第Ⅳ章 辐射管炉的设计和计算

一、辐射管炉内的热交换在辐射管供热的工业炉内,参与辐射热交换的物体是辐射管、炉衬和被加热的工件。因为工件通常在中性气氛(N_2可达90%)、还原性气氛(H_2可达75%)或渗碳气氛(CO可达12%)等可控气氛内加热,有时就在一般的空气内加热,这类气氛内三原子气体的含量一般都不高,因而炉内气氛对辐射换热并没有重大影响(和电阻炉内的辐射传热颇为相似),计算时可不必考虑气体辐射。由辐射管传给工件的热量按下式计算: Q_(fg)=Ψ_(fg)C_d[((T_f)/(100))~4     

基于CFD双P型辐射管扁形度的影响特性

为改善辐射管热效率,本文设计了一个扁双P型辐射管,选取辐射管中心管截面长半轴A与短半轴B的比例为1.0、1.1、1.2、1.3和1.4五种扁形度,借助于FLUENT软件就扁形度对辐射管传热性能的影响进行研究.结果表明:在保持双P型辐射管换热表面积不变的情况下,随着双P型辐射管扁形度的增加,辐射管对带钢的辐射角系数增大,辐射管对炉内辐射换热量增加,辐射管热效率升高;但是,随着双P型辐射管扁形度的增加,辐射管表面温差逐渐增大,扁形度达到1.3后,表面温度不均匀系数显著增加.综合考虑辐射管的表面温差和辐射热效率,扁形度为1.2的扁双P型辐射管性能较优,与扁形度为1.0时(即辐射管未被压扁的时候)相比,表面温度均匀性几乎不变,而辐射管热效率提高约1%.     

基于 CFD 双 a型燃气辐射管燃烧的传热特性

运用亚音速烧嘴技术和烟气循环技术,设计了一种烟气高循环倍率的新型双a型辐射管,采用涡耗散燃烧模型和离散坐标辐射模型计算其燃烧传热过程。结果表明：42.6％的CH4在烧嘴内燃烧,57.4％的CH4在辐射管中心管内长度为800mm、直径为40mm的区域内燃烧;辐射管中心管内,循环烟气使火焰和气体等温线呈“椭圆型”分布,三通管和支管内,流动惯性使气体等温线呈“偏心圆”分布;双a型辐射管热效率为70.8％,壁面最高温度1065℃,最大温差79℃,中心管壁周向温差0～21℃,三通管及支管管壁周向温差0～15℃,整个辐射管管壁径向温差0～2.5℃。     

基于CFD双a型燃气辐射管燃烧的传热特性

运用亚音速烧嘴技术和烟气循环技术,设计了一种烟气高循环倍率的新型双a型辐射管,采用涡耗散燃烧模型和离散坐标辐射模型计算其燃烧传热过程。结果表明:42.6%的CH4在烧嘴内燃烧,57.4%的CH4在辐射管中心管内长度为800mm、直径为40mm的区域内燃烧;辐射管中心管内,循环烟气使火焰和气体等温线呈"椭圆型"分布,三通管和支管内,流动惯性使气体等温线呈"偏心圆"分布;双a型辐射管热效率为70.8%,壁面最高温度1065℃,最大温差79℃,中心管壁周向温差0~21℃,三通管及支管管壁周向温差0~15℃,整个辐射管管壁径向温差0~2.5℃。     

煤气辐射管

本刊1983年第3期中已经述及了煤气辐射管的特征、种类和用途,辐射管主要参数的选择和确定,辐射管材料及破坏机理等项内容,本文仅就辐射管烧嘴、辐射管换热器以及辐射管的燃烧控制等项技术加以介绍。     

辊底式热处理炉辐射管失效分析

着重分析了热处理炉辐射管使用过程中失效和损坏的原因及解决方案,热处理炉在生产过程中有辐射管失效的现象发生,辐射管失效主要表现为辐射管弯曲变形,辐射管从吊挂上脱落,造成内管受挤压破裂,导致辐射管的变形损坏。从炉温变化的影响、吊挂受力作用状况等方面进行了详细的分析,找出了辐射管损坏的原因以及相应的解决办法,达到了提高辐射管使用寿命的目的。     

单端辐射管研究进展及发展方向

单端辐射管已经成为保护气氛热处理炉最常见的加热方式,但目前缺少针对单端辐射管的总结和归纳,本论文从辐射管结构、燃烧器类型、低NO_x燃烧技术和辐射管材质等方面对单端辐射管进行了阐述和总结,并指出今后单端辐射管发展的方向。     

宝钢薄壁辐射管开发实践

介绍了宝钢薄壁辐射管开发的由来、开发过程以及后续推广实践.宝钢开发的首根薄壁辐射管大生产应用结果表明,辐射管烧嘴负荷60％工况下,薄壁辐射管在立式连续热镀锌炉上可较厚壁辐射管节能近5％.该薄壁辐射管已安全运行超过5年,达到传统厚壁辐射管相近寿命,并且在继续服役,有望创造更高的寿命记录.宝钢后续在其他卧式连续热镀锌炉和连续退火/热镀锌两用炉上推广应用薄壁辐射管.     

