河钢承钢公司板带事业部轧钢作业区河北承德067000
摘要：在轧钢企业生产过程中，加热炉使用热煤气作为燃料加热金属料坯，存在火灾、爆炸、中毒等危险因素，一直是从事安全工作人员关注的重点。与此同时，加热炉辐射传热节能也是轧钢生产企业需要重点研究的内容，要求给予足够的重视。文章重点就工业加热炉辐射传热节能方法与发展趋势进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键词：工业加热炉；辐射传热；节能方法；发展趋势
引言
轧钢加热炉在轧钢企业生产中占有重要的地位，它以可燃气体（主要是热煤气）为燃料，通过完全燃烧火焰的氧化气氛对钢坯进行加热，使钢坯最终温度及其温度分布满足轧制要求。其使用的热煤气主要由CO、H、CH等可燃气体组成，属于易燃易爆、有毒气体，如果在使用过程中由于密封不好或炉体存在裂缝以及操作不当可能造成煤气燃料的泄露，导致人员CO中毒，一旦遇点火源，就会发生火灾爆炸事故，造成严重的人身伤亡和大量的财产损失，同时轧钢生产企业加热炉辐射传热节能是重点把控的工作，对于企业的发展有着至关重要的作用。
1加热炉概述
加热炉是工业生产中将物料或工件加热的设备，是工业中非常常见的加热设备，是利用燃料在炉膛内燃烧时产生高温火焰与烟气的热能加热炉管或传送带上物料、元件等，使其达到后续工艺过程所要求的温度或在炉管中进行化学反应，其普遍应用于轧钢、冶金、机械、热处理、建材、材料、轻工、制药等诸多行业领域。加热炉根据不同类型所分类也非常多，其中主要的分类为：按热源划分有燃料加热炉（固体、液体、气体）、电能加热炉（电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉）；按照炉子的作业方式分为：直接加热方式（焚烧炉、平炉、转炉等）；间接加热方式（辐射炉、感应炉等）；按照结构及安装方式分为：圆筒炉、立式加热炉，卧式加热炉、大型方炉等；按照用途分为：焚烧炉；物料加热炉；裂解炉；炼铁炉；轧钢锻造炉；热处理炉；水泥窑炉；陶瓷窑炉，玻璃窑炉等；按燃烧方式分为：直火焰式、附墙火焰式、无焰燃烧式等；按燃烧器布置方式分为：底烧、顶烧、侧烧、顶侧烧式等。
2管式加热炉结构及控制原理
2.1加热炉出口温度的控制
加热炉出口温度直接影响加物料工艺参数及品质，是加热炉最重要的工艺参数。最简单的出口温度控制方法就是采用单回路的反馈控制，但该方法没有考虑燃料量变化、进料量及进料温度变化对出口温度的影响。因此，在单回路控制的基础上引入燃料流量控制，组成串级回路控制，控制燃料的进料波动，提高燃烧效率，稳定炉温，同时串级控制系统也可以将出口温度控制器的输出作为炉膛温度的设定值，炉膛温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀，这种串级控制利用炉膛温度的重要信息，有利于克服某些装置燃料压力及进料变化引起的波动。
2.2加热炉炉膛压力控制
加热炉炉膛压力是加热炉控制回路的另一个重要的参数，炉膛压力过高时，炉膛向外喷火，导致大量有效热量散失，增加炉子的燃料消耗，而且也易烧坏炉子的钢结构，降低炉子的使用寿命，还会导致劳动环境的恶化，危及操作人员的安全；炉膛压力过低，会吸入大量的冷空气，漏风热损失和排烟热损失增大，同时会影响到炉管的氧化，降低炉管寿命。因此，炉膛压力的控制能保证加热炉最佳燃烧状态，保证加热炉的生产效率和稳定产出。炉膛压力主要与进风量和引风量直接相关，目前多采用单变量控制加上送风量前馈调引风来进行控制。
