燃氣輻射管

燃氣輻射管是工業窯爐中常用的加熱裝置，主要的傳熱方式是輻射。工業窯爐套用燃氣輻射管加熱裝置可降低窯爐的基礎建設和運行成本，提高生產效率，延長窯爐壽命。燃氣輻射管的燃燒氣氛及燃燒產物不與被加熱工件直接接觸，大大提高產品的質量，在金屬熱處理及工業乾燥領域中廣泛套用。

基本介紹

• 中文名：燃氣輻射管
• 外文名：Gas radiant tubes
• 使用場所：需要保護性氣氛的熱處理場合
• 套用：工業窯爐
• 組成部件：射管、燃燒器

工作原理

燃氣輻射管是工業窯爐中常用的加熱裝置，主要的傳熱方式是輻射，它的工作原理是：輻射管的入口端是燃燒器，出口端與煙道相連，燃氣與空氣在密封的管內燃燒，燃燒產生的火焰流及所生成的煙氣流向煙道，通過加熱輻射管向爐內輻射能量，加熱爐子本體以及爐內被處理的工件或物料。有的燃氣輻射管具有煙氣餘熱回收裝置，即煙氣經過換熱器後加熱冷空氣，冷空氣與燃料一起燃燒。

結構構成

輻射管的基礎部件是射管管體，燃燒器兩部分，高效率的輻射管往往有廢熱回收裝置。

輻射管

輻射管的關鍵部件是管體，它將燃料燃燒釋放的熱量輻射給被加熱物料。因為管體表面直接接觸燃燒火焰和高溫煙氣，所處的工作環境惡劣，對於金屬性材料的輻射管來說，由於長時間被局部灼燒和氧化會使材料失效；若沿管體長度方向存在較大的溫差，管體則需要承受較大的熱應力，這將直接影響管體壽命的長度；再加上燃燒時氣流的衝擊，也會產生一定的震動。

因此，輻射管的材料需滿足下列幾個條件：

1)耐高溫； 2)表面黑度高； 3)導熱係數大； 4)較高的結構強度和良好的氣密性； 5)在最高工作溫度及自身負荷作用下，抗氧化性能好，並可以承受足夠大的高溫蠕變和破壞強度；6)熱膨脹係數小；7)成本低等。

國內使用的輻射管材質大部分是耐熱鋼，溫度的使用範圍在 900～1000℃左右。其加工方法通常採用軋制、擠壓鋼管或離心鑄造製成。理論上，各種耐熱鋼的最高使用溫度會隨使用條件、可控氣氛的變化而變化。實際生產過程中，應結合窯爐溫度及爐氣氛、被加熱物料的種類等工藝條件選擇合理的輻射管材質。

燃燒器

輻射管加熱技術的核心裝置是燃氣燃燒器，輻射管通過燃燒器將進入的燃料燃燒加熱，燃燒器的功率大小控制著壁面溫度分布，從而影響輻射管的功率、熱效率和壽命。燃燒器為滿足工藝要求需具有以下的特點：

1)燃燒火焰穩定性良好，在較低的過剩空氣係數下可以穩定燃燒； 2)在頻繁開關的情況下，不會發生回火或嚴重積碳現象； 3)在燃氣流量調節過程中，空氣係數保持比較穩定； 4)燃燒器及固定裝置的表面溫度<100℃，分布較均勻，儘量減小局部過熱；5)便於維修及更換。

燒嘴

平行流和旋流燃燒噴嘴是常用的輻射管燃燒噴嘴形式。隨著燃燒技術的發展，與輻射管配合使用的燃燒器形式逐漸得到創新，如低 NOX燃燒器、高溫空氣燃燒燃燒器和蓄熱式燃燒器等，在使用過程中取得了很好的效果。蘇制 TPHY、TYD型輻射管是較先進的輻射管燃燒形式。在燃氣輻射管整個裝置中，提高燃氣輻射管熱效率的重要部件是廢熱回收裝置。沒有設定煙氣餘熱回收裝置的輻射管，排煙損失較大，熱效率低。在輻射管排煙端設定廢熱回收裝置，對燃料或者助燃氣空氣進行預熱，降低了排煙溫度，在效率提高的同時，減輕了環境污染。

特點

燃氣輻射管的特點：

1) 主要通過輻射這一傳熱方式對物料進行加熱；

2) 燃燒廢氣不直接排入爐內，可方便的控制和調節爐內氣氛；

3) 加熱溫度雖然受輻射管耐熱溫度的限制，但可通過對輻射管的數量及放置方式的不同對爐內溫度分進行控制；

4) 因為加熱、冷卻速度快，並且調節幅度大，能夠實現較複雜的溫度控制以
及加熱程式化；

5) 根據爐子的型式及用途不同，選用不同形式的輻射管，如直管型、套管型、U 型管等，即使對於形狀複雜及小口徑的輻射管，也能實現穩定的燃燒，溫度分布均勻性較好。

6) 可方便的安裝廢熱回收裝置，利用燃燒產物的熱量預熱助燃氣空氣，提高爐子熱效率；

7) 使用壽命長，易維護、修理和更換；

8) 噪音低，排放污染物含量低。

分類

按結構類型分類燃氣輻射管有直管型、套管型、U 型、W 型、O 型、P 型、三叉型等。

直管型輻射管

在直管的一端裝燃燒器，燃氣在燃燒器的點燃後在管內燃燒、燃燒產生的廢氣從管子的另一端排出。這種型式的輻射管優點是結構最簡單，缺點是管壁表面溫度分布均勻性差、熱效率較低。在悶爐或停爐的情況下，會因自然通風而造成熱量損失。高溫工業爐上，可使用耐熱的陶瓷材料輻射管。可以將兩根直通型輻射管成對使用，一根管子出口處設定廢熱回收裝置，另一根輻射管預熱燃燒所需的空氣，不僅能改善輻射管管壁表面溫度分布，還能提高熱效率，但安裝拆卸不方便。

套管型輻射管

套管式結構，由內管和外管組成。優點是管壁表面溫度分布的均勻性好，熱效率相對高些，拆裝容易。套管型輻射管若採用廢氣再循環裝置，管壁表面溫度分布更加均勻，內管的熱應力大大降低，煙氣溫度降低，熱效率提高。缺點是由於內管承受的溫度比外管高，因此內管材料的耐久性要求會更高，提高了加工成本。

U 型輻射管

相當於加長的直管型輻射管，在中間彎曲而成。廢熱回收裝置與燃燒器可安裝在同一側也可以安裝在兩側。這種型式的輻射管表面溫度分布較均勻、熱效率較高，套用更廣泛。

W型、O型、P型輻射管

相對 U 型輻射管，W 型輻射管的熱效率較高，但其壁面溫度分布及使用壽命比 U 型差。P 型輻射管是一種廢氣再循環型式。由於結構複雜、製作困難，實際套用少，O 型輻射管制造複雜、造價高、管子表面溫度分布不均勻，使用壽命不及 U 型，實際套用也不多。實際上，帶廢熱回收裝置的套管型輻射管、帶廢熱再循環的套管型輻射管、帶廢熱回收裝置的 U 型輻射管等，套用最為廣泛。