基于正交法扁双P型辐射管仿真模拟及结构优化

在扁形双P型辐射管的基础上,研究了扁双P型辐射管的中心管的等效半径、支管的等效半径、中心管和支管间距、管长等结构尺寸对辐射管性能的影响.通过建立正交试验方案对辐射管结构尺寸以及燃烧器喷口结构位置进行优化.结果表明,影响辐射管表面温差的最明显因素依次:中心管与支管的间距、中心管等效半径、管长和支管等效半径;影响辐射管辐射功率的明显因素依次:管长、中心管等效半径、中心管与支管的间距和支管的等效半径.上下空气喷口与左右空气喷口大小比例在7:3和9:1比较接近,辐射管的性能参数最好;左右空燃气喷口间距为50 mm,上下空气喷口间距在60 mm的情况下辐射管表面的温度不均匀系数最小,为0.058.     

间接加热新技术在连续退火炉上的应用

简要介绍普通辐射管加热技术原理及一般存在的问题,分析了为保证燃烧效率、加热效率、低污染排放、辐射管热分布均匀性、辐射管寿命等,Hauck公司推荐的几种辐射管烧嘴新技术。     

连续退火炉W型辐射管破损调研及优化措施

辐射管损坏会直接影响连续退火炉加热能力和破坏炉内保护气氛,针对某厂冷轧连退线W型辐射管批量开裂情况进行分析,利用数值模拟的方法研究了辐射管及其附件结构对辐射管应力场的影响,发现辐射管安装结构不合理是辐射管开裂损坏的直接原因,进一步提出改进辐射管安装结构的优化方案,改进后在850℃下的辐射管最大等效应力约为104 MPa,并且不存在过大的局部应力集中点,通过改进可大大降低辐射管开裂概率,辐射管使用寿命从之前的2年延长至5年。     

W型蓄热式辐射管表面温度分布实验研究

对应用高温空气燃烧技术的W型蓄热式辐射管进行了实验研究,重点研究了辐射管沿长度方向温度分布的规律。实验结果表明,W型蓄热式辐射管不仅比使用常规燃烧器的辐射管在节能、环保和加热均匀性方面具有很大优势,而且比U型蓄热式辐射管更节能。     

辐射管加热技术综述

对辐射管的类型和材质做了归纳,阐述了各种辐射管烧嘴供风方式的特点.对使用辐射管加热技术应注意的问题做了剖析.介绍了各种提高辐射管热效率的途径,对辐射管的设计与选型做了总结.     

抽-鼓式U型辐射管表面温度均匀性研究

对抽-鼓式U型辐射管加热装置进行了研究,主要研究了辐射管表面温度的均匀性及其影响因素.实验研究表明:当燃烧器结构一定时,调节一、二次进风量的配比,可辅助性的调节辐射管表面温度的均匀性.随着空气预热温度及炉膛温度的升高,同样能改善辐射管表面温度的均匀性.而辐射管内零压面的位置对辐射管表面温度分布的影响很小.     

陶瓷辐射管的高温热处理炉

一、引言热处理工业用的煤气燃烧炉多系间接加热式,故离不开辐射管。但目前的辐射管通常是由耐热钢制成的,对低于950℃的渗碳处理,光亮处理、钎接、烧结等尚能满足要求,但对高于950℃的不锈钢和高级工具钢等合金钢的热处理、铁粉末烧结、部分非金属熔融等,则无能为力。尽管目前电阻式高     

P型蓄热式辐射管的表面温度分布

P型蓄热式辐射管的燃烧系统是典型的单烧嘴蓄热式高温空气燃烧系统,具有系统结构简单,烧嘴连续燃烧而易于控制,以及烟气循环燃烧等特点。对P型辐射管和U型辐射管进行了三维燃烧数值模拟,模拟结果是,在相同的入口条件和壁面边界条件下,P型辐射管的表面温差是U型辐射管的42%;对P型蓄热式辐射管表面温度分布进行了实验研究,实测两种工况的表面温差为58℃和70℃。研究的结果表明P型蓄热式辐射管比常规辐射管的表面温度更加均匀。     

P型蓄热式辐射管的表面温度分布

P型蓄热式辐射管的燃烧系统是典型的单烧嘴蓄热式高温空气燃烧系统,具有系统结构简单,烧嘴连续燃烧而易于控制,以及烟气循环燃烧等特点.对P型辐射管和U型辐射管进行了三维燃烧数值模拟,模拟结果是,在相同的人口条件和壁面边界条件下,P型辐射管的表面温差是U型辐射管的42%;对P型蓄热式辐射管表面温度分布进行了实验研究,实测两种工况的表面温差为58℃和70℃.研究的结果表明P型蓄热式辐射管比常规辐射管的表面温度更加均匀.     

直套管型自身预热式辐射管数值模拟

建立了直套管型自身预热式辐射管的三维传热过程物理数学模型,并采用FLUENT软件对辐射管的温度场进行了数值模拟。结果表明：随着燃料喷射速度的提高和二次空气量的加大,外壁整体温度升高,辐射管的加热能力增强。较长的内衬管可以更好地导流烟气,保护辐射管外壁,增强辐射管表面温度的均匀性。燃料沿轴向喷入时,火焰长度较长,炯气高温区域较大,有利于辐射管温度均匀性的提高,     

改型2030CAPL炉用W辐射管的试验研究

将宝钢2030CAPL炉用辐射管进行改型,并进行实验研究.实验结果表明,这种改型辐射管的各项性能均优于原管,甚至优于引进的辐射管.     

数值研究风比对预热式燃气辐射管的影响

燃气辐射管中的流动、传热和燃烧过程较为复杂,通过利用FLUENT软件,对辐射管内的流场、温度场进行数值模拟,研究了助燃空气的一次风与二次风的比例对火焰长度、辐射管温度的影响,为自身预热式辐射管的开发与优化提供了参考的数据.