2.3加热炉燃烧效率控制
烟气含氧量是标志燃烧状况的重要参数，烟气含氧量的大小能反映出加热炉的燃烧情况，含氧量不足时，燃料燃烧不充分造成大量的燃料损失，烟气中CO等含量增加，对大气环境造成了危害；含氧量过大时，空气流动大造成烟气带走大量的热量，并导致空气中的N2在高温下与O2发生化学反应生成NOx，造成污染。因此，控制烟气含氧量不仅可以提高加热炉的热效率，更有利用装置的环保、安全运行。风机转速、炉膛温度、燃料量烟气含氧量有直接的影响，在控制氧含量回路中将燃料量的变化引入反馈控制回路，与风机转速、炉膛温度组成串级回路，可以很好的解决加热炉燃烧效率控制。
3工业加热炉辐射传热节能方法
3.1加热炉内装强辐射元件
在工业加热炉中，传统的节能方式以加热炉合理选择炉墙材料，用轻质砖代替重质砖，在炉膛内壁贴耐火纤维等方式，来实现减少蓄热和散热损失，这些措施起到一定的作用，但其目的都只是将热量积聚在了炉膛里，并没有解决热射线是否集中到达加热体的本质问题，使得发热体发出的热量到达加热体的仍然比较少，效率仍较低。针对上述情况，相关研究人员先对加热炉热效率低进行分析，得出其本质原因在于炉膛内热射线呈漫反射状态，最终部分热射线通过炉壁散热损失了。针对于此，提出了一种新的节能方式，即黑体强化辐射传热。该方法节能的效果较好，可使炉体黑度达到0.95，迅速吸收射向元件的漫反射状热射线，随即将射线从无序到有序直接发射给工件，提高了射线的到位率，使工件吸收的能量增加，从本质上改变炉内射线呈漫反射的状态。此方法比较适于大批量连续生产，黑体元件要安装在炉内顶部才可达到射向工件的能量最多，对于一些顶部不便于安装的加热炉，需要重新考虑安装位置。
3.2加热炉衬里涂装高辐射涂料
在大多数锅炉、加热炉中，辐射室炉墙衬里采用的都是耐火材料，但随着运行周期的延长，炉管积灰日益严重，导致传热率下降。事实上，加热炉的结构及炉管的表面热强度分布是不均匀的，靠近火焰一侧，其表面热强度较高，而另一侧较低，如此降低了整个炉的表面热强度，传热效率降低。为了达到要求的加热温度，就需要大幅度的提高炉膛温度，但这样便导致了燃料消耗的增加。于是很多人提出在炉内衬里涂高辐射涂料。对以辐射传热为主的工业加热炉，高辐射涂料可以提高炉内参与辐射传热的物体表面辐射系数，达到节能的目的。
4工业加热炉辐射传热节能技术的发展趋势
加热炉内最主要的传热方式是辐射传热，其节能技术的研究发展也主要围绕辐射传热的理论与特点展开。根据其技术的发展脉络和存在的问题，辐射传热节能技术研究的重点与发展趋势总结如下：第一，加强研究炉内强辐射元件安装位置的普适性；第二，着力改善高温辐射涂料的粘结剂，提高粘结剂与基体间的结合力，避免涂层脱落，延长涂层的使用周期；第三，深入加强红外辐射涂料节能机理的研究，为高温红外辐射涂料的研制开发提供坚实的理论基础；第四，进一步优化加热炉的结构，使炉内温度分布更为均匀；第五，辐射涂料超细超薄化、成分复合化、功能多元化；第六，延长易损元件和涂料的使用寿命，维修方便、维修成本更低。
结束语
综上所述，工业加热炉炉温都比较高，所以传热的方式以辐射为主，基于加热炉辐射传热的节能理论，综述分析了炉内装强辐射元件和优化改造加热炉等加热炉辐射传热节能方法，操作起来较为方便，且节能效果好，得到了较多的使用。
参考文献：
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