燃气辐射管燃烧器技术现状概述1、辐射管燃烧器技术概述伴随燃料工业的发展和新工艺过程的出现，采用辐射管作为 加热装置的工业炉也逐渐发展起来。工业炉采用辐射管作为加热 装置不但可以降低基建费用和运转费用，提高炉子生产率，延长 炉子寿命，而且可以高质量的加热产品。可以说，辐射管加热有 效地避免了被加热件表面的氧化和脱碳，并为在保护气氛下进行 热处理的工艺开辟了广阔的前景。辐射管有很多优点，随着对辐 射管的研究越来越多，辐射管的型式、数量、燃烧动力学以及热 工特性等方面的研究得到了很大的发展，以致到现在，其仍在金 属热处理等领域中占据着重要的地位。1.1 辐射管燃烧器的结构及工作原理 燃气辐射管燃烧器是金属热处理中使用最广泛的一种加热 装置，其主要由辐射管和燃烧器两部分组成，高效率的燃气辐射 管燃烧器往往还有用于烟气回收的换热器。图 1 为 W 型燃气辐 射管燃烧器的结构图。图1W型燃气辐射管燃烧器1 辐射管 2 烧嘴 3 换热器 4 助燃空气入口 5 燃气入口 6 烟气排出口图 1 所示的 W 型燃气辐射管燃烧器的工作原理是：助燃空 气从助燃空气入口4进入换热器3，经过换热器3的预热后通入 烧嘴2，燃气由燃气入口 5进入烧嘴2，然后燃气与助燃空气在 烧嘴2内混合燃烧，燃烧产生的高温烟气进入辐射管1内，对其 进行加热。辐射管以辐射传热为主，以对流传热为辅，向外传递 热量，加热待处理的工件。高温烟气最后流经换热器3，完成对 助燃空气的预热，由烟气排出口 6排出。1.2 辐射管燃烧器分类及特点辐射管燃烧器主要分为直管型、套管型、U型、W型、O型、P 型、三叉型等七种，不同的结构形式具有不同的特点和用途。 表 1 列出了各种燃气辐射管燃烧器的特点及用途。2、燃气辐射管燃烧器国内专利申请概况在中国专利数据库 CNABS 中对燃气辐射管燃烧器进行检索 及统计，分别得到燃气辐射管燃烧器的历年国内申请数量和截至 2014 年底燃气辐射管燃烧器国内申请主要申请人。从图 2 可以 看出，各申请人对燃气辐射管燃烧器的专利布局工作发端于 1985 年，而在2005年后申请数量开始急剧增长，体现了国内各 大企业及院校对燃气辐射管燃烧器研发力度的不断增大。威仕工业炉、北京神雾、伊奎斯塔等相关企业积极开展了燃 气辐射管燃烧器在实践上的应用研究以及专利部署工作。从图3 的数据可以看出，我国燃气辐射管燃烧器专利申请的申请人还是 以企业为主，其次是科研院校。由于燃气辐射管燃烧器主要都直 接应用于项目中，因此企业比学校及个人拥有更丰富的燃气辐射 管燃烧器设计安装经验，并且燃气辐射管燃烧器的改进能够给企 业带来直接的经济效益，这样使得他们有更大的动力去对新技术 进行研发和创新。3、我国燃气辐射管燃烧器的发展历程由于辐射管燃烧器具有热效率高、温度均匀性好的特点，随 着社会经济的发展，冶金行业开始追求高质量的产品，因此辐射 管燃烧器加热技术得到各国的青睐，并取得了很好的效果。20世 纪30年代，德国人发明了最早的辐射管燃烧器。而我国从 20世 纪 80 年代才开始引进该项技术，至今经历了三十多年的发展历 史。从我国燃气辐射管燃烧器三十多年的发展历程来看，燃气辐 射管燃烧器的发展历史可以分为两个阶段。第一阶段，从1980 年到 1999 年这将近二十年的时间里，在 中国申请的燃气辐射管燃烧器的专利申请数量只有几十项。而这 几十项专利里面大部分都还是由中外炉工业株会社、丰田自动车 株式会社、川崎制铁株式会社等日本企业作为申请人，中国企业 在相关方面的专利申请仅仅占了很小的一部分。这个阶段的中国 在燃气辐射管燃烧器领域还完全处于引进学习日本技术的阶段。第二阶段，从 2000 年至今这十几年的时间里，以中冶南方 （武汉）威仕工业炉有限公司、北京神雾环境能源科技集团股份 有限公司为首的国内企业、以北京科技大学为首的国内高校以及 以赵升智、吴道洪为首的个人，对燃气辐射管燃烧器进行了大量 的研究和改进。中冶南方（武汉）威仕工业炉有限公司主要针对 燃气辐射管燃烧器的低 NOx 燃烧技术、点火电极点火稳定性及 燃气辐射管燃烧器的换热器等方面进行了研究；北京科技大学主 要对燃气辐射管燃烧器的富氧燃烧以及如何提高燃气辐射管燃 烧器的温度分布均匀性和燃烧效率进行了研究；吴道洪则主要针 对蓄热式辐射管燃烧器进行了大量研究。4、燃气辐射管燃烧器技术发展方向 随着客户对产品热处理质量要求不断的提高以及国家对节 能降耗的不断重视，钢铁冶金行业对燃气辐射管燃烧器也不断地 进行着改进与优化。目前发展的重点主要为以下几方面：（1）改善辐射管的材质辐射管所处的工作环境一般温度非常高，辐射管壁面温度通 常比被加热的炉内工件表面温度要高很多。因此，炉内经常会发 生辐射管烧坏、破漏、炉压降低等问题，事故的发生将直接影响 产品的加热质量。改进辐射管材质是增加辐射管使用寿命和提高 总体性能的重要途径。研究开发品质更高的辐射管，包括渗铝低 碳无缝钢、陶瓷管 SiC、Si-SiC 复合材料等新型辐射管是辐射管 材质的发展方向。（2）优化辐射管内空气燃气的混合 辐射管表面温度沿长度方向的均匀性是使用过程中一个重 要的技术指标。只有在辐射管内燃料气体与空气混合强度适当的 时候，辐射管燃烧状况才会比较良好。若混合强度低，则混合时 间长，火焰过长，导致烟气出口处燃料未燃烧完全；若混合强度 太大，则混合时间太短，火焰短，辐射管表面温度的分布均匀性 差。目前国外先进的辐射管采用了将空气分成多股细流垂直与燃 烧混合物相交的燃烧方式。（3）提高辐射管热效率 辐射管燃烧产生的热烟气带走的物理热直接影响辐射管效 率，因此为了提高效率需考虑回收烟气余热。目前回收烟气余热 的方式有在烟道内安装总换热器，利用烟气预热被加热工件；利 用烟气预热炉内气体间接预热被加热工件，预热燃料；另外还可 以使用余热锅炉及蓄热式燃烧器等。5、小结我国在开展燃气辐射管燃烧器的研究与应用方面起步较晚， 但是 2005 年以后，随着钢铁冶金行业不断发展壮大的需要，我 国对于该项目的研究进入了突飞猛进的阶段。但是，如何有效提 高燃气辐射管燃烧器的使用寿命和热效率，以及在国内环保意识 不断增强的前提下如何减少辐射管燃烧器尾气的排放污染，都是 目前亟待解决的问题。相信在未来的数年内，随着理论研究与实 验研究的飞速发展，燃气辐射管燃烧器领域的专利数量在发明的 高度与应用的深度上均会得到进一步的提升与飞跃。