輻射管加熱器材料組成

輻射管加熱器最早始于金屬熱處理工藝，燃?xì)庠谀蜔岷辖鸩牧现瞥傻妮椛涔苤腥紵?，在特殊的爐內(nèi)氣氛下，利用高溫合金鋼管產(chǎn)生的輻射熱對(duì)工件進(jìn)行間接加熱。經(jīng)過熱處理的工件其機(jī)械性能顯著提高。

將輻射管加熱器應(yīng)用于低溫加熱或建筑供暖，是近年來氣體燃燒技術(shù)的新發(fā)展。在燃燒安全和控制技術(shù)成功發(fā)展的基礎(chǔ)上，由于它比傳統(tǒng)的蒸汽或熱水加熱供暖施工簡(jiǎn)單靈活且十分經(jīng)濟(jì)，因此，作為高架輻射式加熱供暖在國外已獲得廣泛應(yīng)用。

應(yīng)用于低溫加熱或建筑供暖的輻射管，通常制作成結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的長管狀型式，加熱器原理如圖1所示。

輻射管用重型低碳鋼管制作，通常直徑為75~100mm，管長為6~11m為宜，為便于安裝和操作，單臺(tái)輻射管多加工成U字型或直管型。燃燒器在管子一端內(nèi)燃燒，煙氣由另一端排出。在公共建筑內(nèi)使用時(shí)，煙氣必須通過風(fēng)機(jī)排至室外，燃燒空氣可由鼓風(fēng)機(jī)供給或引風(fēng)機(jī)吸入。

這種加熱器同熱處理輻射管不同之處在于：

(1)表面溫度較低，最高不超過550℃，一般溫度在150~450范圍，熱效率高，不低于90%。

(2)輻射管材質(zhì)為普通低碳鋼管，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有利于各行業(yè)推廣應(yīng)用。

(3)輻射管安裝方便，長度不受設(shè)備限制，可串聯(lián)也可并聯(lián)使用，因而加熱供暖面積大。

(4)配備有完善酌燃燒安全和控制系統(tǒng)。

輻射管加熱器產(chǎn)生的表面溫度，在離燃燒器2m范圍內(nèi)大約有450℃，在U字型輻射管的出口降低到大約有150℃，輻射熱借助一個(gè)不銹鋼或拋光鋁制的反射罩向下部投射。輸出功率一般為10~38kW。單臺(tái)輻射管加熱器配備有完善的燃燒控制系統(tǒng)，包括一個(gè)吹掃程序、自動(dòng)點(diǎn)火、熄火保護(hù)和一個(gè)空氣流量開關(guān)。燃?xì)庥袑Ｓ谜{(diào)壓器控制或通過零壓調(diào)壓器，按恒定空/燃比控制。

輻射管加熱器不僅可以單臺(tái)應(yīng)用，而且可以串聯(lián)多臺(tái)應(yīng)用。用作多臺(tái)串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將輻射管按照需要位置，先加工或串聯(lián)成歧管狀，用一臺(tái)大流量風(fēng)機(jī)供風(fēng)或引風(fēng)機(jī)抽風(fēng)。圖2為應(yīng)用于車庫的串聯(lián)輻射管，系統(tǒng)由四臺(tái)引風(fēng)式輻射管串并聯(lián)組成，燃燒煙氣由一臺(tái)引風(fēng)機(jī)排至室外，一般燃燒器帶鑄鐵燃燒室并采用法蘭連接到輻射管上。車庫溫度由高效率傳感器監(jiān)控，溫度波動(dòng)可達(dá)±5℃，熱效率不低于90%。

(1)做成套管式輻射管，內(nèi)管為燃燒管，外管為輻射管，進(jìn)氣、排氣都在輻射管的同一端進(jìn)行，另一端密封，即在輻射管內(nèi)設(shè)一不封頭的燃燒管。燃料在燃燒管內(nèi)燃燒后，火焰從燃燒管末端反向流入燃燒管與輻射管的夾層中，返回流到燃料噴入端，而后排出。這樣做是為了延長燃燒距離，使燃燒完全，使火焰與內(nèi)外管進(jìn)行充分的熱交換。

(2)在輻射管前部的套管夾層間裝設(shè)換熱器，利用燃燒產(chǎn)物預(yù)熱空氣，可預(yù)熱到600℃。

(3)將部分燃燒產(chǎn)物通過噴嘴吸入，參與再循環(huán)，更充分利用熱量，且使沿輻射管長度的溫度均勻。

(4)輻射管水平支承在兩爐墻之間，安裝和更換更方便，且節(jié)省材料。

(5)采用陶瓷輻射管，最高工作溫度達(dá)1250℃。2100433B

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 。

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(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 。

輻射管廣泛應(yīng)用于加熱爐，是加熱爐的主要加熱元件。使用的輻射管主要分為兩大類: 燃?xì)廨椛涔芎碗娂訜彷椛涔堋Ｆ渲腥細(xì)廨椛涔艿臒嵝时入娂訜彷椛涔芨咭槐蹲笥?。因此，燃?xì)廨椛涔苁俏磥磔椛涔艿陌l(fā)展趨勢(shì)。在現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，輻射管企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，為提高市場(chǎng)份額，各企業(yè)對(duì)輻射管不斷改進(jìn)。但是技術(shù)創(chuàng)新非常困難，要想降低輻射管的研發(fā)成本，企業(yè)研發(fā)人員就要準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，并采用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新和快速設(shè)計(jì)的理論方法和工具，在創(chuàng)新理論指導(dǎo)下的創(chuàng)新實(shí)踐將會(huì)事半功倍。

產(chǎn)品及其技術(shù)的發(fā)展總是遵循一定的客觀規(guī)律，而且同一條規(guī)律往往在不同的產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域被反復(fù)應(yīng)用，即任何領(lǐng)域的產(chǎn)品改進(jìn)、技術(shù)的變革過程都是有規(guī)律可循的，所有技術(shù)的創(chuàng)造與升級(jí)都是向最強(qiáng)大的功能發(fā)展的。TRIZ 技術(shù)進(jìn)化理論是專門研究技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的，它經(jīng)歷了傳統(tǒng)的TRIZ 進(jìn)化理論、TRIZ 進(jìn)化理論發(fā)展和直接進(jìn)化理論3個(gè)階段，有技術(shù)進(jìn)化理論(ET)、技術(shù)進(jìn)化引導(dǎo)理論(GTE)和直接進(jìn)化理論(DE)等多種形式。TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論是專門研究技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的，技術(shù)進(jìn)化理論反映的是技術(shù)系統(tǒng)、組成元件、系統(tǒng)與環(huán)境之間在進(jìn)化過程中重要的、穩(wěn)定的和重復(fù)性的相互作用，且每種進(jìn)化法則都包含不同數(shù)目的具體進(jìn)化路線和模式。

運(yùn)用TRIZ的技術(shù)進(jìn)化理論分析了輻射管各個(gè)主要性能的進(jìn)化過程，并總結(jié)和歸納了其進(jìn)化路線，在此基礎(chǔ)上對(duì)其未來的發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)，為企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)提供參考 。