輻射管表面熱強度

什么是輻射管表面熱強度？

答：輻射爐管每單位面積（外表面）單位時間內(nèi)傳遞的熱量。2100433B

輻射管表面溫度分布的均勻性作為衡量輻射管的一個重要的技術(shù)性能指標，它影響輻射管的加熱能力、加熱質(zhì)量以及輻射管的使用壽命。U和W型輻射管的應用最廣泛，因此以U型和W型輻射管作為研究對象。

最初的輻射管只在一端安裝燒嘴，輻射管兩端溫差較大。為改善輻射管表面溫度分布的均勻性，在輻射管內(nèi)設(shè)置若干芯塊，芯塊使得高溫氣體充滿輻射管，加強了高溫氣體與管壁間的對流換熱，尾部溫度有所提高。后來為提高輻射管溫度均勻性，在輻射管兩端都裝有燒嘴，采用脈沖燃燒技術(shù)提高了輻射管溫度分布的均勻性。在脈沖燃燒的基礎(chǔ)上，通過改變兩端燒嘴的燃燒換向時間可以進一步提高輻射管溫度分布的均勻性。

輻射管表面溫度分布的均勻性與火焰的長度密切相關(guān)。最初的燒嘴只能進行一級燃燒，在此基礎(chǔ)上經(jīng)改進設(shè)計了可兩級燃燒的燒嘴，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)燒嘴中一次空氣和二次空氣的配比，可以有效地控制火焰長度，改善輻射管表面溫度分布的均勻性。

蓄熱式燃燒技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了輻射管的溫度均勻性。通過試驗發(fā)現(xiàn): 隨著空氣預熱溫度的增加，輻射管表面最大溫差逐漸減小，溫度不均勻系數(shù)也隨之變小。在這一過程中有兩條技術(shù)進化路線:

1) 向超系統(tǒng)的進化路線: 單系統(tǒng)→雙系統(tǒng)→多系統(tǒng)。按照這條進化路線改善輻射管表面溫度分布均勻性的進化過程 ( 注:控制系統(tǒng)改為蓄熱體) ，系統(tǒng)正處于進化的最后階段。

2) 頻率協(xié)調(diào)進化路線單個物體( 火焰) : 連續(xù)運動→脈沖→周期性作用→增加頻率→共振。按照這條進化路線描述提高輻射管溫度分布均勻性的進化過程，系統(tǒng)正處于進化的周期性作用階段，可以進一步改善兩側(cè)燒嘴的燃燒周期或者向增加頻率的方向發(fā)展，如提高兩側(cè)燒嘴交替燃燒的頻率以提高輻射管溫度分布的均勻性 。

為了提高輻射管的熱效率，最直接的辦法就是增加輻射管的長度，提高煙氣在輻射管內(nèi)的流動時間，使煙氣與輻射管充分進行熱交換。但是輻射管長度過大就會帶來強度、剛度以及制造安裝方面的問題，影響輻射管的使用壽命。后來又不斷改進燒嘴的結(jié)構(gòu)，使燃氣與助燃空氣充分混合后充分燃燒，進而提高輻射管的熱效率。

20 世紀70 年代以后，出現(xiàn)了蓄熱式燃燒技術(shù)，發(fā)明了蓄熱式燒嘴，用來回收煙氣余熱，大大減少了能源的浪費。20 世紀90 年代初，蓄熱式燃燒技術(shù)得到了廣泛應用，換向閥和控制系統(tǒng)的可靠性也得到改善，熱效率大幅提高至70%～ 90%。蓄熱式燃燒技術(shù)的工作原理: 助燃空氣經(jīng)過四通換向閥由助燃空氣通道進入A 燒嘴，經(jīng)A 燒嘴的蓄熱體加熱后與煤氣混合在輻射管內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣流經(jīng)輻射管后進入燒嘴B，加熱燒嘴B 內(nèi)的蓄熱體后由煙道排出。經(jīng)過一段設(shè)定的時間后通過四通換向閥與煤氣換向閥改變助燃空氣與煤氣的流向，助燃空氣經(jīng)過四通換向閥由助燃空氣通道進入B 燒嘴，經(jīng)過B 燒嘴內(nèi)的蓄熱體加熱后與煤氣混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過A 燒嘴由煙道排出，在經(jīng)過A 燒嘴的同時加熱A 燒嘴內(nèi)的蓄熱體。冷空氣和高溫煙氣如此交替的流經(jīng)A、B 燒嘴的蓄熱體，通過蓄熱體交換熱量。

蓄熱式燃燒技術(shù)可以將排出的煙氣溫度降低至200 ℃以下，大大提高了輻射管的熱效率。這一提高熱效率的過程勾勒出輻射管向超系統(tǒng)進化的技術(shù)發(fā)展路線:

向超系統(tǒng)的進化路線--當一個系統(tǒng)自身發(fā)展到極限時，它向著變成一個超系統(tǒng)的子系統(tǒng)方向進化，通過這種進化，原系統(tǒng)升級到一種更高的水平，其中的一條進化路線為: 單系統(tǒng)→雙系統(tǒng)→多系統(tǒng)。按照這條路線描述提高輻射管加熱效率的進化過程: 系統(tǒng)正處于進化的最后階段 。

加熱爐所用的輻射管數(shù)量大、價格昂貴，例如某退火爐所用的輻射管共128 根，每根價格為3.7 萬元，如果每根的使用壽命提高0.5 ～ 1 年，則會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。因此，如何提高輻射管的使用壽命具有很高的研究價值。影響輻射管使用壽命的主要因素有輻射管的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和制造工藝、輻射管內(nèi)的燃燒氣氛、安裝結(jié)構(gòu)和維護、輻射管表面溫度分布的均勻性、生產(chǎn)工藝及操作水平等。

常用的U 型或W 型輻射管質(zhì)量較大，在使用過程中，在交變熱應力和自身質(zhì)量的共同作用下，易發(fā)生彎曲疲勞損壞及蠕變變形損壞。為減小輻射管的變形，在每個彎頭處設(shè)置有與輻射管一體的固定支撐結(jié)構(gòu)，安裝時支撐在爐壁上。為適應輻射管的熱漲與冷縮變形，在燒嘴側(cè)的出口與爐蓋之間設(shè)置膨脹節(jié)，通過膨脹節(jié)的補償，避免了裂紋的產(chǎn)生，提高了輻射管的使用壽命。同時將輻射管彎頭處的固定支承改為浮動支撐，進一步減小了裂紋的產(chǎn)生。提高輻射管使用壽命的技術(shù)進化路線為:柔性進化路線: 剛體系統(tǒng)→單鉸鏈系統(tǒng)→多鉸鏈系統(tǒng)→柔性系統(tǒng)→場連接系統(tǒng)。按照這條進化路線提高輻射管使用壽命的進化過程: 輻射管正處于多鉸鏈系統(tǒng)階段，可以進一步提高輻射管的柔性，使之成為柔性系統(tǒng)，進而向場連接系統(tǒng)進化，如利用磁懸浮原理，使輻射管懸空 。