cu 1.5至3.0；
Ti 0.6至1.2；
C 最大0.05；
S 最大0.03；
P 最大0.03；
Mn 最大1.0；
Si 最大0.5；
Al 最大0.2；
余量为铁和不可避免的杂质。
根据UNS N08028的合金具有以重量％计的以下组分：
Ni 30至34；
Cr 26至28；
Mo 3.0至4.0；
Mn最大2.5；
Cu 0.6至1.4；
Si 最大1.0；
C 最大0.030；
P 最大0.030；
S 最大0.030；
余量为铁和不可避免的杂质。
根据UNS N06690的合金具有以重量％计的以下组分：
Cr 27.0至31.0；
Fe 7.0至11.0；
C 最大0.05；
Si 最大0.50；
Mn 最大0.50；
S 最大0.015；
P 最大0.015；
Cu 最大0.50；
以及余量为镍和不可避免的杂质。
根据UNS N06625的合金具有以重量％计的以下组分：
Cr 20.0至23.0；
Fe 最大5.0；
Mo 8.0至10.0；
Nb(+Ta) 最大0.10；
Mn 最大0.50；
S 最大0.50；
P 最大0.015；
S 最大0.015；
Al 最大0.40；
Ti 最大0.40；
Co 最大1.0；
以及余量为镍和不可避免的杂质。
杂质的示例是并未故意添加但却无法完全避免的元素和化合物，这是因为这些元素和化合物通常以杂质的形式存在于例如用于制造相关的钢或合金的原始材料或添加的合金元素中。
传感器空间8被布置在径向内管状部4和径向外管状部6之间。传感器空间8被构造用以容纳传感器，该传感器被布置用以检测径向外管状部6的物理性能。导管10连接到传感器空间8，并且穿过径向外管状部6延伸到径向外管状部6的表面的出口部12。
导管10的目的是双重的。首先，穿过导管10，管道可以从传感器空间8延伸到锅炉管2的外部。其次，导管10的在周向方向上的延伸使得导管10离开的出口部12能够定位于锅炉管2的面向熔炉的周围环境的区域中，该区域因此与熔炉的内部相比经受较少热量。
导管10可以绕着径向内管状部4的一部分周向地延伸，并且如图2b和2d中所示的那样以径向穿过径向外管状部6的方式延伸，或者如图2c中所示的那样以大致切向穿过径向外管状部6的方式延伸。
根据一些实施例，参见图2c，传感器空间8和导管10可以由管7形成，该管7部分地定位于径向内管状部4上并且延伸穿过径向外管状部6。在制造径向外管状部6的过程中，径向外管状部6可以围绕管7构建。管7可以包括与径向外管状部6相同的化学组分。因此，导热性在径向外管状部6和管7中将会是相同的。因此，穿过径向外管状部6与穿过管7的从径向外管状部6的外部到传感器空间8中的传感器的热传递将会是相同的。
径向外管状部6可以通过热等静压(HIP)而围绕径向内管状部4和管7形成。可替代地是，径向外管状部6可以通过增材制造而围绕径向内管状部4和管7形成。
仅举例而言，管7可以具有在2mm至4mm的范围内的内径。管7可以具有任何合适的截面形状，例如圆形、椭圆形、正方形或矩形。
根据一些实施例，在将径向外管状部6增材制造到径向内管状部4上期间，可以形成传感器空间8和导管10。也就是说，当在增材制造期间形成不同的层的同时，产生空隙空间。该空隙空间最终在已完成的径向外管状部6中形成传感器空间8和导管10。
径向外管状部6围绕径向内管状部4周向地延伸。换言之，径向外管状部6被形成为围绕径向内管状部4，使得径向外管状部6围绕径向内管状部4周向地延伸。
参照图2d，由于传感器空间8和导管10，所以布置在传感器空间8中的传感器9可以经由延伸穿过导管10的管道11(例如，电气管道)被连接。因此，传感器9可以连接到熔炉的控制设备或监测设备，锅炉管2形成该熔炉的一部分。传感器9被构造用以测量或监测锅炉管2的一个或多个物理性能，并且因此间接地测量或监测熔炉的一个或多个物理性能。
