U型辐射管的表面温度分布

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1994.06.021 第16卷第6期 北京科技大学学报 Vol.16 No.6 1994年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1994 U型辐射管的表面温度分布 蒋大强)高仲龙1)陈广言四秦庆寿)王从今 1)北京科技大学热能系，北京1000832)马钢钢研所，马鞍山243000 摘要本文分析了影响大型辐射管表面温度分布的因素，通过实验说明，对于单端吸人空气的扩散 型燃烧辐射管，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， 关键词燃烧器，温度分布/辐射管芯块 中图分类号TF066.13 Surface Temperature Distribution of U-type Radiant Tube Burner Jiang Dagiang)Gao Zhonglong')Chen Guangyan2)Qin Qingshou2)Wang Congiin2) i)Department of Thermal Engineering,USTB,Bcijing 100083,PRC 2)Ma'an Shan Iron and Steel Institute,Anhui 243000 ABSTRACT The factors having effect on the surface temperature distribution of large U-type radiant tube burner are analysised.For the radiant tube with air singly pulled and diffusively combustioned,the application of corebusters can improve the combustion efficiency significently,control the fuel-air ratio precisely and enhance the heat transfer between the heigh temperature gases and the tube,thus it can ameliorate the temperature distribution. KEY WORDS burners,temperature distribution /radiant tube,corebusters 辐射管表面温度分布的均匀性，是考察辐射管性能的重要指标，是辐射管烧嘴工作状况正 常与否的标志，不仅关系到工件的加热质量，而且也影响到自身的工作寿命， 1U型辐射管表面温度的影响因素 1.1火焰长度和形状的影响 如果火焰过短，在管子长度方向上，靠近烧嘴一端的温度将大大高于尾部的温度，相反，如 果火焰过长，则一部分燃料不能在管内完全燃烧，造成尾部温度过高，同时使其效率降低，见 图1，另外，火焰的张角也有一定的影响.如果张角过大，则火焰将直接冲刷管壁造成局部温 1993-12-24收稿 第一作者男28岁博士

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 州年 月 改 砚 。 】 沈 望洲 型 辐射管 的表面温度分布 蒋大 强 ’ 高仲 龙 北京 科 技大学 热能 系 ， 北 京 言 秦庆 寿 王 从 今 马 钢钢研所 ， 马鞍 山 加 摘要 本文分析 了影 响大型 辐射管表面温度分布 的 因素 ， 通过 实验说明 ， 对于单端 吸 人空 气 的扩散 型 燃烧辐射管 ， 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 关键词 燃烧器 ， 温度 分布 辐射管 芯块 中图分类号 贬石 一 加 明故 ” 。 ” 卿 ’ 那 ’ 肠叼 。 ” 亩 ’ 众 此 祖 吧 ， ， 以幻 ， ‘ ， 山 幻 爪烈 优 峨 一 记 诚 巧 ， 功 面 二 ， 一 面 份 认咫亡 渴 ， 眼 万 ， 币 ， 铭 辐射管表 面温 度分布 的均 匀性 ， 是 考察辐射管性 能的重要 指标 ， 是辐射管烧 嘴工 作状况正 常 与否 的标 志 ， 不仅关 系到 工 件 的加 热质量 ， 而且 也影 响到 自身 的工作 寿命 型辐射管表面温度 的影 响因素 火焰 长 度 和形 状 的影 响 如果 火焰 过 短 ， 在 管 子长 度方 向上 ， 靠 近烧 嘴一端 的温 度将大大 高于 尾 部 的温 度 ， 相 反 ， 如 果 火 焰 过 长 ， 则 一部分燃 料不 能 在 管 内完全燃 烧 ， 造 成 尾 部 温 度 过 高 ， 同 时使 其 效 率 降低 ， 见 图 另 外 ， 火焰 的张角也有 一定 的影 响 如果 张 角 过 大 ， 则 火 焰 将 直 接 冲 刷 管 壁 造 成 局 部 温 卯 一 一 收稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．06．021

