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辐射管的加热效率

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【摘要】:

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

加热炉的热能一般采用天然气等可燃气体燃烧来提供,但是可燃气体在燃烧的过程中产生的有害气体会破坏炉内热处理所需要的环境,因此发明了辐射管使可燃气体在辐射管内燃烧,其热能由辐射管辐射到炉内,这样有害气体就不会破坏炉内环境。但是由于辐射管通过管壁辐射加热工件,其加热效率关系到热处理的效率,因此辐射管的加热效率是辐射管的主要特性之一。最早的辐射管是由德国在20 世纪30 年代发明并使用的,其结构为单层直管式,水平或垂直穿过炉膛; 直到50 年代初U 型辐射管才问世; 为了提高提高辐射管的加热效率,在U 型辐射管的基础上发明了W 型辐射管; 随着技术的进步又出现了P 型辐射管,辐射管的典型型式。为了进一步提高辐射管的加热效率,在各种型号辐射管的基础上又发明了麻面辐射管,其加热面积比光面辐射管增加30%以上,大大提高了辐射管的加热效率。这一过程基本上沿着两条技术进化路线发展:

1) 几何形状的进化路线--各子系统之间以及子系统与超系统的形状要相互协调,其中的一条进化路线为几何形状的进化: 直线→2D 线→3D 线→复杂线。按照这条进化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2D 曲线阶段,可以将辐射管设计为3D 曲线以提高辐射管的加热效率,如将辐射管设计成波纹管。

 

2) 表面形状的进化路线: 平滑表面→带有凸起的表面→粗糙表面→带有活性物质的表面。按照这条进化路线描述提高辐射管加热效率的进化过程: 系统正处于进化的带有凸起的表面阶段,可以增加辐射管表面凸起的数量或将辐射管表面设计为粗糙表面以提高辐射管的加热效率