根据一些实施例，锅炉管2可以包括导热材料，该导热材料以至少部分地围绕传感器9的方式被布置在传感器空间8中。以此方式，可以确保从径向外管状部6到传感器空间内部的传感器9的良好热传递。例如，导热材料可以包括金属粉末。
在已经制造出锅炉管2之后，可以将传感器9以及可选的是还有导热材料经由管道11安装在传感器空间8中。例如，一旦锅炉管2形成了熔炉的一部分，就可以安装传感器9。
来自熔炉内的燃烧物质和/或燃烧气体的热量通过锅炉管2径向地传递到锅炉管2内部的水、蒸汽或过热蒸汽。径向地通过锅炉管2的热传递取决于锅炉管2的材料(或多种材料)的导热性。由于径向内管状部4和径向外管状部6之间的冶金结合，因此与径向内管状部4和径向外管状部6仅彼此邻接抵靠的情况相比，径向内管状部4和径向外管状部6之间的导热性是良好的。因此，在已知径向内管状部4和径向外管状部6的导热性的情况下，测量传感器空间8中的温度，即，测量传感器空间8中的径向外管状部6的温度，就可以确立在径向外管状部6的外表面和锅炉管2处的温度。
类似地是，由于径向内管状部4和径向外管状部6之间的冶金结合，所以应力可以在径向内管状部4和径向外管状部6之间分布在锅炉管2的截面内。因此，在已知锅炉管的几何形状的情况下，测量来自传感器空间8的锅炉管的应力，就可以确立在径向外管状部6的外表面处和/或在径向内管状部4的内表面处的应力，即，在锅炉管2的应力可能是最高的部分中确立应力。
为了解释传感器空间8以及外表面的出口部12(在该出口部处，导管10离开径向外管状部6)的位置，可以将锅炉管2分成如由图2c中的直线点划线指示的两个假想周向半部。第一周向半部22被构造成面向内且朝向熔炉的内部，并且第二周向半部24被构造成面向外且朝向熔炉的周围环境。
传感器空间8被布置在锅炉管2的第一周向半部22中。导管10以部分地围绕径向内管状部4的方式延伸。出口部12被布置在锅炉管2的第二周向半部24中。因此，传感器空间8被布置在锅炉管2的面向熔炉内部的周向半部22处，并且出口部22被布置在锅炉管2的面向熔炉外部的另一个周向半部24处。
仅举例而言，图2c中所指示的在传感器空间8和出口部12之间的圆周角α可以小至45度，或者如图2b和图2d中所示为约180度，或者如图2c中所示大于180度。
图3a至图3c示出了根据实施例的锅炉管2。在图3a至图3c中，示出了锅炉管2的三个不同的视图。再一次，锅炉管2包括第一纵向管部14和第二纵向管部16，该第一纵向管部14和第二纵向管部16沿着纵向延伸L延伸。第一纵向管部14被冶金结合到第二纵向管部16。纵向延伸L可以例如在6m至16m的范围内。
再一次，锅炉管2的至少一部分包括彼此冶金结合的径向内管状部和径向外管状部，其中传感器空间被布置在该径向内管状部和径向外管状部之间。在图3c中，示出了径向外管状部的表面的出口部12，通向传感器空间的导管在该出口部12处离开。
在这些实施例中，锅炉管2形成90度的角度。因此，锅炉管2可以在熔炉的多于一个的水冷壁面板上延伸。例如，第一纵向部14可以形成水冷壁面板的形成熔炉的一部分侧壁的一部分，并且第二纵向部16可以形成水冷壁面板的形成熔炉的一部分底部的一部分，或者反之亦然。
为了将锅炉管2连接到其它锅炉管以形成熔炉的水冷壁面板，锅炉管2包括至少一个散热片20、20’，所述至少一个散热片20、20’从径向外管状部6径向地延伸。所述至少一个散热片20、20’至少部分地沿着纵向延伸L延伸。
在图3a至图3c的实施例中，锅炉管2包括两个散热片20、20’，这两个散热片20、20’从径向外管状部6径向地延伸，并且至少部分地沿着纵向延伸L延伸，这两个散热片20、20’以约180度的角度周向地隔开。