1994年No.6 北京科技大学学报 ·605· 度偏高 U型辐射管大多采用扩散型的燃烧方式， 800 上一火越过短 以获得平直的火焰，也可以使用空气旋流型的 9.700 _通当的火焰长度 燃烧方式，此时空气旋流数的大小将直接影响 600 火焰过长 火焰的长度，从而影响表面温度分布 0 1.2燃烧控制的影响 L内/m 如果空气消耗系数过小，则燃料中的碳氢 图1火焰长度和表面温度分布 化合物在高温下热解，析出的碳黑沉积在管壁 Fig.1 Flame length and surface temperature 内表面，尤其是弯头处，积碳部位温度将明显升 distribution of radiant tube 高；如果空气消耗系数过大，管壁氧化加剧使寿命缩短，同时降低了其热效率 为了更好地进行燃烧控制，目前辐射管烧嘴空气的供给形式已由单一的吸人式(pu type)向鼓一吸结合式(push一pull type)发展冈，其最大的优点是能够较精确地控制空气消 耗系数，而且工况调节的重复性很好.一般情况下，炉子上一组辐射管中，吸人型辐射管的空气 消耗系数的波动范围是1.2~1.5，而鼓吸结合型则是1.05~1.15. 13烧嘴及其安装的影响 由于燃料是在辐射管的限制空间内燃烧，所以烧嘴的加工精度及其安装的关系甚大， 如果烧嘴偏心，将使周向温度分布不均，造成局部过热，缩短其使用寿命· 2芯块的设置 辐射管内芯块的设置对其表面温度分布及燃烧的完全程度均产生显著的影响，本文介绍 辐射管内安装芯块的一些实验结果· 2.1实验条件 (1)实验用高焦混合煤气为燃料，发热值9.2~10.0MJ/m3;压力7000~8000Pa,流 量调节范围18~52mh. (2)供风及排烟使用喷射器，在废气出口处产生负压值的调节范围是245~1245Pa. (3)烧嘴为扩散型，不考虑周向的温度偏差， 实验装置系统见图2，测温点沿管子长度方向上均匀分布，如图2中a~i所示，j、k 两点测量空气预热温度和排烟温度.芯块放置在g点和点之间，其形状如图3，芯块由耐火材 料烧结而成· 22实验结果及分析 (1)表面温度分布的均匀性图4为不同芯块数量情况下，辐射管表面温度分布随时间 的变化.从中可以看出，使用芯块以后，辐射管表面温度，尤其是在高温下有所改善，尾部温度

更科 年 北 京 科 技 大 学 学 报 度偏 高 型 辐射管大多 采 用 扩 散 型 的燃烧方 式 ， 以 获得 平直 的火焰 ， 也 可 以 使 用 空 气 旋 流 型 的 燃烧方 式 ， 此 时空 气旋 流 数 的大 小 将 直 接 影 响 火焰 的长 度 ， 从而影 响表 面温度分布 、 、 、 卜 二 燃烧控 制 的影 响 护 内 八 如果 空 气消耗 系 数 过 小 ， 则燃料 中的碳 氢 化合物 在 高温下 热解 ， 析 出 的碳 黑 沉 积在 管 壁 内表 面 ， 尤 其是 弯头处 ， 积碳部位温度将 明显 升 图 火焰长度和表面温度分布 瑰 知 祀 吧由 川 绷面理 加 脚 比 山七加 丘灿 成 口成如吐 翻吐姆 高 如果 空 气消耗 系 数过大 ， 管壁 氧化加剧 使寿命缩短 ， 同时 降低 了其 热效率 为 了 更 好 地 进 行 燃 烧 控 制 ， 目前 辐 射 管 烧 嘴 空 气 的 供 给 形 式 已 由 单 一 的 吸 人 式 向鼓 一 吸结合 式 一 发 展 冈 ， 其 最 大 的 优 点 是 能 够 较 精 确 地控制 空 气消 耗系数 ， 而 且工 况调 节 的重复性很好 一般情况下 ， 炉子 上 一 组辐 射管 中 ， 吸人型辐射管 的空 气 消耗 系数 的波 动范 围是 一 ， 而鼓 吸结合型则是 一 烧嘴及其安装的影响 由于 燃料是 在辐射管 的限制空 间 内燃 烧 ， 所 以 烧 嘴 的加 工 精 度 及 其 安 装 的 关 系 甚 大 ， 如果烧 嘴偏 心 ， 将使周 向温度分布 不均 ， 造 成 局部过 热 ， 缩 短其使 用 寿命 芯块的设置 辐射 管 内芯 块 的设置 对其表 面温度分布及 燃烧 的完 全 程 度均 产生显著 的影 响 ， 本文介 绍 辐射 管 内安 装 芯 块 的一 些 实验结果 实验 条件 实验 用 高焦 混合煤 气为燃 料 ， 发 热 值 一 压 力 一 ， 流 量 调节 范 围 一 胆 供 风及 排烟 使 用 喷射器 ， 在 废气 出 口 处产 生 负压值 的调节 范 围是 一 烧 嘴 为扩散 型 ， 不考 虑周 向的温度 偏 差 实验 装 置 系 统 见 图 ， 测 温 点 沿 管 子 长 度 方 向上 均 匀 分 布 ， 如 图 中 一 所示 ， 、 两点测量空气预热温度和排烟温度 芯块放置在 点和 点之 间 ， 其形状如 图 ， 芯块由耐 火 材 料 烧结 而成 实验结果及分析 表 面温 度 分布 的均 匀性 图 为不 同芯 块 数量 情 况 下 ， 辐 射 管 表 面 温 度 分 布 随 时 间 的变化 从 中可 以 看 出 ， 使用 芯块 以 后 ， 辐射管表 面 温 度 ， 尤其是 在高温 下 有所改 善 ， 尾部温度

