蓄熱式輻射管是采用高溫空氣燃燒技術(shù)改造傳統(tǒng)燃?xì)廨椛涔苋細(xì)廨椛涔艿囊环N工業(yè)加熱裝置，廣泛應(yīng)用于熱處理爐。蓄熱式輻射管是采用高溫空氣燃燒技術(shù)改造傳統(tǒng)燃?xì)廨椛涔?/a>的新產(chǎn)品。燃?xì)廨椛涔?/a>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(diǎn)火方式主要為擴(kuò)散式燃燒點(diǎn)火和預(yù)混式燃燒點(diǎn)火方式。

1、燃?xì)廨椛涔芗訜嵫b置概述

      燃?xì)廨椛涔?/a>是一種常見的工業(yè)加熱裝置。燃?xì)庠诿芊獾墓軆?nèi)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(huì)造成燃燒氣氛和產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的污染，非常適合于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。例如，用于真空熱處理爐、帶鋼連續(xù)光亮退火爐、鋼管光亮熱處理爐等[2]  。

2、燃?xì)廨椛涔艿墓ぷ髟砼c結(jié)構(gòu)

      燃?xì)廨椛涔?/a>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(guān)鍵部件，由于其表面與燃燒火焰及高溫?zé)煔庵苯咏佑|，工作環(huán)境惡劣，容易被局部灼燒和氧化而使材料失效；若沿管體長(zhǎng)度方向存在較大的溫差，則會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；同時(shí)燃燒時(shí)氣流的沖擊，也會(huì)產(chǎn)生一定的震動(dòng)。因此，管體應(yīng)具有良好的耐熱性能、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)的抗高溫氧化能力、小的膨脹系數(shù)、較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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?xì)廨椛涔?/a>熱效率的重要部件，早先使用的輻射管由于沒有設(shè)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?cè)谳椛涔芘艧煻嗽O(shè)置了廢熱回收裝置，來預(yù)熱助燃空氣，但是由于采用的是間壁式結(jié)構(gòu)。余熱回收效果不很理想。

燃?xì)廨椛涔芊诸悾?/p>

      發(fā)展至今，燃?xì)廨椛涔?/a>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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fā)展方向：

      輻射管作為一種重要的加熱裝置，會(huì)隨著加熱產(chǎn)品質(zhì)量的要求以及節(jié)能、降耗等方面的要求而不斷地進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。目前其發(fā)展的重 點(diǎn)由以下 3 個(gè)方面：

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

② 優(yōu)化輻射管內(nèi)空燃?xì)獾幕旌希狠椛涔茉谑褂眠^程中重要的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)是輻射管表面溫度沿長(zhǎng)度方向的均勻性，為滿足這個(gè)要求，輻射管內(nèi)燃料氣體與空氣混合強(qiáng)度要適當(dāng)。若混合強(qiáng)度太大，則混合時(shí)間太短，火焰短，輻射管表面溫度的分布就會(huì)不均勻；若混合強(qiáng)度低，則混合時(shí)間長(zhǎng)，火焰過長(zhǎng)，結(jié)果煙氣出口處燃料未燃盡。目前國外較先進(jìn)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(xì)流垂直與燃燒混合物相交。

③ 提高輻射管熱效率：輻射管內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱煙氣如果不對(duì)其帶走的物理熱進(jìn)行回收的話，將很大地影響輻射管的熱效率。目前，進(jìn)一步的煙氣余熱回收方式有在煙道內(nèi)安裝總換熱器，利用煙氣預(yù)熱帶鋼，利用煙氣預(yù)熱爐內(nèi)氣體間接預(yù)熱帶鋼，預(yù)熱低發(fā)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(xiàn)狀：