所述至少一个散热片20、20’可以被焊接到水冷壁面板的相邻的锅炉管，或者被直接焊接到该相邻的锅炉管的周向表面，或者被焊接到该相邻的锅炉管的散热片。
此外，在图2a至图2c中，示出了包括散热片20、20’的锅炉管2。在图2a和图2b的实施例中，锅炉管2包括两个散热片20、20’。在图2c的实施例中，锅炉管2包括一个散热片20。
这样，在制造锅炉管2期间，可以将散热片20、20’冶金结合到锅炉管2的圆形部分。例如，可以将散热片20焊接到锅炉管2的圆形部分。
根据替代实施例，如图2c中所示，散热片20可以与径向外管状部6一体地形成。至少沿着第一部分5，散热片20可以与径向外管状部6一体地形成。因此，在构建径向外管状部6期间，可以通过HIP或增材制造来形成散热片20。
如图2b中所示，导管10可以从散热片20’的第一侧延伸到散热片20’的相反的第二侧。导管10可以沿着径向内管状部4延伸，并且因此可以在散热片20’的下方延伸。相对术语“下方”是在锅炉管2的朝向锅炉管2的中心的径向方向上、在沿着散热片20’的方向上看到的。
根据替代实施例，所述至少一个散热片20、20’可以包括层(诸如，例如散热片的芯层)，该层由与径向内管状部相同的材料制成，进一步参见参照图7c的下文。
图4示出了根据实施例的锅炉管2。再一次，锅炉管2的至少一部分包括彼此冶金结合的径向内管状部和径向外管状部，其中传感器空间8被布置在该径向内管状部和径向外管状部之间。在图4中示出了表面的出口部12，通向传感器空间的导管在该出口部12处离开。
在这些实施例中，锅炉管2的第一纵向管部14包括弯管部18。传感器空间被布置在弯管部18中。
当弯管部18被布置成与熔炉的水冷壁中的另一个锅炉管3相邻时，开口36可以被形成在该水冷壁面板中。弯管部18以至少部分地围绕开口36的方式延伸。由于传感器空间被布置在弯管部18中，因此可以通过布置在传感器空间中的传感器来评估在该水冷壁面板中的开口36处的温度和/或应力。
一部分的弯曲部18、整个弯曲部18或者整个第一纵向部14可以包括彼此冶金结合的径向内管状部和径向外管状部。
图7a至图7d示出了锅炉管单元70的各种实施例。在图2a中，示出了锅炉管单元70的立体图。在图7b中，示出了沿着图7a中的线B-B的截面图。图7c示出了根据替代实施例的锅炉管单元70的对应截面图。在以下描述中，参照的是图7a到至图7c中的所有的图，除非具体参照的是图7a至图7c中的一个或多个图。
锅炉管单元70包括第一锅炉管2和第二锅炉管3。第一锅炉管2是根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管2，该锅炉管2包括至少一个散热片20。因此，第一锅炉管2包括径向内管状部4和径向外管状部6、传感器空间8以及导管10，该导管10延伸到径向外管状部6的表面的出口部12。第二锅炉管3也包括本文中所讨论的类型的径向内管状部4’和径向外管状部6’。
第一锅炉管2和第二锅炉管3经由所述至少一个散热片20彼此连接。如能够在图7b和图7c的截面图中看到的那样，导管10从所述至少一个散热片20的第一侧73延伸到所述至少一个散热片20的相反的第二侧75。传感器空间8被布置在所述至少一个散热片20的第一侧73。径向外管状部6的出口部12被布置在所述至少一个散热片20的第二侧75。
锅炉管单元70形成准备用于安装在熔炉中的单元。因此，当要将管单元70安装在熔炉的水冷壁中时，无需在导管10上进行焊接。因此，导管10和布置在其中的任何电气连接将均不会受到来自焊接操作的任何热量的影响。
在第一锅炉管2和第二锅炉管3的与所述至少一个散热片20相反的一侧，可以执行焊接，而不会影响导管10或者布置在其中的任何电气连接。