.606 蒋大强等：U型辐射管的表面温度分步 Vol.16 No.6 煤气 narul 芯块 U型压力计 U型压 转子流量计 喷射器 烟气 力计 风机 煤气 空气 河U型压力计 图2实验装置系统简围 Fig.2 Schomatic diagram of the experimental system 有所提高.芯块数目增加，温度偏差也相应减 小，在使用5块芯块的情况下，整个升温过程 中最大温度偏差由无芯块时的80~120℃降 至60~90℃. (2)表面升温速度芯块使高温气体充满 辐射管，加强了气体与管壁间的对流换热，表 图3芯块结构 面升温速度加快， Fig.3 Structure of the corebuster (3)燃烧完全度表1为实验工况下燃烧分析结果，在相同的情况下，如果无芯块，煤气流量 较小时，空气严重过剩(x=1.28一15)；煤气流量较大时，燃烧反应进行得不充分，化学不完 全度C。严重增加，使用芯块以后，空气消耗系数x能较好地稳定在1.05~121之间，煤气流量 表1燃烧分析结果 Tablel Results of comlxstion analysis 煤气流量 无芯块 2芯块 5芯块 2/m'h- Cn!%o C/% C/% 16 42 1.45 3.89 1.32 2.56 112 20 2.88 1.28 6.39 121 2.56 1.10 3 2.16 1.51 7.08 1.15 3.43 1.12 30 5.31 1.14 7.24 1.19 4.43 1.14 35 828 1.06 7.05 1.08 7.45 1.05 40 9.87 1.02 8.57 1.09 7.66 108 45 9.81 117 9.74 115 8.83 1.13 50 1280 121 12.80 1.21 10.60 1.21

蒋大 强等 型 辐射管的表 面温度分步 型 压 力 计 转 子 流 计 煤气 图 实验装 系统简图 瑰 如闭 透昭卿 翻 的胭由 ，路红” 有 所 提 高 芯 块 数 目增 加 ， 温 度 偏 差 也 相 应 减 小 ， 在使 用 块 芯 块 的情 况 下 ， 整 个 升 温 过 程 中最 大 温度 偏 差 由无 芯 块 时 的 一 ℃ 降 至 一 ℃ 表 面 升温 速 度 芯 块 使 高温 气体 充 满 辐射 管 ， 加 强 了气体 与 管 壁 间 的 对 流 换 热 ， 表 面 升 温 速度 加 快 口 乙二一 卜 一 一毛二 ‘ 司 目 图 芯块结构 瑰 加叱 珑 犯 仪胶如川 燃烧完全 度 表 为实验工 况 下燃烧 分 析结果 在 相 同的情况 下 ， 如 果 无芯 块 ， 煤 气流 量 较小 时 ， 空 气严重 过剩 二 一 煤 气流量 较大 时 ， 燃 烧 反 应 进 行 得 不 充 分 ， 化 学 不 完 全度 严重 增 加 ， 使用 芯 块 以 后 ， 空 气 消耗 系数 能 较好地 稳定在 一 之间 ， 煤气流量 表 燃烧分析结果 决 巧川七 皿 拟拓佣 盯司班台 煤气流量 一 ’ 无芯 块 芯块 芯块 一 茄 名 住印 父 蚝 ， 的巧