      關(guān)于蓄熱式輻射管的應(yīng)用研究國外進(jìn)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(yè)爐協(xié)會(huì)于 1998 年組織研究開發(fā)的 HRS-RT（High Cycle Regenerative Combustion System Radiant Tube）型高速 循環(huán)蓄熱式輻射管燃燒系統(tǒng)，已在 NKK 公司福山制鐵所厚板廠加熱爐上應(yīng)用，并取得了較好的節(jié)能效果。2000 年 5 月又在福山制鐵所南部冷軋帶鋼廠第 3 號(hào)連續(xù)退火生產(chǎn)線上應(yīng)用，也取得了較好的節(jié)能效果。福山制鐵所第 3 號(hào)連續(xù)退火生產(chǎn)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(jìn)行退火。此次采用 HRS-RT 共有 88 組 176 個(gè)燃燒器，設(shè)置 RT 爐的前端加熱帶。采用的蓄熱式輻射管燃燒器的構(gòu)造是由 2 個(gè)蓄熱體 A、B 通過輻射管連接成組使用，如果從 B 燃燒器進(jìn)行燃燒燃料，在 A 燃燒器內(nèi)蓄熱體蓄熱，30s 轉(zhuǎn)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(hào)連續(xù)退火爐生產(chǎn)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(yù)熱空氣溫度 600K 為及限，而新開發(fā)蓄熱式輻射管燃燒器(HRS－RT)預(yù)熱空氣溫度可以接近爐溫水平，溫度高達(dá) 1100K。實(shí)現(xiàn)節(jié)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(tǒng)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(gè)特點(diǎn)[4]  ：

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

② 采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(fā)揮高溫空氣燃燒的特性，同時(shí)由于其采取空氣噴嘴偏心設(shè)置從而能夠抑 制 NOx的生成。但就其整體的性能而言，筆者認(rèn)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(duì)較高，在 100m/s 左右，由于其主空氣噴口偏心設(shè)置，所以燃燒初始階段將燃料點(diǎn)燃就變得困難起來，必 須借助輔助空氣來點(diǎn)燃主燃料，增加了輻射管結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及工作時(shí)的危險(xiǎn)性；同時(shí)，空氣入口偏心設(shè)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(yīng)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(duì)蓄熱式輻射管內(nèi)污染物的生成也做了相應(yīng)的研究：TOSHIAKIHASEGAWA 和 MASASHI KATSUKI 等人通過實(shí)驗(yàn)考察了空氣混合對(duì) NOx生成量的影響。其所得出的結(jié)論是高風(fēng)溫必然造成高 NOx，當(dāng)高溫空氣與已燃燒氣體混合后的燃料射流混合，并反應(yīng)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)低 NOx燃燒。正是混合過程的不同造成了 NOx的不同，并認(rèn)為低 NOx技術(shù)需要優(yōu)化爐子總體設(shè)計(jì)。

      國內(nèi)在蓄熱式（HTAC）輻射管開發(fā)方面的研究工作起步較晚，開發(fā)力度不大，與國外先進(jìn)水平相比，尚有較大的差距。北京神霧熱 能技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)、開發(fā)的 XRFSGⅡ-Y8 型 U 型（W 型）燃?xì)廨椛涔?/a>應(yīng)用在廣恒鋼鐵公司連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線還原退火爐，是國內(nèi)第 一座應(yīng)用蓄熱式輻射管燒嘴的熱處理爐。該生產(chǎn)線于 2003 年底投產(chǎn)，鍍鋅板產(chǎn)品硬度、延伸率和表面光潔度良好。隨產(chǎn)品規(guī)格和運(yùn)行速度的變化，爐溫調(diào)節(jié)操作方便，響應(yīng)速度快;各加熱區(qū)爐溫控制精度在士 1℃范圍內(nèi)，相應(yīng)的板溫控制精度在士 5℃范圍內(nèi)。生產(chǎn)線投產(chǎn)至今，燃燒系統(tǒng)工作安 全可靠，故障率低，日常維護(hù)工作量小。其輻射管主要技術(shù)指標(biāo)為：

① 加熱溫度：800℃～1150℃；

② 輻射管燃燒器調(diào)節(jié)比：1 ∶1 0；

③ 輻射管工作段表面溫差≤25℃；

④ 空氣平均預(yù)熱溫度≥800℃；

⑤ 燃?xì)廨椛涔?/a>熱效率≥百分之八十

⑥ 輻射管換向時(shí)間：60S