輻射管_燃氣輻射管_蓄熱式（HTAC）輻射管的研究現狀

      蓄熱式輻射管是采用高溫空氣燃燒技術改造傳統燃氣輻射管燃氣輻射管的一種工業加熱裝置，廣泛應用于熱處理爐。蓄熱式輻射管是采用高溫空氣燃燒技術改造傳統燃氣輻射管的新產品。燃氣輻射管管體已存在了多種形式，如直管型、套管型、U 型、W型、O 型、三叉型和 P 型。蓄熱式（HTAC）輻射管加熱裝置主要由蓄熱體、燃燒器（燒嘴）、輻射管、換向閥等組成，其點火方式主要為擴散式燃燒點火和預混式燃燒點火方式。

1、燃氣輻射管加熱裝置概述

      燃氣輻射管是一種常見的工業加熱裝置。燃氣在密封的管內燃燒，通過受熱的管表面以熱輻射為主的形式把熱量傳遞到被加熱物體，燃燒煙氣不與被加熱物體接觸，不會造成燃燒氣氛和產物對產品質量的污染，非常適合于對產品質量要求高的場合。例如，用于真空熱處理爐、帶鋼連續光亮退火爐、鋼管光亮熱處理爐等[2]  。

2、燃氣輻射管的工作原理與結構

      燃氣輻射管加熱裝置主要由管體、燒嘴和廢熱回收裝置等組成。管體是將燃料燃燒釋放的熱 能輻射給被加熱物體的關鍵部件，由于其表面與燃燒火焰及高溫煙氣直接接觸，工作環境惡劣，容易被局部灼燒和氧化而使材料失效；若沿管體長度方向存在較大的溫差，則會產生較大的熱應力；同時燃燒時氣流的沖擊，也會產生一定的震動。因此，管體應具有良好的耐熱性能、較高的導熱系數、強的抗高溫氧化能力、小的膨脹系數、較高的結構強度以及良好的氣密性能等。燒嘴是輻射管加熱裝置的核心，它控制著輻射管的功率、溫度分布、熱效率及使用壽命。廢熱回收裝置是提高燃氣輻射管熱效率的重要部件，早先使用的輻射管由于沒有設置煙氣余熱回收裝置，排煙損失較大，其熱效率不足百分之五十。后來人們在輻射管排煙端設置了廢熱回收裝置，來預熱助燃空氣，但是由于采用的是間壁式結構。余熱回收效果不很理想。

燃氣輻射管分類：

      發展至今，燃氣輻射管管體已存在了多種形式，如直管型、套管型、U 型、W型、O 型、三叉型和 P 型。其中，直管型的結構簡單，由于其熱效率過低已較少使用；普遍使用的是 U 型、W 型和套管型。

輻射管發展方向：

      輻射管作為一種重要的加熱裝置，會隨著加熱產品質量的要求以及節能、降耗等方面的要求而不斷地進行改進和優化。目前其發展的重 點由以下 3 個方面：

① 改 善輻射管的材質：輻射管壁面溫度比爐內被處理工件的溫度通常要高50～100℃，它們都是在相當高的溫度下使用的，當爐膛溫度比較高時，耐熱鑄鋼已不能滿足工藝的要求，需要選用其它材質來制造輻射管。目前國外通過改進輻射管材質以增加使用壽命和提高總體性能，已研究開發了品質更高的輻射管，包括滲鋁低碳無縫鋼、陶瓷管（SiC）、Si-SiC 復合材料等新型輻射管。

② 優化輻射管內空燃氣的混合：輻射管在使用過程中重要的一個技術指標是輻射管表面溫度沿長度方向的均勻性，為滿足這個要求，輻射管內燃料氣體與空氣混合強度要適當。若混合強度太大，則混合時間太短，火焰短，輻射管表面溫度的分布就會不均勻；若混合強度低，則混合時間長，火焰過長，結果煙氣出口處燃料未燃盡。目前國外較先進的輻射管如 TPHY、TYD 型輻射管都采用交叉流輻射管燃燒方式，即將空氣分成多股細流垂直與燃燒混合物相交。

③ 提高輻射管熱效率：輻射管內燃燒產生的熱煙氣如果不對其帶走的物理熱進行回收的話，將很大地影響輻射管的熱效率。目前，進一步的煙氣余熱回收方式有在煙道內安裝總換熱器，利用煙氣預熱帶鋼，利用煙氣預熱爐內氣體間接預熱帶鋼，預熱低發熱值燃料，使用余熱鍋爐，使用蓄熱式燒嘴等。

