[发明专利]一种燃气辐射管

说明书

技术领域

本专利涉及的一种燃气辐射管，特别是对燃气辐射管的改进。

背景技术

燃气辐射管是一种燃烧气体燃料的加热装置，气体燃料在密封的辐射管内燃烧，通过受热的管表面以热辐射为主要形式把热量传递到被加热物体，燃烧气氛和产物不与被加热物体接触，这就为在保护气氛下进行热处理创造了条件，特别适用于对产品质量要求高的场合。燃气辐射管具有燃烧热效率高、运行稳定、设备可靠性高等特点，广泛应用于各种热处理炉和连续退火炉等。

根据辐射管的管型，可以分为直管型、套管型、U型、W型、三叉型、P型、双P型等。辐射管表面温度分布均匀性是其重要的性能指标，表面温度分布越均匀越好。

目前，燃气辐射管内的燃烧过程一般如下：燃料由烧嘴喷出，经点火装置点燃后部分燃料与一次空气发生燃烧反应，剩余的燃料与二次空气反应进行二次燃烧，火焰为扩散火焰，以便降低氮氧化合物生成量，增加火焰长度，产生的高温烟气以辐射和对流的方式将热量传递给辐射管，进而通过辐射管外壁对炉内物料进行辐射加热；高温烟气散发热量后沿辐射管外管内壁回流，一小部分再次参与燃烧，即烟气再循环(EGR)，其余部分通过换热器与冷空气进行热量交换后排出。

不论是何种类型的辐射管，在燃烧过程中，由于在火焰区烟气温度较高，辐射热流密度大，辐射管壁温较高，形成辐射管的高温段；而在火焰区后烟气与辐射管沿程换热过程中，烟气温度逐渐降低，辐射热流减小，辐射管温度较低，形成辐射管的低温段，这种辐射管的温度分布规律已被实验及理论研究所证实。因此不可避免的造成辐射管表面温度的不均匀性，从而影响辐射管的加热能力和加热质量，降低了辐射管的使用寿命。

燃气辐射管在使用过程中不断得到改进，主要的改进措施如：(1)英国开发的自预热型辐射管，利用烟气的余热对空气进行预热，提高了辐射管的燃烧效率及能量利用率；(2)在辐射管内增加内套筒，采用二次燃烧模式，可增加火焰长度并能提高辐射管壁温的均匀性；(3)在辐射管内使用芯块可以明显地提高燃料的利用率，较好地控制空气消耗系数，强化气体与辐射管管壁之间的对流传热，从而改善辐射管的表面温度分布；(4)在辐射管装置上应用空气分段燃烧、燃气预混与扩散燃烧、旋流稳焰、火焰消音等技术，可以增加火焰长度及降低燃烧噪音；(5)在自预热型辐射管的换热器上提出许多改进措施，如喷流换热器，带有螺旋槽的空煤气换热器，采用间壁喷流式夹层结构的换热器，喷射式换热器，枪式换热器，蓄热和间壁换热复合结构，扭带插入件换热器等；(6)针对辐射管的各构成部分进行优化设计，诸如在U型辐射管焊接处焊接加强环，将支撑机构引出炉外，增加辐射管表面粗糙度，应用陶瓷材料和采用富氧燃烧技术等。但是，在辐射管内低温段进行强化传热的改进措施还未见报道。

泡沫金属是一种新型的低密度功能结构材料，具有体积密度小、相对质量轻、比表面积大、比力学性能高、阻尼性能好等特点。泡沫金属的显著特征是其内部有大量的孔隙，根据各个孔隙之间是否联通有开孔结构和闭孔结构之分。由于开孔结构的泡沫金属具有较大的可及表面积、较高的孔壁热传导率和较小的体积比热容，从而使其具备了优越的热传输能力。

发明内容

本发明的目的是提高辐射管低温段烟气侧的辐射换热能力，增加烟气和辐射管内壁间的辐射换热量，增大烟气和辐射管内壁间的对流换热系数，提高辐射管低温段的热流密度和管壁温度，从而提高辐射管的表面温度均匀性和热效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃气辐射管，所述燃气辐射管的低温段填充有多孔泡沫金属，所述多孔泡沫金属为开孔结构。

上述技术方案可以进一步的改进为：所述多孔泡沫金属为耐高温的多孔泡沫金属，耐高温极限值为1000～1400℃。

上述技术方案可以进一步的改进为：所述多孔泡沫金属可以通过热喷涂技术进行表面涂覆处理，喷涂材料为金属或陶瓷，以提高其黑度和辐射性能。

上述技术方案可以进一步的改进为：所述多孔泡沫金属是钛金属为基体的泡沫金属、泡沫钢或泡沫铝。