辐射管加热器

应用于低温加热或建筑供暖的辐射管，通常制作成结构坚固的长管状型式，加热器原理如图1所示。

辐射管用重型低碳钢管制作，通常直径为75~100mm，管长为6~11m为宜，为便于安装和操作，单台辐射管多加工成U字型或直管型。燃烧器在管子一端内燃烧，烟气由另一端排出。在公共建筑内使用时，烟气必须通过风机排至室外，燃烧空气可由鼓风机供给或引风机吸入。

这种加热器同热处理辐射管不同之处在于：

(1)表面温度较低，最高不超过550℃，一般温度在150~450范围，热效率高，不低于90%。

(2)辐射管材质为普通低碳钢管，经济实用，有利于各行业推广应用。

(3)辐射管安装方便，长度不受设备限制，可串联也可并联使用，因而加热供暖面积大。

(4)配备有完善酌燃烧安全和控制系统。

辐射管加热器最早始于金属热处理工艺，燃气在耐热合金材料制成的辐射管中燃烧，在特殊的炉内气氛下，利用高温合金钢管产生的辐射热对工件进行间接加热。经过热处理的工件其机械性能显著提高。

将辐射管加热器应用于低温加热或建筑供暖，是近年来气体燃烧技术的新发展。在燃烧安全和控制技术成功发展的基础上，由于它比传统的蒸汽或热水加热供暖施工简单灵活且十分经济，因此，作为高架辐射式加热供暖在国外已获得广泛应用。

辐射管加热器产生的表面温度，在离燃烧器2m范围内大约有450℃，在U字型辐射管的出口降低到大约有150℃，辐射热借助一个不锈钢或抛光铝制的反射罩向下部投射。输出功率一般为10~38kW。单台辐射管加热器配备有完善的燃烧控制系统，包括一个吹扫程序、自动点火、熄火保护和一个空气流量开关。燃气有专用调压器控制或通过零压调压器，按恒定空/燃比控制。

辐射管加热器不仅可以单台应用，而且可以串联多台应用。用作多台串联时，应将辐射管按照需要位置，先加工或串联成歧管状，用一台大流量风机供风或引风机抽风。图2为应用于车库的串联辐射管，系统由四台引风式辐射管串并联组成，燃烧烟气由一台引风机排至室外，一般燃烧器带铸铁燃烧室并采用法兰连接到辐射管上。车库温度由高效率传感器监控，温度波动可达±5℃，热效率不低于90%。

(1)做成套管式辐射管，内管为燃烧管，外管为辐射管，进气、排气都在辐射管的同一端进行，另一端密封，即在辐射管内设一不封头的燃烧管。燃料在燃烧管内燃烧后，火焰从燃烧管末端反向流入燃烧管与辐射管的夹层中，返回流到燃料喷入端，而后排出。这样做是为了延长燃烧距离，使燃烧完全，使火焰与内外管进行充分的热交换。

(2)在辐射管前部的套管夹层间装设换热器，利用燃烧产物预热空气，可预热到600℃。

(3)将部分燃烧产物通过喷嘴吸入，参与再循环，更充分利用热量，且使沿辐射管长度的温度均匀。

(4)辐射管水平支承在两炉墙之间，安装和更换更方便，且节省材料。

(5)采用陶瓷辐射管，最高工作温度达1250℃。2100433B

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 。

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 。

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 。