辐射管表面热强度

什么是辐射管表面热强度？

答：辐射炉管每单位面积（外表面）单位时间内传递的热量。2100433B

辐射管表面温度分布的均匀性作为衡量辐射管的一个重要的技术性能指标，它影响辐射管的加热能力、加热质量以及辐射管的使用寿命。U和W型辐射管的应用最广泛，因此以U型和W型辐射管作为研究对象。

最初的辐射管只在一端安装烧嘴，辐射管两端温差较大。为改善辐射管表面温度分布的均匀性，在辐射管内设置若干芯块，芯块使得高温气体充满辐射管，加强了高温气体与管壁间的对流换热，尾部温度有所提高。后来为提高辐射管温度均匀性，在辐射管两端都装有烧嘴，采用脉冲燃烧技术提高了辐射管温度分布的均匀性。在脉冲燃烧的基础上，通过改变两端烧嘴的燃烧换向时间可以进一步提高辐射管温度分布的均匀性。

辐射管表面温度分布的均匀性与火焰的长度密切相关。最初的烧嘴只能进行一级燃烧，在此基础上经改进设计了可两级燃烧的烧嘴，通过控制系统调节烧嘴中一次空气和二次空气的配比，可以有效地控制火焰长度，改善辐射管表面温度分布的均匀性。

蓄热式燃烧技术的出现大大提高了辐射管的温度均匀性。通过试验发现: 随着空气预热温度的增加，辐射管表面最大温差逐渐减小，温度不均匀系数也随之变小。在这一过程中有两条技术进化路线:

1) 向超系统的进化路线: 单系统→双系统→多系统。按照这条进化路线改善辐射管表面温度分布均匀性的进化过程 ( 注:控制系统改为蓄热体) ，系统正处于进化的最后阶段。

2) 频率协调进化路线单个物体( 火焰) : 连续运动→脉冲→周期性作用→增加频率→共振。按照这条进化路线描述提高辐射管温度分布均匀性的进化过程，系统正处于进化的周期性作用阶段，可以进一步改善两侧烧嘴的燃烧周期或者向增加频率的方向发展，如提高两侧烧嘴交替燃烧的频率以提高辐射管温度分布的均匀性 。

为了提高辐射管的热效率，最直接的办法就是增加辐射管的长度，提高烟气在辐射管内的流动时间，使烟气与辐射管充分进行热交换。但是辐射管长度过大就会带来强度、刚度以及制造安装方面的问题，影响辐射管的使用寿命。后来又不断改进烧嘴的结构，使燃气与助燃空气充分混合后充分燃烧，进而提高辐射管的热效率。

20 世纪70 年代以后，出现了蓄热式燃烧技术，发明了蓄热式烧嘴，用来回收烟气余热，大大减少了能源的浪费。20 世纪90 年代初，蓄热式燃烧技术得到了广泛应用，换向阀和控制系统的可靠性也得到改善，热效率大幅提高至70%～ 90%。蓄热式燃烧技术的工作原理: 助燃空气经过四通换向阀由助燃空气通道进入A 烧嘴，经A 烧嘴的蓄热体加热后与煤气混合在辐射管内燃烧，燃烧产生的高温烟气流经辐射管后进入烧嘴B，加热烧嘴B 内的蓄热体后由烟道排出。经过一段设定的时间后通过四通换向阀与煤气换向阀改变助燃空气与煤气的流向，助燃空气经过四通换向阀由助燃空气通道进入B 烧嘴，经过B 烧嘴内的蓄热体加热后与煤气混合燃烧，燃烧产生的烟气经过A 烧嘴由烟道排出，在经过A 烧嘴的同时加热A 烧嘴内的蓄热体。冷空气和高温烟气如此交替的流经A、B 烧嘴的蓄热体，通过蓄热体交换热量。

蓄热式燃烧技术可以将排出的烟气温度降低至200 ℃以下，大大提高了辐射管的热效率。这一提高热效率的过程勾勒出辐射管向超系统进化的技术发展路线:

向超系统的进化路线--当一个系统自身发展到极限时，它向着变成一个超系统的子系统方向进化，通过这种进化，原系统升级到一种更高的水平，其中的一条进化路线为: 单系统→双系统→多系统。按照这条路线描述提高辐射管加热效率的进化过程: 系统正处于进化的最后阶段 。

加热炉所用的辐射管数量大、价格昂贵，例如某退火炉所用的辐射管共128 根，每根价格为3.7 万元，如果每根的使用寿命提高0.5 ～ 1 年，则会产生巨大的经济效益。因此，如何提高辐射管的使用寿命具有很高的研究价值。影响辐射管使用寿命的主要因素有辐射管的材质、结构和制造工艺、辐射管内的燃烧气氛、安装结构和维护、辐射管表面温度分布的均匀性、生产工艺及操作水平等。

常用的U 型或W 型辐射管质量较大，在使用过程中，在交变热应力和自身质量的共同作用下，易发生弯曲疲劳损坏及蠕变变形损坏。为减小辐射管的变形，在每个弯头处设置有与辐射管一体的固定支撑结构，安装时支撑在炉壁上。为适应辐射管的热涨与冷缩变形，在烧嘴侧的出口与炉盖之间设置膨胀节，通过膨胀节的补偿，避免了裂纹的产生，提高了辐射管的使用寿命。同时将辐射管弯头处的固定支承改为浮动支撑，进一步减小了裂纹的产生。提高辐射管使用寿命的技术进化路线为:柔性进化路线: 刚体系统→单铰链系统→多铰链系统→柔性系统→场连接系统。按照这条进化路线提高辐射管使用寿命的进化过程: 辐射管正处于多铰链系统阶段，可以进一步提高辐射管的柔性，使之成为柔性系统，进而向场连接系统进化，如利用磁悬浮原理，使辐射管悬空 。