摘　要 介绍了一种利用高温空气燃烧技术改造W型燃气辐射管加热装置的方案,并通过计算举例,论证了其可行性,分析了新型燃气辐射管的技术性能。蓄热式改造后的装置具有热效率高,表面温度分布均匀,使用寿命延长,污染物排放浓度降低等特点。

关键词 高温空气燃烧；燃气辐射管；节能；低污染

1 前言
高温空气燃烧（High Temperature Air Combustion,简称HTAC）技术是20世纪90年代初燃料燃烧领域中诞生的一项新技术，它具有高效节能与低NOx、CO2排放等多重优越性。日本、美国及欧洲一些发达国家已将该技术推广应用于冶金、钢铁、机械、化工、陶瓷等众多领域，取得了显著的节能与环保效益[1]。采用HTAC技术改造传统燃气辐射管加热装置也已成为工业加热技术中的热门课题。本文根据HTAC技术的特点，对燃气辐射管加热装置的蓄热式改造方案进行初步探讨。理论计算及分析结果表明改造后的辐射管加热装置热效率提高，表面温度分布均匀，NOx排放浓度显著降低，加热质量提高，装置使用寿命延长，燃烧噪音减弱，具有显著的经济效益及环保效益。

2 传统的燃气辐射管加热装置
燃气辐射管加热装置是在密封套管内燃烧，通过受热的套管表面以热辐射为主的形式把热量传递到被加热物体，燃烧产物不与被加热物体接触，不会造成燃烧气氛污化或者影响产品质量，炉内气氛及加热温度便于控制和调节，非常适用于产品质量要求高的场合。
辐射管加热技术最初源于1936年的德国，随着耐热材料的不断开发，产品质量的不断提高，热处理技术的不断进步，美国、日本及欧洲等各国也广泛地采用这一间接加热技术[2]。近几十年来，该技术在我国冶金、机械、轻工等行业中也逐步得到了应用。
辐射管加热装置主要由管体、烧嘴和废热回收装置等组成。管体是将燃料燃烧释放的热能辐射给被加热物体的关键部件。由于其内表面与燃烧火焰及高温烟气直接接触，工作环境恶劣，容易被局部灼烧、氧化；若沿管体长度方向存在较大的温差，则会产生较大的热应力，同时燃烧时气流的冲击，也会产生一定的震动。因此管体应具有良好的耐热性能，较高的导热系数，强的抗高温氧化能力，小的热膨胀系数，较高的结构强度以及良好的密封性能等。烧嘴是辐射管加热装置的核心，它控制着辐射管的功率、温度分布、热效率及使用寿命。传统的辐射管烧嘴常见的形式有平行流烧嘴和旋流烧嘴，二者均采用常温或预热至200℃~300℃的空气与气体燃料扩散混合燃烧。这种燃烧会产生局部高温区，燃烧的峰值温度较高，辐射管沿长度方向存在较大的温差，对辐射管内表面造成局部高温灼烧及氧化腐蚀；若助燃空气被预热后，燃烧形成的NOx排放浓度也将显著增加。废热回收装置是提高辐射管加热装置热效率的重要部件。早先使用的辐射管加热装置，由于没有设置烟气余热回收装置，排烟热损失较大，其热效率不足50%[2]。后来人们为提高辐射管加热装置的热效率，在辐射管的排烟端设置了废热回收装置，回收排烟余热来预热助燃空气，如图1所示。但是由于废热回收装置采用的是普通的间壁式结构，热回收效果不很理想，空气预热温度仅200~300℃，烟气余热回收率仅30%左右。传统燃气辐射管加热装置的热效率难以突破75%[2]。

3 采用HTAC技术的W型燃气辐射管
辐射管加热装置有多种形式，如直管型、套管型、U型、W型、P型、O型等，其中以带废热回收装置的U型辐射管加热装置应用较为广泛。由于W型管的形状具有双U型的特点，适当加长其中间段长度可形成双U型辐射管。因此本文以W型辐射管加热装置为例，采用HTAC技术，对其进行技术改造。蓄热式改造主要从高温烟气的高效回收以及高温低氧燃烧两个方面着手，改造方案如图1所示。