电辐射管

《电气工程名词》第一版。 2100433B

1998年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

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 。

辐射管广泛应用于加热炉，是加热炉的主要加热元件。使用的辐射管主要分为两大类: 燃气辐射管和电加热辐射管。其中燃气辐射管的热效率比电加热辐射管高一倍左右。因此，燃气辐射管是未来辐射管的发展趋势。在现代市场经济条件下，辐射管企业的竞争越来越激烈，为提高市场份额，各企业对辐射管不断改进。但是技术创新非常困难，要想降低辐射管的研发成本，企业研发人员就要准确的预测产品的发展趋势，并采用实现产品创新和快速设计的理论方法和工具，在创新理论指导下的创新实践将会事半功倍。

产品及其技术的发展总是遵循一定的客观规律，而且同一条规律往往在不同的产品技术领域被反复应用，即任何领域的产品改进、技术的变革过程都是有规律可循的，所有技术的创造与升级都是向最强大的功能发展的。TRIZ 技术进化理论是专门研究技术系统进化的，它经历了传统的TRIZ 进化理论、TRIZ 进化理论发展和直接进化理论3个阶段，有技术进化理论(ET)、技术进化引导理论(GTE)和直接进化理论(DE)等多种形式。TRIZ技术进化理论是专门研究技术系统进化的，技术进化理论反映的是技术系统、组成元件、系统与环境之间在进化过程中重要的、稳定的和重复性的相互作用，且每种进化法则都包含不同数目的具体进化路线和模式。

运用TRIZ的技术进化理论分析了辐射管各个主要性能的进化过程，并总结和归纳了其进化路线，在此基础上对其未来的发展方向进行预测，为企业相关产品的创新和开发提供参考 。

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 。