为此，参见图7b和图7c，第一锅炉管2和第二锅炉管3中的一个或两个可以设有另一个散热片20’。所述另一个散热片20’被构造成被焊接到相邻的锅炉管、焊接到相邻的锅炉管的散热片或者焊接到该相邻的锅炉管的圆形外表面。
如上文参照图2a至图2d所描述的那样，此外还如图7a至图7c中所示的那样，锅炉管单元70的锅炉管2、3可以设有一个或两个散热片20、20’。可以说锅炉管2、3共享散热片20，并且因此可以说锅炉管2、3均设有散热片20。
在图7b中示出的实施例中，将第一管2和第二管3连接的所述至少一个散热片20与径向外管状部6、6’一体地形成。因此，当制造管单元70时，提供径向内管状部4、4’，并且如上所述地通过HIP或增材制造来形成径向外管状部6、6’。与形成径向外管状部6、6’相关的是，还形成了散热片20。因此，在这些实施例中，散热片20完全由与径向外管状部6、6’相同的材料形成。所述另一个散热片20’也可以由与形成径向外管状部6、6’相关的相同材料形成。
在图7c中示出的实施例中，将第一管2和第二管3连接的所述至少一个散热片20包括层72，该层72由与第一锅炉管2和第二锅炉管3的径向内管状部4、4’相同的材料制成。因此，例如，当层72和径向内管状部4、4’的材料具有优于径向外管状部6、6’的导热性的导热性时，可以提高散热片20和锅炉管2、3之间的导热性。
当制造管单元70时，可以将层72焊接到径向内管状部4、4’。之后，如上所述，通过HIP或增材制造来形成径向外管状部6、6’。与形成径向外管状部6、6’相关的是，形成散热片20的芯部的层72还设有外层74，该外层74具有与径向外管状部6、6’相同的材料。因此，在这些实施例中，散热片20由与径向内管状部4、4’和径向外管状部6、6’相同的两种材料形成。
如上文参照图2a至图2d所讨论的那样，此外在图7a至图7c的实施例中，导管10可以沿着径向内管状部4延伸，并且因此可以在散热片20的下方延伸，这是在沿着锅炉管2的沿着散热片20朝向锅炉管20的中心的径向方向的方向上看到的。
在图7c的实施例中，可以在径向内管状部4处或径向内管状部4附近在层72中设置合适尺寸的开口或凹部，以供导管10穿过该开口或凹部从散热片20的第一侧73延伸到散热片20的第二侧75。
如果锅炉管单元70的第一锅炉管2和第二锅炉管3中的一个或两个包括另一个散热片20’(如图7c中的右手侧所指示的所述另一个散热片20’)，则所述另一个散热片20’也可以以与散热片20相同的方式形成。也就是说，芯层72’由与径向内管状部4、4’相同的材料形成，并且外层74’由与径向外管状部6、6’相同的材料形成。所述另一个散热片20’的端表面适当地成角度，以有助于焊接到相邻的管。
在图7c中的左手侧，示出了在实施例中可以将散热片20”附连到第一锅炉管2和/或第二锅炉管3的方式，在该实施例中，锅炉管单元70的锅炉管2、3中的一个或两个具有圆形外侧，即，不具有任何一体的另一个散热片20’。相邻的锅炉管的散热片20”或单独的散热片20”被焊接到径向外管状部6，在图7c中已经省略了这样的焊接。
图7c中的左手侧所示出的散热片20”包括第一层76和第二层78。第一层76由与径向内管状部4相同的材料制成，并且第二层78由与径向外管状部6相同的材料制成。第二层78面向熔炉的内部。因此，第二层中的第二外管状部的材料性能用于保护散热片20”免受熔炉内部的条件的影响。第一层76面向熔炉的外部，并且因此并不经受与第二层78相同的侵蚀性环境。第一层76提供其它性能，例如从散热片20”到第一锅炉管2和未示出的相邻的锅炉管的良好导热性。
根据其它实施例，以类似于左手侧散热片20”的方式，散热片20和/或所述另一个散热片20’也可以仅包括两层，一层由与径向内管状部4、4’相同的材料制成并且面向熔炉的外部，一层由与径向外管状部6、6’相同的材料制成并且面向熔炉的内部。