蓄熱式（HTAC）輻射管的研究現狀：

      關于蓄熱式輻射管的應用研究國外進行的較早，尤其是日本，在蓄熱式輻射管的研究中取得了一系列重要的成果：日本工業爐協會于 1998 年組織研究開發的 HRS-RT（High Cycle Regenerative Combustion System Radiant Tube）型高速 循環蓄熱式輻射管燃燒系統，已在 NKK 公司福山制鐵所厚板廠加熱爐上應用，并取得了較好的節能效果。2000 年 5 月又在福山制鐵所南部冷軋帶鋼廠第 3 號連續退火生產線上應用，也取得了較好的節能效果。福山制鐵所第 3 號連續退火生產線是由直焰型加熱爐(DFF 爐)和輻射管型加熱爐(RT 爐)相組合的加熱方式，在1120K 下進行退火。此次采用 HRS-RT 共有 88 組 176 個燃燒器，設置 RT 爐的前端加熱帶。采用的蓄熱式輻射管燃燒器的構造是由 2 個蓄熱體 A、B 通過輻射管連接成組使用，如果從 B 燃燒器進行燃燒燃料，在 A 燃燒器內蓄熱體蓄熱，30s 轉換方向。蓄熱體是由陶瓷蜂窩型制成的具有高回收效率的蓄熱體燃燒器。福山第 3號連續退火爐生產線采用蓄熱式輻射管燃燒器以來，取得較好效果。以前加熱爐(RT)預熱空氣溫度 600K 為及限，而新開發蓄熱式輻射管燃燒器(HRS－RT)預熱空氣溫度可以接近爐溫水平，溫度高達 1100K。實現節能約百分之三十。其次，NOx濃度比改造前減少百分之十。

      HRS-RT 型輻射管除具有一般蓄熱式燃燒系統的基本特征，如：高頻換向，采用高 效蓄熱體回收煙氣余熱等，還具有以下兩個特點[4]  ：

① 采用二段燃燒的方法，空氣噴嘴在輻射管內偏心配置，并進行高速噴出，在高溫預熱條件下，依然能夠抑 制NOx的生成；

② 采用蜂窩狀結構的蓄熱裝置替代了球狀蓄熱體裝置，其容積減少了百分之八十，而重量減少了 百分之九十。HRS-RT 型輻射管雖然能較好地發揮高溫空氣燃燒的特性，同時由于其采取空氣噴嘴偏心設置從而能夠抑 制 NOx的生成。但就其整體的性能而言，筆者認為一些地方仍舊值得探討：得知 HRS-RT 型輻射管的主空氣噴口較小，其空氣流速相對較高，在 100m/s 左右，由于其主空氣噴口偏心設置，所以燃燒初始階段將燃料點燃就變得困難起來，必 須借助輔助空氣來點燃主燃料，增加了輻射管結構的復雜性以及工作時的危險性；同時，空氣入口偏心設置后，助燃空氣在入口形成一股高速附壁式噴射流，減少了入口段與燃料反應的空氣量，這樣可能引起入口段輻射管表面溫度偏低。

      國外對蓄熱式輻射管內污染物的生成也做了相應的研究：TOSHIAKIHASEGAWA 和 MASASHI KATSUKI 等人通過實驗考察了空氣混合對 NOx生成量的影響。其所得出的結論是高風溫必然造成高 NOx，當高溫空氣與已燃燒氣體混合后的燃料射流混合，并反應時，才能實現低 NOx燃燒。正是混合過程的不同造成了 NOx的不同，并認為低 NOx技術需要優化爐子總體設計。

      國內在蓄熱式（HTAC）輻射管開發方面的研究工作起步較晚，開發力度不大，與國外先進水平相比，尚有較大的差距。北京神霧熱 能技術有限公司設計、開發的 XRFSGⅡ-Y8 型 U 型（W 型）燃氣輻射管應用在廣恒鋼鐵公司連續熱鍍鋅生產線還原退火爐，是國內第 一座應用蓄熱式輻射管燒嘴的熱處理爐。該生產線于 2003 年底投產，鍍鋅板產品硬度、延伸率和表面光潔度良好。隨產品規格和運行速度的變化，爐溫調節操作方便，響應速度快;各加熱區爐溫控制精度在士 1℃范圍內，相應的板溫控制精度在士 5℃范圍內。生產線投產至今，燃燒系統工作安 全可靠，故障率低，日常維護工作量小。其輻射管主要技術指標為：

① 加熱溫度：800℃～1150℃；

② 輻射管燃燒器調節比：1 ∶1 0；

③ 輻射管工作段表面溫差≤25℃；

④ 空氣平均預熱溫度≥800℃；

⑤ 燃氣輻射管熱效率≥百分之八十

⑥ 輻射管換向時間：60S