1994年No.6 北京科技大学学报 ·607· 1000a 240min 1o 10006 900 275m2 900 200 min 275mm2 800 心 0 800 m3友 700 700 600 600 37mn5 26 min 500 500 30min 400 400 300 300 测点位置 测点位置 图4表面的测点温度分布(Q=42m'h) (a)无芯块（曲线2.46）与2芯块（曲线1,35）：(b)无芯块（曲线246）与5芯块（曲线1、35） Fig.4 Temperature distribution of surface test points 增加，化学不完全度虽然增加，但相比之下明显小于无芯块时，因此有利于提高燃料的利用 率和表面温度的均匀性， 3结论 (1)火焰形态、燃烧控制、烧嘴及其安装、以及芯块的设置都是对辐射管的表面温度产生 影响的重要因素. (2)使用芯块可以显著改善表面温度分布的均匀性，使温度偏差由一般情况下的80~ 170℃降至60~90℃. (3)使用芯块强化了管壁与高温气体之间的对流换热从而加快了辐射管的升温速度. (4)使用芯块可以改善辐射管的燃烧工况，使空气消耗系数稳定在1.05~1.21之间，同 时降低了化学不完全燃烧度，提高了燃料的利用率， 本校向顺华同志、宝钢冷轧厂唐学新同志在实验中予以大力文持，特致谢意， 参考文献 1陈树义、章丽玲译.燃料燃烧及燃烧装置.北京：冶金工业出版，1985.319 2 Masayaki IMOSE.Recent Development of Heating and Cooling Technology in Continuous Annealing. Transactions ISIJ,1985,25:915

珍 年 北 京 科 技 大 学 学 报 竺 卜 沁犷 测 点 位 置 片辫 ‘ 护洲 厂 一 司 夕一 了 测 点 位置 图 表面的测点温度分布 无芯块 曲线 、 、 与 芯块 曲线 、 入 无芯块 曲线 、 、 与 芯块 曲线 、 入 瑰 毛划乒” 魂 业州加份犯 脚面 吐盆 州此 增 加 ， 化学 不完全 度 虽 然 增 加 ， 但 相 比之下 明显小于 无 芯块 时 ， 因此有利 于 提 高燃料 的利用 率和表面 温度 的均 匀性 结论 火 焰形 态 、 燃烧控 制 、 烧 嘴及其安装 、 以 及 芯块 的设置都是对 辐 射 管 的 表 面 温 度 产 生 影 响 的重要 因素 使 用 芯 块 可 以 显著 改善 表 面温 度分布 的均 匀性 ， 使 温 度偏 差 由一 般情 况 下 的 一 ℃ 降至 一 使用 芯 块 强 化 了管壁 与高温 气体之 间 的对流换热从而 加快 了辐 射管 的升 温 速度 使 用 芯块可 以改善辐射管 的燃烧工 况 ， 使空气消耗 系数稳定 在 一 之 间 ， 同 时 降低 了化学 不 完 全燃烧度 ， 提 高 了燃料 的利 用率 本 校 向顺华 同志 、 宝 钢 冷 轧 厂 唐学 新 同志 在 实验 中予 以 大 力支持 ， 特致谢意 参 考 文 献 陈树义 、 章丽玲译 燃料燃烧及燃烧装置 北京 冶金工 业 出版 ， 界 哪 块记 〔 〕 玉允 留 内阴。 山 眠 ，