类似于结合图2a至图2d所讨论的锅炉管2的第一部分5，锅炉管单元70可以被设置在较短的长度(例如，10cm至20cm)处，该较短的长度被冶金结合(例如，通过焊接)到其它长度的管，以形成例如6m至16m的锅炉管单元。
举例而言，在图7b的实施例中，第一锅炉管2和第二锅炉管3每个均可以具有约64mm的外径和7mm的壁厚，并且可以具有约76mm的在这些锅炉管的相应中心之间的距离。仅由与径向外管状部6相同的材料制成的散热片20可以具有高达约17mm的宽度。散热片20的宽度是第一锅炉管2和第二锅炉管3之间的距离。在图7c的实施例中，第一锅炉管2和第二锅炉管3每个均可以具有约76mm的外径和7mm的壁厚，并且可以具有约102mm的在这些锅炉管的相应中心之间的距离。由与径向内管状部4相同的材料制成的层可以用于具有以上约17mm的宽度的散热片20。
散热片20可以具有4mm的厚度。径向内管状部4、4’可以具有5mm的壁厚，并且径向外管状部6、6’可以具有2mm的壁厚。
图5示出了制造锅炉管的方法100的实施例。该锅炉管可以是根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管2。因此，该锅炉管具有纵向延伸，并且包括径向内管状部和径向外管状部，该径向内管状部至少沿着纵向延伸的第一部分延伸，并且该径向外管状部沿着纵向延伸的所述第一部分延伸。该方法100包括以下步骤：
-提供102径向内管状部，
-提供104径向外管状部，
-将径向外管状部冶金结合106到径向内管状部，以及
-形成108传感器空间，该传感器空间在径向内管状部和径向外管状部之间，其中，该传感器空间被构造用以容纳传感器，该传感器被布置用以检测径向外管状部的物理性能。
形成104径向外管状部的步骤以及将径向外管状部冶金结合106到径向内管状部的步骤可以同时执行。此外，形成108传感器空间的步骤也可以与形成104径向外管状部的步骤以及将径向外管状部冶金结合106到径向内管状部的步骤同时执行。
根据方法100的实施例，形成108传感器空间的步骤可以包括如下步骤：
-将一根管部分地定位110在径向内管状部上；并且形成104径向外管状部的步骤可以包括如下步骤：
-围绕该根管构建112径向外管状部。
上文中，参照图2c，讨论了管7，该管7被布置成至少部分地围绕径向内管状部4。
根据方法100的实施例，形成104径向外管状部的步骤可以包括如下步骤：
-对金属粉末进行热等静压114，由此，径向外管状部被冶金结合到径向内管状部。
根据方法100的替代实施例，形成104径向外管状部的步骤可以包括如下步骤：
-将径向外管状部增材制造116到径向内管状部上，并且其中，在增材制造116的步骤期间，执行形成108传感器空间的步骤。
根据方法100的实施例，其中，锅炉管包括第一纵向管部和第二纵向管部，并且其中，第一纵向管部包括传感器空间，该方法100可以包括如下步骤：
-将第一纵向管部冶金结合118到第二纵向管部。以此方式，可以由第一纵向管部和第二纵向管部来制造具有纵向延伸L的锅炉管。此外，该锅炉管可以在第一纵向管部中设有传感器空间。
图6示出了根据实施例的熔炉30。熔炉30至少包括第一水冷壁面板34。该第一水冷壁面板包括多个锅炉管，其中，所述多个锅炉管的至少一个第一锅炉管2是根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管2。
根据实施例，熔炉30可以包括上文参照图7a至图7b所讨论的锅炉管单元70。因此，所述至少一个第一锅炉管2形成锅炉管单元70的第一锅炉管2。锅炉管单元70还包括第二锅炉管3。
