輻射管表面熱強(qiáng)度

什么是輻射管表面熱強(qiáng)度？

答：輻射爐管每單位面積（外表面）單位時(shí)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(gè)重要的技術(shù)性能指標(biāo)，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(yīng)用最廣泛，因此以U型和W型輻射管作為研究對(duì)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(qiáng)了高溫氣體與管壁間的對(duì)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(shí)間可以進(jìn)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(zhǎng)度密切相關(guān)。最初的燒嘴只能進(jìn)行一級(jí)燃燒，在此基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)了可兩級(jí)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(zhǎng)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(yàn)發(fā)現(xiàn): 隨著空氣預(yù)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(jìn)化路線:

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

2) 頻率協(xié)調(diào)進(jìn)化路線單個(gè)物體( 火焰) : 連續(xù)運(yùn)動(dòng)→脈沖→周期性作用→增加頻率→共振。按照這條進(jìn)化路線描述提高輻射管溫度分布均勻性的進(jìn)化過程，系統(tǒng)正處于進(jìn)化的周期性作用階段，可以進(jìn)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(zhǎng)度，提高煙氣在輻射管內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間，使煙氣與輻射管充分進(jìn)行熱交換。但是輻射管長(zhǎng)度過大就會(huì)帶來強(qiáng)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(jìn)燒嘴的結(jié)構(gòu)，使燃?xì)馀c助燃空氣充分混合后充分燃燒，進(jìn)而提高輻射管的熱效率。

20 世紀(jì)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(fèi)。20 世紀(jì)90 年代初，蓄熱式燃燒技術(shù)得到了廣泛應(yīng)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(jìn)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?zé)煔饬鹘?jīng)輻射管后進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)加熱A 燒嘴內(nèi)的蓄熱體。冷空氣和高溫?zé)煔馊绱私惶娴牧鹘?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(jìn)化的技術(shù)發(fā)展路線:

向超系統(tǒng)的進(jìn)化路線--當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)自身發(fā)展到極限時(shí)，它向著變成一個(gè)超系統(tǒng)的子系統(tǒng)方向進(jìn)化，通過這種進(jìn)化，原系統(tǒng)升級(jí)到一種更高的水平，其中的一條進(jìn)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(jìn)化過程: 系統(tǒng)正處于進(jìn)化的最后階段 。

加熱爐所用的輻射管數(shù)量大、價(jià)格昂貴，例如某退火爐所用的輻射管共128 根，每根價(jià)格為3.7 萬元，如果每根的使用壽命提高0.5 ～ 1 年，則會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，如何提高輻射管的使用壽命具有很高的研究?jī)r(jià)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(hù)、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(yīng)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(gè)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(shí)支撐在爐壁上。為適應(yīng)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(bǔ)償，避免了裂紋的產(chǎn)生，提高了輻射管的使用壽命。同時(shí)將輻射管彎頭處的固定支承改為浮動(dòng)支撐，進(jìn)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(jìn)化路線為:柔性進(jìn)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(chǎng)連接系統(tǒng)。按照這條進(jìn)化路線提高輻射管使用壽命的進(jìn)化過程: 輻射管正處于多鉸鏈系統(tǒng)階段，可以進(jìn)一步提高輻射管的柔性，使之成為柔性系統(tǒng)，進(jìn)而向場(chǎng)連接系統(tǒng)進(jìn)化，如利用磁懸浮原理，使輻射管懸空 。