熔炉30可以形成例如锅炉(例如，纸浆造纸工业中所使用的黑液回收锅炉)的一部分，或者形成热力发电厂的一部分。
由于锅炉管包括被布置在径向内管状部和径向外管状部之间的传感器空间并且传感器可以被布置在该传感器空间内，因此用于测量熔炉30的温度和/或测量应力的传感器可以被设置在受保护的环境中。
第一水冷壁面板34包括多个锅炉管，这些锅炉管被布置成彼此平行地延伸。如上所述，锅炉管经由散热片(在图6中未示出)间接地彼此焊接。多于一个的水冷壁面板被布置成围绕熔炉30的至少一部分。
熔炉30包括第二水冷壁面板32。在这些实施例中，第一水冷壁面板34形成熔炉30的侧壁的至少一部分，并且第二水冷壁面板32形成熔炉30的底部的至少一部分。
第一锅炉管2被布置成使得该第一锅炉管2的传感器空间靠近于第一水冷壁面板34中的开口36。以此方式，可以监测在第一水冷壁面板34的开口处的温度和/或应力，该开口可以是第一水冷壁面板34的特定露出部分。
第一锅炉管2可以同时形成第一水冷壁面板32和第二水冷壁面板34的一部分。可替代地是或附加地是，第二水冷壁面板32可以包括至少一个根据本文中所讨论的任何一个方面和/或实施例的锅炉管2’。
能够通过测量在传感器空间内的径向外管状部的温度来检测熔炉30内的锅炉管的外表面上的温度。传感器空间内的传感器连接到熔炉30的控制设备或监测设备40。管道11可以将传感器与控制设备40连接。在了解了传感器空间的径向位置的情况下，从锅炉管的外表面到锅炉管的内部的、穿过锅炉管的管壁的已知的温度梯度允许控制设备40基于由传感器空间中的传感器感测到的温度来计算锅炉管的外部上的温度。
类似地是，能够通过测量来自传感器空间内的径向外管状部中的应力来检测熔炉30内的锅炉管的外表面处或者锅炉管的内表面处的应力。传感器空间内的传感器连接到熔炉30的控制设备或监测设备40。管道11可以将传感器与控制设备40连接。在了解了传感器空间的径向位置的情况下，从锅炉管的外表面到锅炉管的内部的、锅炉管的管壁的已知的几何形状允许控制设备40基于由传感器空间中的传感器感测到的应力来计算在锅炉管的外部处和/或锅炉管的内部处的应力。
可以监测第一锅炉管2的温度和/或应力。此外，可以监测设有被布置在传感器空间中的传感器的一个或多个另外的锅炉管2’(例如被布置在第二水冷壁面板32中的另外的锅炉管2’)的温度和/或应力，该第二水冷壁面板32被布置在熔炉30的底部处。
可以在熔炉30的特定露出部分中连续地监测第一锅炉管2和其它的锅炉管2’的温度和/或应力。这种连续监测使得熔炉操作员能够增加他们对熔炉30的操作条件的了解，并且以不同的方式调节这些操作条件，以减轻某些操作条件或工艺干扰的负面影响。对第一锅炉管2的操作数据(例如，温度和/或应力)的持续测量可以实现预警，并且可以提供有价值的输入，用于计划锅炉管的更换。
控制设备或监测设备40包括计算单元，该计算单元可以采取大致任何合适类型的处理器电路或微型计算机的形式。控制设备40可以包括存储器单元。计算单元连接到存储器单元，该存储器单元向计算单元提供例如所存储的程序代码和/或所存储的数据，计算单元需要这些程序代码和/或数据来使得该计算单元能够进行计算。计算单元也可以适合于将部分或最终的计算结果存储在存储器单元中，例如由传感器测量到的一个或多个温度值和/或应力值，或者例如计算出的在熔炉30内部的一个或多个位置处的温度和/或应力。
应当理解，前文是对各种示例实施例的说明，并且本公开仅由所附权利要求书所限定。本领域技术人员将认识到，在不偏离由所附权利要求书所限定的本公开的范围的情况下，可以修改示例实施例，并且可以将示例实施例的不同特征进行组合，以产生除了本文中所描述的实施例以外的实施例。例如，可以在传感器空间内布置两个传感器，例如一个温度传感器和一个应力传感器。
